CC BY
14
К.Х. Ли
инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.457
ТЕКУЩИЙ ПРОГНОЗ И ОПЕРАТИВНАЯ КОРРЕКТИРОВКА ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ КУЗБАССА
Предлагается методология текущего прогноза параметров проветривания подготовительных выработок. Рассматриваются методы оперативной корректировки параметров метановыделения и проветривания.
Ключевые слова: ТЕКУЩИЙ ПРОГНОЗ, СОСТОЯНИЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ, ПОДГОТОВИТЕЛЬНАЯ ВЫРАБОТКА, ОПЕРАТИВНАЯ КОРРЕКТИРОВКА ПАРАМЕТРОВ
Сейчас проектирование проведения и проветривания подготовительных выработок основано на использовании геологических данных о метаноносности и газоотдаче пластов или реальных данных для выработки-аналога, проведенной по тому же шах-топласту в подобных условиях [1, 2]. Фактические условия последующего проведения выработки могут существенно отличаться от проектируемых параметров ее проходки. В ходе проходки может меняться ее интенсивность и, соответственно, необходимое количество воздуха для проветривания призабойного пространства. Это потребует оперативного перерасчета параметров проветривания, перехода на новые режимы вентиляции, в т.ч. вентиляторы местного проветривания (ВМП) или новые трубы, т.е. необходим будет текущий прогноз и перерасчет газового состояния выработки и ее проветривания во времени.
Для реализации текущего прогноза следует разработать методы оперативного перерасчета газовых и вентиляционных параметров с целью обеспечения нормальных условий проветривания в выработке. Решение такой задачи требует многоплановых исследований.
Во-первых, необходим периодический текущий перерасчет метановыделения из пласта и отбитого угля.
Во-вторых, необходима проверка соответствия типа и режима работы ВМП требуемым условиям проветривания и при необходимости их перерасчет, в т.ч. корректировка вентиляционных параметров трубопровода в выработке.
Использование дифференцированных по условиям проходки математических моделей газо- и аэродинамики подготовительных выработок позволит решить следующие задачи:
• определить методологию текущего прогноза параметров метановыделения и проветривания подготовительных выработок;
• разработать методы корректировки параметров метановыделения из массива и отбитого угля в ходе проведения подготовительной выработки;
• провести натурные исследования аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов в подготовительных выработках шахт Кузбасса;
• предложить методику расчета системы «вентилятор - трубопровод», базирующуюся на алгоритмизации процесса и использовании современных параметров трубопроводов.
Формула, по которой рассчитывается метановыде-ление из стенок подготовительной выработки при проектировании вентиляции на шахтах Кузбасса, имеет следующий вид [3]:
I = 2тви ОХ,,,, м3/мин,
ст ' пр 0 1
(1)
где т - мощность пласта, м;
в - коэффициент, зависящий от отношения ^/т, изменяется от 1,0 для пластов малой и средней мощности до 0,3 для мощных пластов;
ир - средняя скорость проведения выработки, м/сут;
^^^ ^^ научно-технический журнал № 1.2-2013
98 вестник
о„
начальная интенсивность метановыделе-
ния из угольного массива, м3/м2мин;
КТ - коэффициент, учитывающий время проведения выработки, рассчитывается по формуле:
К = л/Т+7* -Т^*.
(2)
Формулы (1) и (2) существенно облегчают задачу идентификации (установление фактических значений) закономерностей метановыделения в ходе проведения выработки. Очевидно, что идентификации требуют только параметры О0 и т*. Для определения их значений в ходе проведения выработки используется итерационный метод. В ходе проведения выработки текущий прогноз значений О0. и т. при / - той длине выработки проводится по формулам:
а* =
I,
2т@иф +г,._! -
Г = Г.
Gn =
(о Л
С*
V о у
ф ,г
(3)
Вторым источником метановыделения в выработку является отбитый уголь. В соответствии с нормативным документом [3] прогноз метановыделения из этого источника I проводится по формуле:
оу
I
ОУ
(хв - Хо>КТ
ТУ'
(4)
где хв - метаноносность угля в зоне выемки, м3/т; х0 - остаточная метаноносность угля, м3/т; ] - техническая производительность комбайна, т/мин;
КТУ - коэффициент, учитывающий время пребывания или транспортировки угля в призабойном пространстве или в выработке.
Коэффициент КТу следующим образом зависит от времени Ху, мин, прошедшего после его отторжения от массива:
КТУ = & . (5)
Коэффициент ау зависит от выхода летучих веществ. При выходе летучих веществ в диапазоне от 16 до 36% он равен 0,115, а при меньших и больших его значениях - равен 0,075 [3].
Методика текущего прогноза метановыделения из отбитого угля включает в себя замеры и расчеты на отдельных этапах проведения выработки. Наиболее важным параметром, подлежащим идентификации, является горнотехнический комплекс (хд — х)]. Он одновременно учитывает метаноносность угля в зоне выемки и фактическую интенсивность его отбойки. Разделить эти параметры не представляется возможным. Для идентификации комплексного параметра вернемся к формуле (4). Имеем:
(уХв Хо )у — -
[0 у
ау 4
Ь_
и..
