Анотація до роботи:

Чистоклєтов В.М. Обґрунтування параметрів способу знеміцнення високометаморфізованого вугілля. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.09 – Геотехнічна і гірнича механіка. – Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2008.

В дисертаційній роботі запропонована методика вибору хімічно-активних речовин для знеміцнення міцного вугілля за зміною ефективної поверхневої енергії вугілля. Вперше встановлено, що розчини ХАР вступають в хімічну взаємодію із структурою вугілля, що виражається зменшеннням інтенсивності широкої лінії спектрів ЯМР, відповідальної за кількість і фазовий стан протонів водню в органіці.

Виконані експериментальні дослідження за ступенем оцінки впливу найбільш ефективних розчинів ХАР, що забезпечують максимальне зниження ЕПЕ вугілля на його фізико-механічні властивості в умовах моделюючих напружено-деформований стан пласта. Встановлено, що розчини УЩР, біхромату натрія і щавельової кислоти знижують граничну і залишкову міцність антрациту, забезпечуючи упереджувальне зростання енергії формозміни у вугіллі при розвантаженні та відповідно руйнуванні при більш високому напруженні, ніж у необробленого вугілля.

З використанням встановлених закономірностей зміни пружних, деформаційних і міцнісних властивостей вугілля, обробленого розчинами ХАР в умовах обємного нерівнокомпонентного навантаження, розроблений експериментально-аналітичний метод розрахунку глибини віджиму вугілля. В ньому вперше враховуються геометричний і силові параметри, що визначають розміри зони опорного тиску, гранична і залишкова міцності вугілля, розраховані з діаграм навантаження вугільних зразків.

Експериментальна перевірка отриманих результатів здійснювалась за даними шахтних інструментальних спостережень при відпрацюванні міцного антрацитового пласта g₂ – «Наталья» шахти «Комуніст» ГХК «Октябрьуголь». Проведені дослідження дозволили обгрунтувати параметри і технологію обробки пласта 2% розчином щавельової кислоти, які полягають в бурінні нагнітальних свердловин за зоною граничної рівноваги і нагнічення в них розчинів ХАР, які порушують міжмолекулярну взаємодію у вугіллі та забезпечують збільшення глибини віджиму в 4-4,5 разів при вході в зону опорного тиску і розроблений метод визначення глибини зони віджимання при відпрацюванні пологих вугільних пластів.

В дисертаційній роботі отримані нові наукові результати в області геотехнічної і гірничої механіки шляхом встановлення закономірностей зниження міцнісних і пружних властивостей високометаморфізованого вугілля, які визначають ступінь зміни глибини зони віджиму в привибійній зоні вугільних пластів залежно від типу, концентрації та кількості розчину ХАР, експериментальному підтверженні кількісних значень наведених характеристик і обґрунтуванні на їх основі параметрів способу знеміцнення та контролю ефективності, що в сукупності є рішенням науково-технічного завдання відробки міцних вугільних пластів.

Основні наукові результати і висновки, які отримані при виконанні роботи полягають внаступному:

1. Вперше з використанням методу свердлення розроблена методика оцінки ступеня впливу розчинів ХАР за рівнем зміни ЕПЕ вугілля, що дає змогу обґрунтовувати іх тип і концентрацію;

2. Вперше встановлено, що зниження ЕПЕ антрациту в 3,5-4 рази досягається при застосуванні водного розчину щавельної кислоти концентрацією 2-3 % і бихромату натрія концентрацією 1-1,5 % при їх вмісті в структурі вугільної речовини 3-4 %, при цьому кінетика сорбції розчинів ХАР в 2-2,5 разів вища, ніж у води;

3. Вперше встановлено, що водні розчини щавельної кислоти концентрацією 3 % і біхромату натрія концентрацією 1 % в кількості 3,5-4,5 % знижують інтенсивність амплітуди широкої лінії спектра ЯМР антрациту в 1,4-1,7 разів, а вода і водні розчини ПАР в 1,05-1,15 рази;

4. Встановлено, що в умовах одновісного навантаження розчин 3% щавельної кислоти зменшує міцність вугілля на стиснення, модуль пружності, модуль зсуву в середньому в 1,97 разів і збільшує коефіцієнт Пуасона на 35-42% і модуля спаду в 1,6-1,9 разів, а в умовах гідростатичного навантаження у зразків вугілля насичених розчинів ХАР модуль пружності в області деформацій стиснення на 50-65% вище, ніж у вугілля з природним складом вологи. Розвантаження таких зразків призводить до появи деформацій розтягнення, що перевищують граничні деформації;

5. Вперше встановлено, що в умовах обємного нерівнокомпонентного навантаження, моделюючого напружено-деформований стан привибійної частини пласта знижуються гранична міцність вугільних зразків, оброблених розчином ХАР на 35-45%, модуль зсуву в 1,7-2,2 рази, а напруження, що характеризують формування віджиму вугілля, які визначаються на падаючій повній діаграмі навантаження у зразків після обробки ХАР зростають в середньому на 43%, а залишкова міцність знижується на 25-40%;

