close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Анализ существующих методов прогноза метановыделения на выемочных участках.

код для вставкиСкачать
65
УДК 622.411.332:533.17
А.М. Тимошенко, М.Н. Баранова,
К.А. Тимошенко
ОАО «НЦ ВостНИИ»
Анализ существующих методов прогноза метановыделения
на выемочных участках
Рассмотрены научные представления отечественных и зарубежных исследователей о
проблеме газовыделения в выемочные участки угольных шахт из разрабатываемых пластов и
пластов-спутников.
На примере отдельных шахт дана оценка соответствия существующих научных представлений о характере газовыделения в выемочные участки фактическим параметрам газовыделения.
Предложены пути совершенствования нормативной базы в вопросах прогноза газовыделения из разрабатываемых пластов и пластов-спутников.
Ключевые слова: ВЫЕМОЧНЫЙ УЧАСТОК, РАЗРАБАТЫВАЕМЫЙ ПЛАСТ, ПЛАСТЫСПУТНИКИ, ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕ, ПРОГНОЗ.
•••
Scientific concepts of domestic and foreign researchers of gas emission problem at the coal cutting sections of coal mines from worked and near-by seams are reviewed.
On the example of some mines correspondence evaluation is given to the existing scientific concepts of gas emission character into extraction sections to actual gas emission parameters.
The ways to improve regulation basis are suggested concerning gas emission forecast from
worked and near-by seams.
Key words: EXTRACTION SECTION, WORKED SEAM, NEAR-BY SEAMS, GAS EMISSION,
FORECAST
____________________________________________________________________________________
Несмотря на давно известные недостатки, горно-статистические методы прогноза газовыделения, разработанные академиком А.А. Скочинским и учениками его школы [1, 2, 3], до сих пор
имеют определенную значимость. И это притом, что их прямое предназначение для расчетов воздуха давно исчерпано.
Во всех последующих по этому вопросу нормативах понятие «относительная газообильность» сохраняется, но приобретает новое качество по отношению к конкретному источнику газовыделения - как снижение его природной газоносности [4, 5].
В результате зависимость газовыделения из разрабатываемого пласта IР.П от основных
определяющих факторов можно, например, представить уравнением вида:
66
I Р.П =
где
m V L⋅γ
( Х − Х 0 ) , м 3 / мин,
1400
(1)
m
-
мощность разрабатываемого пласта, м;
V
-
скорость подвигания очистного забоя, м/сут;
L
-
длина лавы, м;
γ
-
объемный вес угля в массиве пласта, т/м3;
Х
-
природная газоносность пласта, м3/т;
Хо
-
остаточная газоносность отбитого угля в зависимости от места его нахождения в
выработках участка, м3/т.
Как видно из представленной формулы, обобщенно
из очистного забоя АОЧ = m V L
γ
IР.П
зависит от суточной добычи угля
и снижения газоносности разрабатываемого пласта (Х -Хо). При
этом, если Хо определяется на выходе отбитого угля из лавы, то IР.П соответствует газовыделению из очистного забоя, а если на выходе с участка - суммарному метановыделению из пласта в
целом на участке.
О сложности определения параметра (Х - Хо) свидетельствует целый ряд исследований,
из которых наиболее показательные представлены в работах [6, 7, 8, 9, 10].
По данным исследований, проведенных в Донбассе Кузьминым Д.В., остаточная газоносность отбитого угля может быть определена по формуле [6]:
[
]
Х = К 0 К 1 К 2 К 3 Х 1 − 0, 88 е х р ( − 0, 3 V ) , м3/т;
К0 =
где
К1, К2, К3
-
∑
⎡
0 , 9 4 t 0 ,0 7 (d i + 4 )
⎢1 −
(d i + 4 ) 0 , 7
⎢⎣
0, 39
⎤
⎥ Сi ,
⎥⎦
(2)
(3)
коэффициенты, учитывающие влияние соответственно температуры угольного
массива, степени метаморфизма угля и глубины вруба;
t
-
время, прошедшее после отбойки угля от массива, мин;
di
-
крупность угля в i - той фракции, мм;
Сi
-
выход i - той фракции в общей массе угля (в долях единицы).
Тогда с учетом уравнения (2) газовыделение из разрабатываемого пласта согласно выражению (1) можно определить по формуле:
I Р. П =
mV L γ
3
X {1 − K 3 K1 K 2 [1 − 0,88 exp(− 0, 3V )]}, м /мин .
