CC BY
31
© Е.А. Виноградов, 2015
УДК 622.411 Е.А. Виноградов
ОЦЕНКА НЕРАВНОМЕРНОСТИ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ НА ВЫЕМОЧНОМ УЧАСТКЕ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА 52 НА ШАХТЕ «КОТИНСКАЯ» ОАО «СУЭК-КУЗБАСС»
Рассмотрены источники метановыделения, на примере выемочного участка шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс», работающей в режиме «шахта-лава», их количественное соотношение в газовом балансе, параметры неравномерности газовыделения в процессе отработки пласта, способы управления газовыделением. Представлены результаты сравнительного анализа фактического и прогнозного значений метановыделения на выемочном участке, обоснована необходимость учета взаимосвязи геомеханических и газодинамических процессов при определении ожидаемого метановыделения. На основе показаний датчиков аппаратуры автоматической газовой защиты рассмотрены колебания метановыделения в течение часа, суток и месяца работы лавы. Отмечено, что метановыделение на выемочном участке характеризуется всплесками концентрации газа в 3-4 раза за кратковременный период, что приводит к формированию местных скоплений метана и опасности взрыва метановоз-душной смеси. В то же время, средние значения концентрации метана в течение часа (дня, месяца) остаются в пределах допустимых норм.
Ключевые слова: метан, уголь, неравномерность метановыделения, очистной забой, газовый баланс, «шахта-лава».
Нагрузка на очистные забои при интенсивной отработке газоносных угольных пластов, как правило, ограничивается газовым фактором. При использовании высокопроизводительных очистных механизированных комплексов нагрузка на очистной забой может превышать 20 000 т/сутки, а метановыделение на выемочных участках более 100 м3/мин. При этом, процесс метановыделения является неравномерным, зависит от множества горно-геологических и горнотехнических факторов. Обеспечение безопасности
горных работ по газовому фактору предусматривает комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на устранение лимитирующего влияния метано-выделения на производительность очистного забоя. Для корректного выбора параметров способов и средств управления газовыделением на выемочных участках необходим детальный анализ газового баланса и достоверный прогноз газовыделения по источникам [1]. Различными специалистами ранее отмечалось [2, 3], что газовый баланс выемочных участков определяется геомеханическими и технологическими процессами, протекающими в пределах выемочного поля, а при высоких нагрузках на забой и скорости подвигания лавы, главным источником метановыделения становится выработанное пространство.
Для исследования процессов метановыделения на выемочных участках при их интенсивной отработке проведены наблюдения за отработкой выемочного участка 5209 в поле шахты «Котинская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» за период январь-июнь 2014 года. Шахта «Котинская» является одной из самых современных шахт России, работает в режиме «шахта-лава». Для анализа использовались фактические показатели метановыделения, добычи угля, расхода воздуха. Общая схема выемочного участка и газоуправления приведена на рис. 1. Для дегазации выработанного пространства применяются скважины, пробуренные с поверхности в купол обрушения, одновременном в работе находится 5 скважин, подключенных к передвижным дегазационным установкам (ПДУ) и суммарным расходом воздуха 230 м3/мин, концентрация метана колеблется от 12 % до 80 %. Также в дегазации выработанного пространства выемочного участка участвуют сбоечные скважины, пробуренные через целик из конвейерного штрека, сбоечные скважины подключены к дегазационному трубопроводу и подключены к вакуум насосам на поверхности.
В общем объеме метановыделения на выемочном участке 9-15 % метана поступает из очистного забоя, 85-91 % из выработанного пространства. Следовательно, главным фактором, сдерживающим повышение производительности выемочных участков, является газовыделение из выработанных пространств [5]. Также вызывает интерес тот факт, что с ростом добычи доля
Рис. 1. Схема выемочного участка лавы 5209: 1 - дегазационнные скважины, пробуренные с поверхности в купол обрушения, 2 - сбоечные скважины; 3 - погашенные скважины; 4 - дегазационный трубопровод
Рис. 2. Зависимость между изменениями показателей добычи и поступлением метана из разрабатываемого пласта (очистного забоя)
метановыделения из разрабатываемого пласта в газовом балансе участка уменьшается, наблюдается обратная зависимость между объемом добычи и долей метановыделения из очистного забоя (рис. 2). При этом, абсолютная метанообильность очистного забоя колеблется незначительно и составляет порядка 9 м3/мин.
Прогнозные и фактические значения метановыделения составили, соответственно, из очистного забоя 11,6 и 8,92 м3/мин; из выработанного пространства 45,02 и 77,62 м3/мин при общем метановыделении на участок 56,62 и 86,53 м3/мин. Расхождение прогнозируемого метановыделения с фактическим составляет более 30%, при этом прогнозируемое метано-выделение в очистной забой превышает фактические, а мета-новыделение из выработанного пространства превышает прогнозируемое, что приводит к ограничениям на добычу по газовому фактору, и значительному увеличению подачи воздуха в лаву, что экономически нецелесообразно и приводит если не к убыткам, то к потери возможной прибыли.
Для оценки неравномерности метановыделения на выемочном участке были обработаны и проанализированы данные автоматической газовой защиты (АГЗ) на базе многофункционального информационно-управленческого комплекса аппаратуры «Микон 1Р». В частности, датчик, установленный в исходящей струе очистного забоя (1,0%) — на конвейерном штреке 5209 в 10-20 м от очистного забоя у стенки, противоположной выходу из лавы, в верхней части выработки. В полученных результатах заслуживают внимания кратковременные всплески концентрации метана, которые не удается увязать с технологическими, газодинамическими или геомеханическими процессами, происходящими на выемочном участке. Опасность данного явления заключается в его внезапности и непредсказуемости, при современном уровне изученности вопроса. Продолжительность всплеска колеблется около 10 минут, при 3-4 кратном увеличении концентрации метана.
