Досягнення - Сторінка 4

Сторінка 4 із 7

ДОСВІД ТЕОРЕТИЧНИХ І ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ

На підставі теоретичних, лабораторних та промислових досліджень співробітниками відділу було створено:

Наукові основи управління станом і властивостями викидонебезпечного вуглепородного масиву шляхом використання технологічних процесів гідродинамічної та вібраційної дій.
Вдосконалено методологію теоретичних, лабораторних й експериментальних досліджень режимів гідродинамічної дії на викидонебезпечні вугільні пласти.
Розроблено пристрій гідродинамічної дії та перелік способів дегазації викидонебезпечних вугільних пластів через підземні свердловини.
Так впровадження способу розкриття крутих викидонебезпечних вугільних пластів квершлагами дозволило безпечно здійснити понад 200 розкриттів викидонебезпечних вугільних пластів та прискорити на 2-3 роки будівництво нових горизонтів. Економічний ефект при розкритті одного викидонебезпечного пласта складав більше ніж 15 тис. грн за цінами 2015 року.
За результатами досліджень процесу гідродинамічної дії на вуглепородний масив розроблено способи дегазації й видобутку метану з вуглепородного масиву через підземні та поверхневі свердловини.
В умовах ПАТ «Шахта ім. О.Ф. Засядька» у період з 2005 по 2014 роках, видобуто через поверхневі свердловини та утилізовано близько 200 млн м³ метану. Отримано фактичний економічний ефект у розмірі більш ніж 61 млн грн.
Вдосконалено пристрій, режим та процес керування гідроімпульсною дією на викидонебезпечні вугільні пласти при проведенні виробок комбайнами та розроблено спосіб гідроімпульсного розпушування викидонебезпечних вугільних пластів крутого падіння при буропідривному способі проведення виробок.
Економічний ефект від використання способу гідроімпульсного розпушування викидонебезпечних вугільних пластів при проведенні виробок комбайнами на шахтах ПАТ «Краснодонвугілля» у цінах 2014 року склав 1,3 млн грн в рік на один комбайн.

НАУКОВО-ПРАКТИЧНІ ДОСЯГНЕННЯ

Наукові відкриття, положення й закономірності

Відкриття № 123 «Закономірність руйнування пористих газонасичених тіл при циклічній гідродинамічній дії». Сутність відкриття полягає в експериментальному обґрунтуванні закономірності руйнування пористих газонасичених тіл при циклічній дії, при цьому встановлено, що при гідродинамічній дії на пористе газонасичене тіло забезпечується ефективне руйнування його в результаті циклічної подачі робочого агенту у фільтраційному режимі та різкому скиданні тиску в часі, значно меншим, ніж необхідно для зворотної фільтрації агента із глибини проникнення; внаслідок цього утворюється руйнівний градієнт тиску, який реалізується на структурному рівні тіла.
Відкриття № 184 «Явище спонтанного руйнування напруженого пористого газонасиченого масиву гірських порід при відділенні шару приконтурної розвантажувальної зони циклічним гідродинамічним навантаженням». Сутність відкриття полягає у встановленні невідомого раніше явища спонтанного руйнування напруженого пористого газонасиченого масиву гірських порід при відділенні шару приконтурної розвантажувальної зони циклічним гідродинамічним навантаженням, яке полягає у тому, що після відділення шару в гірському масиві генерується фронтальний розвиток вторинної пористості від вільної поверхні вглиб масиву зі спонтанним його руйнуванням, що обумовлене звільненням внутрішньої енергії гірничого масиву і перевищенням швидкості переміщення фронту виникнення вторинної пористості над швидкістю процесу фільтрації.
Відкриття № 228 «Явище виникнення динамічного привантаження вугільного пласта при його циклічному гідродинамічному навантаженні». Сутність відкриття полягає в тому, що в результаті багаторічних експериментальних досліджень встановлено невідоме раніше явище виникнення циклічного динамічного привантаження вугільного пласта в процесі циклічного гідродинамічного навантаження гірського масиву при скиданні тиску рідини, що сумується за величиною з напруженням, яке виникає в процесі механічної дії на вугільний пласт при традиційних способах його виїмки, при цьому виникає хвиля напруження на межі «вугільний пласт-вміщуючи породи» та обумовлене утворенням вторинної пористості та швидкістю навантаження.