6. Вперше з використанням повних діаграм навантаження обґрунтований метод визначення глибини зони віджиму, який полягає в обліку розміру зони опорного тиску граничної міцності руйнівних напружень, що формуються при умові дворазового перевищення енергії зміни форми під енергією зміни обєма зразка до залишкової міцності;

7. Вперше встановлено, що параметри способу знеміцнення високоміцних антрацитів (відстань між свердловинами 10-11м і обєм нагнітання 2% розчин щавельної кислоти 0,02-0,03 п/т) забезпечує зниження інтенсивності широкої лінії спектра ЯМР вугілля на 35-50%, опірності вугілля руйнуванню різанням в 1,8-2,4 разів та питомої роботи руйнування в 2,9-3,5 разів;

8. Очікуваний економічний ефект від застосування способу знеміцнення за рахунок зниження енергозатрат на виймання вугілля становитиме 570,0 тис. грн. (в цінах 2000 р.).

Основні положення і результати дисертації були опубліковані в наступних роботах:

1. Правила визначення глибини зони віджиму в вугільних пластах: СТУ 32320704.24647077.01:2009. – [Чинний від 2009-01-30]. - Донецк-Луганск, - 15 с. – (Стандарт підприемства).

2. Чистоклетов В.Н. Обоснование параметров физико-химического способа разупрочнения высокопрочных углей / В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк. – 2003. - №6. – С. 180 - 188.

3. Стариков Г.П. Исследование влияния гидрорыхления водным раствором ПАВ на интенсивность внезапных выбросов и выдавливаний (отжимов) угля / Г.П. Стариков, З.Г. Пастернак, Н.И. Волошина, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк. – 2004. - № 7. – С. 100 - 112.

4. Стариков Г.П. Оценка эффективности параметров разгрузочных скважин в подготовительных забоях в условиях больших глубин / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, В.В. Завражин, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк. – 2007. – Вып. 10. - С. 95-101.

5. Алексеев А.Д. Эффективная поверхностная энергия горных пород / А.Д. Алексеев, Е.В. Гладкая, В.Н. Ревва, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. – Донецк. - 2001. - № 4. – С. 126 – 132.

6. Завражин В.В. Исследование взаимодействия антрацита с активными веществами // В.В. Завражин, Л.В. Шевченко, Г.А. Троицкий, В.Н. Чистоклетов // Геотехническая механика. – Днепропетровск. - 2001. - № 27. – С. 72- 81.

7. Стариков Г.П. Физико-механическое обоснование параметров разгрузочных скважин / Г.П. Стариков, Д.В. Мельников, Н.И. Волошина, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. –Донецк. – 2005. – Вып. 8. - С. 129-133.

8. Стариков Г.П. Физико-химический способ снижения прочности высоко метаморфизованных углей / Г.П. Стариков, Л.В. Шевченко, В.Н. Чистоклетов. // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк. – 1999. - № 2. – С. 10 - 13.

9. Стариков Г.П. Оценка степени влияния водных растворов ХАВ на формирование зоны отжима при отработке высокопрочных антрацитов / Г.П. Стариков, А.Д. Меляков, В.Н. Чистоклетов // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк. – 2001. - № 3. – С. 125 - 134.

10. Стариков Г.П. Изменение механических свойств антрацитов под влиянием водных растворов химически-активных веществ / Г.П. Стариков, Л.В. Шевченко, В.Н. Чистоклетов. // Геотехническая механика. – Днепропетровск. - 2001. - № 27. – С. 72 - 77.

11. Стариков Г.П. Методические основы определения параметров зон отжима при обработке угольных пластов водными растворами химически-активных веществ / Г.П. Стариков, Л.В. Шевченко, В.Н. Чистоклетов. // Сб. научн. тр. «Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках». Материалы XI Международной научной школы им. акад. С.А. Христиановича. – Симферополь. - 2001. – С. 137 - 138.

12. Волошина Н.И. Влияние поверхностно - активных веществ на деформационные и фильтрационные свойства угля / Н.И. Волошина, В.И. Чистоклетов // XIII ежегодная международная научная школа «Вибротехнология - 2003» по механической обработке дисперсных (сыпучих) материалов и сред им. академика Ф.Д. Овчаренко, 18 - 23 августа 2003 г.: тезисы докл. – 2003. – С. 167-169.

Особистий внесок автора в роботи, опубліковані в співавторстві:

- ідея роботи, мета, постановка задачі експерименту, безпосереднє проведення досліджень, висновки [1, 2, 5];

- постановка задачі, аналіз результатів, висновки [3, 4];

- обґрунтування параметрів і апробація методу визначення глибини зони віджиму [6, 7, 9, 10];

- розробка методики досліджень, аналіз результатів, висновки [11-12].