Войти  |  Регистрация
Авторизация

Влияние предварительного увлажнения на удароопасность угольных пластов



Известно, что после проведения в пласте горкой выработки вес пород, зависших над выработанным пространством, перераспределяется на оставшиеся нетронутыми части пласта, вызывая в них концентрации напряжений — опорное давление. В работах С.Г. Авершина, И.М. Петухова, Я.А. Бича показано, что хрупкое разрушение угля в зоне опорного давления — горный удар — реализуется только при наличии следующих условий:
- отчетливо выраженной склонности угля к упругому деформированию под нагрузкой;
- значительной концентрации напряжений в зоне опорного давления;
- высокой скорости приложения дополнительных нагрузок на краевую часть угольного пласта (инициирование горных ударов) .
Способность угольного пласта деформироваться упруго, т. е. способность накапливать значительные запасы потенциальной энергии упругого сжатия, определяет его потенциальную удароопасность. Далее, уровень напряжений в зоне опорного давления служит основным признаком удароопасности конкретных участков в целом потенциально удароопасного пласта, Наконец, инициирование горных ударов может иметь место при производстве буровзрывных работ, при эксплуатации комбайнов других механизмов, при обрушении кровли, при толчках, имеющих тектоническую природу.
Меры борьбы с горными ударами можно условно разделить на две крупные категории — пассивные и активные. К пассивным относятся меры защиты выработок от последствий горных ударов, а также комплекс мероприятий по управлению процессом хрупкого разрушения угля. Предварительное увлажнение относится к числу активных мер, в основу которого положен принцип направленного изменения физико-механических свойств и напряженного состояния угля, в результате чего либо значительно снижается способность краевой части угольного пласта к накоплению запасов потенциальной упругой энергии, либо эта способность ликвидируется полностью. Достижение такого эффекта связано главным образом с пластифицирующим воздействием воды на уголь, с приобретением последним в результате увлажнения свойств существенно пластического тела.
Изменение свойств угля при его увлажнении проследим в основном на примере Ткибульского месторождения Грузии. Поэтому представляется необходимым дать некоторые сведения об исходных свойствах угольных пластов этого месторождения.
Рабочая угленосность Ткибульского района связана с пластом Толстым мощностью 40—50 м, из которых на полезную угольную массу приходится 17—18 м. Падение пласта на современной глубине разработки — северное, под углами 38—42°. Пласт Толстый характеризуется сложным строением и условно делится ка ряд пачек или, как их принято называть, пластов, сложенных углями и разделенных прослоями аргиллитов и алевролитов, Из этих пластов к рабочим отнесены четыре: II, 4/4(семичетвертовый), III и IV. Пласты II, III и IV отрабатываются двумя, а то и тремя слоями мощностью в 1,5—2,5 м. Все рабочие пласты являются опасными по горным ударам.
Изучение трещиноватости угольных пластов месторождения показало, что угольный массив разбивается на вполне изометричные и достаточно монолитные блоки трещинами трех основных систем: трещинами напластования (I система) и трещинами кливажа (И и III системы), которые в первом приближении ортогональны друг другу.
Уголь на месторождении характеризуется значительной пористостью (15—16%) и средней степенью насыщения пор водой (0,5—0,6). He занятый водой объем норового пространства заполнен газом, в основном метаном. Таким образом, угли рассматриваемого месторождения являются типичной трехфазной средой. Интенсивно развитая трещиноватость и достаточно большое значение дефицита водонасыщения (μбл = 0,08/0,09) предопределяют их высокую потенциальную способность к дополнительному насыщению водой,
Количественные критерии, отражающие зависимость пластифицирующего воздействия воды от степени водонасыщения угля, были получены после проведения серии натурных экспериментов по прямому определению потенциальной удароопасности в различной степени искусственно увлажненных и «сухих» участков угольного пласта, Опыты ставились в краевой части ненарушенного угольного массива по методу пробных нагрузок с помощью специальной давильной установки конструкции ВHИМИ. Исследованиями BHИМИ установлено, что удароопасные пласты угля обладают ярко выраженной способностью к упругому деформированию. При этом за показатель потенциальной удароопасности (Ky) принимается относительная величина упругих деформаций (Ку = εупр/εполн 100%) при нагрузках, близких к разрушающим [при σ≥(0,7/0,8) σразр]. Потенциально удароопасными являются только те пласты, для которых Kу≥70%.
Влияние предварительного увлажнения на удароопасность угольных пластов

Результаты экспериментов представлены графически на рис. 95 и 96. Из графика на рис. 95, а следует, что с увеличением влажности угля растет и доля необратимых деформаций, причем:
- при W≤9,5% всегда Ку≥70%, т. е. неувлажненный или слабо увлажненный уголь заведомо удароопасного пласта остается в удароопасном состоянии (зона I);
- при W≥9,5% во всех опытах Ку≤70%, т. е. уголь переходит в неудароопасное состояние (зона II).
Аналогичный результат получен при определении доли упругих деформаций во всех опытах для каждой ступени нагрузки, независимо от отношения σ/σразр (рис. 95, б). Кроме того, достаточно часто оконтуривалась некоторая переходная зона с влажностью угля в ней в пределах 9,0—9,5%. В этой зоне уголь в одних случаях может сохранить тенденцию к преимущественно упругому деформированию, а в других — деформироваться под нагрузкой как существенно пластическое тело, т. е. перейти в неудароопасное состояние (рис. 96, б, в).
Коэффициенты водонасыщения угля G, соответствующие W=9,5%, составляют около 0,8.
Таким образом, значительное снижение способности угля к упругому деформированию и связанный с этим переход удароопасного массива — после его принудительного увлажнения — в неудароопасное состояние примерно совпадают с достижением полного водонасыщения угля. При этом под термином полное во до насыщение нужно понимать полное заполнение водой только тех пор угля, которые доступны для проникновения в них воды под действием гидродинамических сил, обусловленных давлением нагнетания.
Влияние предварительного увлажнения на удароопасность угольных пластов

Существенное влияние на ослабление угольного массива оказывает также искусственно создаваемое при нагнетании гидростатическое давление в трещинах (первая волна) и в пористых блоках угля (вторая волна); при этом часть нормальных напряжений начинает восприниматься и передаваться жидкостью, заполняющей поры и трещины, в результате чего происходит нарушение равновесия между нормальными и касательными напряжениями, действующими в твердой фазе. Последнее, в свою очередь, вызывает необратимые микродеформации сдвига-отрыва в твердой фазе угля. Другими словами, часть накопленной углем потенциальной упругой энергии сжатия реализуется в процессе нагнетания в форме необратимых микродеформаций сдвига-отрыва в его минеральном скелете.
В качестве критерия эффективности увлажнения можно принять (с некоторым запасом) значение Gкр=0,85. Если в увлажненном пласте выполняется условие G≥Gкр, то такой пласт считается приведенным в неудароопасное состояние.
Для каждого конкретного месторождения или отдельных его участков вместо Gкр удобнее пользоваться критическим значением влажности Wкр, соответствующим Gкр=0,85; в частности, для Восточного участка месторождения, где ставились эксперименты, получено Wкр=10%,
Экспериментально установленный критерий эффективности увлажнения прошел широкую производственную проверку. Проведенный при этом анализ случаев проявления горных ударов показал, что последние имели место только на неувлажненных или слабо увлажненных участках угольных пластов. С другой стороны, горными ударами никогда не захватывались участки пластов с влажностью угля, равной или превышающей критическую.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent