Исследование вероятностно-статистических параметров выемки газоугольных пластов по критериям надежности Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ПРОБЛЕМЫ УГОЛЬНОГО МЕТАНА

. Аманбаев

УАК 622.847

К.Н. Ааилов, Б.Ж. Аманбаев,

Ш.У. Ахметбеков

ИССЛЕАОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНОСТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМКИ ГАЗОУГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПО КРИТЕРИЯМ НААЕЖНОСТИ

Основные количественные параметры технологии выемки газоугольных пластов - среднесуточная (2с) или среднесменная нагрузка (бсм.)на лаву, среднесуточное подвигание, средняя скорость подачи комбайна Уп, длина лавы 1л, ширина захвата гз - оказывают существенное влияние на эффективность работы очистных механизированных комплексов современного уровня (ОМКСУ). Однако, при комбинированной технологии разработки газоугольных пластов, к каковым относятся коксующиеся угли мощных пластов к12, д6, д10 и др., обоснование этих параметров только по средним их значениям, является недостаточным. Следует учесть, что эти пласты являются сложными, особенно по газоносности, выбросоопасности, пожароопасности, технической нарушенности и др.

В условиях шахт им. В.И. Ленина по пласту д6 и им. Костенко по пласту К12 были проведены вероятностно-статис-тические исследования параметров забойных углепотоков по лавам, оснащенным комплексами ОМК СУ.

По результатам углепотоков из комплексномеханизированных лав, считая, что процессы поступления угля случайные и в то же время стационарные, количественно оценены статистические характеристики - математическое ожидание (МО), среднее квадратическое отклонение (СКО), а также нормированные корреляционные функции (НКФ) и спектральные плотности.

Математическое ожидание и СКО нетрудно определить по известным методам теории веро-

ятностей, разбиением на отдельные отрезки случайных реализаций непрерывных уг-лепотоков на достаточно длительных отрезках времени X при принятых предположениях стационарности технологических процессов.

Исследования углепотоков, выполненные на основе опыт-но-статистичес-кого анализа

скоростей подачи уп, комбайна, на шахтах Карагандинского и Кузнецкого бассейнов, позволяют считать, что в непрерывный поток угля из лавы в течение длительного отрезка времени является случайным стационарным процессом.

Проведенные исследования позволяют обосновать использование математических методов и аппарата теории стационарных случайных процессов при изучении непрерывного забойного грузопотока.

Принятое допущение о стационарности непрерывного забойного грузопотока, если пренебречь малым значением “переходного процесса” в “пусковые” периоды работы комбайнов для решения важных задач управления и планирования, а также оптимизации параметров горных работ можно считать практически приемлемой.

Так как случайная функция обладает свойством симметрии, то для стационарного процесса корреляционная функция будет

К (г) = К (г) (1)

Для стационарных случайных процессов на практике удобнее вместо корреляционной функции Кх (г) пользоваться нормированной корреляционной функцией вида:

кх( Г )

х( г ' = ■

В(х)

(2)

где Вх = Кх(°) .

Исследования углепотока комплексномеханизированных лав по шахте им. В.И. Ленина и “Костенко” (табл. 1) позволяют аппроксимировать по реализациям случайных процессов нормированные корреляционные функции как экспоненциальные зависимости

а) по шахте им. В.И. Ленина, пласт д6

Ра(г) = ^(-0,22г) ; (3)

б) по шахте им. Костенко, пласт к12

Ра (г) = ^(-0,14г) . (4)

Экспоненциальность корреляционных зависимостей углепотоков подтверждают свойства эргодичности. При стационарном процессе поступления углепотоков обладают свойствами ординарности и отсутствия последействия.

Однако, корреляционная функция вместе с математическим ожиданием и дисперсией не являются исчерпывающей характеристикой уг-лепотока как случайного стационарного процесса, обладающего также и внутренной структурой. Последняя характеризуется спектральным составом случайной функции, отображающей распределение тех или иных колебаний в данном процессе.

На основании проведенных “Испат-Кармет” угольного департамента совместно с УСШМД опытно-эксперимен-тальных исследований и хронометражных данных в шахтных условиях шахт им. В. И. Ленина (по пласту д6) и им. Костенко (по пласту к 12) обоснованы нормированные корреляционные функции и спектральные плотности для лав, оснащенных ОМКСУ.

