Изменение газовыделения при различных технологических процессах в подготовительных забоях Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ ; И . ОХРАНА ; ТРУДА» ; .

i

^ Б.М. Иванов, В.В. Юзик,

В.И. Тонких, О.П. Агафонова,

...... 2000

УДК 550:832:622.41

В.М. Иванов, В.В. Юзин, В.И. Тонких,

Ю.П. Агафонов

ИЗМЕНЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ЗАБОЯХ

П

роведение подготовительных выработок по газоносным и выбросоопасным пластам сопровождается газовыделением различной интенсивности в зависимости от целого ряда природных и технологических факторов, в том числе и в форме внезапных выбросов угля и газа.

Сопоставление количества разрушаемого (выброшенного) угля и выделившегося газа при стандартных циклах проходки, инициированных БВР выбросах и относительно небольших внезапных выбросах (с газовыделением до 3000 м3) показывает их взаимосвязь, которую можно апроксими-

Шть уравнением прямой [1]:

= 13,980 + 0,0246 ^ (1)

где Q - среднее количество угля, т; G - среднее количество выделившегося газа, м3.

Коэффициент корреляции Г = 0,848 ± 0,052, надежность коэффициента корреляции Ц = 16,2.

Сопоставление указанных результатов с наиболее крупными внезапными выбросами (преимущественно силой более 100т угля и 3000 м3 газа), проишедшими в разное время на шахтах, в том числе и зарубежных стран, показало прямолинейную зависимость следующего вида:

^ G = 0,935 + 1,27 ^ Q (2)

Коэффициент корреляции Г = 0,911 ± 0,020 с надежностью Ц = 46,7.

Приведенным зависимостям в общем среднем подчиняется газовыделение по проходке циклов подготовительных забоев комбайнами ГПК, бурении газодренажных скважин большого диаметра, проведении выработок с помощью БВР.

Так, например проведение 2го западного конвейерного штрека горизонта «-» 80 по верхнему слою мощного (5,8 -6,3 м) особо выбросоопасного пласта d6 комбайнами ГПК на шахте им. В.И. Ленина Карагандинского бассейна сечением (вчерне) 15,4 м2 за 6 однометровых циклов проходки 30.11 -3.12 1998 г. сопровождалось газовыделением 170,4 ± 91,2 м3 (от 62,7 до 323,8 м3) метана. В качестве меры управления газовыделением и снижения выбросоопасности (согласно паспорта ведения горных работ) бурились газо - дренажные скважины диаметром 250 мм и глубиной до 11м станком «Старт». Бурение 12 газо - дренажных скважин 2 - 3.12 98 г.

сопровождалось газовыделением в среднем равном 58,7 ± 40,0 м3 СН4 (от 22,8 до 151,0 м3) - коэффициент вариации 68,1 %, причем в ряде случаев концентрация метана достигала допустимого предела в результате чего бурение приостанавливалось до 2х часов на технологические перерывы.

При фоновой концентрации метана

0,433 % и количестве подаваемого воздуха в выработку в объеме 950 м3/мин выделилось в сутки (например, 3.12 98 г.) 6772,7 м3 метана, в том числе в результате 2х метров комбайновой проходки 530,1 м3 (7,8 %), бурение 7 скважин установкой «Старт» 319,2 м3 (4,7 %), фоновое газовы-деление составило 87,5 % СН4.

После нескольких циклов проходки было принято решение провести вибро-импульсную обработку призабойного массива, разработанным ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочин-ского и ВНИПИгеофизика пневмогидравлическим источником импульсов (ПГИ) высокого давления [2].

Технологические операции протекали следующим образом: 16 - 17.12. 98г. во 2— западном конвейерном штреке комбайном ГПК было пройдено 4м штрека. 18.12. 98г. во вторую смену нормативный прогноз выбросоопасности показал, что забой штрека находится в выбросоопаной зоне (R = 19,8; gmax = 13,0 л/мин, Smax = 4.0л). Станком СБГ была пробурена (по прочной пачке угля) впереди забоя падающая скважина диаметром 130 мм и длиной 11 м. Скважину заполнили водой, погрузили в нее ПГИ и осуществили 3 серии гидроимпульсной обработки призабойного массива с суммарным числом 648 виброимпульсов.

