Введение к работе
Актуальность работы
Альтернативными шахтным разработкам являются комплексные методы отработки угольных пластов, базирующиеся на бесшахтнин выемке угля. Одним из таких методов является подземная газификация углей (ПГУ), с помощью которого можно осуществлять бесшахтную добычу угля с дальнейшим его энергетическим использованием, отработку защитных пластов с целью добычи метана и дегазации газоносных пластов при их подработке или шідработке, газификацию или сжигание целиков угля после прекращения шахтных разработок и т.д.
Одной из особенностей существующей технологии ПГУ является ее недостаточное диагностирование. Разработанная в ІІГД им. А.А.Скочинского новая технология дает возможность контролировать протекание процесса, управлять им, создавать строгие математические модели отдельных элементов.
Одно из главенствующих мест занимает прогнозирование процесса газообразования в реакционном (дутьегазовом) канале (далее канал) подземного газогенератора- свободном пространстве, по которому движется дутьегазовый поток.
Многолетние исследования позволили выявить механизм поведения пород над выгазованныМ пространством, влияние различных горно-геологических факторов на степень деформации пород, заполнение и состояние выгаэованного пространства и т.д. Однако вопрос формирования и функционирования канала при крутом падении пласта практически не изучен.
Вместе с тем, этот вопрос является важным, так как процесс газообразования зависит в первую очередь от площади сечения канала, соотношения угольных и породных стенок канала и размеров поверхности угольной массы, контактирующей с дутьегаэовым потоком.
Под проявлениями горного давления, влияющими на образование и функционирование дутьегазового канала, понимаются явления, возникающие в массиве горных пород под действием веса вышележащей толщи пород и изменений напряжений, окружающих выработки (дутьегазовые каналы). Примерами таких проявлений могут являться, например, обрушение кровли при определенной величине Пролета, отжим краевой части угольного пласта, опережение выга-зования верхней части угольного пласта по отношению к нижней и т.д.
Знание условий формирования и развития, формы и размеров канала на крутых пластах необходимо не только при ПГУ, но и при
подземном ("Аитнти угля (ПСУ), оставшегося в целпках после окончат! л работы шахт, а также при разработке мероприятий для безопасной отработки после окончания процесса ИГУ угольных целиков, оставленных для предотвращения провалов земной поверхности над выгазованным пространством.
Цель диссертационной работы - определение влияния проявлений горного давления на динамику и механизм образования дутьегазо-вого канала, разработка метода предрасчета его параметров и выдача рекомендаций для получения горнотехнических данных, необходимых для химико-технологических расчетов процесса газообразования в реакционном кпналс и прогнозирования показателей процесса ПГУ крутых пластов.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна.:
определение механизма формирования канала на основе теоретических и экспериментальных исследований, новизна которых заключается в установлении факторов, влияющих на условия формирования канала, его форму и размеры;
метод определения формы поперечного сечения канала, вытянутого по простиранию, разработанный с учетом закономерностей проявлений горного давления, и расчет его геометрических параметров;
метод определения параметров канала при газификации по схеме с переносом точки подачн дутья, который разработан впервые и учитывает влияние степени обрушаемости пород кровли и заполнение ими выгазованного пространства на изменение параметров канала вдоль огневого забоя;
методика определения предельного пролета кровли, новизна которой заключается в достаточно полном учете физико-механических и структурных свойств толщн пород на основе применения геофизического способа их определения в массиве н в возможности ее использования на стадии геолого-геофнэнческои разведки;
- впервые разработаны: методика определения шага переноса
точки подачн дутья, методика определения расстояния между ду
тьевой и газоотводящнмн скважинами, размеров целиков у газоот-
подящей скважины для условий новой технологии ПГУ с учетом за
кономерностей проявлений горного давления.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью расчетных данных с
результатами вскрытия подземного газогенератора и материалами шахтных наблюдений, корректным применением моделирования из эквивалентных материалов и электронно-вычислительной техники при проведении научных исследований.
Научное значение работы состоит в определении механизма образования и функционирования канала, влияния на его формирование проявлений горного давления при газификации крутых угольных пластов, установлении зависимости коэффициента разрыхления пород от расстояния до огневого забоя, уточнении зависимости отношения общей высоты зоны обрушения к мощности пласта от размеров выгазованного пространства по восстанию, обосновании расчетных методов определения параметров газогенератора для условий новой схемы газификации с учетом особенностей ПГУ.
Практическое значение работы состоит в разработке методов: определения формы и расчета геометрических параметров поперечного сечения канала, определения величины реакционной поверхности канала, определения предельных пролетов слоев толщи на стадии геологической разведки, определения рациональных параметров газогенератора при ПГУ по новой технологии и в использовании разработанных методов для определения исходных данных, необходимых для химико-технологических расчетов процесса газообразования в реакционном канале, а также в использовании метода расчета устойчивости кровли над выгаэованным пространством для оценки структурно-прочностной характеристики непосредственной и основной кровли На стадии геологической разведки.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные механизм формирования канала и метод определения формы и размеров площади поперечного сечения канала использованы при оценке устойчивости кровли огневого забоя в ТЭО на дожигание оставленных запасов на закрывающейся шахте N4 НШУ АО " Шахтуголь" и АООТ " Киселевскуголь", при обосновании отработки запасов в охранных целиках под земную поверхность над газогенераторами Южно-Абинскон станции "Подэемгаэ".
Разработана и утверждена к использованию в работах ИГД
им. А.А.Скочинского в 1996 г. "Методика определения предель
ного пролета незакрепленной горной выработки на стадии геолого-
геофнзическон разведки". '
Апробация работы, основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинаре по подземной газификации углоіі в Институте угля СО РАН (г. Кемерово, 1992 г.), на научных семинарах н ученом совете ИГД им. А.А.Скочинского.