1440
(4)
Другими исследователями получены формулы иного вида. Например, по рекомендациям
Рыженко И.А. [7] газовыделение из разрабатываемого пласта может быть рассчитано по формуле:
I Р. П =
где
бо
-
mV L γ ⎡
X ⎢б 0
1440 ⎢⎣
⎛
V0
V0 ∗ в
+ 0, 01⎜⎜1 − б0
a t
V
V
⎝
∗
⎞⎤ ,
⎟⎟ ⎥
⎠ ⎥⎦
м3/мин,
(5)
степень дегазации угля в зоне выемки (при скорости подвигания забоя V=1,5 м/сут
бо=0,4);
67
а*, в* - коэффициенты, характеризующие степень естественной дегазации отбитого угля
*
*
(для каменных углей а = 10, в = 0,25).
Применительно к условиям угольных шахт Кузнецкого бассейна в соответствии с исследованиями Мясникова А.А. и Мащенко И.Д. [8] абсолютное газовыделение из разрабатываемого пласта может быть определено по уравнению:
I Р. П =
где
Vmax
-
3
mV L γ
X [1 − а′ (V − Vmax)(1 − 0,01а ∗ t в )], м /мин,
1440
∗
(6)
предельная скорость подвигания забоя, при которой метаноносность угля на
кромке забоя становится равной природной метаноносности пласта, Vmax= 10
м/сут;
а′, а*
-
коэффициенты, характеризующие газоотдачу пласта и отбиваемого угля в зависимости от степени метаморфизма.
Для учета особенностей технологического цикла выемки угля, основываясь на проведенных в Донецком бассейне исследованиях, для определения IР.П Шило Л.Я. предлагает формулу
вида [9]:
⎧ 1 ⎡
H⎞
⎛ ω ⎞⎤
⎛
I Р.П. = m V L γ X ⎨
1 − exp⎜ − ⎟⎥ exp⎜ − ω ⎟ +
⎢
V ⎠
⎝ V ⎠⎦
⎝
⎩ 60 n tсм ⎣
1
H ⎞⎫
⎛
+
⋅ [1 − exp(− 0,094 ω tсм )]exp⎜ − 2 ω ⎟⎬ ,
1440
V ⎠⎭
⎝
где
п
-
число добычных смен в течение суток;
tсм
-
длительность добычной смены, ч;
ω
-
постоянная газоотдачи.
(7)
При расчете газовыделения из разрабатываемого пласта Дубов Г.П. [10], кроме указанных
факторов, предлагает учитывать глубину ведения горных работ согласно выражению:
[
[
]
−1
mV L γ ⎧
а в 1 + 7,4 Р (0,2 H ) V
I Р.П =
⎨X −
−1
1400 ⎩
1 + в 1 + 7,4 Р (0,25 H ) V
где
]
(t + 1)−n
О
⎫
⎬ , м3/мин,
⎭
(8)
а, в
-
константы сорбции Ленгмюра;
Р
-
природное давление газа в пласте, атм.;
Н
-
глубина разработки, м;
по
-
коэффициент, характеризующий средневзвешенную крупность кусков отбитого
угля и степень его метаморфизма.
Анализ и сопоставление представленных выше формул для определения газовыделения
из разрабатываемого пласта свидетельствует о том, что их многообразие связано с полуэмпирикой полученных решений. Каждое из них вполне приемлемо для определенных условий. Поэтому
важнее другая сторона этих решений - это одинаковая с формулой (1) структура во всех рекомендуемых уравнениях, согласно которой снижение газоносности пласта ( Х-Хo ) представляет собой
68
условный показатель его относительной газообильности в виде отношения количества потока газа,
выделяющегося через обнаженные поверхности забоя и из отбиваемого угля, к объему добычи за
полный технологический цикл. Более того, исходя из сущности формирования этого снижения, обе
составляющие газовыделения оказываются взаимосвязаны через газоносность пласта в зоне выемки, изменяющуюся в зависимости от газоотдачи пластов и скорости подвигания очистного забоя
в диапазоне Х≤ Хв> Хо .
Таким образом, несмотря на индивидуальность подходов и конечные результаты исследований, авторы рассматриваемых решений едины во мнении, что для оценки газовыделения из разрабатываемого пласта наиболее значимыми являются следующие факторы: скорость подвигания
очистного забоя, газоотдающие свойства угольного пласта в массиве (в зоне его деформаций) и
газоотдача отбиваемого угля. Подтверждается это и целым рядом других исследований, наиболее
интересные из которых представлены в работах [11, 12, 13].
