CC BY
60
УДК 622.013
О.И.КАЗАНИН, д-р техн. наук, декан, kazanin@spmi.ru
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», Санкт-Петербург А.М.СУФИЯРОВ, горный инженер, Sufiyarov@spbgipro.ru ООО «СПб-Гипрошахт»
O.I.KAZANIN, Dr. in eng. sc., dean, kazanin@spmi.ru
National Mineral Resources University (Mining University), Saint Petersburg A.M.SUFIYAROV, mining engineer, Sufiyarov@spbgipro.ru «SPb-Giproshakht» Ltd
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ДЛИНЫ ЛАВЫ НА ХАРАКТЕР ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ ШАХТ
ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»
Приведены результаты исследований влияния длины лавы на характер газовыделе -ния на выемочных участках пласта «Четвертый» шахт ОАО «Воркутауголь». Получены зависимости нагрузки на очистной забой от длины лавы. Определен диапазон рациональных значений длины лавы с точки зрения управления газовыделением.
Ключевые слова: газовыделение, длина лавы, очистной забой, угольный пласт.
ASSESSMENT OF THE LONGWALL FACE LENGTH INFLUENCE ON GAS EMISSION AT LONGWALL PANELS OF THE OJSC «VORKUTAUGOL» COAL MINES
Results of researches of the longwall face length influence on gas emission at the coal seam «Chetverty» longwall panels of the OJSC «Vorkutaugol» mines are given. Dependences of the longwall production and longwall face length are specified. Range of rational values of the longwall face length according to the gas emission control efficiency is determined.
Key words: gas emission, longwall face length, longwall, coal seam.
В настоящее время ОАО «Воркута-уголь» объединяет в своем составе четыре действующие шахты («Северная», «Ворку-тинская», «Комсомольская», «Заполярная»). Глубина залегания пластов достигает 1250 м. Все шахты относятся к газовым, отрабатывают пласты, отнесенные к опасным по внезапным выбросам и опасным или угрожаемым по горным ударам с различных отметок.
Отрабатываемые угольные пласты «Мощный», «Тройной», «Четвертый» и «Пятый» склонны к газодинамическим проявлениям, пласты имеют преимущественно простое строение. В освоении Воркутского
месторождения особый интерес представляет пласт «Четвертый», который отрабатывается первым в свите и является защитным по отношению к вышележащему опасному по горным ударам и внезапным выбросам пласту «Тройной». Система разработки пластов - длинными столбами с подвиганием лав по простиранию.
Основным фактором, сдерживающим рост нагрузок на очистной забой, является высокая газоносность отрабатываемых пластов и их спутников, в результате чего метановыделение на выемочных участках шахт составляет 60 м3/мин и более (см. таблицу).
Ш
§ о
р
о н
Н >73 О
о К:
СП
р
о н
£ л
й
0
1
р
о н
Н о
о К:
н £
00 Ц2
00 счэ
счэ счэ
з з
р р
о о
н н
^
Л
>73
О
Л
о '"З
» я
а=
§
Н >73
о К:
н- счэ
00 Ч В N О
СП
"а О V)
О N 00 00
00 о о
а о О
Ш сп ^
Й^О
н
о
н
о
й о
со
ьч
>3 ^ р >6 сл й Я 9.
§ В § о
■<1 СП ^ 00 СП О! О!
О! Ц2 счэ ^ ^ О! счэ О!
о 00 о СП 00 о о —1
о 00 о СП СП о о
о 00 о СП о о о
н
о
счэ л
00
л
СП
о 00
00 о
в р
й р
о
и
к
о
о о
о
00 о
р
п р
« о
00 О! Ц2
р
й р
ш
о н
СП
о
00 о
00 О!
о
00 Ц2
00 00
■<1
СП
о
о
о
"со
о
о
V
00 ■<1
00 ш
д
к й
00 ш
д
к й
д
00 ш
д
к й
00 ш
д
к й
00 ш
д
к й
00 ш
д
00 00 СП
о |о
оо Гоо 00 |оо
д
со
№ ьч
>3 ^ §>1 § I
Ц2
00
о счэ
^ н—
счэ О
00
счэ
р р
о
о со о >73
к
счэ го счэ счэ счэ
00 00 СП О! о о О! о СП
ол СП —1 00 СП СП
о о ■<1 о 00 о СП о о о
ё
р
Вынимаемая мощность, м
Длина лавы, м
Тип механизированного комплекса
Способ подготовки выемочного столба
Добыча, т
поступающего к лаве
на подсвежении <2п,
на исходящей из лавы
боч
для проветривания выработки с работающим дизелем 0,тзель
для изолированнного отвода
0ОТСОС
на выемочном участке <2Т
дегазацией 1№
1 общий
в
о й со о
В
Эффективность дегазации к№
Схема проветривания выемочного участка
О
■а
я
о
н
«
и
я
я
л
«
п
X
я
«
Я
н
п
И
я
о
&
о
-1
Я
Л
«
п
X
Я
п
Я
о
X
»
м
»
Н
п
&
и Я
Б » И н ■а » о\ о
О н
> р
О о л
л я
И п
о н
■а я
н £ й
» ^ м » о\
О о
& Р а со
^ я
м ■8
» Я
ы о
о н
ь- -а
ы »
о\
о
н
X
а
»
п
н
о
со
А
а
н
со
«
■а
н
£
»
1 н
в-
»
я
н
■8
О
Я:
Я
о
Я=
В настоящее время длина лав на шахтах ОАО «Воркутауголь» колеблется по пластам в диапазоне 225-310 м. Однако научное обоснование параметров длины очистного забоя по указанным выше пластам с учетом влияния газового фактора отсутствует. Не существует также научно обоснованных рекомендаций по указанным пластам и по нагрузкам на забой.
