Некоторые особенности управления метанообильностью высокопроизводительного выемочного участка Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.Н. Козырев, М.В. Шинкевич,

Н.Ю. Назаров, 2011

УДК 622.272.6

Е.Н. Козырев, М.В. Шинкевич, Н.Ю. Назаров

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАНООБИЛЬНОСТЬЮ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОГО ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА

Предложен новый подход к прогнозу динамики метанообильности высокопроизводительного выемочного участка при отработке пологих и наклонных пластов с полным обрушением кровли, позволяющий вычислять динамику метанообильности высокопроизводительного участка, конкретизировать требования к способам и схемам комплексного управления газовыделением.

Ключевые слова: газоприток, газовыделение, метанообильность, геомеханические процессы, углеметановый пласт.

С вводом в эксплуатацию высокопроизводительных выемочных участков обостряются вопросы обеспечения их ритмичной работы по газовому фактору. Существенно изменившиеся горнотехнологические параметры современных выемочных участков приводят к интенсификации геомеханических процессов, выражающихся в динамике га-зопритоков. Знание этих особенностей позволяет повысить надежность прогноза динамики метанообильности, уточнить и конкретизировать параметры способов комплексного управления газовыделени-ем, включая технологически целесообразные объемы утилизации метана.

Определение «высокопроизводительный выемочный участок» отнесем к комплексно-механизированным участкам с технологическими параметрами, хотя бы один из которых превышает типичные для периода разработки основных положений ныне действующих нормативных документов по управлению газовыделением:

• скорость подвигания очистного забоя выше 3 м/сут;

• рабочая скорость комбайна более 3 м/мин;

• длина очистного забоя более 120 м;

• длина выемочного столба более 1000 м.

Основанием уточнения особенностей управления газовыделением являются результаты исследований ИУУ СО РАН, которыми установлено [1], что:

• рост скорости подвигания очистного забоя обуславливает увеличение амплитуды динамической составляющей метанообильности выемочного участка, выходящей за пределы возможных усреднений при расчетах параметров управления газовыделением;

• величина амплитуды динамической составляющей связана не только с газоносностью и угленосностью отрабатываемого горного блока или шагами обрушения основной кровли, а, прежде всего, с процессами сдвижения подрабатываемого массива пород;

• увеличение длины очистного забоя приводит к изменению размеров зоны га-зопритока на выемочный участок;

• значительная длина выемочного столба обуславливает периодичность сдвижений горных пород и, как следствие, волнообразное повышения аэродинамического сопротивления выработанного пространства, ограничивающие эффективность свя-

зи призабойного объема и всасывающего ление через поверхность забоя и из отби-вентилятора. ваемого и транспортируемого угля, кон-

40

о 3 s-

20 15 10 5 0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 ^ м 500

♦ дегазационные скважины ° газоотсасывающий вентилятор

Рис. 1. Динамика метанообильности выработанного пространства комплексномеханизированного выемочного участка и продуктивности пробуренных с поверхности дегазационных скважин при отработке выемочного столба

Рис. 2. Изменение давления в секциях механизированной крепи при движении очистного забоя

Установлена зависимость изменения газокинетических свойств углеметанового пласта впереди очистного забоя, позволившая разделить нормативно единый источник газа — пласт, на два: газовыде-

кретизируя при этом зону работы комбайна, очистной забой и конвейерный штрек.

Уточнены параметры волнообразного процесса разгрузки массива горных

I 'И III ■ “ статическая

Рис. 3. Схема формирования зон разгрузки от горного давления подрабатываемого массива пород при отработке выемочного столба

• - дегазационные скважины ] - сбойки на газодренажный штрек

Рис. 4. Схема выявления опорных точек газокинетического паттерна

пород над движущимся очистным забоем [2], подтвержденные анализом продуктивности пробуренных с поверхности дегазационных скважин (рис. 1) и давлений в секциях механизированной крепи (рис. 2).

Наибольший полупериод разгрузки пород от литологического давления со-

ответствует положению максимума зоны полных сдвижений подрабатываемого массива горных пород. Минимальное значение периода соответствует шагу первичного обрушения основной кровли пласта. Кратность параметров вложенных волн близка двум.

Определены размеры зон дезинтеграции подрабатываемых пород.

Согласно этим результатам вычисляется схема (газрокинетический паттерн) формирования зон дезинтеграции и газо-истощения массива горных пород (рис. 3).

На эту схему наносятся подрабатываемые пласты, и устанавливается, какая из гармоник соответствует максимальному притоку метана в призабойную часть выработанного пространства. Ее периодичность и является искомым расстоянием между дегазационными скважинами для снижения метанообильности очистного забоя. Вышележащая гармоника определяет продолжительность работы скважин по мере отработки выемочного столба. Моментом отключения скважины является снижение ее продуктивности до минимально целесообразного уровня, с учетом того, что все скважины могут быть замкнуты в единую систему утилизации газа.

В качестве примера рассмотрим условия, близкие отработке выемочного столба на ОАО «Шахта «Чертинская-Коксовая».

Процессы сдвижений привели к формированию динамики метанообиль-ности выемочного участка (газокинети-

1. Полевщиков Г.Я. Газокинетический паттерн разрабатываемого массива горных пород [Текст] / Г.Я. Полевщиков, Е.Н. Козырева // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2002. — № 11. — С. 117—120.

2. Шинкевич М.В. Взаимосвязи основных особенностей процессов разгрузки и

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------

ческой паттерн) с опорными точками, представленными на рис.4.

При этом максимумы метанообильно-сти выемочного участка будут располагаться от монтажной камеры на расстояниях 230 м, 690 м и 1200 м. Максимумы метанообильности призабойной части выработанного пространства, около 100 м, связаны с достижением границей зоны сдвижений подрабатываемого пласта 2 и его ближайших спутников. С учетом стратиграфии массива первый максимум метанообильности при отходе очистного забоя от монтажной камеры расположен на 220 м, а последующие на 690 м и 1220 м от монтажной камеры.

Через каждый шаг полных сдвижений аэродинамическое сопротивление выработанного пространства повышается. Учитывая неуклонно возрастающую, по мере движения забоя, аэродинамическую связь всасывающего вентилятора со старым выработанным пространством, следует ожидать уже в зоне максимума газовыделения на втором шаге полных сдвижений недостаточную эффективность всасывающей части системы управления газовыделением средствами вентиляции через выработанное пространство и фланговую скважину.

------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

сдвижения вмещающих пород с динамикой выделения метана из разрабатываемого пласта при его отработке длинными выемочными столбами [Текст] / М.В. Шинкевич, Е.Н. Козырева // Вестник КузГТУ. — 2006. — № 6.2. — С. 17—19. ЕШ '

Козырева Е.Н. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории газодинамики и геомеханики угольных месторождений,

Шинкевич М.В. — младший научный сотрудник лаборатории газодинамики и геомеханики угольных месторождений,

Назаров Н.Ю. — инженер лаборатории газодинамики и геомеханики угольных месторождений Институт угля и углехимии СО РАН, [email protected].