Обобщенно по всему указанному выше комплексу исследований механизм формирования
газовыделения в очистном забое в зависимости от отмеченных факторов закономерно связан с
проявлениями горного давления, как это показано, например, в работе [11]. В ней авторы, рассматривая влияние скорости подвигания очистного забоя на деформации угольного пласта и газовыделение, пришли к выводу, что при изменении скорости подвигания забоя с той же скоростью
происходит
перемещение
впереди
очистного
забоя
зон
с
различным
напряженно-
деформированным состоянием угольного пласта.
При увеличении скорости подвигания забоя происходит качественное изменение напряженного состояния, выражающееся в снижении нагрузок на угольный пласт и в увеличении ширины зоны опорного давления, что приводит к уменьшению трещиноватости угольного массива.
Вследствие повышения целостности угольного пласта снижается его газопроницаемость в призабойной зоне, что в сочетании со снижением продолжительности пребывания угля в зоне дренирования приводит к значительному уменьшению доли угольного массива, участвующего в газовыделении в призабойное пространство очистного забоя. Так как снижение нагрузок с увеличением зон
опорного давления не может быть бесконечным, то при определенных скоростях наступает стабилизация этого процесса, приводящая к естественной стабилизации газовыделения из разрабатываемого пласта в очистной забой. Однако не существует однозначного мнения об условиях такой
стабилизации: диапазон изменения предельных скоростей подвигания очистного забоя, при которых устанавливается постоянное газовыделение из разрабатываемого пласта, колеблется от
1,5 м/сут по Осипову С.Н. [12] до 15 м/сут по Колмакову В.А. [13].
В данном случае это объясняется различным видом функций, которые приняты для описания газовыделения. Однако фактически подобное может наблюдаться, что и учитывается поэтому
алгоритмами «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт» особенно в последнем
издании [5], когда прогноз газовыделения производится по природной газоносности пласта. Причем более 30 лет приемлемость алгоритмов для инженерных расчетов не вызывала сомнений, так
как базировались они на специально поставленных фундаментальных для того времени исследованиях ВостНИИ и МакНИИ.
69
Недостаточность изученности процессов газовыделения в очистной забой стала проявляться лишь в последние годы, когда создались условия для широкого применения высокопроизводительной угледобывающей техники и значительных повышений скоростей подвигания очистных забоев. Это особенно видно при одновременном прогнозе ожидаемого газовыделения по природной газоносности пласта и по фактическому газовыделению аналога, как предусмотрено для
условий действующих шахт [5], и производится, например, на момент ввода в работу очистных забоев - по газоносности, а в период их работы при перерасчете проветривания - по факту.
Ниже на рисунках 1 и 2 приведены два характерных примера из практики, которые показывают, что данные таких прогнозов могут значительно отличаться друг от друга, а их погрешность
по отношению к фактическому газовыделению с ростом нагрузки на очистной забой от 1 до
10 тыс. т/сут достигает 200% и более. Если прогнозы ожидаемого газовыделения по газоносности
пласта и фактическое совпадают, то они хорошо «работают» только в тех случаях, когда расчетная нагрузка не превышает фактическую в 1,5-2 раза. В целом это свидетельствует о том, что статистическая состоятельность функций, принятых в «Руководстве...» для описания закономерностей изменения относительного и абсолютного газовыделения в лаве в зависимости от скорости
подвигания очистного забоя и газоотдачи углей исчерпана. Для существующих методов прогноза
требуется поэтому соответствующая доработка.
3
Газовыделение, м /мин
14
12
10
3
8
6
2
4
1
2
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
Добыча, т/сут
1 – фактическое; 2 – расчетное по лаве-аналогу; 3 – расчетное по природной газоносности
разрабатываемого пласта
Рисунок 1 - Газовыделение в очистной забой лавы №29-17 шахты «Есаульская»
3
Газовыделение, м /мин
70
14
3
12
10
2
8
1
6
4
2
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Добыча, т/сут
1 – фактическое; 2 – расчетное по лаве-аналогу; 3 – расчетное по природной газоносности разрабатываемого пласта
Рисунок 2 - Газовыделение в очистной забой лавы №25-85 шахты им. Кирова
Вопросу газовыделения в выработанное пространство из пластов-спутников так же, как и
газовыделению из разрабатываемого пласта, посвящено немало научных исследований отечественных и зарубежных авторов, результаты которых весьма многообразны [14-22]. В данном случае
особое внимание в первую очередь уделяется работам советских ученых, результаты которых
явились основой для разработки основных положений действующего нормативного документа по
расчету газовыделения из сближенных угольных пластов [5].