После виброимпульсной обработки призабойного массива был проведен повторный прогноз выбросоопасности (контроль эффективности), при котором было зафиксировано снижение максимального поинтервального газовыделе-ния в 2,5 раза (gmax = 4,5 л/мин), что указало на снятие вы-бросоопасности на данном цикле комбайновой проходки.

Далее. В первую смену 19.12.98 г. для подготовки забоя к очередной проходке была пробурена серия газодренажных скважин диаметром 250 мм длиной 11 м, среднее газовыде-ление из которых составило 31,4 ± 6,3 м3 СН4 (от 23,3 до

38,6 м3). Коэффициент вариации 20,1 %. Следовательно, по сравнению с газовыделением при бурении аналогичных скважин 2 - 3.12.98 г. в результате виброимпульсной обработки призабойного массива газовыделение при бурении газодренажных скважин 19.12.98 г. уменьшилось

№ п/п Дата Газовыделение до ВИО, м3 СН4 Количество виброимпульсов Газовыделение после ВИО, м3 СН4

I цикл II цикл III цикл IV цикл

1. 20.11.97 77,5 - - - - -

2. 21.12.97 129,0 - - - - -

3. 22.12.97 113,2 - - - - -

4. 23.12.97 120,3 - - - - -

5. 24.12.97 119,7 - - - - -

6. 25.12.97 - 332 - - - -

7. 26.12.97 - - 178,3 - - -

8. 28.12.97 161,1 - - - - -

9. 01.02.98 - 146 - - - -

10. 02.03.98 - - 265,0 - - -

11. 03.03.98 - - - 165,6 - -

12. 03.03.98 165,6 - - - - -

13. 04.03.98 - 373 - - - -

14. 05.03.98 - - 161,8 - - -

15. 06.03.98 - - - 219,5 - -

16. 07.03.98 - - - - 280,3 -

17. 10.03.98 - - - - - 145,6

18. 10.03.98 145,6 - - - - -

19. 11.03.98 - 286 - - - -

20. 12.03.98 - - 149,0 - - -

21. 13.03.98 - - - 228,6 - -

22. 13.03.98 228,6 - - - - -

23. 14.03.98 - 631 - - - -

24. 15.03.98 - - 86,9 - - -

25. 17.03.98 - - - 166,3 - -

26. 18.03.98 - - - - 241,6 -

27. 20.03.98 - - - - - 152,4

Среднее 155,2 359 165,7 195,0 261,0 149,0

примерно в 2 раза, а неравномерность газовыделения из скважин (коэффициент вариации) - более чем в 3 раза.

Представляет интерес проследить за изменением газо-выделения при иных технологических процессах в других горногеологических условиях проведения подготовительных выработок.

На шахте «Западная» АО «Гуковуголь» наблюдения проводились в конвейерном штреке 0402 и уклоне 040, проводимых по пласту ?3 «Суходольский» мощностью 1,20 - 1,55 м и штреке 601 - по пласту К2н «Лисий», мощностью 0,90 -1,15 м; оба пласта опасны по внезапным выбросам угля и газа и взрывчатости пыли. При фоновой концентрации метана 0,3 % и количестве подаваемого воздуха 266 м3/мин газовыделение составило 1236 - 1430 м3/сут.

Наблюдения проводились в два этапа. На первом этапе 21 - 26.12.1997 г. проводилась регистрация количества газа по данным аппаратуры контроля метана при проходке забоев с помощью БВР. Подвигание забоя за цикл проходки составило около 3 м. Так за 21 - 24.12.1999 г. при проходке в среднем за цикл выделилось 120,6 м3 СН4. 25.12.97 г. в забое была проведена виброимпульсная обработка массива (ВИО) пневмогидравлическим источником (ПГИ - 0,2) импульсов

высокого давления с объемом рабочей камеры 0,2 дм3. В скважине, пробуренной под пластом в породах почвы, было произведено 332 виброимпульса (энергия одного виброимпульса около 3 кДж). 26.12.97 г. при очередном цикле про-

ходки было выделено 178,3 м3 СН4 (см. табл.). Таким образом в результате ВИО призабойного массива ПГИ - 02 при очередном цикле проходки выделилось в 1,5 раза больше метана.

На втором этапе наблюдений 28.02 - 20.03.98 г. ВИО призабойного массива проводилась более мощным ПГИ с объемом рабочей камеры 1 дм3 (энергия одного виброимпульса около 15 кДж).