, м3/мин,
(6)
где Ь - длина трубопровода, м;
и,
скорость движения конвейера, м/мин.
Проведя несколько (4-5) комплексов подобных измерений, при близких значениях Ь можно определить среднее значение 1Оу и его среднеквадратичное отклонение.
На следующем этапе прогноза осуществляется сравнение расчетных и фактических параметров проветривания, при этом определяются расход воздуха в призабойном пространстве и коэффициент утечек воздуха. Если они соответствуют расчетным или перерассчитанным для новой метанообильно-сти, то перерасчета параметров проветривания не требуется.
Отметим, что для прогноза аэродинамики выработок вначале необходимо было составить и решить математическую модель проветривания, а в результате - определить коэффициент утечек воздуха в трубопроводе длиной Ь, м , [4]:
Куп =[1+ 0,3 #]3 . (7)
жd I г
где в - безразмерный параметр, р =__ ;
г
ст
d - диаметр трубопровода, м;
I - длина звена труб, м;
го - удельное аэродинамическое сопротивление труб, кгс2/м9;
Гсп - удельное аэродинамическое сопротивление стыков труб и тела труб, кг- с2/м4. Потери давления воздуха в трубопроводе, соотнесенные с режимом работы ВМП, описываются соотношением [5]:
г^о LKе-"™ = h - с (QK - Q )2, (8)
ог^о ут max ; ^и уп ^тгп к '
научно-технический журнал № 1.2-2о13
вестник 99
где а - безразмерный параметр, характеризующий влияние деформируемости тела труб на их аэродинамическое сопротивление
а -
(\_ v) dorQoL { ] 4E5
Q0 - расход воздуха в призабойном пространстве, м3 /с;
Е - модуль Юнга, кг/м2 ; V - коэффициент Пуассона трубной ткани; д - толщина стенок труб, м; И , с - параметры ВМП, зависящие от его типо-
тах 11 1
размера и угла разворота направляющих лопаток, соответственно, кг/м2 и кг- с2 /м8 .
При несоответствии фактических параметров проветривания запроектированным необходим их перерасчет. Для этого требуется вначале определить безразмерные параметры а и в, от которых зависят аэродинамические характеристики трубопровода (коэффициент утечек воздуха и его аэродинамиче-
ское сопротивление). Они могут быть определены в ходе проведения выработки с помощью специальных прямых и косвенных замеров их фактических значений и соответствующих перерасчетов. Если текущий прогноз параметров проветривания, проведенный по формуле (8), показывает, что выработка не может быть проветрена на проектную длину, став наращивается трубами большего диаметра или осуществляется переход на более мощный ВМП. Здесь используется метод расчета, предложенный в работе [6], модифицированный на различные топологии трубопровода. Расчеты показывают, что замена второй половины става на трубы большего диаметра (например, 0,6 на 0,8 м или 0,8 на 1 м) практически эквивалентна замене ее на два става труб того же диаметра. Если эти меры не позволяют достичь цели, то необходимы специальные меры: размещение дополнительной установки ВМП в выработке, изменение схемы проветривания, уменьшение длины тупиковой части подготовительной выработки и др.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Мясников, А.А. Проветривание горных выработок при различных системах разработки / А.А. Мясников. - М.: Недра, 1966. - 208 с.
2 Божко, В.Л. Метановыделение при скоростном проведении подготовительных выработок / В.Л. Божко, А.Ф. Клишкань // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Труды МакНИИ. - М.: Недра,1966. - Т. 17. - С. 19- 29.
3 Руководство по проектированию и организации проветривания подготовительных выработок действующих угольных шахт. - М., 1984. - 25 с.
4 Казаков, С.П. Оперативная оценка аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов и последующий прогноз проветривания подготовительных выработок / С.П.Казаков, Б.А. Гриценко, К.Х. Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - №2. -С.62-67.
5 Казаков, С.П. Расчет системы «вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок угольных шахт / С.П. Казаков, Б.А. Гриценко, К.Х.Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - №2. -С.68-71.
6 Мясников, А.А. Проветривание подготовительных выработок при проходке комбайнами / А.А. Мясников, С.П. Казаков. -М.: Недра, 1981. - 272 с.
RECENT FORECAST AND EFFICIENT CORRECTION OF VENTILATION PARAMETERS FOR PREPARATION OPENING OF KUZBASS MINES K.H. Li
Methods of recent forecast of preparation openings ventilation parameters are suggested. Methods of efficient correction of methane extraction and ventilation are reviewed.
Key words: RECENT FORECAST, VENTILATION CONDITION, PREPARATION OPENING, EFFICIENT PARAMETER CORRECTION
Ли Константин Хиунович e-mail: ncvostnii@yandex.ru
Jt научно-технический журнал № 1.2-2013
100 вестник