Методика определения газовыделения из смежных пластов, предложенная Лидиным Г.Д. и
Айруни А.Т. [15], основана на определении природной и остаточной газоносности смежных угольных пластов. В тех случаях, когда определение природной и остаточной газоносности техническими средствами невозможно, авторами предлагается их определение производить с использованием эмпирической зависимости вида:
Х =
где
65,5 (100 − А − W )
h p
+
,
c
⎛а
⎞ 0, 146 n
е (1 + 0,31W )
⎜⎜ + b ⎟⎟ V
⎝p
⎠
Х
-
метаноемкость угля, м3/т;
р
-
газовое давление, атм.;
V
-
выход летучих веществ, %;
h
-
пористость угля, м3/т;
a, b
-
константы.
м3/т,
a = 2,4 + 0,21 V; b = 1 - 0,004 V; n = 0,02 t / 0,993 + 0,007p.
(9)
71
При этом определение остаточного газового давления в сближенном угольном пласте производится по формулам:
для подрабатываемых пластов
Pпод
⎛
3,3 d
= 1 + ⎜⎜
⎝ 3,3 j + сos α
⎞
⎟⎟
⎠
M
m
, атм.;
(10)
для надрабатываемых пластов
⎛ d + cos α ⎞
⎟⎟
Pнад = 1 + ⎜⎜
j
⎠
⎝
где
M
m
,
атм.,
(11)
Рпод, Рнад - остаточное газовое давление в подрабатываемом и надрабатываемом пластах, атм.;
- константы; в изученных условиях соответственно равны 9,7 и 9,1;
d, j
α
- угол залегания угольных пластов, град;
М
- мощность пород междупластья, м;
m
- мощность разрабатываемого пласта, м.
Из представленных формул (10) и (11) следует, что остаточное газовое давление зависит
от угла падения угольных пластов и отношения мощности пород междупластья к вынимаемой
мощности разрабатываемого пласта. Влияние угла залегания на газоотдачу из надрабатываемых
пластов, по мнению Лидина Г.Д., объясняется тем, что силы веса толщи пород междупластья препятствуют развитию трещиноватости и ограничивают разгрузку пластов.
В случае если метаноносность пластов-спутников или пропластков не известна, то предлагаемой методикой делается допущение, что метаноемкость всех углей рассматриваемой свиты на
горючую массу одинакова и, пренебрегая некоторой неточностью, вызванной содержанием метана
в свободной фазе, предлагается выразить ме таноносность сближенных пластов через потенциальную метаноносность разрабатываемого пласта с помощью переводного коэффициента:
ξ =
(100
(100
− А ′ − W ′ ) (1 + 0,31 W ) .
− A − W ) (1 + 0,31 W ′ )
(12)
Поэтому формула для определения количества метана, выделяющегося из сближенных
пластов, по Лидину Г.Д. - Айруни А.Т. имеет вид:
Q=
где
C
mγ
∑ m′ γ ′ ξ ( X
О
3
− X i ) , м /т,
Q
-
дебит каптируемого метана, м3 /т;
m
-
мощность разрабатываемого пласта, м;
m'
-
мощность сближенных пластов, м;
γ
-
объемный вес угля разрабатываемого пласта, т/м3;
γ'
-
объемный вес угля сближенных пластов, т/м3;
Хо
-
природная метаноносность сближенного пласта, м3 /т;
Хi
-
остаточная метаноносность сближенного пласта, м3 /т;
C
-
коэффициент сжатия метана;
(13)
72
ξ
-
переводной коэффициент.
Если зольность, влажность и объемный вес угля сближенных пластов и пропластков неизвестны, то их предлагается принимать такими же, как и у разрабатываемого пласта. В этом случае
формула (13) принимает вид:
Q=
C
m' ( X 0 − X i ) , м 3 /т.
∑
m
(14)
Имеются, однако, и существенные недостатки. В предложенной методике совершенно не
учитываются структура и физико-механические свойства разгружаемого массива, которые, несомненно, играют немаловажную роль в процессе образования газопроводящих трещин и влияют на
фильтрационные свойства горного массива. Другим недостатком является ее узконаправленность,
поскольку используемые в ней константы и эмпирические коэффициенты соответствуют только
определенным условиям и способам управления кровлей частичной закладкой или удержанием на
кострах при крутом падении пластов.
