CC BY
16
- © Г.Г. Каркашадзе, Г.П. Ермак, Е.П. Ютяев, 2014
УЛК 622.411.33
Г.Г. Каркашадзе, Г.П. Ермак, Е.П. Ютяев
БЕЗОПАСНАЯ ОТРАБОТКА ГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПО ГАЗОВОМУ ФАКТОРУ НА ОСНОВЕ УЧЕТА СВОЙСТВ УГЛЕПОРОДНОГО МАССИВА И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ
Описана методология обеспечения безопасной отработки газоносных угольных пластов по газовому фактору, учитывающая фактические показатели работы очистного забоя и базовые свойства угольного пласта, определяемые в лабораторных и шахтных условиях. В организации безопасности работ первостепенное внимание уделяется прогнозу ожидаемых максимально допустимых нагрузок перед очередными рабочими сменами, на основе которого главный инженер шахты имеет возможность скорректировать работу очистных комбайнов. Прогнозируемые допустимые нагрузки зависят от текущих горно-геологических условий разработки угольного пласта, изменяющихся по мере отработки выемочного столба. Методика адаптирована для очистных забоев газоносных угольных пластов. Ключевые слова: безопасность, уголь, метан, физические свойства, ремонтная смена, нагрузка на очистной забой.
На современном уровне развития фундаментальных наук и средств компьютерного моделирования появились широкие возможности совместного использования достижений при решении актуальный произ-водственнык задач в области горного дела. В настоящее время эмпирические методики расчетов производственных показателей исчерпали себя и не способны эффективно решать проблемы современного горного дела. Для более широкого использования в производстве передовых достижений фундаментальных наук необходимо повысить уровень понимания специалистами физических процессов горного производства, что особенно важно при разработке и внедрении в практику инно-вационнык технических решений.
Такую задачу решают совместно специалисты МГГУ и ОАО «СУЭК-Кузбасс» разрабатывая «Методику расчета предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору», первые и последние результаты которой отражены в публикаци-
ях [1, 2]. Особенностью «Методики...» является опора на фундаментальные достижения в области массопереноса метана в угольном пласте и вмещающих породах, учет фактических показателей работы очистного забоя и использование базовых физических свойств угольного пласта, определяемых в лабораторных и шахтных условиях. Таким образом, ограниченное количество основополагающих факторов входит в разработанную расчетную модель, реализация которой осуществляется весьма оперативно средствами компьютерного моделирования.
На рисунке представлена последовательность расчетов по «Методике...», усовершенствованной в 2013 г. Исходные данные для расчета имеют однозначное толкование и включают свойства угольного пласта и технологические параметры системы разработки и применяемого очистного оборудования.
Лабораторные исследования включают определение объемной массы
Лаиораторные кссяезованкя
Объемная масса угля. Пористость ¡та. Кмтсталты еорошт Леягмесрз
Шахтные эксперименты в пластовые сквазаншя
Пластовое завэеяве метана
Щамтия гатовая
съемка лавы в ремпвтную смену
Проницаемость \г.1Я в iaóuí
Планирование ЛЧКСТПЫ! рапот
Параметры системы
разработки
Протоки nteraita ю выработанного пространства
Тешлческнп отдел шэуты
Гранулометрический состав тенге тая Компьютерная програмдел расчета допустимой нагрузки на очисткой забой на. текущие суткк
-Мощность пласте--длина н сечение лавы,
- nütpsma ъаявата комбата -скорость лвйжяш* кодбаина:
-скорость лавнсто конвейера:
-коэффициент належнпсл« комбайна
- длительность моицсвон операции комбатта (после задолкн)
- скорость движения комбайна isa зачистке: длительность KOHieewH операции комйазша (после зачистки)
Методика расчета нагрузки на очистной забой
Название пласта «Болдыревский»; лава 24-55
№ п/п Свойство, параметр Значения параметров
1 Пористость,% Угольный пласт, % 2,0
Кровля, % 2,0
Почва, % 2,0
2 Проницаемость Угольный пласт, м2 0,210-15
Кровля, м2 0,0110-15
Почва, м2 0,0110-15
3 Константы сорбции Ленгмюра к, Па-1 0,207 10-6
Чтах, м3/т (норм. объем метана в тонне угля) 49,3
4 Пластовое давление по изотерме Ленгмюра, Па 16,54105
5 Объемная масса угля, кг/м3 1280
6 Природная газоносность пласта, м3/т 12
7 Мощность пласта (полная мощность угольных пачек),м 2,23
Высота выемки угля комбайном из пласта, м 2,23
9 Длина лавы, L , м 240
10 Ширина заходки комбайна, м 0,9
11 Минимальное сечение очистной выработки, м2 6,8
12 Коэффициент безаварийной работы комбайна в рабочей смены в течение всего срока эксплуатации (надежность) 0,95
13.1 Длительность концевой операции комбайна (после производительной заходки - перед операцией зачистки забоя), сек 180
13.2 Скорость обратного движения комбайна (на зачистке) перед очередным циклом заходки, узач, м/мин 10
13.3 Длительность концевой операции комбайна (после зачистки) перед очередным циклом, сек 180
Суммарное время перед очередным циклом заходки (расчетное), сек 1860
14 Концентрация метана в воздушном потоке в штреке -на входе в очистной забой,% 0,05
15 Режим работы очистного забоя Количество рабочих смен в сутках 4=(3+1)
Длительность рабочей смены, час 6
Длительность ремонтной смены, час 6
Время остановки комбайна в начале и конце рабочей смены, мин 10+10=20
16 Коэффициент раскрытия трещин в отбитом угле зависит от кусковатости 0,6
17 Коэффициент перетока воздуха в выработанное пространство 1,2
угля, пористости и констант сорбции Ленгмюра. Для этой цели служит производственная углехимическая лаборатория, обслуживающая шахты. В
этой же лаборатории проводят ситовый анализ и определяют гранулометрический состав отбиваемого комбайном угля. Рекомендуемая перио-
личность анализа грансостава - один раз в месяц.
