Снижение выбросоопасности горного массива путем увеличения однородности его трещиновато-блочной структуры

Abstract

Целью статьи является установление принципов управления напряженно-деформированным и газодинамическим состоянием горного массива с позиций физико-химической механики для повышения безопасности и эффективности технологий ведениягорных работ. Решение этой проблемы возможно путем выбора составов и концентрации нагнетаемых пластифицирующих или твердеющих растворов, которые, распространяясь под большим давлением по трещинам, восстанавливают нарушенное равновесное напряженное состояние. Установлено, что для увеличения однородности трещиновато-блочной структуры выбросоопасного горного массива и предотвращения в нем смещающих и поворотных деформаций требуется заблаговременное воздействие, гасящее указанные процессы. В этом плане физико-химическая обработка пласта позволяет смягчить на микроуровне склонность среды к газодинамическим явлениям за счет вовлечения пластифицированных участков в процесс хрупкого разрушения, а на макроуровне – вследствие заполнения межблочного пространства упрочняющим химическим составом, приводящим к повышению однородности породного массива. Научная новизна результатов заключается в обосновании двух моделей воздействия на горный массив, которое может происходить как за счет препятствия возникновению смещений и поворотов блоков в массиве под влиянием напряжений дальнодействующего и долговременного характера, так и за счет сглаживания сдвига и кручения структурных породных кристаллов друг относительно друга. Приведенные результаты могут быть использованы для предотвращения газодинамических явлений при добыче угля.

Метою статті є встановлення принципів управління напружено-деформованим і газодинамічним станом гірського масиву з позицій фізико-хімічної механіки для підвищення безпеки і ефективності технологій ведення гірських робіт. Вирішення цієї проблеми можливе шляхом вибору складів і концентрації пластифікуючих або тверднучих розчинів, що нагнітаються, які, поширюючись під великим тиском по тріщинам, відновлюють порушений рівноважний напружений стан. Встановлено, що для збільшення однорідності тріщинуватоблокової структури викидонебезпечного гірського масиву і відвертання в нім зміщуючих і поворотних деформацій потрібна завчасна дія, що гасить вказані процеси. У цьому плані ФХО пласта дозволяє пом'якшити на мікрорівні схильність середовища до газодинамічних явищ за рахунок залучення пластифікованих ділянок до процесу крихкого руйнування, а на макрорівні - внаслідок заповнення міжблочного простору зміцнюючим хімічним складом, що призводить до підвищення однорідності порідного масиву. Наукова новизна результатів полягає в обґрунтуванні двох моделей дії на гірський масив, яка може відбуватися як за рахунок перешкоди виникненню зміщень і поворотів блоків в масиві під впливом напруги далекодіючого та далекочасового характеру, так і за рахунок згладжування зрушенню і крученню структурних порідних кристалів один відносно одного. Приведені результати можуть бути використані для відвертання газодинамічних явищ при видобутку вугілля.

The aim of this work was to establish principles for controlling the stress-deformed and gas-dynamic state of the rock mass in terms of physical-and-chemical mechanics in order to improve safety and efficiency of the mining technologies. It is possible to solve this problem by selecting proper composition and concentration for the injected plasticizing or hardening solutions which penetrate into the cracks under the great pressure and restore the disturbed equilibrium stress state. It is stated that, in order to improve uniformity of the crack- block structure of the outburstprone rocks and prevent them from turning and displacement deformations, it is necessary to affect the rocks beforehand with the aim to suppress these processes. In this sense, at the micro level, the PCT of the rock allows to reduce the environment proneness to the gas-dynamic phenomena thanks to the involvement of plasticized sectors into the process of brittle fracture and, at the macro level, thanks to the filling of the interconnect space by hardening chemical composition, resulting in better uniformity of the rock mass. Scientific novelty of the findings is validating of the two models of impacting on the rock mass, which can be realized both through preventing of the block displacement and turning in the mass under the influence of long-range and long-term stresses, and through smoothing shear and torsion of structural rock crystals relatively to each other. These findings can be used for preventing gas dynamic effects during the coal mining.