Анотація до роботи:

Антощенко М.І. Прогноз та керування газовиділенням із вироблених просторів відпрацьованих лав у вугільних шахтах.- Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.26.01 – “Охорона праці”.- Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена розкриттю особливостей газовиділення із вироблених просторів відпрацьованих лав і розв’язанню проблеми забезпечення безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів під час активізації зрушування порід.

Виконано аналіз сучасних уявлень про процеси утворення газу у вугільних родовищах і формах знаходження метану у вугіллі і породах. Встановлено умови й причини, що спричиняють газовиділення із вироблених просторів відпрацьованих лав під час активізації зрушування порід. Обгрунтовано й покладено в основу концепції залежність газовиділення в зонах впливу очисних виробок від ступеня підпрацьованості порід та їх напруженого стану.

Розроблено модель, що якісно пов’язує газовиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини із зон з різним напруженим станом порід під час розвитку очисних робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках.

Виявлено умови утворення й розташування зон метановиділення відносно очисному вибою, що рухається і залишеному.

Встановлено прямо пропорційну залежність між кількістю газу, що виділився із вироблених просторів відпрацьованих лав і об’ємами мульд зрушування земної поверхні, спричинених відпрацюванням чергової виїмкової дільниці.

Розроблено схеми провітрювання і дегазації виїмкових дільниць під час активізації зрушування порід. Випробування й апробація розроблених схем і методів в шахтних умовах підтвердили правильність ї ефективність запропонованих рішень.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми забезпечення безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів, що полягає у обліку процесів активізації зрушування порід. Її розв’язання базуються на запропонованій моделі залежності процесу газовиділення від вторинних зрушувань порід, порушенні природного рівноважного стану системи газ-вугілля зближених пластів, обґрунтуванні зв’язку об’ємів газовиділення з параметрами мульд зрушування.

Основні наукові і практичні результати, висновки і рекомендації роботи полягають в наступному:

1. Виконаний аналіз сучасних уявлень про процеси утворення газу у вугільних родовищах і формах знаходження газу у вугіллі і породах. Виявлені умови і причини, що викликають газовиділення із вироблених просторів лав, відпрацьованих при активізації зрушування порід. Розроблене дерево укрупнених проблем. Обґрунтовані і покладені в основу концепції залежності газовиділення в зонах впливу очисних виробок від ступеня підпрацювання порід і їх напруженого стану. Запропонований метод, що дозволяє розраховувати параметри мульд зрушування земної поверхні над виробленими просторами експлуатованих і відпрацьованих лав. Встановлена необхідність прогнозу газовиділення у вугільних шахтах з урахуванням активізації зрушування порід, що вимагає перегляду класифікації видів виділення метану і удосконалення схем провітрювання і дегазації виїмкових дільниць.

2. Встановлено, що до останнього часу не враховано при прогнозі метановиділення особливості зрушування порід, що впливають на процес метановиділення із підпрацьованих пластів:

порушення природної рівноваги систем газ-вугілля зближених пластів відбувається у всій підпрацьованій товщині при розмірі очисної виробки понад 0,1...0,3 глибини ведення робіт, що підтверджується утворенням мульд зрушування на земній поверхні;

під впливом рухомого очисного вибою породи покрівлі зазнають у часі послідовно різних видів механічного впливу (стискання, розтягнення, розвантажування від гірського тиску, його відновлення і т.п.);

кожній стадії розвитку гірничих робіт відповідають певні розміри зон впливу у вміщуючих породах і кількість вугілля зближених пластів, що потрапляють в ці зони. Можливість виділення газу із цих зон залежить від мережі горизонтальних і вертикальних тріщин, що взаємно пересікаються. Поява тріщин визначається механічними властивостями порід і ступенем впливу очисної виїмки на їх наступний стан;

дискретне збільшення розмірів виробленого простору на довжину лави, що відпрацьовується, призводить до однакового виду впливу очисної виробки на породи, що раніше знаходилися в різних напружених станах;

умови виділення газу із зон порушеного природного стану містких порід і зближених пластів визначаються ступенем розвитку гірничих робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках, відповідно в сторону посування очисного вибою і послідовним (чи іншим) відпрацюванням лав у шахтному полі.

3. Розроблена модель, що якісно пов’язує газовиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини із зон з різним напруженим станом порід при розвитку очисних робіт в двох взаємно перпендикулярних напрямках, що дало можливість узагальнити процеси всього циклу порушення природного стану підпрацьованих пластів і порід і відновлення їх початкового стану (повного чи часткового) і розвиває наукові основи для розв’язання завдання безпечного відпрацювання газоносних вугільних пластів. Такими завданнями є прогноз газовиділення із вироблених просторів експлуатованих і відпрацьованих лав, вибір раціональних схем провітрювання і дегазації виїмкових дільниць, керування витоками повітря через вироблені простори.

4. Досліджено формування складових газового балансу і зон повторних зрушувань (активізацій) і встановлено, що при повному підпрацюванні порід (утворенні плоского дна мульди зрушування) метановиділення відбувається тільки із зон активізації зрушування порід над виробленим простором суміжної лави, при неповному підпрацюванні газ виділяється із зон над усім контуром границь вироблених просторів. Таке розташування зон надходження метану в гірничі виробки вимагає вдосконалення вибору і класифікації схем провітрювання і дегазації.

5. Розроблені й випробувані схеми дегазації зближених пластів в умовах активізації зрушування порід. В поєднанні з провітрюванням вони забезпечують безпечні умови в гірничих виробках і дають можливість проводити попередню дегазацію в зонах впливу вугільних ціликів, залишених на зближених пластах.

6. Запропоновано при виборі схем дегазації керуватися впливом дванадцяти факторів замість чотирьох. Експериментально визначена кількісна оцінка впливу цих факторів.

7. Встановлена прямо пропорційна залежність між кількістю газу, що виділився із вироблених просторів відпрацьованих лав і об’ємами мульд зрушування земної поверхні, викликаних відпрацюванням чергової виїмкової дільниці. Вона дає можливість для прогнозу газовиділень використати достовірні дані про розміри очисних виробок і параметри мульд зрушування земної поверхні.

8. Виявлені відмітні особливості газовиділення при активізації зрушування порід і визначені умови їх виникнення, які дозволяють класифікувати його як окремий (особливий) вид метановиділення у вугільних шахтах.

9. Експериментально доведено, що із збільшенням швидкості посування очисного вибою положення зони максимальних газовиділень в підпрацьованих породах не переміщується в сторону виробленого простору, а має постійне положення відносно очисного вибою. Це дозволяє обґрунтовано проектувати і забезпечувати на практиці високу ефективність дегазації вказаних джерел метановиділення.

10. Розроблена методика визначення “вузьких” місць дегазаційних систем і вибору рекомендованих заходів щодо підвищення ефективності дегазації джерел метановиділення. Апробація методики в шахтних умовах дала можливість ізольовано відводити 8090% газу, що виділився із підпрацьованих пластів і порід.

11. Проведені теоретичні і експериментальні дослідження дають методологічну основу для розв’язання важливих проблем гірничого виробництва:

• прогноз метановиділення в гірничі виробки і дегазаційні свердловини;

• прогноз газовиділення на денну поверхню;

• розрахунок можливого видобутку свердловинами “додаткового” газу, який не виділяється в гірничі виробки;

• вибір схем провітрювання і дегазації з урахуванням зрушування і ущільнення порід.

Апробація результатів у виробничих умовах підтвердила правильність і ефективність запропонованих наукових положень. Вони реалізовані при розробці нормативних документів, рекомендацій, технічних рішень і способів, які підвищують безпеку відпрацювання газоносних вугільних пластів.

Повнота дисертації відображена в таких публікаціях:

1. Дегазация при тушении пожаров в угольных шахтах / Романчук А.Л., Алейникова Г.М., Привалов Н.И., Скляров Л.А., Антощенко Н.И., Касимов О.И. – К.: Технiка, 1987.- 119 с.

2. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Зависимость свойств углей и их элементного состава от степени метаморфизма// Уголь Украины.-2001. -№2-3, с.46-48.

3. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Промышленная классификация углей и безопасная отработка газоносных пластов// Уголь Украины.-2003.-№4, с.14-17.

4. Антощенко Н.И., Томалак Н.В., Сятковский С.Л. Влияние температуры на степень метаморфизма ископаемых углей// Уголь Украины.-2002. -№7, с.36-38.

5. Касимов О.И., Антощенко Н.И., Мирумян Г.М., Спектор Г.В. О расчете параметров дегазационных скважин при столбовых системах // Уголь Украины.- 1982.- № 5.- C. 35-36.

6. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Об эффективности дегазационных скважин при первичных посадках кровли // Уголь Украины.- 1987.- № 2.- C. 40-41.

7. Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. О механизме газовыделений в угольных шахтах // Уголь Украины.- 2001.- № 11-12.- С. 51-53.

8. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Дегазация выемочных участков при активизации сдвижения подработанных пород // Уголь Украины.- 1986.- №7.- C. 37-38.

9. Антощенко Н.И. Экспериментальная оценка газовыделений при активизации сдвижения пород // Уголь Украины.- 2003.- № 2, С. 38-39.

10. Драбик А.С., Антощенко Н.И., Инюшин Б.А. Опыт дегазации отработанного выемочного участка // Уголь Украины.- 1984.- № 2.- C. 29-30.

11. Антощенко Н.И. О классификации видов выделения метана в угольных шахтах // Уголь Украины.- 2002.- № 2-3.- С. 54-56.

12. Антощенко Н.И. Особенности формирования зон влияния очистных выработок // Уголь Украины.- 2004.- № 1.- С. 12-15.

13. Антощенко Н.И., Павлив М.В. О газопроявлениях при отработке смежных лав // Уголь.- 1987.- № 8.- C. 24-25.

14. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Влияние целиков угля на газовыделения при отработке сближенных пластов // Уголь.- 1988.- № 3.- C. 14-17.

15. Касимов О.И., Антощенко Н.И. Расчет параметров дегазации подработанных пластов и пород // Уголь.- 1982.- C. 57-58.

16. Драбик А.С., Касимов О.И., Антощенко Н.И. Опыт эффективной дегазации выемочного участка // Уголь.- 1982.- № 8.- С. 45-47.

17. Драбик А.С., Антощенко Н.И. О прогнозе газовыделения из сближенных пластов // Безопасность труда в промышленности.- 1986.- № 2.- C. 49-50.

18. Драбик А.С., Антощенко Н.И. Газопроявления при посадках кровли // Безопасность труда в промышленности.- 1986.- № 3.- C. 7-9.

19. Антощенко Н.И., Павлив М.В. Прохождение выработкой полости с газом // Безопасность труда в промышленности.- 1988.- № 9.- C. 18-20.

20. Антощенко Н.И. Управление газовыделением на выемочных участках // Безопасность труда в промышленности.- 1985.- №5, С. 28-29.

21. Лапко В.В., Федяев О.И., Касимов О.И., Антощенко Н.И. Оптимальное управление процессом дегазации скважинами подработанных угольных пластов // Известия вузов. Горный журнал.- 1982.- № 7.- С. 115-119.

22. Антощенко Н.И. Выбор схем проветривания газообильных выемочных участков при активизации сдвижения пород в угольных шахтах // Сборник научных трудов НГУ № 18.- Днепропетровск: РИК НГУ, 2003.- С. 152-157.

23. Касимов О.И., Антощенко Н.И. Влияние скорости подвигания очистных забоев на эффективность дегазации подработанных пластов // МакНИИ, сб. научных трудов. Способы безопасного ведения взрывных работ и борьба с выбросами в угольных шахтах.- Макеевка-Донбасс, 1983.- C. 58-65.

24. Давиденко В.А., Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Об изменении элементного состава и свойств углей в процессе их метаморфизма// Сб. научных трудов ДГМИ, №12.- Алчевск, 2001, с.4-16.

25. Антощенко Н.И. О методике прогноза газообильности горных выработок угольных шахт // Сб. научных трудов ДГМИ, № 16.- Алчевск, 2002.- С. 43-53.