Для оценки влияния длины лавы на характер газовыделения на выемочных участках проведены исследования, включающие шахтные замеры и расчеты по нормативной методике . В качестве объекта исследований приняты выемочные участки на пласте «Четвертый», так как здесь реализуются наиболее сложные по газовому фактору условия разработки.
Согласно таблице, на шахтах, где отрабатывают пласт «Четвертый», принята прямоточная схема проветривания выемочных участков с подсвежением исходящей вентиляционной струи.
Наряду с отводом газа средствами вентиляции метан из выработанного пространства на выемочном участке удаляется также средствами дегазации. В работе постоянно находились от 4-8 до 25-35 дегазационных скважин, расположенных по контуру выработанного пространства выемочного участка. Длина скважин изменялась в диапазоне 100-150 м, диаметр их составлял 76 мм, длина обсадки 10-40 м, расстояние между кустами скважин - от 60-70 до 140-150 м. Куст состоит из двух-трех скважин, пробуренных на подрабатываемые (верхние) пласты-спутники, и одной-двух - на над-рабатываемые (нижние). На шахтах «Северная», «Комсомольская» и «Заполярная» при отработке пласта «Четвертый» дегазационные скважины на нижние пласты-спутники не бурят. Причина отказа от дега* Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт / МакНИИ. Макеевка - Донбасс, 1989. 319 с.
Coal Mines Ventilation Design Manual / MakNII. Makeevka - Donbass, 1989. 319 p.
зации надрабатываемых пластов-спутников на отрабатываемых выемочных полях часто связана с заполнением нисходящих скважин шахтной водой, сдерживающей процесс газовыделения.
Был определен характер изменения утечек воздуха из призабойного пространства в выработанное по мере движения воздуха по лаве и по мере увеличения длины лавы Lл (рис.1). Характер изменения утечек воздуха в лавах по пласту «Четвертый» свидетельствует о том, что по мере движения воздуха по лаве утечки по длине лавы непрерывно снижаются, при этом в нижней части лавы их значение в 1,5-2,0 раза меньше, чем в верхней .
В то же время утечки воздуха, зафиксированные в нижней части лавы, по мере увеличения длины лавы возрастают. Как видно из рис.2, по мере роста длины лавы от 50 до 270 м, т.е. почти в 6 раз, утечки воздуха в нижней части лавы увеличиваются почти в 10 раз.
На рис.3 представлен характер изменения расхода метана /оч, фиксируемого в нижней части лав по пласту «Четвертый», в зависимости от длины лав. Как видно из графика, при увеличении длины лавы со 100 до 150 м расход метана увеличивается примерно на 0,3 м3/мин; от 150 до 200 м - на 1,0 м3/мин; от 200 до 250 м -почти на 2,0 м3/мин и при дальнейшем увеличении длины лавы растет по экспоненциальной зависимости. При этом корреляционное отношение R = 0,8 указывает на достаточно надежную взаимосвязь между расходом метана и длиной лавы в указанных пределах.
На рис.4 представлена зависимость между нагрузкой на забой и длиной лавы.
** Казанин О.И. Интенсивная отработка высокогазоносных угольных пластов на больших глубинах / О.И.Казанин, Г.Д.Задавин; МАНЭБ. СПб, 2007. 250 с.
Kazanin O.I., Zadavin G.D. High gassy deep coal seams intensive mining / IAEMNPS. Saint Petersburg, 2007. 250 p.
й
н
700 680 660 640 620 600 580 560 540 520
50
100
150 200
Длина лавы, м
250 300
= -73,7741п(х) + 984,33 Я2 = 0,8849
Рис.1. Характер изменения утечек воздуха из призабойного пространства в выработанное по мере увеличения длины лавы при отработке пласта «Четвертый»
а ч
й ей
£
600 500 400 300 200 100
50
100
150
Длина лавы, м
200
250
300
у = -0,004х2 + 3,0677х - 67,144
Я = 0,6296
Рис.2. Влияние длины лавы на утечки воздуха в нижней части лавы при отработке пласта «Четвертый»
5
а ч
й ей
вм
а ана
та е
д
о х с а Р
50
100
150 200
Длина лавы, м
250
300
у = 0,1148е Я2 = 0,6211
Рис.3. Влияние длины лавы на характер изменения дебита метана в нижней части лавы при отработке пласта «Четвертый»
у
0
4
3
2
1
0
_ 39
Санкт-Петербург. 2014
н
« О
'S
п а К й
и &
К
2000
1600
1200
800
400
50
100 150
Длина лавы, м
200 250 300
y = -0,0266х2 + 15,014х - 630,52
♦ Ряд 1 Полиномиальный
(Ряд 1)
Рис.4. Зависимость нагрузки на забой при отработке пласта «Четвертый» от длины лавы
Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:
1. Современные средства механизации очистных работ позволяют отрабатывать выемочные участки с длиной лавы 300 м и более.
2. После значения 220 м дальнейшее увеличение длины лавы Ьл приводит к незначительному росту нагрузок А на очистной забой (рис.4):
Ьл, м А, т/сут
220 1350
250 1450
270 1500
3. Увеличение длины лавы Ьл приводит к возрастанию утечек воздуха Q и уве-
личению расхода метана в нижней части лавы /оч:
Ьл, м 200 250 270
Q, м3/мин 400 450 470
/оч, м3/мин 2,1 3,3 4,1
Таким образом, наиболее рациональные значения длины лавы, обеспечивающие эффективность и безопасность очистных работ по пласту «Четвертый», находятся в диапазоне 200-250 м. Полученные зависимости можно использовать при проектировании отработки пласта на оставшихся участках шахтных полей.
0