Геомеханічні процеси

Зміна тиску, створеного при нагнітанні стисненого повітря у вуглепородний масив через поверхневу дегазаційну свердловину, відбувається за залежністю, близькою до логарифмічної, а при подальшому нагнітанні зростання тиску стабілізується та описується прямолінійними залежностями, що свідчить про об'єднання об'єму свердловини з фільтраційним об’ємом і є критерієм ефективності.
Якщо тиск стисненого повітря в поверхневій дегазаційній свердловині при пневмодинамічній дії на вуглепородний масив вище за розрахунковий, що свідчить про наявність води у свердловині, то радіус ефективного впливу дії (R_еф) становить близько 1 м, а якщо значення тиску у свердловині нижче розрахункового, то R_еф приймає значення до 3 м, при цьому залежність зміни R_еф від параметрів впливу описується поліном другого ступеня. Це дозволило встановити закономірність зміни радіуса ефективного впливу пневмодинамічної дії та тиску в поверхневій дегазаційній свердловині при об'єднанні об'єму свердловини з фільтраційним об'ємом гірничого масиву.
Розвиток деформаційних процесів і зміна опорного гірського тиску в геологічній товщі при надробленні та підробленні викидонебезпечних пластів відбувається під впливом деформацій зсуву за логарифмічними залежностями прояву граничних кутів деформацій δ₀ і кутів розриву порід δ^'' від відстані між пластами й дозволяє встановити у часі та просторі межі, в яких формуються умови трансформації викидонебезпечного вугілля і зміна стану системи вугілля-газ.
Зусилля ініціювання тріщин зсуву при навантаженні викидонебезпечних вугільних пластів залежить від навантажень стиснення і не залежить від напряму руйнівного навантаження, яке додається перпендикулярно або паралельно прошарків, що складають пласт, це дозволяє визначати зусилля ініціювання тріщин по одному з напрямків навантаження вугілля, макромолекула вугільної речовини якого має глобулярну структуру.
Обґрунтовано й експериментально підтверджено механізм переведення викидонебезпечного вугільного пласта у безпечний стан під впливом гідроімпульсної дії, при якій навколо фільтраційної частині свердловини у вугільному пласті виникає високочастотна гідроімпульсна вібрація, яка призводить до складних взаємопов'язаних процесів зміни напружено-деформованого стану пласта, розвитку різнопохилого тріщиноутворення й інтенсивної фільтрації метану, що дозволяє внаслідок дегазації та зміни властивостей вугілля попереду вибою завчасно, до глибини буріння свердловин, створити безпечну зону і збільшити швидкість проведення виробки у 2-3 рази.
Дегазація газонасиченого вуглепородного масиву через технологічні свердловини довжиною до 100 м, пробурені по вугільному пласту, при гідродинамічної дії здійснюється у два етапи: на першому етапі за параболічною залежністю від зруйнованих шарів вугілля навколо свердловини та створення додаткового фільтраційного об’єму; на другому етапі при підключенні свердловини до дегазаційної системи.
При вилученні з газонасиченого вугільного пласта під час гідродинамічної дії не менш ніж 1 % вугілля від об’єму зони, що обробляється, коефіцієнт інтенсифікації дегазації змінюється за параболічною залежністю протягом 6 місяців, що забезпечує ефективність дегазації вугільного масиву не менш ніж на 30 %.
Періодичні динамічні навантаження газонасичених вугільних пластів, які здійснюються при поданні робочої рідини у свердловину під тиском 3-5 МПа з подальшим його скиданням до атмосферного і випуском газовугільної пульпи в кінці кожного циклу, ініціюють процес дегазації у вугільному масиві на площі, що обмежена радіусом гідродинамічної дії, значення якого має лінійну залежність від кількості вилученого зі свердловини вугілля, товщини пласта і параболічну від глибини його залягання.
Зниження коефіцієнта викидонебезпечності вугільного пласта не менше чим в 1,5-2 рази забезпечується при співвідношенні тривалості пошарового руйнування вугілля та часу блокування метану рівному 0,67 і знаходиться в лінійній залежності від кількості циклів гідродинамічної дії.
Імпульс деформації розтягування в процесі гідродинамічної дії на напружений газонасичений вугільний пласт поширюється в пружному середовищі по нормалі від вільної поверхні до напруженої нерухомої межі, його відбивання породжує ідентичний за значенням і формою негативний імпульс протилежного напрямку, що призводить до подвоєння значення напруження деформації на межі розділу вугілля-вода.
Радіус ефективного впливу гідродинамічної дії на викидонебезпечний вугільний пласт через технологічну свердловину змінюється за логарифмічною залежністю від кількості видобутого вугілля, яке прямо пропорційне кількості циклів дії, що дозволяє керувати цим процесом та формувати безпечну зону (4 м за проектним контуром гірничої виробки) розкриття викидонебезпечного вугільного пласта в місці його перетину.

