Спосіб попередження газодинамічних явищ

Реферат: Спосіб попередження газодинамічних явищ включає буріння свердловин і встановлення на усю їх глибину електродів-релаксаторів. Буріння свердловин здійснюють перед закріпленням виробки на сполученні покрівлі із забоєм на кожній заходці по усій довжині виробки перпендикулярно її осі. Свердловини обладнують металевими штангами з магнітним вінілом на кінці, які з'єднують між собою електричним дротом, приєднаним до шахтного контуру заземлення для зняття статичної напруги. При цьому відстань між свердловинами і їх глибину буріння вибирають, виходячи з гірничо-геологічних умов і міри викидонебезпеки ділянки, що розробляється. UA 88613 U (54) СПОСІБ ПОПЕРЕДЖЕННЯ ГАЗОДИНАМІЧНИХ ЯВИЩ UA 88613 U UA 88613 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до гірської промисловості і може бути використана для забезпечення безпеки ведення гірських робіт при розробці викидонебезпечних вугільних пластів. Відомий спосіб запобігання динамічних явищ в порушених породах при розробці корисних копалин, що включає буріння свердловин до перетину небезпечної зони, відбір і аналіз керна, установку пакерів, нагнітання в масив антифрикційного розчину для управління умовами тертя по контакту берегів тріщин в небезпечній зоні [1]. Нагнітання в масив антифрикційного розчину не дозволяє постійно підтримувати і забезпечувати необхідний рівень безпеки ведення очисних і підготовчих робіт при розробці викидонебезпечних вугільних пластів, оскільки розчин розбавлятиметься і вимиватиметься зі свердловин присутніми в масиві водними флюїдами, що вимагає постійного відновлення необхідної концентрації розчину. Найбільш близьким аналогом корисної моделі, що пропонується, є спосіб боротьби з раптовими викидами вугілля і газу і гірськими ударами [2], що включає буріння свердловин і нагнітання в них рідини, при цьому у свердловини нагнітають електропровідну рідину, а на усю глибину свердловин встановлюють електроди-релаксатори, а електропровідну рідину нагнітають до виникнення між сусідніми свердловинами стійкого електричного ланцюга, провідність якого припиняє зростати при подальшому поданні рідини, крім того у свердловини спільно з електропровідною рідиною нагнітають подрібнений електропровідний матеріал. Цей спосіб не може повною мірою вирішити поставлену задачу попередження газодинамічних явищ з наступних причин: - електропровідна рідина не може постійно бути присутньою в гірському масиві, зважаючи на її вимивання підземними водними потоками; - для підтримки необхідного рівня електричного опору вимагається постійно повторювати цикли закачування електропровідної рідини; - спосіб вимагає періодичного витягання електродів-релаксаторів перед проведенням виїмки вугільного пласта; - для закачування подрібненого електропровідного матеріалу потрібна наявність спеціальних дорогих насосів з високою зносостійкістю. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу боротьби з раптовими викидами вугілля і газу і гірськими ударами, в якому буріння свердловин здійснюють по усій довжині виробки перпендикулярно її осі, свердловини обладнують металевими штангами з магнітним вінілом на кінці, які з'єднують між собою електричним дротом, приєднаним до шахтного контуру заземлення для зняття статичної напруги. За рахунок цього забезпечується постійна підтримка і забезпечення необхідного рівня безпеки ведення очисних і підготовчих робіт при видобутку вугілля, і як наслідок, зниження витрат на проведення противикидних заходів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі боротьби з раптовими викидами вугілля і газу і гірськими ударами, який включає буріння свердловин і встановлення на усю їх глибину електродів-релаксаторів, згідно з корисною моделлю, буріння свердловин здійснюють перед закріпленням виробки на сполученні покрівлі із забоєм на кожній заходці по усій довжині виробки перпендикулярно її осі, свердловини обладнують металевими штангами з магнітним вінілом на кінці, які з'єднують між собою електричним дротом, приєднаним до шахтного контуру заземлення для зняття статичної напруги, при цьому відстань між свердловинами і їх глибину буріння вибирають, виходячи з гірничо-геологічних умов і міри викидонебезпеки ділянки, що розробляється. Буріння свердловин перед закріпленням виробки на сполученні покрівлі із забоєм дозволяє завчасно створити потенційного захисний бар'єр навколо виробки для попередження виникнення газодинамічних явищ. Буріння