Нормированные спектральные плотности углепотоков лав:

а) по шахте им. В.И. Ленина, лава 3.01. д6-1-

В:

2

Sv(w) = — [ e 0 22т cos mxdx v п І

(5)

б) по шахте им. Костенко, лава, оснащенная комплексом “Пиома”:

2

Sv(w) = — [ e 014т cos wтdт. v п І

(6)

Установленные по формулам (5) и (6) нормированные спектральные плотности соответственно по горнотехническим и горногеологическим условиям шахт им. В. И. Ленина (лава 3.01. д6-1-В) и им Костенко (лава 11к12-2-2) будут:

? ( ) 0,44

Su(w) =

п(0.0484 + w2)

(7)

Su( w) =

0,28

п(0.02 + w2)

(8)

Установленные вероятностно-статис-

тические характеристики лав, разрабатывающие пласты д6 и Ki2 с аномальными горногеологическими и неблагоприятными горнотехническими условиями, позволяют вполне удовлетворительно обосновать параметры комбинированной технологии разработки газоугольных пластов в комплексе с технологией добычей метана из газовых коллекторов. Следует учесть, что комплексы ОМКСУ с мощными комбайнами, как видно из формул (7) и (8) сильно коррелированы. В отдельных случаях для проектирования технологий достаточно ограничиться математическим ожиданием и дисперсией.

Технологическим процессам и операциям по добыче угля в лавах непосредственно сопутствуют газодинамические процессы, основными характеристиками и параметрами которых являются дебит метана q№ интенсивность газовы-деления из свежеобнаженного забоя q^, а также расход и количество воздуха, проходящего по лаве согласно ПБ и ПТЭ, концентрация метана в лаве и на исходящей и др. В свою очередь, и свежеобнаженный забой, и отбиваемая угольная масса как источники содержащегося в них метана, способствуют интенсивному газовыде-лению. Исследования газодинамических процессов, сопутствующие технологическим по добыче угля из комплексномеханизированных лав проводились многими институтами (ИГД им. А.А. Скочинского, ВостНИИ, МакНИИ, КазНИИБГП и др.), а также учеными и специалистами по безопасности стран СНГ и в том числе в РК.

Вероятностно-статистические исследования, проведенные К.З. Ушаковым, позволили обосновать для шахт Карагандинского бассейна функции и характеристики газодинамических процессов, а именно, нормированные корреляционные спектральные плотности, а также коэффициенты неравномерности по дебиту и концентрации метана в исходящих струях лав.

По данным К.З. Ушакова, нормированная корреляционная функция дебита метана (в условиях шахты им. 50-летия СССР) есть:

р v( Т ) = exp( - 0,0085 Т ) (9)

зо

о

ца

-Ы, ОСНАШЕННЫЕ КОМПЛЕКСАМИ ОМК СУ

Шахта, Участок і, пласт !ом- іекс, ібаіііі іе-мая мощ-сть, м -гание, сут. ювыде ;, м3/мин. еднее Тст.ср., сут сИЯ ДТст.ср., сут

Им. И. Ленина, часток №1 і. Костенко, часток №8 і. Костенко, часток №2 і. Костенко, часток №6 l-дб— L-В 1-130 гаэ 1-130 гаэ 3,5 ,8 5,7 127 96

•К-12- 1-С 3,4 ,3 4,8 119 83

к-12- 2-В иома 3,8 75 4,6 135 72

5к10 -З КП-5 тэ 3,5 ,1 3,9 108 67

Коэффициент неравномерности газодинамического процесса, по данным К.З. Ушакова, определяется метановыделением в исходящие струи лав. Для условий комплексномеханизированной технологии выемки пласта к12 он равен 1,46.

Исследования газодинамических процессов призабойной части лав, оснащенных комплексами ОМКСУ в условиях шахт им. В. И. Ленина (по пластуд6) и им. Костенко (по пласту к12) позволяют установить влияние газового давления Ргд на интенсивность газовыделения, также и на газоотдачу забоя лавы в зависимости от обнажения пласта.

Вероятностно-статистические исследования газовыделений по шахтам Карагандинского бассейна (им. В.И. Ленина и им. Костенко) позволяют обосновать для условий выемки газоугольных пластов к12 и д6 характеристики газодинамических процессов, а именно, нормированные корреляционные функции и спектральные плотности.

