Анотація до роботи:

Зав’ялова О.Л. Обґрунтування способів профілактики самозаймання вугілля в зонах геологічних порушень, що розкриті підготовчими виробками. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 – «Пожежна безпека». Державний Макіївський науково-дослід-ний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості. Макіївка, 2008 р.

У дисертації вперше дано теоретичне обґрунтування і практичне рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в зниженні ендогенної пожежонебезпеки підготовчих гірничих виробок, які розкривають геологічні порушення, на основі встановлення закономірностей структурної будови порушеного пласта, що примикає до виробки, розкриття термодинамічних процесів, які відбуваються в ньому, і застосування розроблених способів запобігання самонагріванню вугілля. Виконані дослідження дозволили розширити уявлення про процес окиснення вугілля в розкритих гірничими виробками порушених дільницях вугільних пластів і виявити ряд нових факторів, які сприяють формуванню осередків самонагрівання.

У результаті виконаних теоретичних і експериментальних досліджень отримав дальший розвиток механізм формування осередків самонагрівання вугілля в зонах геологічних порушень, доповнений стадією ефузивних процесів, що послужило основою для розроблення методики прогнозування пожежонебезпечних зон; програмного забезпечення, яке дозволяє оперативно проводити прогноз місця розташування, геометричних розмірів пожежонебезпечних зон і тривалість їх формування; нових способів профілактики ендогенних пожеж.

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дано теоретичне обґрунтування і практичне рішення актуального науково-технічного завдання, що полягає в зниженні ендогенної пожежонебезпеки підготовчих гірничих виробок, що розкривають геологічні порушення, на основі встановлення закономірностей структурної будови порушеного пласта, що примикає до виробки, розкриття термодинамічних процесів, які відбуваються в ньому, і застосування розроблених способів запобігання самонагріванню вугілля. Виконані дослідження дозволили розширити уявлення про процес окиснення вугілля в порушених дільницях вугільних пластів, що розкриті гірничими виробками, і виявити ряд нових факторів, які сприяють формуванню осередків самонагрівання.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у такому:

1. Експериментально встановлено, що структурна будова вугільного пласта в місцях перетинання геологічних порушень підготовчими виробками характеризується поєднанням в зоні впливу виробки макротріщин і мережі мікротріщин з частотою більше 10³ м^-1. Ширина розкриття останніх сумірна з довжиною вільного пробігу молекул газу (10^-6-10^-10м), що визначає протікання ефузивних процесів в порожнинах тріщин, які супроводжуються створенням в макротріщинах областей з підвищеним вмістом кисню, і сприяє створенню пожежонебезпечних зон.

2. Установлено межі областей імовірного виникнення осередків самонагрівання вугілля. На глибоких горизонтах (більше 1000 м) максимальний розмір зони приблизно відповідає величині зони руйнування під дією гірського тиску порід (L_max), мінімальний розмір дорівнює L_min=0,5 м. Це дозволило обґрунтувати параметри способів профілактики ендогенних пожеж.

3. Механізм формування осередків самонагрівання вугілля в ЗГП отримав дальший розвиток і був доповнений стадією ефузивних процесів, що послужило основою для розроблення методики прогнозування пожежонебезпечних зон.

4. Складено математичну модель тепломасоперенесення в межах зруйнованого об’єму вугільного пласта, який відрізняється тим, що теплове джерело взято рівномірно розподіленим по всьому об’єму порушеної зони з потужністю, що змінюється в часі, і теоретично визначено функцію потужності рівномірно розподіленого джерела тепловиділення в ЗГП. При цьому враховано макрошорсткість, проникність і гідравлічний діаметр порожнин порушеного вугілля.

5. Розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє оперативно проводитипрогноз місця розташування та геометричних розмірів ПНЗ і тривалість періоду їх формування (близько 4 діб після того, як закінчиться інтенсивне виділення метану з вугілля, для пластів середньої стадії метаморфізму потужністю більше 1,5 м).

6. Встановлено логарифмічну залежність площі осередку самонагрівання від розмірів зони геологічного порушення. Це дозволило визначити критичну ширину області (більше 0,5 м), у якій можлива поява осередків, і проводити оперативний поточний прогноз пожежонебезпеки гірничої виробки.

7. Запропоновано класифікацію способів профілактики самозаймання вугілля в зонах геологічних порушень, що перетнуті підготовчими виробками, яка дозволила обґрунтувати новий спосіб попередження самонагрівання вугілля шляхом управління ефузивними процесами - зміною складу газів в тріщинуватому середовищі.

8. Розроблено новий спосіб попередження ендогенних пожеж на основі застосування антипірогенної суміші, який дозволяє уникнути негативного впливу гірського тиску і забезпечити надійну та ефективну профілактику ендогенних пожеж за рахунок безперервного і довгочасного виділення газоподібних інгібіторів унаслідок електролізу.

9. Теоретичні положення і практичні результати роботи використано під час складання рекомендацій і дослідно-промислового впровадження технології запобігання самонагріванню вугілля в ЗГП пластів, при проведенні 18-го західного конвеєрного штреку пласта m₃ ОП «Шахта імені О.Ф. Засядька», очікуваний економічний ефект складає не менше 65 грн. на метр порушеної зони.