Наиболее широкое применение нашла методика, предложенная Петросяном А.Э. [23], которая и была положена в основу методики определения газовыделения из пластов-спутников действующего в настоящее время нормативного документа [5]. Данная методика была разработана на
основе опытных данных, полученных в результате исследований на шахтах Дроновского комплекса в Донбассе. На основании этих данных автором был сделан вывод, что при прочих одинаковых
условиях, чем дальше от разрабатываемого пласта находится смежный пласт, тем меньше газа он
отдает в выработки разрабатываемого пласта, а при некотором расстоянии газоотдача прекращается.
В общем виде такая закономерность автором выражается прямолинейной зависимостью
вида [24]:
yi = в – a hi ,
где
-
yi
(15)
количество газа, которое может выделиться из единицы веса смежного пласта
угля в выработку;
hi
-
расстояние по нормали между разрабатываемым и смежным пластами угля;
а, в
-
неизвестные константы.
Вводя понятие об hр - предельном расстоянии по нормали между разрабатываемым и
смежным пластами, при котором газовыделение из последнего равно нулю, на основе уравнения
(15) с учетом граничных условий получена зависимость [23]:
⎛
h ⎞
у i = ( х − х 1 ) ⎜⎜ 1 − i ⎟⎟
hp⎠
⎝
где
х
-
природная газоносность смежного пласта, м3/т;
xi
-
остаточная газоносность смежного пласта, м3/т.
,
(16)
Исходя из шага обрушения основной кровли, соотношения количества угля в смежном пласте, из которого будет происходить выделение метана, и количества угля, вынимаемого из разра-
73
батываемого пласта на расстоянии одного шага посадки, была получена формула, определяющая
газовыделение из смежного пласта [25]:
qi =
⎛
mi
h ⎞
х − х 1 ) ⎜⎜1 − i ⎟⎟
(
mв
⎝ h p⎠
.
(17)
Полученную зависимость автором предлагается использовать как для подрабатываемых,
так и для надрабатываемых смежных пластов. При этом для определения hр с учетом исследований, изложенных в работах [26, 27], предлагается выражение:
h
где
N
-
p
= N m в (1, 2 ± cos α ) , м,
(18)
коэффициент, зависящий от способа управления кровлей; N=60 при полном
обрушении, N=45 при частичной закладке;
mв
-
вынимаемая мощность пласта, м;
α
-
угол падения пласта, град.
Знак «+» для условий подработки и знак «-» для условий надработки.
В своих исследованиях Петросян А.Э. связывает механизм газовыделения из смежных
пластов с шагом посадки основной кровли, что вполне обосновано для угольных пластов подрабатываемого горного массива. Иначе дело обстоит в отношении пластов надрабатываемого массива,
поскольку механизм его разгрузки и, следовательно, характер газовыделения из надрабатываемых пластов имеют иные закономерности, что подтверждается целым рядом исследований. Необходимо также отметить, что предлагаемый метод определения газовыделения из пластовспутников по метаноносности угольных пластов, определяемой при ведении геологоразведочных
работ, имеет недостаточную точность. Это подтверждено специальными исследованиями, проведенными Михайловым В.И. [28] на 44 выемочных участках в различных горно-геологических условиях шахт Донбасса. Но самое главное заключается в том, что рассматриваемая методика повторяет уже указанный выше недостаток - она не учитывает влияния на процесс газовыделения
структуры пород междупластья.
Если Петросяном А.Э.в основу своих исследований был положен горно-статистический метод определения газоносности угольных пластов, то совершенно иной подход был использован
Кизряковым А.Д. [29]. В основу его исследований был положен метод определения метаноносности угольного массива надрабатываемых пластов по фактическому метановыделению в подготовительные выработки. Причем, опираясь на исследования Петухова И.М. [30], установившего, что
увеличение вынимаемой мощности пласта прямо пропорционально увеличению сдвижения и деформации надрабатываемого массива и, как следствие, увеличению газовыделения из надрабатываемых пластов, Кизряков А.Д. наибольшую значимость придает показателю кратности пород
междупластья hi / mв.
На рисунке 3 представлена полученная им зависимость степени дегазации надрабатываемых пластов от мощности пород междупластья, которая, по данным выполненного корреляционного анализа, описывается выражением:
Кд = (hi /mв)-0,83 .