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:
• при интенсивной отработке газоносных угольных пластов в газовом балансе выемочных участков значительно преобладает метановыделение из выработанных пространств, и дальнейший рост абсолютного газовыделения выемочного участка происходит, главным образом, за счет процессов, протекающих в выработанном пространстве;
• действующие методики прогноза метановыделения не дают объективных результатов, соответствующих фактической обстановке на выемочном участке и нуждаются в корректировке;
Колебания в течение 1 часа
2,5
Колебания концентрации метана в течение суток
2,5
1 2 3 А 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ^^»Средняя концетрация Максимум Минимум
Колебания в течение месяца
1 2 3 4 5 б 7 8 9 Ю 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 -Среднее значение Максимум Минимум Добыча, т/сут
Рис. 3. Колебания концентрации метана
• при выборе параметров способов и средств управления метановыделением на выемочном участке необходимо учитывать неравномерность выделения метана и возможность кратковременных всплесков концентрации.
Таким образом, геомеханические и газодинамические процессы, происходящие на выемочных участках при их интенсивной отработке требуют более детального изучения с целью их моделирования и прогнозирования, воздействия на газовый баланс, корректного управления газовыделением, обеспечения эффективности и безопасности горных работ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ковалев В.А. Анализ газовых балансов выемочных участков шахт / В.А. Ковалев, Ё.А. Шевченко // Вестник КузГТУ. — 2012. — № 4. — C. 61-63.
2. Бокий Б.В., Боровский А.В., Бунько Т.В. К вопросу совершенствования технологии управления процессами воздухораспределения и газовыделения на выемочных участках //Геотехническая механика. - 2012. С.58-68.
3. Пучков Л.А., Красюк H.H., Шайдо С.П., Пинскер В.Л. Метанобезопас-ность высокопроизводительных выемочных участков. / ГИАБ -2006. С.5-18.
4. Бондаренко В. И. и др. Основные научные положения прогноза динамики метановыделения при отработке газоносных угольных пластов //Науковий вюник Нацюнального прничого утверситету. - 2013. - № . 5. -С. 24-30.
5. Виноградов Е.А. Анализ газового баланса выемочного участка при интенсивной отработке газоносного угольного пласта // «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» — 10-я. Материалы конференции: ТулГУ, Тула, 2014, Т1, 511 с. - С.232-237. S2H
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -
Виноградов Евгений Александрович — аспирант, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», [email protected].
UDC 622.411
ASSESSMENT OF METHANE EMISSION FLUCTUATION AT LONGWALL PANELS DURING INTENSIVE COAL SEAM 52 MINING ON «KOTINSKAYA» MINE JSC <SUEK-KUZBASS>
Vinogradov Evgeny, graduate student, National Mineral Resources University (University of Mines), [email protected], Russia.
Methane emission sources, their quantitative ratio in gas balance as well as fluctuation parameters of gas emission and gas emission control methods during Kotinskaya mine JSC SUEK Kuzbass longwall panel mining are considered in article. Results of the comparative analysis of the actual and expected values of methane emission on a working area are presented, need of the accounting of interrelation of geotechnical and gas dynamic processes when determining of the expected methane release is proved. On the basis of indications of sensors of the equipment of automatic gas protection fluctuations of methane emission
within hour, day and month of the working longwall are considered. It is noted that methane emission on a working area is characterized by short-term sharp splashes which can lead to formation of local congestions of methane and danger of explosion of methane-air mixture. Thus, averages for an hour (day, month) of value of concentration of methane are in limits of admissible norms.
Key words: methane, coal, fluctuation of methane emission, longwall, gas balance, lonfwall mine.
REFERENCES
1. Kovalev V.A. Analiz gazovyh balansov vyemochnyh uchastkov shaht (Gas balance analysis of the mines longwall panels) / V.A. Kovalev, L.A. Shevchenko // Vestnik KuzGTU. 2012. No 4. pp. 61-63.
2. Bokij B.V., Borovskij A.V., Bun'ko T.V. K voprosu sovershenstvovanija tehnologii upravlenija processami vozduhoraspredelenija i gazovydelenija na vyemochnyh uchastkah (On the issue of improving of the air distribution and gas emission processes control on working areas) //Geotehnicheskaja mehanika. 2012. pp. 58-68.
3. Puchkov L.A., Krasjuk N.N., Shajdo S.P., Pinsker V.L. Metanobezopasnost' vy-sokoproizvoditelnyh vyemochnyh uchastkov (Methane safety of the high productive longwall panels) / GIAB, 2006. pp. 5-18.
4. Bondarenko V. I. i dr. Osnovnye nauchnye polozhenija prognoza dinamiki metanovydelenija pri otrabotke gazonosnyh ugolnyh plastov (Basic scientific positions of the methane emission dynamics forecast while gassy coal seams mining) //Naukovij visnik Nacional'nogo girnichogo universitetu. 2013. No 5. pp. 24-30.
5. Vinogradov E.A. Analiz gazovogo balansa vyemochnogo uchastka pri intensivnoj otrabotke gazonosnogo ugol'nogo plasta (Analysis of the gas balance in production areas with intensive gassy coal seam mining) // «Social'no-jekonomicheskie i jekologicheskie prob-lemy gornoj promyshlennosti, stroitel'stva i jenergetiki». 10-ja. Materialy konferencii: TulGU, Tula, 2014, T1, 511 p. pp. 232-237.