Шахтные исследования включают определение пластового давления метана в дегазационных скважинах выемочного столба. Рекомендуется периодичность измерений - одна измерительная скважина в месяц.
Шахтная газовая съемка лавы в ремонтную смену является самой информативной операцией, влияющей на достоверность прогноза. Учитывая важность задачи обеспечения метано-безопасности такие данные должны поступать регулярно, а на участках повышенной газоносности ежесуточно. По результатам газовой съемки в очистном забое определяют проницаемость угля в забое и притоки метана их выработанного пространства.
Параметры системы разработки отражены в проектно-технической документации, в том числе: мощность разрабатываемого пласта, длина и сечение лавы, ширина захвата комбайна, скорость движения комбайна, скорость лавного конвейера, коэффициент надежности комбайна, длительность концевой операции комбайна (после производительной заходки), скорость движения комбайна на зачистке, длительность концевой операции комбайна (после зачистки) и другие.
По предлагаемой методологии все данные поступают в технический отдел шахты, где по компьютерной программе производят расчет нагрузки на очистной забой по газовому фактору на последующие рабочие смены. Результаты прогноза имеют практическое значение при планировании очистных работ по фактору предельно допустимой производительности добычи угля.
Адаптация Методики проводилась на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс». Продемонстрируем пример реализации с исходными данными, представлеными
в таблице. Программа расчета реализована на персональном компьютере средствами МаЛса^ В частности при исходных табличных данных расчетная нагрузка на очистной забой составляет 11 470 т/сут, что удовлетворительно соответствует данным практики.
Длительность расчета на ЭВМ исчисляется минутами. Более длительной и трудоемкой операцией является сбор исходных данных, множество из которых получают по результатам замера притоков метана в лаву в ремонтную смену. Обязательной операцией является определение параметров Ленгмюра и пластового давления метана в угольном пласте. Параметры Ленгмюра определяют стандартно в лабораторных условиях, а пластовое давление - непосредственно в шахте, или расчетом через параметры Ленгмюра. Однако эти методики еще не нашли широкого применения на российских угольных шахтах, хотя их важность трудно переоценить.
Фактически перед очередными рабочими сменами главный инженер шахты получает прогноз об ожидаемой производственной ситуации в лаве в виде предельно допустимой нагрузки на очистной забой. Эта величина переменная и зависит от текущих горно-геологических условий разработки угольного пласта. С точки зрения безопасности весьма важно целенаправленно снизить нагрузку, если прогнозируют высокие притоки метана. Тем самым будут исключена вероятность неплановой остановки работы угольного комбайна в течение рабочих смен.
Таким образом, продемонстрирована работоспособность «Методики...», что имеет важное значение при текущем и долгосрочном планировании высокопроизводительных очистных работ в условиях безопасности по газовому фактору.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сластунов C.B., Каркашадзе Г.Г., Ко-ликов К. С. Обоснование допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору. Труды научного симпозиума «Неделя горняка-2009». - М.: ИЛ ООО «Роликс», 2009.- С. 151-159.
2. Сластунов C.B., Каркашадзе Г.Г., Ко-ликов К.С., Ермак Г.П. Аналитическая методика расчета допустимой нагрузки на очистной угольный забой по газовому фактору // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2013. - № 6. -С. 53-59. ЕИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Каркашадзе Гиоргий Григолович - доктор технических наук, профессор,
e-mail: g-karkashadze@mail.ru, Московский государственный горный университет,
Ермак Геннадий Павлович - начальник Управления по надзору в угольной промышленности
(Ростехнадзор),
Ютяев Евгений Петрович - кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «СУЭК-Кузбасс».
UDC 622.411.33
GAS FACTOR-BASED SAFETY OF GASEOUS COAL MINING BY ACCOUNTING FOR COAL PROPERTIES AND MINING METHOD PARAMETERS
Karkashadze G.G., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: g-karkashadze@mail.ru, Moscow State Mining University;
Ermak G.P., Managing director, Department for Coal Mining Industry Supervision,
Federal Service of Ecological, Technological and Nuclear Supervision in RF,
Yutyaev E.P., Candidate of Engineering Sciences, General Director, OJSC «SUEK-Kuzbass».
The author describes the gas factor-based safety procedure for gaseous coal mining, taking into account actual performance of a production face and basic properties of coal to be estimated in laboratory and in mine. Operational safety management pays particular attention to the prediction of anticipated maximum allowable output per production face to be done before regular working shifts, based on which the chief mine engineer can adjust cutter-loader performance. The anticipated allowable output value is governed by the current mining-and-geological conditions that vary as an extraction pillar is being mined. The procedure has been adapted for gaseous coal production faces.
Key words: safety, coal, methane, physical properties, maintenance and repair shift, production face output.
REFERENCES
1. Slastunov S.V., Karkashadze G.G., Kolikov K.S. Trudy nauchnogo simpoziuma «Nedelja gornjaka-2009» (Miner's Week-2009 Symposium Proceedings), Mosocw, ID OOO «Roliks», 2009, pp. 151-159.
2. Slastunov S.V., Karkashadze G.G., Kolikov K.S., Ermak G.P. Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh, 2013, no 6, pp. 53-59.
A