Нормированные корреляционные функции газовыделений из лав, оснащенных комплексами ОМКСУ, есть:

а) в условиях шахты им. В.И. Ленина при выемке пласта д6:

Pv (т) = exp (-0,011т) (10)

б) для условий шахты им. Костенко при выемке пласта к12:

pv (г) = exp (-0,0132т) (11)

Аналогично спектральные плотности:

а) для условий шахты им. В. И. Ленина при выемке пласта д6:

2 г

Sv(w) =-f е -°’011т coswxdx; v п 0

(12)

б) для условий шахты им. Костенко при выемке пласта к^:

2

Sv(w) = — [е 0,01321 coswrdr.

v п п

(13)

Газодинамические и геомеханические проявления в зоне техногенных коллекторов, являясь во многом пока труднопрогнозируемым, в первую очередь, определяются динамичным во времени образующимся объемом выработанных пространств. Последний, в свою очередь, является зависимым от таких параметров КТРСГП, как подвигание лавы Ул, ее длина /л, размеры выемочных полей (столбов) ^вп.

Подвигание лавы как параметр КТ РСГП есть:

Подвигание лавы Ул как параметр технологии выемки пласта:

n r3

jz _________ ь з

T

(14)

где пц - число отрабатываемых циклов за сутки; гз - ширина захвата, м/цикл; Тц - длительность выемочного цикла, час.

В то же время, общее время отработки выемочного столба Тст есть:

“Jb

T = N Т T

- - ь

i=1

(15)

где Ыст — число вторичных осадок лавы при отработке выемочного столба; Тц, - время 1-того

О

о

з

выемочного цикла; пц - число циклов в пределах шага обрушения осадки основной кровли.

Поскольку Тц1 - случайная величина, то опираясь на центральную предельную теорему (ЦПТ) теории вероятностей среднее время отработки столба Тст.ср. (при Пц > 40-50 циклов) при статистической независимости определится из формулы (15). Причем, время Тст подчиняется нормальной функции распределения вероятностей.

Статистические исследования многочисленных авторов подтверждают, что время выемочного цикла Тц1 преимущественно также подчиняется нормальному закону.

Длительность выемочного цикла Тц:

Т = —к,

ы д < (16)

где дц - объем добываемого угля с цикла, т; дт - средняя техническая производительность средств выемки, т/час; кг - коэффициент готовности.

Среднее квадратическое отклонение времени

Т :

ст

J "Jb

N Ус 2Т

- < JBi 7

i=1

(17)

где ^ ТЦ1 - среднее квадратическое отклонение времени Тц1.

Соответственно, предельная флуктуация времени Тст, определяемая правилом "трех

сигм есть:

J"Jb

N - < У 0(1,),

i=1

(18)

Для лав, оснащенных ОМКСУ в условиях выемки пластов д6 и к12 (табл.) определены параметры КТРСГП, учитывающие статистические характеристики и флуктуации геомехани-ческих процессов при подвигании лав, а также изменение объемов коллекторов выработанных пространств.

Процессам газовыделения в лаве, как и при метановыделении из коллекторов, характерны те же статистические закономерности и свойства эргодичности, т. е. стационарности, ординарности и отсутствия последействия.

Проявления газодинамических процессов, характеризуемых корреляционной функцией и спектральной плотностью, сказываются на надежности технологических процессов в лаве. При превышении концентрации СН4 согласно ПБ более 1% приводит к остановке в работе комплекса. Причем, наблюдается увеличение интенсивности отказов по метановыделению qcн4: а) по пласту к12 при росте qCH4 от 3,5 м3/мин до 6 м3/мин А,г10 увеличивается от 0,11 1/час до 0,36 1/час; б) по пласту д6 при росте qCH4 от 3,0 м3/мин до 7,5 м3/мин А,г10 увеличивается от 0.1 1/час до 0,41 1/час.

Статистические параметры Тст и ДТст, определяемые подвиганием лавы V и длительностью выемочного цикла лавы Vл, оказывают влияние на параметры коллектора выработанного пространства. При этом геомеханические флуктуации прогнозируются по дисперсии ДТст, опираясь на ЦПТ. НКФ и спектральные плотности га-зовыделений оказывают влияние на надежность технологических процессов. При превышении концентрации СН4 останавливается комбайн, тем самым снижая надежность работы ОМК.

:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:;:; У Абилов К.Н., Аманбаев Б.Ж., Ахметбеков Ш.У. Институт про-

блем комплексного освоения недр Академии наук Республики Казахстан.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

АДИЛОВ

СЛШе^ТаняЮоситеШз

С:\и8еге\Таня\АррБа1а\Коаті^\Місго8ой\ШаблоньіШогта1Ло1т Адилов К. Н. , Аманбаев Б. Ж., Ахметбеков Ш. У.

Гитис Л.Х.

15.11.2000 14:11:00

9

06.12.2000 19:22:00 Гитис Л.Х.

33 мин.

10.12.2008 22:59:00 4

1 802 (прибл.)

10 278 (прибл.)