CC BY
26
УДК 622.4; 622.23.02
П.Н. Пащенков
О ВЛИЯНИИ ПАРАМЕТРОВ СОРБЦИИ ЛЕНГМЮРА НА ГАЗООБИЛЬНОСТЬ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ОТРАБОТКИ УГЛЯ
Рассмотрено влияние параметров изотермы сорбции Ленгмюра на газообильность очистного забоя лавы к середине ремонтной смены, а также на производительность добычи угля. Установлено, что с увеличением параметра Ленгмюра Ь (предельная сорбци-онная емкость угля) газообильность очистного забоя повышается. В связи с повышением газообильности очистного забоя, максимально допустимая нагрузка на забой по газовому фактору снижается.
Ключевые слова: парметры сорбции Ленгмюра, сорбционная емкость, газообильность очистного забоя, газовый фактор, нагрузка на очистной забой.
Как известно, величина нагрузки на очистной забой современных угольных шахт, ведущих отработку угля передовой техникой, ограничивается по газовому фактору [1, 2]. На притоки метана в очистной забой влияют физико-механические свойства углепородного массива, такие как пористость угольного пласта и вмещающих пород, проницаемость, пластовое давление метана, распределение горного давления, глубина разработки, и др. В связи с этим, действующие нормативные руководства [3, 4], применяемые для расчета безопасных нагрузок на очистной забой по фактору газа недостаточно полно отражают реальные условия, не учитывая в полной мере физические свойства и процессы массопе-реноса в углепородном массиве.
Расчетная зависимость, показывающая притоки метана из очистного забоя,
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-225-229
учитывающая сорбционные свойства угля в породном массиве и описывающая допустимую нагрузку на очистной забой представляет большой практический интерес. С другой стороны, метанообиль-ность очистного забоя определяется притоками метана с поверхности разрабатываемого угольного пласта, отбитого угля, транспортируемого по очистному забою и стенок горной выработки, по которой вентиляционная струя поступает в очистной забой [5].
Практический интерес представляют исследования, направленные на установление зависимости каждого из вышеперечисленных факторов на величину притоков метана в лаву. В данной работе рассмотрено влияние параметров изотермы сорбции Ленгмюра на поступление метана из очистного забоя в лаву.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 9. С. 225-229. © П.Н. Пащенков. 2017.
4,5
О --------
О 10 20 ЗО 40 50 60 70 80 Максимальная сорбционная емкость угля, м3/т --<2=12 .....<2=14 - <2=16
Рис. 1. Газообильность очистного забоя в зависимости от параметра Легмюра Ь (максимальная сорбционная емкость); Q — газоносность, м3/т
Таблица 1
Основные параметры расчета притоков метана из очистного забоя
Параметр Значение
Пористость угля, % 2
Динамическая вязкость газа, Па • с 0,0108 • 10-3
Максимальное газосодержание по изотерме Ленгмюра, м3/т переменная
Постоянная изотермы сорбции, 1/Па 0,207 • 10-6 Па-1
Газоносность угля, м3/т переменная
Пластовое давление, Па 33 • 105
Длина очистного забоя, м 240
Длина зоны притоков метана, м 220
Мощность пласта, м 2,23
Проницаемость угля, м2 0,07 • 10-15
Рис. 2. Зависимость нагрузки на забой от параметра Ленгмюра Ь
Таблица 2
Основные параметры расчета
Параметр Ленгмюра а, Па-1 0,207 • 10-6
Параметр Ленгмюра Ь, м3/т 20 30 40 50 60 65 70
Газоносность, м3/т 14
Пластовое давление, бар 33
Нагрузка на очистной забой, т 16 000 15 000 14 290 13 760 13 340 13 160 13 000
Как известно, изотерма Ленгмюра описывается формулой:
аЬр
д =
1 + ар
(1)
где q — газоносность, м3/т; а — константа давления Ленгмюра, Па-1; Ь — максимальная сорбционная метаноемкость угля, м3/т; р — давление метана, Па.
