CC BY
36
УДК 622.411.332:533.17
А.Н. Кнышенко
ОАО «Шахта «Первомайская» А.М. Тимошенко ОАО «НЦ ВостНИИ» А.М. Рыков
ОАО «Кузбассэнергосбыт» Ли Хи Ун ООО «ВостЭКО» Ю.М. Филатов
ОАО «Шахта «Беловская»
Пример определения относительной газообильности выемочного участка лавы №33 по пласту XXVII шахты «Первомайская»
Приведено определение относительной метанообильности выемочного участка на примере шахты «Первомайская» по пласту XXVII в зависимости от горнотехнических и технологических факторов.
Ключевые слова: ОТНОСИТЕЛЬНАЯ МЕТАНООБИЛЬНОСТЬ, РАЗРАБАТЫВАЕМЫЕ ПЛАСТЫ УГЛЯ, ПРИРОДНАЯ ГАЗОНОСНОСТЬ, СКОРОСТЬ ПОДВИГАНИЯ ЗАБОЯ, ВРЕМЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ УГЛЯ, ПРОТЯЖЕННОСТЬ ВЫРАБОТКИ
A.N. Knyshenko, A.M. Timoshenko, A.M. Rykov, Li Hi Un, Yu.M. Filatov Example of relative gassyness estimation of coal extraction section No 33 in the seam XXVII of "Pervomayskaya" mine
Estimation of relative methane emission of coal extraction section with the example of coal seam XXVII of "Pervomayskaya" mine in dependence of mining and technological factors is described.
Key words: RELATIVE METHANE EMISSION, COAL SEAMS UNDER DEVELOPMENT, NATURAL GAS CONTENT, SPEED OF COALFACE ADVANCE, TIME OF COAL TRANSPORTATION, MINE OPENING LENGTH
В практике эксплуатации угольных месторождений подземным способом особое внимание уделяется построению оптимального, с точки зрения безопасности, вентиляционного режима. А это невозможно сделать без количественного учета всех источников газовыделения. Как известно,
объем газа и интенсивность его выделения зависят не только от природных свойств угля и вмещающих пород, но и технологии выемки полезного ископаемого.
Пласт XXVII на всей площади шахты «Первомайская» имеет рабочую мощность. Наблюдается некоторая закономерность в изменении мощности пласта. Если к северу от IX разведочной линии мощность имеет значение 2 м и более, то к югу двухметровые мощности встречаются редко. Кровля пласта представлена алевролитами, реже - песчаниками, часто наблюдается ложная кровля, выраженная углистыми аргиллитами.
В зоне отработки лавы №33 непосредственная кровля представлена алевролитом т = 1,0 -1,5 м с тонкими прослойками песчаника средней устойчивости / = 4 - 6 , а также песчаником средней крепости мощностью т = 2,0 - 2,5 м и крепостью / = 6 - 8 .
Основная кровля представлена переслаиванием песчаников с алевролитом крепостью / = 6 - 8. Непосредственная почва пласта представлена песчаником мелкозернистым, крепким / = 4 - 6 . Основная почва - алевролит, переходящий в среднезернистый песчаник, / = 6 - 8 .
Природная газоносность и условия отработки угольного массива лавы № 33 пласта XXVII приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Природная газоносность угольного массива в контуре лавы № 33
по пласту XXVII
Глубина,м Мощность пласта, м Длина лавы, м Длина блока, м Газоносность, м3/т
455,9 2,2 300 2100 13,9
Относительная метанообильность выемочного участка определяется по формуле [1]:
Ч уч = Чпл + Чсп + Я пор , (1)
3
где ят - относительное метановыделение из угольного пласта, м /т;
Ясп - относительное метановыделение из под- и надрабатываемых пластов-спутников,
м3/т;
3
ЯпоР - относительное метановыделение из вмещающих пород, м /т.
