№60-09
Питання можливих займань метаноповітряної суміші в шахті за рахунок реалізації механоелектричних і п'єзоефектів при виїмці вугілля
С.П. Мінєєв1, С.Ю. Макеєв1, І.Б. Бєликов2, П.М. Самопаленко3, А.М. Головко4
1 Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова НАН України, Дніпро, Україна
2Центральний штаб Державної воєнізованої гірничорятувальної служби
у вугільній промисловості України, Мирноград, Україна
3Восьмий воєнізований гірничорятувальний загін, Павлоград, Україна
4Десятий воєнізований гірничорятувальний загін, Мирноград, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2020, 60:93-105
https://doi.org/10.33271/crpnmu/60.093
Full text (PDF)
АнотацІя
Мета. Дослідження та обґрунтування можливих причин виникнення займань метаноповітряної суміші при проходці виробок і виїмці вугілля в шахтах.
Методи дослідження. Для обґрунтування причин зародження і розвитку газодинамічних явищ з подальшим займанням метану у вугільних шахтах виконаний аналіз фізичних і математичних моделей цього процесу. Розглянуто термодинамічний стан гірського масиву в тензорному вигляді для лагранжевих координат. Виконана оцінка приросту ентропії елемента гірського масиву не тільки за рахунок зміни його механічних властивостей, але і за рахунок протікання в ньому термоелектричних явищ.
Результати. Обґрунтовано, що швидкість протікання в гірському масиві процесів, пов'язаних зі зміною ентропії визначається не тільки його механічними властивостями, але так само залежить від термоелектричних явищ. Отримала подальший розвиток гіпотеза займання метаноповітряної суміші за рахунок п'єзоелектричного ефекту обумовленого деформаціями зерен кварцу під дією зовнішнього тиску. Показано, що береги тріщин у матеріалі, якій руйнується, являють собою потенційні полюси для проковзування між ними мікроплазмових розрядів при пробої вуглеводневого газу. Виконана оцінка швидкості росту тріщин в одиниці об'єму масиву та обґрунтовано можливість управління цим процесом за рахунок зниження коефіцієнту, що характеризує накопичення пружної енергії в області вершини тріщини. Запропонована фізико-хімічна обробка вугільного пласта, яка збільшує критичне значення коефіцієнта інтенсивності напружень у 3-6 разів, значно підвищуючи стійкість привибійної частини масиву.
Наукова новизна. Встановлено якісну залежність питомої швидкості росту концентрації тріщин в одиниці об’єму від часу, яка показує що існує можливість понизити вірогідність лавиноподібного зростання тріщин шляхом зменшення коефіцієнту, що характеризує накопичення пружної енергії в області вершини тріщини.
Практична значимість. Запропоновані заходи, які будуть включені в рекомендації по запобіганню займань метаноповітряної суміші при проходці виробок і виїмці вугілля вибухо- та и пожежонебезпечного пласта.
Ключові слова: метаноповітряна суміш, газодинамічні явища, мікронарушеність, п’єзоелектричний ефект, утворення тріщин.
Перелік посилань:
1.Забигайло,В.Е. Лукинов, В.В. & Широков,А.З. (1983). Выбросоопасность горных пород Донбасса.Киев: Науковадумка.
2. Минеев, С.П. (2016). Прогноз и предотвращение выбросов угля и газа на шахтах Украины. Мариуполь: Східний видавничій дім.
3. Коптиков, В.П. , Бокий, Б.В. , Минеев, С.П. , Южанин, И.А.&Никифоров, А.В. (2016). Совершенствование способов и средств безопасной разработки угольных пластов, склонных к газодинамическим явлениям. Донецк: Проминь.
4.Зорин,А.Н., Халимендик,Ю.М.&Колесников,В.Г. (2001). Механика разрушения горного массива и использование его энергии при добыче полезных ископаемых.Москва: ООО «Недра-Бизнесцентр».
5. Перехов, И.М.&Линьков, А.М. (1978). Механизм развязывания и протеканиявыбросов угля (породы) и газа. Основы теории внезапных выбросов угля, породы и газа. Москва: Недра.
6. Соболев, В.В. (2003). К вопросу о природе образования выбросоопасных углей. Сборник научных трудов НГУ, 1(17), 505-511.
7. Булат, А.Ф., Скипочка, С.И., Паламарчук, Т.А. & Анциферов, В.А. (2010). Метаногенерация в угольных пластах. Днепропетровск: Лира ЛТД.
8. Малинникова, О.Н. (2011). Условия формирования и методология прогнозирования газодинамических явлений при техногенном воздействии на угольные пласты. Москва: УРАН ИПКОН РАН.
9. Скрицкий, В.А., Сурков, А.В. & Соболев, В.В. (2013). Причины зарождения и развития газодинамических явлений в угольных шахтах. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности, (2), 102-108.
10. Минеев, С.П. (2018). О предупреждении аварий, связанных со взрывами метана в угольных шахтах. Уголь Украины, (1-2), 50-59.
11. Минеев, С.П. (2019). Вопросы ликвидации некоторых аварий, связанных со взрывами метановоздушных смесей и пожаров. Физико-технические проблемы горного производства: Сборник наукових праць, (21), 9-21.
12. Минеев, С.П. (2017). Враг или друг шахтный метан? Это решают люди. Охорона праці: Додаток до журналу, (12), 49- 53.
13. Sobolev, V., Rudakov, D. & Stefanovych, L. (2017). Рhysical and mathematical modeling the conditions of coal and gas outbursts. Mining of Mineral Deposits, 11(3), 40-49.
14. Булат, А.Ф., Софийский, К.К., Бокий, В.В. идр. (2016). Управление аэрологическими и геомеханическими процессами в угольных шахтах. Мариуполь: Східний видавничий дім.
15. Булат, А.Ф. & Дырда, В.И. (2013). Некоторые проблемы газодинамических явлений в угольном массиве в контексте нелинейной неравновесной термодинамики. Геотехническая механика, (108), 3-31.
16. Ботвенко, Д.В., Казанцев, В.Г., Сазонов, М.С. &Высоцкий, В.В. (2014). Экспериментальные исследования пьезоэлектрического эффекта горных пород. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности, 16-22.
17. Булат, А.Ф., Минеев, С.П., Смоланов, С.Н., Беликов, И.Б. & Самопаленко, П.М. (2018). Об особенностях управления метановыделением при ликвидации последствий взрывов метановоздушной смеси. Уголь Украины, (8),29-34.
18.Подстригач, Я.С. & Повстенко, Ю.З. (1985). Введение в механику поверхностных явлений в деформируемых твердых телах. Киев: Наукова думка.
19.Боголюбов, И.Н., Ермилов, А.И.&Курбатов, А.М. (1988). Введение в аналитический аппарат статистической механики. Киев: Наукова думка.
20.Петров, Н. & Бранков, И. (1986). Современные проблемы термодинамики. М.: Мир.
21.Глансдорф, П. & Пригожин, И. (1973). Термодинамическая теория структуры, устойчивость в флуктуации. М.: Мир.
22. Булат, А.Ф., Макеев, С.Ю., Осенний, В.Я. Андреев, С.Ю., Емельяненко,В.И., Лойк, В.И. & РыжовГ.А. (2007). Влияние различного рода воздействий на свойства и состояние газонасыщенного углепородного массива. Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках, Симферополь: Таврич. нац. ун-т., 52-56.
23. Минеев, С.П., Прусова, А.А. &Корнилов, М.Г. (2007). Активация десорбции метана в угольных пластах.Днепропетровск: Вебер.
24.Мирдель, Г. (1972). Электрофизика. Москва: Мир.
25.Желудев, И.С. (1987). Физика кристаллов и симметрия. Москва: Наука.
26. Булат, А.Ф., Макеєв, С.Ю., Андрєєв, С.Ю. &Рижов, Г.О. Спосіб попередження газодинамічних явищ Патент 88613 UA, МПК8 E21F5/00, Е21D20/00.
27. Баранов, В.А. (2014). Микродеформации кварца карбоновых песчаников Донбасса. Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело, (12), 75-86.
28. Минеев, С.П. (2009). Свойства газонасыщенного угля.Днепропетровск: НГУ.
29. MacDonald A.D. (1966). Microwave Breakdown in Rages. New York - London - Sydney.
30. Dutton I. (1975). A survey of electron Swarm Data. I. Rhys and Ehem. Ret. 4(3).
31. Булат, А.Ф., Макеев, С.Ю., Андреев, С.Ю. & РыжовГ.А. (2011). Феноменологическая модель генезиса динамических явлений в шахтах. Підземні катастрофи: моделі, прогноз, запобігання.Дніпропетровськ: НГУ,11-16.
32. Булат, А.Ф. Скипочка, С.И. &Усаченко Б.М. (1998). Механоэлектические эффекты пород угольных формаций и их роль в механизме газодинамических явлений. Доповіді НАН України. (1), 153-159.
33. Булат, А.Ф., Макеев, С.Ю., Андреев, С.Ю., Рыжов, Г.А. & Филимонов П.Е. (2011). Особенности процесса трещинообразования в массиве при управлении его газодинамикой. Геотехническая механика, (94), 24-30.
34. Бортников, П.Б., Кузьменко, А.П., Майнагашев, С.М. & Шмаков Ф.Д. (2011). Способ определения размеров трещины в породах. Пат. 2410727 RU, МПК7 E21C 39/00.
35. Минеев, С.П., Рубинский, А.А., Витушко, О.В., & Радченко, А.В. (2010). Горные работы всложных условияхна выбросоопасных угольных пластах. Донецк: Східнийвидавничий дім.
36. Пилипенко,Ю.М. (2011). Дегазация угольных пластов в зонах тектонических нарушений. Геолог Украины, 2 (34), 69-73.
37. Ботвенко, Д.В. Казанцев, В.Г., Сазонов, М.С. & Высоцкий В.В. (2014). О возможности воспламенения метановоздушной смеси от пьезоэлектрического эффекта горных пород. Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности, (1), 96-98.
38. Скипочка, С.И. (2002). Механоэлектрические эффекты в породах и их использование в горной геофизике. Днепропетровск: НГАУ.
39. Волошин, Н.Е. Греков, С.П. & Пашковский, П.С. (2010). Механизм образования очагов самовозгорания угля в краевой части угольного пласта. Уголь Украины, (10), 28-30.
40. Минеев, С.П., Кочерга, С.П., Дубовик, А.И., Лосев, В.И. &Мишкань,М.А. (2016). Расследование аварии с двумя взрывами метановоздушной смеси.Уголь Украины, (9-10), 14-22.