Предельная сорбционная способность углей по метану (параметр Ленгмюра Ь) обычно зависит от давления, температуры угля, его влажности, состава органического материала, минерального содержания и степени метаморфизма угля [6].
Выполним расчет газообильности очистного забоя в середине ремонтной смены (спустя 3 ч после остановки очистного комбайна). Для выполнения расчетов необходимо знать физико-химические свойства угля, метана, а также параметры системы разработки [7—9]. Ниже приведены основные параметры, используемые для расчета притоков метана. Результаты расчетов показаны на рис. 1.
Выполнены также расчеты [10], отражающие влияние константы Ленгмюра
Ь на максимально допустимую величину нагрузки на очистной забой при прочих равных условиях. Результаты расчета представлены на рис. 2.
Как свидетельствуют результаты расчетов, при увеличении максимальной сорбционной емкости угля, максимально допустимая производительность отработки будет уменьшаться, что объясняется увеличением содержания газа в угле при определенном пластовом давлении.
Полученные результаты расчетов учитывают исходные производственные данные работы очистного забоя, содержащиеся в проектно-технической документации технического отдела шахты; физические свойства угольного пласта, основные законы массопереноса метана, поэтому обеспечивается достоверный прогноз важных производственных показателей — метанообильности очистного забоя и предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору.
Автор выражает благодарность научному руководителю Г.Г. Каркашадзе за научное сопровождение публикации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Рубан А. Д., Забурдяев В. С., Артемьев В. Б., Логинов А. К. Опыт высокопроизводительной работы очистных забоев на метаноносных угольных пластах // Уголь. — 2006. — № 10. — С. 3—6.
2. Борщевич А. М., Ковалев Р. А., Бухтияров А. Ф., Сарычева И. В. Ограничение нагрузки на очистной забой по газовому фактору // Известия ТулГУ. Естественные науки. — 2010. — № 1. — С. 232—239.
3. Инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания действующих угольных шахт. — М.: Недра, 1975. — 80 с.
4. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. — Макеевка; Донбасс: МакНИИ, 1989. — 319 с.
5. Семыкин Ю.А. Повышение безопасности добычи угля на основе интенсификации газовыделения из пластовых скважин и совершенствования метода прогноза газообильности очистного забоя: дисс. кандидата технических наук. по спец. 05.26.03. — М.: НИТУ «МИСиС», 2016. — 148 с.
6. Mallikarjun Pillalamarry, Satya Harpalani, Shimin Liu. Gas diffusion behavior of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirs // International Journal of Coal Geology № 86(4), June 2011. — PP. 342—348.
7. Сластунов С. В., Каркашадзе Г. Г., Коликов 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.
8. Каркашадзе Г. Г., Семыкин Ю.А., Лупий М. Г. Методика расчета притоков метана из очистного забоя по результатам газовой съемки в ремонтную смену // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2014 — № 7. — С. 206—211.
9. Каркашадзе Г. Г., Лупий М. Г. Современные возможности прогноза газообильности очистного забоя на основе компьютерного моделирования физических процессов массопе-реноса метана и геомеханического состояния углепородного массива // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2015. — ОВ 1. Труды международного научного симпозиума «Неделя Горняка 2015». — С. 76—85.
10. Каркашадзе Г. Г., Сластунов С. В., Коликов К. С. Программа расчета предельно допустимой нагрузки на очистной забой угольной шахты по газовому фактору. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015617827 от 23.07.2015. Правообладатель: ФГАОУ ВПО НИТУ «МИСиС».
КОРОТКО ОБ АВТОРE
Пащенков Павел Николаевич — аспирант, e-mail: mcpavel@mail.ru, НИТУ «МИСиС».
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 9, pp. 225-229.