При разработке пласта без разделения на слои и схеме проветривания лавы без подсвежения относительное метановыделение из разрабатываемого пласта рассчитывается по формуле:
Чпл = К (х - Х1)+ кэ.п (х - Х0 ) , (2)
где кт - коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта;
кэп- коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в
пределах выемочного участка, доли единицы; кэп = 0,05 ; х - природная газоносность, м /т;
3
х1 - остаточная метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, м /т;
х0 - остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и др., м /т;
к =(1 - 2в д) /1 , (3)
пл Vоч з.д/ оч' V '
где 1оч - длина очистного забоя, м;
взд - ширина условного пояса газового дренирования угольного массива, м;
1 = х[1 - к ехр(- п)]кх, (4)
х1 = х [1 - к ехр- п
где к - коэффициент для условий Кузбасса, к = 1;
к1 - коэффициент, учитывающий долю газа, оставшегося в отбитом угле; п - показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя, степени метаморфизма угля, глубины разработки:
' \2
п = ахУоч 0,002(27 - ¥аа/)2 + 1
(5)
где ах - коэффициент для условий Кузбасса, ах = 0,21; Уоч - скорость подвигания очистного забоя, м/сут;
к1 = 1 - а2Ть , (6)
где а2,Ь2 - коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля, для условий Кузбасса
а2 = 0,115; Ь2 = 0,25 [2];
Тт - время транспортирования угля с момента отторжения его от массива до выдачи его за пределы участка, мин:
пв I
тт = §бУг • <7)
где пв - число участков длиной 1т с различной скоростью движения угля;
в 11
1т - протяженность выработки с 1 - м видом транспорта, м; Ут - скорость транспортирования угля на участке 1т , м/с.
Для условий Кузбасса относительное метановыделение как из подрабатываемых дсп п 1 ,так и надрабатываемых дсп ^ пластов определяется по формуле:
Чст = кУ (хсп1 Х01 Л1 '
\ VI / 1 г
те I Мр у
(8)
где ку - коэффициент, учитывающий влияние скорости подвигания очистного забоя на
метановыделение из спутника, для условий Кузбасса ку = 1;
тспi - суммарная мощность угольных пачек отдельного (i — го) спутника, м; x0i - остаточная метаноносность i—го спутника;
Mcni - расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного
(при подработке) и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м;
M - расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенным пластами, при котором метановыделение из последнего практически равно нулю, м:
Mp = ку.ктв (1,2 + cos «пл ), (9)
где кук - коэффициент, при полном обрушении пород кровли кук = 40 ; апл - угол падения пласта, град.
Относительное метановыделение из вмещающих пород можно определить из формулы:
Чпор = кпЧпл , (10)
где кп - коэффициент, для условий Кузбасса до глубины разработки 500 м от поверхности при ydaf > 20% и полном обрушении кровли — 0,15, а при Vdaf < 20% кп = 0; на глубине более 500 м:
кп = к п.500 + 0,001(H - 500), (11)
где кп 500 - соответствующее значение для глубины разработки до 500 м.
Таким образом, подставляя исходные данные для лавы №33 по пласту XXVII шахты «Первомайская» в вышеперечисленные формулы, получим (таблица 2):
Таблица 2 - Относительное метановыделение из разрабатываемого пласта
Добыча, т/сут Скорость подвигания очистного забоя, м/сут x, м3/т ki п T 1 T , мин xi, м3/т Чпл , м3/т
3500 5,6 13,9 0,746 1,23 23,6 4,34 6,5
В кровле пласта XXVII в переделах величины влияния разгрузки М = 141 м расположен пласт XXVI мощностью тсп = 0,6 м, в почве в переделах М = 35 м пластов-спутников не
имеется. Следовательно, в выработанное пространство пласта XXVII метан может поступать из подрабатываемого пласта XXVI.
Таблица 3 - Относительное метановыделение из пластов-спутников
M п i , м Хсп i , м3/т тсп / тв Хсп Х0 i - M сп / Mp Чсп , м3/т
22 10,3 0,273 8,52 0,844 2,0
Относительное метановыделение из вмещающих пород было определено с использованием зависимостей (10), (11). При этом до глубины разработки 500 м коэффициент кп принят равным 0,15.
Значения величин относительного метановыделения из вмещающих пород при отработке пласта XXVII приведены в таблице 4.
Таблица 4 - Относительное метановыделение из вмещающих пород
Н , м кп Чпл , м3/т д пор, м3/т
455 0,150 6,50 0,97
Таким образом, относительная метанообильность выемочного участка из формулы (1) составит: д ^ = 6,5 + 2,0 + 0,97 = 9,47 м3/т.
Как видно из расчетов, основной объем газа формируется за счет его выделения из добываемого и транспортируемого по участку угля. Однако примерно треть общего объема газа на участке приходится на подработанный, сближенный пласт XXVI. Это обстоятельство, безусловно, необходимо учитывать при расчете параметров дегазации и проветривания.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. - М.: Недра, 1977. - 99 с.
2 Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Утв. 15 августа 1989. -Макеевка-Донбасс, 1989. -319 с.