свердловин на кожній заходці по усій довжині виробки перпендикулярне її осі дозволяє збільшити охоплення гірського масиву електромагнітним полем високої щільності для зниження вірогідності виникнення пробою вуглеводневих газів, обумовленого деформаціями і тертям по контакту берегів тріщин. Розміщення металевих штанг з магнітним вінілом на кінці дозволяє створити в масиві електромагнітне поле, яке буде притягувати до себе усі виникаючі у масиві блукаючі стохастичні електричні поля, що обумовлені деформаціями і тертям по контакту берегів тріщин. З'єднання штанг між собою електричним дротом дозволяє створити єдину мережу для захисту від пробою вуглеводневих газів, присутніх в тріщинах і порах напруженого гірського масиву, за рахунок прямого і зворотного п'єзоефекту і внутрішнього тертя в масиві. 1 UA 88613 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Приєднання дроту до шахтного контуру заземлення дозволяє виконати умисне електричне з'єднання із заземлюючим пристроєм потенційних полюсів прослизання мікроплазмових розрядів, що знаходяться в масиві [3, 4] та викликають газодинамічне явище. Вірогідність викидів гірських порід визначається появою критичних величин тріщинуватості, газонасиченості, напруженого стану пласта, швидкості проведення виробок, а також характеристик, що визначають структуру і склад гірських порід. У більшості викидонебезпечних гірських порід зосереджені 50-70 % зерен кварцу, для яких характерна наявність існування прямого і зворотного п'єзоелектричного ефекту під дією зовнішнього тиску. Будь-яку тріщину, заповнену вуглеводневим газом (наприклад метаном) можна представити як конденсатор з ізольованими "берегами", тобто при виникненні поляризації заряд не може стікати по стінці тріщини. У свою чергу наявність блукаючих стохастичних електричних полів, обумовлених деформаціями кварцу, в елементах напруженого масиву, породжує вірогідність з одного боку пробою вуглеводневого газу (метану), а з іншої - виникнення зрушення і кручення кристалів один відносно одного. Це сприяє появі додаткового потоку тепла в результаті тертя між кристалами. Пробій вуглеводневих газів в тріщинах і порах напруженого гірського масиву обумовлений лавинним механізмом перенесення заряду електронами і позитивними іонами. Від джоулевського тепла і тепла, отриманого в екзотермічних реакціях (що протікають при пробої в метані), відбувається нагрів газу порового простору, який, інтенсивно розширюючись в об'ємі, прагне вийти назовні по порах і тріщинах. В результаті високого тиску гази по тріщинах і порах переміщаються з великими швидкостями, здійснюючи при цьому перенесення вуглепородної речовини. Якщо стадія руйнування випереджає стадію зрощення тріщин у вугільно-порідному середовищі, то береги тріщин, що міняють своє взаєморозташування в матеріалі, що кришиться, є потенційними полюсами для прослизання між ними мікроплазмових розрядів, що з'єднуються в один лавиноподібний потік. Тобто електрофізичні процеси, пов'язані з виникненням стохастичних електричних полів призводять до формування в гірських породах вказаних мікроплазмових утворень, які у свою чергу створюють розгалужені зони підвищеної силової напруженості, що є причиною газодинамічних явищ. Розміщення у свердловинах, пробурених у вуглепородному масиві, металевих штанг з магнітним вінілом на кінці дозволяє створити електромагнітне поле, яке завдяки властивостям фериту барію, що входить до складу магнітного вінілу, притягуватиме до себе усі виникаючі в масиві блукаючі стохастичні електричні поля, що обумовлені деформаціями і тертям по контакту берегів тріщин. Магнітний вініл - це полімерний, досить міцний, еластичний магнітний матеріал, що поєднує в собі гнучкість гуми і магнітні властивості феритових постійних магнітів (основна магнітна складова - ферит барію BaO 6Fe2O3). До складу входить магнітний порошок (ферити) і полімерні матеріали. Магнітний вініл має гнучкість, вібростійкість і малу щільність, легко піддається механічній обробці, не піддається корозії, нетоксичний, має великий термін придатності. Він надійно кріпиться до металевих поверхонь і при цьому не чинить на них шкідливої дії і витримує значні навантаження на кручення і розрив. Матеріал не втрачає свої властивості в широкому діапазоні температур (від - 40° до +70 °С). Його коерцитивна сила і магнітна енергія залежать від розмірів часток наповнювача і збільшуються при збільшенні його змісту. Найкращий комплекс магнітних властивостей