26. Антощенко Н.И., Беглов Р.З. Упрощенная схема формирования мульд активизации сдвижения пород для прогноза газовыделений // Сб. Научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып.15, 2002.- С. 100-109.

27. Антощенко Н.И. О механизме газопроявлений в угольных шахтах при развитии горных работ // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып.13, 2001.- С. 54-67.

28. Антощенко Н.И. Влияние размеров выработанного пространства и порядка отработки лав на уровень газовыделений в горные выработки // Сб. научных трудов.- Алчевск: ДГМИ, вып. 14, 2001.- С. 127-132.

29. Давиденко В.А., Антощенко Н.И., Сятковский С.Л. Влияние добычи угля на газовыделения при отработке пластов спаренными лавами // Сб. научных трудов ДГМИ, № 11.- Алчевск, 2000.- С. 20-27.

30. Антощенко Н.И. Модель, качественно увязывающая процессы сдвижения пород и газовыделения в угольных шахтах // Сборник научных трудов ДГМИ. Выпуск № 17.- Алчевск.- 2003.- С. 172-183.

31. Применение дегазации для снижения метановыделений в горные выработки шахты им. газеты “Известия”. // Брижанев А.М., Галазов Р.А., Ващаев В.И., Паюсова Л.Ф., Антощенко Н.И. // ЦНИЭИ Уголь. Отечественный опыт. Добыча и переработка угля. Выпуск 10.- М., 1984.- С. 1-4.

32. Способ дегазации подработанного горного массива в период активизации его сдвижения. / А.С. Драбик, Н.И. Антощенко, О.И. Касимов и др. Авторское свидетельство СССР № 1262059 от 8.06.1986 г.

33. Способ дегазации полостей, пересекаемых подготовительными выработками / А.С. Драбик, Н.И. Антощенко, О.И. Касимов. Авторское свидетельство СССР № 1446340 от 22.08.1988 г.

34. Способ дегазации выработанного пространства при столбовой системе разработки / О.И. Касимов, Н.И. Антощенко, Б.А. Инюшин. Авторское свидетельство СССР № 1046543 от 8.09.1983 г.

35. Давиденко В.А., Антощенко Н.И. Прогноз газовыделения и формирование зон влияния очистных выработок // Материалы VII Международных научных чтений Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности.- Санкт-Петербург, МАНЭБ, 2003.- С. 137-139.

36. Антощенко Н.И. Экспериментальное определение газовыделений при активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции “Безопасность жизнедеятельности на пороге XXI века” (Алушта, сентябрь, 1999 года). – Алчевск: МАНЭБ, ДГМИ.- 1999.- C.170-187.

37. Антощенко Н.И. Обеспечение безопасных условий отработки газоносных угольных пластов при активизации сдвижения вмещающих пород // Международный экологический симпозиум «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия» в рамках научных чтений «Белые ночи – 2000». Материалы докладов. 2 т.- издательство МАНЭБ, Санкт – Петербург, 2000.- C. 168-170.

38. Антощенко Н.И. Экспериментальное определение газовыделений за пределами выемочных участков при отработке сближенных угольных пластов и активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности – 2000» (Феодосия, сентябрь 2000 года). – Алчевск: ВО МАНЭБ, ДГМИ.- C. 145-152.

39. Антощенко Н.И., Беглов Р.З. О теоретических основах прогноза газовыделений из выработанных пространств отработанных лав // Материалы международной конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности - 2002”.- Алчевск, ДГМИ, 2002, С. 123-133.

40. Антощенко Н.И. О выборе схем проветривания при активизации сдвижения пород // Материалы научных чтений “Стратегия выхода из глобального экологического кризиса”. Санкт-Петербург, изд-во МАНЭБ, 2001, С. 171-172.

41. Антощенко Н.И. О выборе схем проветривания газообильных выемочных участков угольных шахт при активизации сдвижения пород // Материалы международной конференции “Экология и безопасность жизнедеятельности – 2001“ (Межгорье, Закарпатье, 20-26 августа 2001 г.).- Восточно-Украинское отделение МАНЭБ, ДГМИ, Алчевск, 2001.- С. 68-75.