DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-51-59
Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Ким Т. Л. Фактор выбросоопасности зон угольных пластов, обусловленный крупностью частиц угля // Известия вузов. Горный журнал. 2019. № 6. С. 51–59 (In Eng.). DOI: 10.21440/0536-1028-2019-6-51-59
Введение. Параметры и свойства угольных пластов, на которых произошли внезапные выбросы угля и газа, активно исследуются с целью уточнения механизма и совершенствования методов прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля и газа. Выбросы происходят из слабых, перемятых пачек угля.
Цель работы. Исследование влияния крупности зерен угольного пласта на формирование внезапных выбросов угля и газа с учетом возможного изменения прочностных и фильтрационных свойств угля.
Методика. Выполнен теоретический анализ влияния крупности частиц угля и размера зарождающихся трещин на формирование внезапных выбросов угля и газа.
Теоретическая часть. В работе показано, что с уменьшением среднего размера частиц угля увеличивается поток газа, переходящего из внутреннего объема угля в свободную форму, уменьшается коэффициент проницаемости, что ведет к возрастанию градиента газового давления в краевой зоне. Размер частиц определяется условиями формирования и залегания угля. В отдельные геологические периоды уголь измельчается при разрушении части массива силами горного давления. Размер частиц угля влияет на диапазон равновесных условий, при нарушении которых развивается внезапный выброс угля и газа.
Результаты. Исходя из условий равновесия малого объема угля с ориентированными трещинами сформулирован критерий возникновения внезапных выбросов угля и газа, который показывает, что с уменьшением размера трещин по степенному закону возрастает вероятность возникновения внезапных выбросов угля и газа при сохранении прочих условий.
Выводы. Сформулирован фактор возникновения внезапных выбросов угля и газа, выраженный через размер частиц угля в степени 2,5, в соответствии с которым вероятность формирования внезапного выброса линейно возрастает при увеличении газоносности угольного пласта, коэффициента диффузии метана из внутреннего пространства к поверхности угольных частиц, а также при уменьшении прочности угля.
Ключевые слова: газодинамические явления; краевая зона; уголь; метан; внезапные выбросы угля и газа; трещины; разрушение; зернистость; фильтрация.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чернов О. И., Пузырев В. Н. Прогноз внезапных выбросов угля и газа. М.: Недра, 1979. 296 с.
2. Зыков В. С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах. Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2010. 333 с.
3. Fisne A., Esen О. Coal and gas outburst hazard in Zonguldak Coal Basin of Turkey, and association with geological parameters // Nat Hazards. 2014. Vol. 74. P. 1363–1390.
4. Li Sh., Zhang T. Catastrophic mechanism of coal and gas outbursts and their prevention and control // Mining Science and Technology. 2010. Vol. 20. P. 209–214.
5. Мурашев В. И. Механизм развязывания внезапных выбросов угля и газа в горных выработках // Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. М.: Недра, 1978. С. 140–161.
6. Алексеев А. Д. Физика угля и горных процессов. Киев: Наукова думка, 2010. 425 с.
7. Опарин В. Н., Киряева Т. А., Гаврилов В. Ю., Шутилов Р. А., Ковчавцев А. П., Танайно А. С., Ефимов В. П., Астраханцев И. Е., Гренев И. В. О некоторых особенностях взаимодействия между геомеханическими и физико-химическими процессами в угольных пластах // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 2. С. 3–30.
8. Бьюи Х. Д. Механика разрушения: обратные задачи и решения: пер. с англ. М.: Физматлит, 2011. 412 с.
9. Седов Л. И. Механика сплошной среды: в 2 т. Т. 2. СПб: Лань, 2004. 560 с.
10. Дырдин В. В., Фофанов А. А., Ким Т. Л., Смирнов В. Г., Тациенко В. П., Козлов А. А., Плотников Е. А. Влияние механодеструкции угля на формирование газодинамических процессов при подземной разработке угольных пластов // Безопасность труда в промышленности. 2017. № 8. С. 10–15.
11. Дырдин В. В., Фофанов А. А., Смирнов В. Г., Дягилева А. В. Образование «газового мешка» в зоне опорного давления угольного массива впереди забоя очистной выработки // Известия вузов. Горный журнал. 2017. № 4. С. 41–46.
12. Смирнов В. Г., Дырдин В. В., Шепелева С. А. Трещинообразование в угольных пластах,
склонных к внезапным выбросам угля и газа // Вестник КузГТУ. 2013. № 6. С. 20–27.
13. Smirnov V. G., Dyrdin V. V., Manakov A. Yu., Ismagilov Z. R., Adamova T. P. Problem of
pulverized coal formation at main outburst caused by decomposition of gas hydrates in coal seams // Chemistry for Sustainable Development. 2016. Vol. 24. № 4. P. 499–507.
14. Ruthven D., Farooq S., Knaebel K. S. Pressure Swing Adsorption. USA: VCH Publishers, 1994. 353 p.
15. Коваленко Ю. Ф., Сидорин Ю. В., Устинов К. Б. Деформирование массива угля при наличии в нем системы изолированных газонаполненных трещин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 33–45.
16. Колесниченко Е. А., Артемьев В. Б., Колесниченко И. Е. Внезапные выбросы метана: теоретические основы. М.: Горное дело, 2013. 232 с.
17. Проблемы теории пластичности и геомеханики: к 100-летию со дня рождения акад.
С. А. Христиановича / отв. ред. В. И. Карев. М.: Наука, 2008. 391 с.
18. Эттингер И. Л. Метанонасыщенный угольный пласт как твердый метаноугольный раствор // ФТПРПИ. 1990. № 2. С. 66–72.
19. Цай Б. Н., Демин В. Ф., Исабеков Е. Т. О внезапных выбросах угля и газа // Известия вузов. Горный журнал. 2008. № 3. С. 118–123.
20. Федорченко И. А., Федоров А. В. Описание газодинамической стадии внезапного выброса угля и газа с учетом десорбции // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 20–32.
21. Исабек Т. К., Демин В. Ф., Цай Б. Н., Исабеков Е. Т., Сагындыков Н. Технология ведения
очистных и подготовительных работ на выбросоопасных пластах // Известия вузов. Горный журнал. 2009. № 5. С. 10–16.
Поступила в редакцию 15 мая 2019 года