забезпечується при використанні наповнювача з питомою 2 поверхнею 0,5 м /г у кількості 90-92 % (мас.). Магнітно-тверді гуми на основі натурального 2 каучуку, що містять ферит барію з питомою поверхнею 0,54 м /г, мають коерцитивну силу 96103 А/м. При цьому міцність гум при розтягуванні складає 4,3 МПа, а відносне подовження досягає 30 % [5]. Таким чином, за рахунок названих ознак досягається підвищення надійності попередження динамічних явищ при вилученні корисних копалин шляхом створення в масиві мережі поглиначів блукаючих стохастичних електричних полів шляхом створення стримуючого потенційного бар'єру на стадії підготовки і розв'язування викиду. Виконують спосіб таким чином. У гірському масиві (див. креслення), де планується відроблення лави вугільного пласта, при проходці виробки 1, перед закріпленням виробки на сполученні покрівлі із забоєм на кожній заходці по усій довжині виробки буриться серія свердловин 2 діаметром 43-46 мм перпендикулярно осі виробки. Якщо виробка закріплюється рамним кріпленням 3, то свердловини бурять до встановлення закріплення, при тому, що довжина свердловин і відстань між ними встановлюється відповідно до протяжності зони гранично напруженого стану і не повинна перевищувати крайньої межі зони підвищеної напруги, що оцінюється по виходу штибу або сейсмоакустичної активності масиву. Якщо ж використовується анкерне закріплення 4, то крім свердловин для анкерів буряться додаткові на глибину в 1,5-2 рази більшу, ніж глибина 2 UA 88613 U 5 10 15 20 25 анкерування. У пробурені свердловини (при рамному закріпленні) або в додаткові свердловини (при анкерному закріпленні) вводяться штанги у вигляді металевих трубок з магнітним вінілом на кінцях 5, який знаходиться в щільному контакті із стінками свердловини. Штанги з'єднують між собою електричним дротом 6 та підключають його до шахтного заземлення 7. Перевага пропонованого способу полягає в тому, що він може використовуватися як для боротьби з гірськими ударами, раптовими викидами вугілля і газу, так і для запобігання газодинамічних явищ на шахтах з різними марками вугілля. При цьому приведення масиву у безпечний стан відбувається до переходу його в граничний стан у будь-яких гірничо-геологічних умовах. Це забезпечує і безпеку ведення гірських робіт. Джерела інформації. 1. Пат. 2201508 Рос. Федерации, E21F 5/00. Способ предотвращения динамических явлений в нарушенных породах при разработке полезных ископаемых (варианты) / Фрейдин A.M., Усков В.Α., Кю Н.Г., Чернов О.И.: Институт горного дела - Научно-исследовательское учреждение СО РАН. - № 2001108221/03, заявл. 26.03.2001; опубл. 27.03.2003, Бюл. 07/2006. 2. Пат. 2108463 Рос. Федерации, E21F 5/00. Способ борьбы с внезапными выбросами угля и газа и горными ударами / Малышев Ю.Н., Лисуренко А.В., Сагалович О.И., Томилин П.И., Сысолятин Ф.В. - № 96113772/03, заявл. 05.07.1996; опубл. 10.04.1998, Бюл. 31. (прототип). 3. Феноменологическая модель генезиса динамических явлений в шахтах / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, С.Ю. Андреев, Г.А. Рыжов // Підземні катастрофи: моделі, прогноз, запобігання: Матеріали II міжнародної конференції, 18 травня 2011 р. - Дніпропетровськ: НГУ, 2011.- С 11-16. 4. Развитие гипотезы возникновения газодинамических явлений в результате формирования микроплазменных разрядов в подземных условиях / А.Ф. Булат, С.Ю. Макеев, В.Я. Осенний, С.Ю. Андреев // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. трудов / Ин-т геотехнической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. - Днепропетровск, 2012. - Вып. 104. С. 3-9. 5. Журавлева Л.В. Электроматериаловедение / Л.В.Журавлева. - М.: Изд. Центр «Академия»; ИРПО, 2000. - 313 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб попередження газодинамічних явищ, що включає буріння свердловин і встановлення на усю їх глибину електродів-релаксаторів, який відрізняється тим, що буріння свердловин здійснюють перед закріпленням виробки на сполученні покрівлі із забоєм на кожній заходці по усій довжині виробки перпендикулярно її осі, свердловини обладнують металевими штангами з магнітним вінілом на кінці, які з'єднують між собою електричним дротом, приєднаним до шахтного контуру заземлення для зняття статичної напруги, при цьому відстань між свердловинами і їх глибину буріння вибирають, виходячи з гірничо-геологічних умов і міри викидонебезпеки ділянки, що розробляється. 3 UA 88613 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4