ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ЭМИССИЕЙ ГАЗА МЕТАНА И ПРОДУКТОВ РАСПАДА РАДОНА В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Деталі
Батьківська категорія: Геотехнічна механіка, 2014
Категорія: Збірник наукових праць "Геотехнічна механіка" Випуск-114

ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ЭМИССИЕЙ ГАЗА МЕТАНА И ПРОДУКТОВ РАСПАДА РАДОНА В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

А. Ф. Булат, И.Н. Слащев, Е.А. Слащева

УДК 622.831.312 : 622.817

Авторы:

А. Ф. Булат, акад. НАНУ, д-р техн. наук, професор,

И.Н. Слащев, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,

Е.А. Слащева, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.

(ИГТМ НАН Украины)

Аннотация.

В статье решена актуальная задача по оценке условий фильтрации в породном массиве газа метана совместно с продуктами распада радона и изменения их физических параметров в горных выработках угольных шахт.

Предложена методика численного моделирования перемещения потоков газа метана и изотопов радона из областей повышенного горного давления через трещины в зонах сдвигов и растяжений пород в горные выработки. Для описания процесса газопереноса использована интегральная форма закона Дарси для случая радиального установившегося потока. В шахтных условиях исследованы взаимосвязи между содержанием метана и изотопов радона в атмосфере горной выработки. Для оценки условий совместного газопереноса метана и аэрозолей радона через породы предложено использовать минимальные главные деформации элементов геомеханической модели и девиатор тензора деформаций, определяющие параметры сжатия, сдвига и растяжения порово-трещинного пространства. Впервые установлен ряд физических особенностей эмиссии в горные выработки метана совместно с дочерними продуктами распада радона, согласно с которыми: концентрация α-излучения Po218 возрастает в зависимости от расстояния до забоя штрека, а его интенсивность в 2-4 раза превышает интенсивность изотопов Pb214 и Bi214; существует устойчивая взаимосвязь между динамикой изменений концентрации метана и приведенной концентрацией продуктов распада радона в диапазоне отклонений от среднего значения ± 20 %, при этом скачкообразные всплески в диапазоне выше 40 % объясняются различными источниками формирования и скоростями переноса потоков метана и аэрозолей радона через поры и трещины в тектонически нарушенных зонах массива; эмиссия радионуклида Po218 слабо связана с выделениями α-частиц Pb214 и Bi214, и, напротив, между эмиссиями Pb214 и Bi214с более длительным периодом полураспада наблюдается тесная взаимосвязь, что объясняется физикой процесса распада радионуклидов. Установленные взаимосвязи служат базой для разработки новых методов прогнозирования проявлений геомеханических и газодинамических процессов.

Ключевые слова:

фильтрация метана, продукты распада радона, геомеханические процесы, газодинамические процессы, моделирование массива пород, прогноз опасных явлений

Список литературы:

1. Теоретичне обґрунтування застосування методу радіаційного випромінювання як фактора виробничого контролю стану вуглепородного масиву / А.Ф. Булат, В.Г. Перепелиця, А.А. Яланський [та ін.] // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2006. – Вип. 66. – С. 3-14.

2. Кабанов, М.В. Региональный мониторинг атмосферы / Под общей ред. В.Е. Зуева. - Томск: «Спектр» Институт оптики атмосферы СО РАН, 1997. - 211 с.

3. Van der Spoel, W.H., Van der Graaf, E.R. and de Meijer, R.J. (1999), “Diffusive transport of radon in a column of moisturized sand”, Health Phys., vol. 77, № 2, pp. 163-177.

4. Koarashi, J., Amano, H., Iida T. et al. (2000), “Development of Model for Dynamical Behavior oil of Water and Rn in Unsaturated Soil”, Harmonization of Radiation, Human Life and the Ecosystem: Proc. of 10th Intern. Congr. Intern. Rad. Prot. Association (IRPA-10), Hiroshima, Japan, pp. 16-23.

5. Tоgо, L. and Gheorghe, R. (1999), “Mathematical simulation of radon migration in porous materials”, Proc. IRPA Regional Congr. on Rad. Prot. in Central Europe, Budapest, Hungary, pp. 606-615.

6. Фадеев, А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А.Б. Фадеев. - М.: Недра, 1987.–221 с.

7. Hwang, C.T., Morgenstern, N.R. and Murray, D.W. (1971), “On solution of plain strain consolidation problems by finite element methods”, Can. Geotech., № 109. pp. 109-118.

8. Слащев, И.Н. Применение информационных технологий для повышения эффективности и безопасности горных работ / И.Н. Слащев // Уголь Украины. – 2013. –  № 2. – С. 40-43.

9. Слащев, И.Н. Оптимизация информационной системы оперативного прогноза геомеханических процессов для поддержки принятия решений по безопасности шахт / И.Н. Слащев, В.Г. Шевченко, А.И. Слащев // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2013. – Вип. 112. – С. 129-144.

10. Открытие № 318. Закономерность самоорганизации грунтовых и породных массивов вокруг протяженных подземных выработок / Л.В. Байсаров, М.А. Ильяшов, В.В. Левит и др. Рег. № 399, приор. 26.10.2006 г.

11. Слащев, И.Н. Устойчивость штреков в условиях повышенной тектонической активности породного массива / Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / ІГТМ ім. М.С. Полякова НАН України. – Дніпропетровськ, 2008. – Вип. 76. – С. 245-254.

Об авторах:

Булат Анатолий Федорович, академик Национальной академии наук Украины, доктор технических наук, профессор, директор института, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. .

Слащев Игорь Николаевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Слащева Елена Анатольевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, старший научный сотрудник в отделе Проблем разработки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.