10. Результати дисертаційної роботи також використовуються в навчальному процесі ДонНТУ під час читання курсів «Рудникові пожежі», «Техногенна безпека» для студентів факультету геотехнологій і управління виробництвом.

Публікації автора:

1. Завьялова Е.Л. Технология предотвращения самонагревания угля в зонах геологических нарушений пластов/ Е.Л.Завьялова// Науковий вісник УкрНДІПБ. – 2007. – №2(16).– С. 28–34.

2. Завьялова Е.Л. Роль горно-геологических факторов в формировании очагов самонагревания измельченного угля/ Е.Л.Завьялова// Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Безопасность». – М.: Изд-во МГГУ, 2006. – С. 234–240.

3. Костенко В.К. Классификация способов подавления самонагревания угля в пересекаемых подготовительными выработками зонах геологических нарушений пластов / В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Науковий вісник УкрНДІПБ. – 2006. – №2(14). – С. 34 – 39.

4. Костенко В.К. Параметры областей повышенных температур угля во вскрытых выработками зонах геологических нарушений/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова, В.В. Чистюхин// Изв. Донецкого горного ин-та. – 2006. – №1.– С. 191 – 200.

5. Костенко В.К. Особенности динамики газовых смесей в трещиноватом горном массиве/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Аэрология». – М.: Изд-во МГГУ, 2005. – С. 134 – 143.

6. Костенко В.К. Способ профилактики самонагревания угля с помощью газоразделительных устройств / В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Машиностроение и техносфера ХХI века: ХIV Междунар. науч.-техн. конф., 17-22 сент. 2007г.: сб. трудов. Т.2.– Донецк, 2007. –– С.172 – 176.

7. Костенко В.К. Механизм самонагревания угля во вскрытых горными выработками геологических нарушениях пластов / В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Bezpecnost v prumyslu (pozar-vybuch-havarie): 6. mezinarodni konference akciove spolecnosti, VVUU, 12-13.04.2007: sbornik prednasek. – Ostrava, 2007. –S. 62 – 67.

8. Деклараційний пат. на корисну модель № 16674 Україна, МПК Е21F 5/00.Спосіб попередження самонагрівання вугілля у підземних гірничих виробках/ В.К.Костенко, О.Л.Зав’ялова; заявник і власник ДонНТУ. – №200602370; заявл.03.03.2006; опубл. 15.08.2006, Бюл. №8.

9. Пат. на корисну модель №22530 Україна, МПК Е21F 5/00. Спосіб попередження самонагрівання вугілля у пласті/ В.К.Костенко, О.Л.Зав’ялова, О.Г.Зав’ялова; заявник і власник ДонНТУ. – №200612446; заявл. 27.11.2006; опубл. 25.04. 2007, Бюл. №5.

10. Костенко В.К. Особенности динамики газов в разрушенных горных породах/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова // 10-я сессия Междунар. бюро по горной теплофизике, 14-18 февр. 2005г.: сб. докладов. – Гливице, 2005 – С. 43-50.

11. Костенко В.К. Особенности самонагревания угля вблизи контура горной выработки в зонах геологических нарушений/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Форум гірників – 2000: матеріали міжнарод. конф., 12-14 жовт. 2005 р. Т.3.–Дніпропетровськ, 2005. – С. 40 – 47.

12. Костенко В.К. Механизм формирования очага самонагревания угля во вскрытом подготовительной горной выработкой геологическом нарушении / В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова // Пожежна безпека та аварійно - рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи: матеріали VII наук.-практ. конф. рятувальн., 30 лист.-1 груд. 2005 р. – К.: УкрНДІПБ МНС України, 2005. – С. 318 – 319.

13. Костенко В.К. Механизм самонагревания угля в зонах геологических нарушений / В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Безпека життя і діяльності людини – освіта, наука, практика: матеріали V наук.-практ. конф.– Харьків: ХНАДУ, 2006. – С.128.

14. Костенко В.К. Совершенствование способов профилактики самонагревания угля в зонах геологических нарушений пластов/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова//Донбас – 2020: Наука і техніка - виробництву: матеріали III наук.-практ. конф., 30-31 трав. 2006 р. – Донецьк: ДонНТУ, 2006.– С. 62 – 67.

15. Костенко В.К. Повышение надежности профилактики самонагревания угля в зонах геологических нарушений/ В.К.Костенко, Е.Л.Завьялова// Grnictwo zrwnowaonego rozwoju 2007: konferencja naukowa, 28 list. 2007. Т.2. – Гливице, 2007– С. 57 – 65

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві, полягає в такому:

[3, 5, 7, 10, 11, 12-14] - постановка ідеї досліджень, збір, аналіз, узагальнення вихідних даних;

[8, 9] - експериментальні дослідження, узагальнення й аналіз результатів;

[4] - розроблення математичної моделі, проведення теоретичних досліджень;

[6, 15] - обґрунтування параметрів технології щодо запобігання самонагріванню вугілля в ЗГП.