28.02.98 г. при проходке с помощью БВР было выделено 161,1 м3 СН4; 01.03.98 г. ВИО призабойного массива было призведено в объеме 146 виброимпульсов; при проходке 02.03.98г. было выделено 265,0 м3 СН4, а при следующем цикле проходки 03.03.98 г. - 165,6 м3 СН4, то есть виброобработка в объеме 146 импульсов оказалась способной эффективно воздействовать примерно на 3 м массива вблизи забоя выработки.

При проходке 03.03.98г. было зафиксировано выделение

165,6 м3 СН4. 04.03.98 г. была произведена ВИО в объеме 373 виброимпульсов; 05 - 07.03.98 г. было последовательно зарегистрировано 161,8 - 219,5 - 280,3 м3 СН4 и снижение газовыделения 10.03.98г. до 145,6 м3 СН4. Эти данные свидетельствуют о том, что ВИО в объеме около 400 импульсов эффективно воздействует на глубину массива до 9 м, причем несколько меньшее газовыделение при первоначальном цикле проходки после ВИО свидетельствует о значительном увеличении фильтрационной способности пласта на ближайшие три метра вглубь от забоя.

При очередной проходке 13.03.98 г. было зафиксировано выделение объемом 148,5 м3 СН4. 14.03.98 г. была произведена ВИО призабойного массива в объеме 631 виброимпульса. Последовательно 15 - 20.03.98 г. при 4х циклах проходки было зарегистрировано газовыделение 86,9; 166,3; 241,6; 152,4 м3 СН4, что свидетельствует о мощном эффективном воздействии ВИО в радиусе порядка 9 м. Га-зовыделение на I и II цикле подтверждает весьма значительное увеличение фильтрационной способности пласта вблизи забоя на расстоянии до 6 м.

Таким образом можно констатировать, что объем газо-выделения в подготовительных забоях при прочих равных условиях зависит от мощности пласта, сечения выработки, величины подвигания (цикл, сутки), характера защитных мероприятий и уровня энергетического воздействия на призабойный массив.

1. Так, при комбайновом подвигании конвейерного забоя по мощному пласту d6 на шахте им. В.И. Ленина на 2 м и бурении газодренажных скважин за сутки выделилось 6773 м3 СН4, причем фоновое газовыделение составило 87,5 %, га-зовыделение при проходке - 7,8% и бурении скважин - 4,7 %.

Виброимпульсная обработка призабойного массива в объеме около 650 импульсов вызвала изменение его напряженно - деформированного состояния и частичную дегазацию, что подтверждается уменьшением в 2,0 раза газовыде-ления из газо - дренажных скважин диаметром 250 мм и в 3 раза снижением неравномерности выхода газа (коэффициент вариации газовыделения снизился с 68,1 до 20,1 %).

2. При подвигании забоя штрека на 3 м по выбросоопасным пластам мощностью до 1,5 м выделение газа составило 1236 -1430 м3/сутки, в том числе фоновое газовыделение - 1150 м3/сут. (88,0 % от общего) и 155,2 м3 (12,0 %) при буровзрывной проходке цикла до виброимпульсной обработки массива; максимальный объем газовыделения при буровзрывной проходке после ВИО составил 280,3 м3 (19,6 % от газовыделения за сутки).

3. Для эффективного управления газовыделением и снижения степени выбросоопасности для рассмотренных горно-геологических условий представляется достаточным 400 - 600 виброимпульсов.

4. Зоны эффективного влияния ВИО находятся в пределах 9 - 11 м вблизи забоя выработки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Artemiev V.B., Ivanov BM., Tomilin P.I., Juzik V.V. Investigation of critical changes in gas manifestation when mining of outburst hazard seams. Simposium Coal mine safet and

health. Chongqing /China/ 14 - 16 October 1998.

2. Томилин П.И., Крупеня В.Г., Гаврилов А.И. и др. Применение пневмогид-равлических источников импульсов дав-

ления для профилактической обработки подготовительных выработок. // Безопасность труда в промышленности, 1996, № 2.

IIP**

Иванов Б.М., Юзик В.В., Тонких В.И., Агафонова О.П. - УД АО «Испат-Кармет»,

Республика Казахстан.

ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СЕВЕРА СО РАН

БЕЗИК Дмитрий Александрович Автоматизация расчета параметров циклона на основе математического моделирования процесса пылеулавливания 05.13.16 к.т.н.