UDC 622.4; 622.23.02
P.N. Pashchenkov
INFLUENCE OF LANGMUIR ADSORPTION PARAMETERS ON GAS CONTENT OF FACE AREA AIR AND ON COAL CUTTING PRODUCTIVITY
This article considers the influence of the parameters of the Langmuir sorption isotherm on the volume of gas from the stope by the middle of the repair shift, as well as coal mining productivity. It was found that increasing Langmuir parameter b (maximum sorption capacity of coal) leads to increasing volume of gas in the stope. In connection with the increasing gas content in the stope, the maximum permissible productivity of coal mining by the gas factor decreasing.
Key words: langmuir sorption parameters, Langmuir sorption capacity, stope volume of gas, gassing, the gas factor, load on the working face.
DOI: 10.25018/0236-1493-2017-9-0-225-229
AUTHOR
Pashchenkov P.N., Graduate Student, e-mail: mcpavel@mail.ru, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Ruban A. D., Zaburdyaev V. S., Artem'ev V. B., Loginov A. K. Ugol'. 2006, no 10, pp. 3-6.
2. Borshchevich A. M., Kovalev R. A., Bukhtiyarov A. F., Sarycheva I. V. Izvestiya TulGU. Estestvennye nauki. 2010, no 1, pp. 232-239.
3. Instruktsiya po raschetu kolichestva vozdukha, neobkhodimogo dlya provetrivaniya deystvuy-ushchikh ugol'nykh shakht (Guide on calculation of air amount for ventilation in operating coal mines), Moscow, Nedra, 1975, 80 p.
4. Rukovodstvo po proektirovaniyu ventilyatsii ugol'nykh shakht (Coal mine ventilation design manual), Makeevka; Donbass, MakNII, 1989, 319 p.
5. Semykin Yu. A. Povyshenie bezopasnosti dobychi uglya na osnove intensifikatsii gazovydeleniya iz plastovykh skvazhin i sovershenstvovaniya metoda prognoza gazoobil'nosti ochistnogo zaboya (Enhancement of coal safety based on intensification of gas release from stratum holes and improvement of gas content prediction in face area air), Candidate's thesis, Moscow, NITU «MISiS», 2016, 148 p.
6. Mallikarjun Pillalamarry, Satya Harpalani, Shimin Liu. Gas diffusion behavior of coal and its impact on production from coalbed methane reservoirs. International Journal of Coal Geology. 2011. № 86(4), June. PP. 342-348.
7. Slastunov S. V., Karkashadze G. G., Kolikov K. S., Ermak G. P. Fiziko-tekhnicheskie problemy raz-rabotki poleznykh iskopaemykh. 2013, no 6, pp. 53—59.
8. Karkashadze G. G., Semykin Yu. A., Lupiy M. G. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2014, no 7, pp. 206—211.
9. Karkashadze G. G., Lupiy M. G. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015. Special edition 1, pp. 76—85.
10. Karkashadze G. G., Slastunov S. V., Kolikov K. S. Svidetel'stvo o gosudarstvennoy registratsii pro-grammy dlya EVM № 2015617827 (State registration certificate of computer program), 23.07.2015.
A
РУКОПИСИ, ДЕПОНИРОВАННЫЕ В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «ГОРНАЯ КНИГА»
СПОСОБЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ШАХТНОГО МЕТАНА В ПОДЗЕМНЫХ ДЕГАЗАЦИОННЫХ ГАЗОПРОВОДАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
(№ 1102/09-17 от 03.07.2017, 8 с.) Кулабухова Кристина Геннадьевна — студентка, НИТУ «МИСиС», научный руководитель — доктор технических наук, профессор, Малашкина В.А., НИТУ «МИСиС».
METHODS AND MEANS FOR MONITORING PARAMETERS OF COAL MINE METHANE DEGASIFICATION IN UNDERGROUND GAS PIPELINES COAL MINES
Kulabukhova K.G., Student, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia,
Scientific Supervisor — Doctor of Technical Sciences, Professor, Malashkina V.A.
