Старіков Геннадій Петрович. Прогнозування нестійкості системи "вугілля-газ" при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів : дис... д-ра техн. наук: 05.15.11 / НАН України; Інститут фізики гірничих процесів. - Донецьк, 2005.
Анотація до роботи:
Старіков Г.П. Прогнозування нестійкості системи “вугілля – газ” при відпрацюванні викидонебезпечних вугільних пластів. – Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.11 – “Фізичні процеси гірничого виробництва”. Інститут фізики гірничих процесів НАН України, Донецьк, 2005.
Дисертація присвячена розробці наукових основ стійкості системи «вугілля-газ» для створення способів прогнозування викидонебезпечності вугільного масиву, осередків ГДЯ та кваліфікації ГДЯ, що сталися (раптові викиди, обрушення). В основі роботи лежать теоретичні дослідження, які дозволяють розробити фізичну модель та встановити закономірності, які оцінюють стійкість системи «вугілля-газ» залежно від щільності заповнення її метаном, розглянути умови виходу метану (викид вугілля та газу) з поруватої структури вугілля за рахунок хвилі розвантаження і механізм зміни процесу дифузії на фільтрацію. Грунтуючись на результатах теоретичних досліджень експериментально в умовах об’ємного нерівнокомпонентного навантаження, моделюючого стан привибійної частини пласта, вперше встановлено, що високошвидкісне розвантаження газонасиченого вугілля переводить його із граничного стану в умовах узагальненого стиснення в плоский напружений стан з формуванням узагальненого розтягування як за напруженнями, так і за деформаціями, із зміненням фізико-механічних властивостей, що характеризують перехід від зсувного механізму руйнування до пошарового відриву за рахунок вскриття частини закритих пор, в яких знаходиться 70-75% сорбованого метану. Це дозволило обгрунтувати критерій викидонебезпечності газоносних пластів, враховуючих в явному вигляді вміщення флюідів у вугіллі, напружений стан та міцність вугілля. За зміненням вільної енергії вугілля, що визначається щільністю заповнення його відкритих та закритих пор метаном, обгрунтовані критерії визначення місцерозташування осередків викиду вугілля та газу, а за ступенем пошкодженості сорбційного об’єму вугілля, оцінюваного енергією активації виходу метану та часом його десорбції, - критерій кваліфікації типу ГДЯ. Усі критерії пройшли стадії шахтних досліджень на викидонебезпечних та особливо викидонебезпечних пластах і приймальних випробуваннях, які показали високу надійність та достовірність. Наукові результати дисертаційної роботи увійшли до нормативних документів, що регламентують порядок застосування розроблених автором способів.
В дисертаційній роботі отримані нові наукові результати в області фізичних процесів гірничого виробництва шляхом: встановлення закономірностей зміни форми і рівня потенціалу вільної енергії “вугілля-газ” залежно від теоретично обґрунтованих параметрів даної системи, які визначають її нестійкість, і експериментального підтвердження кількісних значень вказаних параметрів у вигляді критеріїв, а також розроблені на основі ціх критеріїв способи прогнозування і кваліфікації ГДЯ, що в сукупності є вирішенням наукової і прикладної проблеми відпрацювання викидонебезпечних вугільних пластів.
Результати досліджень дозволили зробити наступні висновки та рекомендації:
Розроблена фізична модель системи “вугілля-газ”, яка дозволяє по зміні потенціала вільної енергіії виявляти приховані викидонебезпечні ситуації, обгрунтовувати параметри хвилі розвантаження, що знижують рівень потенціального бар’єру, які відокремлюють нестійкий стан системи з високим газовміщенням від стійкого з низьким газо вміщенням, та управляти кінетикою газовиділення з відкритих і закритих пор вугілля.
Обгрунтована фізична модель поруватої вугільної речовини, яка враховує знаходження метану в об’ємі закритих пор та дозволяє встановити, що швидкість газовиділення при їхньому перетворенні в тріщини, викликаного хвилею розвантаження, прямо пропорційна розміру та об’єму закритих пор та зворотно пропорційна квадрату метаноємності вугілля і коефіцієнту дифузії метану.
Зміна механізму руйнування вугілля від зсувного до пошарового відриву за рахунок розкриття закритих пор визначається ступенем газонасиченості, яка змінює пружні та деформаційні властивості, і швидкістю розвантаження мінімального стискуючого напруження, що забезпечує перевід вугільного масиву із граничного стану, в умовах загального стиснення, в плоский напружений стан з формуванням узагальненого розтягнення за напруженнями та деформаціями.
Розроблена та апробована методика визначення кількості метану в системі відкритих та закритих пор за даними спектрів ЯМР вугілля.
На основі встановлених закономірностей руйнування газонасиченого вугілля при моделюванні розвантаження розроблений критерій прогнозування викидонебезпечності при розкритті вугільних пластів, одночасно враховуючий кількість водометанового флюїду, середнє напруження у вугільному пласті та міцність вугілля на одновісне стиснення. Розроблені параметри способу.
Обгрунтований критерій оцінки місцезнаходження осередків ГДЯ при проведенні підготовчих виробок БВР, які враховують питоме газовміщення метану у вугільному пласті, або швидкісь змінення газовміщення у рухомому вугільному масиві підготовчої виробки. Розроблені параметри та технології способу.