(19)
74
Коэффициент дегазации
0,8
0,6
1
0,4
2
0,2
0
0
20
40
60
80
Мощность междупластья, м
1 - при вынимаемой мощности разрабатываемого пласта mв > 3,5 м;
2 - при вынимаемой мощности разрабатываемого пласта mв ≤ 3,5 м
Рисунок 3 - Влияние мощности пород междупластья на степень дегазации
надрабатываемых пластов
Решив данное выражение относительно Хост, автор получил уравнение:
Хост = Х - Х ( hi /mв )-0,83
, м3/т.
(20)
Таким образом, Кизряковым А.Д. было доказано, что степень естественной дегазации зависит не только от мощности пласта, как считают А.Т. Айруни, А.Э. Петросян и др., но и от кратности междупластья. Однако в своих исследованиях он допускает определенную степень погрешности, поскольку не имеет данных прямых замеров в надработанной и не надработанной частях
угольного массива, а получает их путем отбора угольных проб и определения сорбционной метаноемкости. Также из-за недостатка данных им допускается аппроксимация по вынимаемой мощности пластов, что искажает характер зависимости газовыделения из надрабатываемых пластов от
вынимаемой мощности пласта и соответственно их кратности.
Представленные выше результаты исследований свидетельствуют о широком многообразии мнений по рассматриваемому вопросу. В таблице 1 приведена обобщенная оценка влияющих
на газовыделение из пластов-спутников основных факторов, которые, по мнению перечисленных в
ней авторов, являются наиболее значимыми и были использованы в предложенных ими зависимостях для определения газовыделения в выработанное пространство из сближенных пластов.
75
Таблица 1 - Обобщенная оценка факторов, влияющих на газовыделение из сближенных пластов
Факторы, влияющие на газовыделение из надрабатываемых пластов
Исследователь
Мощность
пород
междупластья
Мощность
разрабатываемого
пласта
Мощность
сближенного пласта
Скорость
подвигания
забоя
Штюффкен Я.
+
+
+
+
Винтер К.
+
+
+
+
Шульц П.
+
+
+
Айруни А.Т.
+
+
Печук И.М.
+
Состав
пород
междупластья
Кратность
Угол
Метаморзалегания физм углей
пласта
+
+
Давление
газа
в сближенном пласте
+
+
+
+
+
+
Хашин В.Н.
+
+
Лидин Г.Д.
+
+
+
Петросян А.Э.
+
+
+
Кизряков А.Д.
+
+
+
+
+
Пак В.С.
Размеры
выемочного
участка
+
+
+
+
+
+
76
В результате видно, что все исследователи сходятся в одном - мощность междупластья
является основным, но не единственным фактором.
Другим наиболее влияющим фактором является мощность разрабатываемого пласта. За
исключением Печука И.М. и Хашина В.Н., все исследователи это учитывают. Однако его влияние
рассматривается неоднозначно. Так, например, Петросян А.Я., считающий, что природа механизма метановыделения из надрабатываемых и подрабатываемых пластов одинакова, использует
мощность разрабатываемого пласта как показатель для определения объемов угля, выделяющих
метан в выработки разрабатываемого пласта. По мнению Кизрякова А.Д., Лидина Г.Д. и др., мощность разрабатываемого пласта определяет условие образования газопроводящих трещин в результате выемки разрабатываемого пласта и разгрузки надрабатываемой толщи горных пород.
Существует еще одно мнение, которого придерживается К.Винтер. Он не отрицает влияния
мощности разрабатываемого пласта на газовыделение из смежных пластов как фактор образования газопроводящих трещин, однако считает его незначительным, поскольку оно компенсируется
давлением газа в смежном пласте, воздействие которого также увеличивает газопроницаемость
породного массива.
Мнения о мощности сближенных угольных пластов практически совпадает. Все исследователи рассматривают сближенный пласт как источник содержания метана в зависимости от мощности.
В отношении других влияющих факторов позиции разделяются. Например, только Лидин
Г.Д., Петросян А.Э. и Штюффкен Я. считают, что влияние угла залегания на процесс газоотдачи
смежных пластов играет огромную роль, хотя исходят они из разных представлений: Лидин Г.Д. - с
позиции остаточного газового давления, которое с увеличением угла падения сравнивается между
разрабатываемым и надрабатываемым пластами, и, следовательно, переток метана прекращается, а Петросян А.Э. - с позиции разгрузки пород междупластья, которая уменьшается с увеличением угла залегания и при 900 прекращается.
К малозначимым факторам большинство авторов относят также состав пород междупластья и их кратность, метаморфизм углей, давление газа, размеры участка и скорость подвигания
очистного забоя (70-80%). Однако это связано, скорее всего, с несовершенством методов исследований и областью достоверного использования их результатов.