Системи транспортування та утилізації вуглеводневих з’єднань

Критерій вибухобезпеки вуглеводневих газів у процесі вилучення їх з ізольованих об’ємів шахт та підготовки до утилізації, визначається відповідно до концентрації кисню у суміші газів, що обернено пропорційна концентрації метану у діапазоні від 0 до 5 % і прямо пропорційна концентрації метану в діапазоні від 20 до 25%, а при концентрації кисню до 7% суміш є вибухобезпечною при будь-яких концентраціях метану.
Критерій охорони праці людини на робочих місцях когенераційних станцій для керування співвідношенням повітря-газ α в діапазоні від 1,04 до 1,15 по концентрації кисню в димових газах котлоагрегатів, які утилізують вуглеводневі гази встановлюється за концентрацією оксиду азоту в топці при цьому концентрація оксиду вуглецю зменшується за параболічною залежністю при збільшенні коефіцієнта надлишку повітря.
Критерій енергоефективності керування коефіцієнтом співвідношення повітря-газ α котлоагрегатів, які утилізують вуглеводневі гази прямо пропорційній тиску повітря на повітронагрівачах, та обернено пропорційних концентрацій кисню в димових газах, що дозволило встановити параметр енергоефективного управління співвідношенням α в діапазоні від 1,04 до 1,15 котлоагрегатами по концентрації кисню в димових газах за пароперегрівачем при змінах парового навантаження.
Значення концентрації кисню, що визначає межу вибухобезпечності шахтного метану у дегазаційних трубопроводах прямо пропорційне концентрації метану в них і обернено пропорційне коефіцієнту безпеки, що дає нормовану межу вибухобезпечності шахтного метану у дегазаційних трубопроводах при одночасному вимірюванні концентрації кисню та метану.
Критерій безаварійної роботи поверхневої газотранспортної системи базується на її еквівалентному аеродинамічному опорі, що включає змінний опір регуляторів тиску свердловин, пропорційний різниці певного інтеграла добутку абсолютного тиску i-ої свердловини на витрату з неї метану для всіх свердловин і добутку абсолютного тиску метану на вході утилізаційної установки на її витрати та обернено пропорційне витраті метану утилізаційної установки в третьому ступені.

Геологічні процеси

Удосконалено метод спостереження природного імпульсного електромагнітного поля Землі (ПІЕМПЗ), що дозволив відкартувати зони розривних порушень та приурочених до них зон мінералізації, встановити точки закладення геологорозвідувальних свердловин та оцінити перспективність розробки родовищ корисних копалин та їх запасів.

Нормативно-правові акти та стандарти, що впроваджено у виробництво

«Керівництво щодо розкриття викидонебезпечних вугільних пластів способом гідродинамічної дії через свердловини в умовах шахт Центрального району Донбасу» та «Керівництво з дегазації й зниження викидонебезпечності крутопадаючих вугільних пластів у нижній частині смуг, що відпрацьовують щитовими агрегатами із застосуванням гідродинамічної дії». Обидва документи згодом увійшли до «Інструкції з безпечного ведення гірничих робіт на пластах, схильних до раптових викидів вугілля, породи й газу»;
Альбоми «Технологічних схем підготовчих і очисних робіт на вугільних пластах, схильних до раптових викидів вугілля і газу» і «Прогресивні технологічні схеми розробки пластів на вугільних шахтах», а згодом увійшли до СОУ 10.1.00174088.011.2005 «Правила ведення гірничих робіт на пластах, схильних до газодинамічних явищ».
СОУ- П: Правила ведення гідродинамічної дії для запобігання газодинамічним явищам при проведенні підготовчих виробок по крутопохилим та крутим вугільним пластам;
Правила ведення гідродинамічної дії для дегазації та зниженню газодинамічної активності нижній частині вугільних пластів стелеуступних вибоїв;
Правила ведення гідродинамічної дії через підземну свердловину на круті вугільні пласти у верхній частині лав для їх дегазації та зниження газодинамічної активності;
Правила ведення гідродинамічної дії через підземну свердловину на вугільні пласти, схильні до газодинамічних явищ, перед їх розкриттям
Правила ведення гідродинамічної дії для інтенсифікації дегазації вугільних пластів, що відробляються;
Правила ведення гідродинамічної дії для зниження газодинамічної активності пологих вугільних пластів при проведенні підготовчих виробок;
Правила ведення пневмогідродинамічної дії для дегазації та інтенсифікації видобутку метану через поверхневі дегазаційні свердловини.

Авторські свідоцтва та патенти на винаходи, які впроваджені на шахтах Донбасу