ГЛАВА 2
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПОВЕДЕНИЯ СЛОИСТОГО
ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ВЫГАЗОВЫВАНИИ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
2.1. Общие сведения
При подземной газификации угля на породы кровли, при отсутствии какого-либо крепления, воздействует не только горное давление, но и высокие температуры. По мере газификации угольного пласта образуется выгазованное пространство, породы кровли деформируются и перемещаются, что представляет опасность, так как это может привести к прорыву воды из вышележащих водоносных горизонтов, утечек дутья и газа из области газификации [1].
Непосредственные наблюдения за динамикой сдвижения горного массива над выгазованным пространством подземного газогенератора невозможны. Судить о поведении породоугольного массива возможно, наблюдая за деформацией земной поверхности и смещением глубинных реперов, которые заложены в породах надугольной толщи, покрывающих подземный газогенератор [2]. Характер деформаций пород кровли при ПГУ исследовался в горно-геологических лабораториях ВНИИ "Подземгаз" под руководством Г.О. Гросса и М.А. Гердова, визуальные наблюдения велись под руководством С.И. Буялова, при вскрытии газогенераторов на "Лисичанской", Шатской и Подмосковной станций "Подземгаза". На этих же станциях с помощью глубинных реперов и маркшейдерских наблюдений велись исследовательские работы по изучению поведения горного массива в условиях газификации. Основные выводы по этим работам изложены в научных трудах В.П. Скафы,
В.Н. Козака, Д.К. Семененко [2, 5, 8, 38].
При лабораторных исследованиях был получен материал о вспучивании и расширении в объёме пород, подвергнутых высоким температурам. Визуальные наблюдения при вскрытии подземных газогенераторов позволили судить о структуре выгазованного пространства и области распространения температур в породах.
Описанные выше способы исследования поведения пород при ПГУ не дают полной картины деформаций и обрушения пород при изменении структуры выгазованного пространства.
Одним из эффективных методов изучения закономерностей cдвижения породного массива, вмещающего газогенератор, является метод обобщения опыта изучения поведения пород в условиях шахтной разработки с моделированием картины деформаций и обрушений надугольной толщи пород в условиях подземного газогенератора.
Обобщённый материал исследований, полученный с помощью указанных способов, даёт возможность приближённо представить механизм поведения пород кровли при подземной газификации углей.
Как видно из анализа проведенных исследований, деформации и обрушения пород в подземном газогенераторе происходят под действием двух факторов. Первичным фактором является горное давление, имеющего место в период строительства и эксплуатации подземного газогенератора. Второй фактор - это высокая температура процесса газификации угольного пласта, имеющее место в период эксплуатации газогенератора. Эти два фактора приводят к разрушению пород кровли. Сопротивление обожжённой непосредственной кровли изгибу после первого обрушения равно нулю. Этот факт говорит о том, что под воздействием горного давления породы кровли, ещё до обжига, теряют сплошность. Распространение тепла вглубь пород происходит не за счёт теплопроводности, а посредством конвекции высокотемпературных продуктов газификации по трещинам и полостям расслоения в горном массиве.
По сути, характер деформации пород при ПГУ и очистной выемке угля примерно идентичны. Различия появляются, если в кровле и почве пласта залегают породы, склонные под воздействием высоких температур к увеличению в объёме. В этом случае незначительно изменяется степень и размер зоны деформации пород, но характер сдвижения пород над выгазованным пространством газогенератора остаётся таким же, как при очистной выемке угольного пласта в шахтных условиях. Следует отметить, что выгазовывание угольного пласта происходит по мощности с опережением верхней части пласта по отношению к нижней, что создаёт условия более упорядоченного обрушения пород, ввиду постепенного развития деформаций, которые увеличиваются по мере газификации угольного пласта. Деформации пород, вмещающих подземный газогенератор, несущественно отличаются от шахтных условий и характеризуются отсутствием нижней зоны беспорядочных обрушений пород кровли. От степени и характера разрушения, трещиноватости пород, вмещающих газогенератор, зависит степень прогрева породного массива [1, 8, 48].
Основываясь на задаче, поставленной в данной диссертационной работе, и вышеописанном поведении пород при СПГУ, принимаем в качестве основы для разработки математической модели теорию сдвижения горного массива профессора А.В. Савостьянова, которая отражает особенности этого сдвижения (расслоения, образования трещин и полостей расслоения, подвижки слоёв относительно друг друга). На основании принятой физической и математической моделей поведения горного массива над газогенератором решена задача по определению параметров расслоения пород кровли с учетом процесса газификации угольного пласта. Разработан комплекс программ к ПЭВМ, позволяющий прогнозировать образование трещин и полостей расслоения, их размеры в зависимости от природных и технологических параметров с учетом напряженно-деформированного состояния пород вокруг подземного газогенератора.
Программа и сам метод прошли многолетние апробации в условиях угольных шахт Украины и отличаются достаточной сходимостью полученных результатов.
Описание физической модели и расчёт выполняются с учётом характера залегания угольных пластов Западного Донбасса, пригодных к газификации.
2.2. Моделирование НДС породного массива и сдвижение горных пород
2.2.1. Характер сдвижения боковых пород при подземной газификации
Из анализа литературных источников и натурных исследований проявления горного давления следует, что смещение пород над выгазованным пространством подземного газогенератора происходит также, как и при шахтной разработке в виде последовательного изгиба породных слоев, не жестко защеплённых по ко
- Київ+380960830922