Особенно показательной является несостоятельность такой оценки в отношении скорости
подвигания очистного забоя, о чем в настоящее время легко судить по фактическим данным в
процессе освоения высокопроизводительной добычи. На рисунках 4 и 5 по аналогии с рисунками1
и 2 представлено изменение газообильности участков по прогнозу и по фактическим данным при
тех же изменениях добычи угля до 10 тыс.т/сут. В результате видно, что неправильный учет скорости подвигания при прогнозировании абсолютного газовыделения из выработанного пространства
(для данных участков оно составляет 70-80% от общей газообильности,) увеличение добычи на
один порядок величин (с 1 до 10 тыс.т/сут) приводят к завышению прогнозных данных в десятки
раз.
Выход один - прогноз относительного газовыделения из пластов-спутников должен производиться с учетом скорости подвигания забоя, тогда абсолютное газовыделение, действительно,
может изменяться и быть даже стабильным для определенного уровня добычи, как приведено на
рисунках 4 и 5 по факту. Следовательно, и для спутников прогноз должен совершенствоваться, а
77
так как это затрагивает проблему газообильности выработанных пространств в целом, то произво-
3
Газовыделение, м /мин
диться он должен в комплексе для всех источников на участке.
100
80
60
2
3
40
20
1
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Добыча, т/сут
1 – фактическое; 2 – расчетное по лаве-аналогу;
3 – расчетное по природной газоносности разрабатываемого пласта
Рисунок 4 - Газовыделение в выработанное пространство лавы №29-17
3
Газовыделение, м /мин
шахты «Есаульская»
140
120
100
80
60
40
20
0
3
2
1
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
Добыча, т/сут
1 – фактическое; 2 – расчетное по лаве-аналогу;
3 – расчетное по природной газоносности разрабатываемого пласта
Рисунок 5 - Газовыделение в выработанное пространство лавы №25-85 шахты им. Кирова
В результате выполненного анализа и на основании работ [31, 32] установлено, что существующие в настоящее время в действующих нормативах алгоритмы прогноза ожидаемого газовыделения на участках достаточно обоснованы, но их статистическая надежность и область достоверного использования с началом освоения высокопроизводительной добычи исчерпана. Ос-
78
новная причина заключается в том, что принятые для описания газовыделения функции не могут
адаптировать процесс его изменения в зависимости от газокинетических характеристик каждого
конкретного источника и любых скоростей подвигания очистного забоя, особенно когда они стремятся в область граничных условий. Следовательно, направленность дальнейших исследований
должна состоять в поиске новых моделей газовыделения с разработкой на их основе технических
решений, обеспечивающих достоверность расчета параметров и эффективность схем проветривания выемочных участков при нагрузках на очистные забои, соответствующих технически достижимым уровням.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Скочинский, А.А. Рудничная вентиляция / А.А. Скочинский, В.Б.Комаров. -М. -Л.: Углетехиздат, 1949. -442 с.
2 Лидин, Г.Д. Газообильность каменноугольных шахт СССР/ Г.Д. Лидин, А.Д. Петросян.
-М. -Л.: АН СССР, 1949. - 224 с.
3 Лидин, Г.Д. Горно-статистический метод прогноза метанообильности угольных шахт / Г.Д.
Лидин // Труды ИГД. - М.: АН СССР, 1954. -Т.1. -С.145-155.
4 Дополнения к «Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт»: утв.
27.12.79/ Минуглепром СССР. - М.: Недра, 1981. - 79 с.
5 Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт: утв.15.08.89 / Минуглепром
СССР. - Макеевка: МакНИИ, 1989. – 319 с.
6 Кузьмин, Д.В. Расчет остаточной метаноносности добытого угля / Д.В.Кузьмин // Техника
безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. - 1969. - №10. - С.29-31.
7 Рыженко, И.А. Прогноз газовыделения из разрабатываемого пласта при различной скорости подвигания очистного забоя // Известия вузов. Горный журнал. -1967. -№4. -С.65-70.
8 Мясников, А.А. К вопросу проектирования проветривания шахт при интенсивной выемке
угля / А.А. Мясников, И.Д. Мащенко // Труды ВостНИИ. - Кемерово, 1972. -Т.17. -С.154-165.
9 Шило, Л.Я. Исследование кинетики газовыделения при разработке угольных пластов в
зависимости от скорости подвигания очистных забоев: автореф. дис. … канд.техн.наук.
- Днепропетровск, 1970. -25 с.
10 Дубов, Г.П. Расчет метановыделения из отбитого угля в забои подготовительных выработок / Г.П. Дубов // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1971. -№6.
-С.15-16.
11 Грецингер, Б.Е. Влияние скорости подвигания очистного забоя на деформацию угольного пласта и газовыделение / Б.Е. Грецингер, В.В. Соболевский, И.Е. Белянин // Разработка месторождений полезных ископаемых. -1968. -Вып.14. -С.71-75.
12 Осипов, С.Н. Управление метановыделением при различных скоростях подвигания очистного забоя /С.Н. Осипов. – М.: Госгортехиздат, 1960. – 94 с.
13 Колмаков, В.А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах / В.А. Колмаков. - М.: Недра,
1981. -134 с.
14 Potteisky, K. Das Auftreten und die Abwehr des Grubengases beim Steinkohlenbergbau //
Glukauf. -1955. - № 1. - С. 31-37.
79
15 Лидин, Г.Д. О теории дегазации сближенных угольных пластов / Г.Д. Лидин, А.Т. Айруни
// Вопросы теории дегазации сближенных угольных пластов: сб. науч. тр./ ИГД А.А. Скочинского.
- М., 1963. - С. 3-69.
16 Stuffken, J. Ein Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Ausgasung von Steinkohlenflozen
// Bergbau Archiv. -1960. - № 1. - С. 40-49.
17 Печук, И.М. Дегазация спутников угольных пластов скважинами / И.М. Печук. - М.: Углетехиздат, 1956. - 210 с.
18 Винтер, К. Газовыделение и сдвижение горных пород/ К. Винтер // Глюкауф. -1962.
- № 16. - С. 1091-1106.
19 Schulz, P. Une etude sur captage et sa predetermination // Revue Universette des Mines, de
la Mtcanigue des Travaux. -1959. - № 1. - С. 31-37.
20 Хашин, В.Н. Влияние надработки на степень дегазации сближенных пластов / В.Н. Хашин, Ю.И. Анисимов // Труды ВостНИИ. - Кемерово, 1977. -Т. 29. - С. 69-75.
21 Пак, В.С. Влияние зоны деформации на газообильность выработок сближенных выбросоопасных пластов / В.С. Пак, Н.И. Устинов // Безопасность труда в промышленности. -1980. -№ 3.
-С. 37-38.
22 Михайлов, В.И. Определение ожидаемой метанообильности шахт Донбасса / В.И. Михайлов, Д.В.Кузьмин // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Труды МакНИИ. - М.: Недра,
1968. - Т.18. - С. 59-70.
23 Петросян, А.Э. Разработка пластов пологого падения с высокой газоносностью в Донбассе / А.Э. Петросян. - М.: Углетехиздат, 1954. - 81 с.
24 Петросян, А.Э. Зависимость метанообильности выработок от способа управления кровлей / А.Э. Петросян // Рудничная аэрология. -М.: АН ССР, 1962. - C. 98-103.
25 Петросян, А.Э. Выделение метана в угольных пластах /А.Э. Петросян. -М.: Наука, 1975.
-188 с.
26 Казаковский, Д.А. Сдвижение земной поверхности под влиянием горных разработок. -М.:
Углетехиздат, 1953. - 228 с.
27 Расчет границ защищенных зон: методические указания. -Л.: ВНИМИ, 1969. -181 c.
28 Михайлов, В.И. Уточнение метода прогноза метанообильности шахт Донбасса / В.И.
Михайлов. –Макеевка, 1963.
29 Шередекин, Д.М. Аэрогазодинамика подготовительных выработок / Д.М. Шередекин,
А.Д. Кизряков. -М.: Недра, 1985. - 212 с.
30 Теория защитных пластов / И.М. Петухов, А.М. Линьков, В.С. Сидоров, И.А. Фельдман.
- М.: Недра, 1976. - 224 с.
31 Рогов, Е.П. Математические модели адаптации процессов и подсистем угольной шахты /
Е.П. Рогов, Г.И. Грицко, В.Н. Вылегжанин. -Алма-Ата: Наука, 1979. - 240 с.
32 Мащенко, И.Д. Анализ условий проектирования высокопроизводительных забоев по газовому фактору / И.Д. Мащенко, А.М. Тимошенко, Г.Я. Полевщиков, В.Т. Преслер // Метан угольных шахт: прогноз, управление, использование. - 1996. - №1. -С.8-10.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
6
Размер файла
432 Кб
Теги
анализа, методов, метановыделения, существующих, участка, выемочных, прогноз
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа