Прогноз метановыделения из разрабатываемых пластов Воркутского месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ционных установок для шахт ОАО "Компания "Кузбассуголь". - Кемерово, 2000. - 123 с.

5 Оперативный прогноз газообильности выемочных участков при комбинированном проветривании / Преслер В.Т., Золотых С.С., Стекольщиков Г. Г. / Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001. - 63 с.

6. Полевщиков Г.Я., Козырева Е.Н. Газокинетический паттерн разрабатываемого массива горных пород / Горный информационноаналитический бюллетень. 2002. №11. С. 117-120.

|— Коротко об авторах-------------------------------------------

Козырева Елена Николаевна - старший научный сотрудник лаборатории газодинамики угольных месторождений ИУУ СО РАН, кандидат технических наук,

Рябцев Андрей Александрович - аспирант ИУУ СО РАН.

-----------------------------------© ю.в. шувалив, и.м. Бииривпикив,1

Е.Г. Булдакова, 2006

УДК 622.86

Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников, Е.Г. Булдакова

ПРОГНОЗ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ ПЛАСТОВ ВОРКУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

^проектирование и эксплуатация современных шахт II невозможны при отсутствии данных о динамике ме-тановыделения из угольных пластов и прогноза газообильности проектируемых горных выработок. Объемы ожидаемого метановыделения влияют на выбор сечения основных капитальных горных выработок, параметры главных вентиляционных установок. Необходимость управления метановыде-лением в шахте отражается на выборе систем разработки, схем вентиляции, методов управления кровлей, последовательности отработки пластов в свите. Эффективность применения различных методов борьбы с газом зависит от степени изученности процессов метановыделения при разработке угольных месторождений.

Недооценка значения исследований метановыделения из разрабатываемых пластов приводит в процессе эксплуа-

тации к несоответствию газового режима шахт и их вентиляционных возможностей, следовательно, к дополнительным большим капитальным затратам по увеличению сечений горных выработок, проведению дополнительных выработок, замене вентиляторных установок. Затраты на реконструкцию шахт во много раз больше затрат на изучение процессов ме-тановыделения из разрабатываемых пластов.

Метановыделение из разрабатываемого пласта (чпл., м3/т) складывается из трех составляющих

Чпл _ Чоп + Чоу + Чоукш (1)

где чоп - относительное метановыделение с неподвижной обнаженной поверхности угольного пласта, м3/т; чоу и чоу -

относительное метановыделение из отбитого угля, находящегося, соответственно, в пределах очистного забоя и на конвейерах от очистного забоя до границы выемочного участка, м3/т.

Методика расчета метановыделения из разрабатываемого пласта, изложенная в руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт, дает значительно (в 2-3 раза) завышенные результаты, так как в ней не учитываются конкретные горно-геологические условия отработки пластов, что приводит к завышению расчетного количества воздуха для проветривания очистного забоя.

Для расчета метановыделения из отбитого угля нами была использована экспоненциальная зависимость (Э.М. Шейман и др.).

иот = иов-‘/т от, (2)

где иот - метановыделение из отбитого угля через время 1 (мин) после начала отбойки, м3/минт; ио - метановыделение в момент отбойки (начальное метановыделение), м3/мин т; Тот - газодинамический параметр, время, за которое величина метановыделения из отбитого угля уменьшится в «е» раз, мин. Тот характеризует скорость метановыделения из отбитого угля, чем больше эта величина, тем медленнее происходит дегазация отбитого угля.

Проинтегрировав зависимость (2) в пределах от 0 до да, получим объем выделившегося за бесконечно долгое время

метана с единицы массы отбитого угля, т.е. активную газоносность отбитого угля (м3/т)

хактот _ ^оТот , (3)

Можно также записать

хактот = хв - х о, (4)

где хв - метаноносность пласта в зоне выемки, м3/т; х - остаточная метаноносность отбитого угля при атмосферном давлении, м3/т.

Определив значения ио и Тот экспериментально при естественном истечении метана для различных фракций крупности отбитого угля, можно представить объем выделившегося из отбитого угля метана в виде

сЮот = иот (1 )си, (5)

где Сот - объем выделившегося из отбитого угля в единицу времени метана, м3/мин; и - количество отбитого угля (т), зависит от фактической производительности выемочного комбайна А (т/мин) и времени его работы 1, т.е. си = АС1

Проинтегрировав зависимость (5) от 0 до 1 (1 - время работы комбайна по выемке угля, мин), получим

__5_

Сот = хактоТА(1 - е Тот ), (6)

Учитывая, что отбиваемый уголь образует различные фракции по крупности

п -_!-

Сот =2 Хакто,А(1 - е ТоЛ)С|, (7)

I=1

где хакт т - активная метаноносность 1-й фракции, м3/т; Тот. -

газодинамический параметр |-й фракции, мин; с| - долевое участие |-й фракции в общей добыче, доли единицы; п - количество фракций отбиваемого угля.

Метановыделение с обнаженной поверхности угольного пласта (Сопл, м3/мин)

ССопл = Лл^ (8)

где ипл - метановыделение с единицы площади поверхности пласта, м3/мин м2; Б - площадь обнаженной поверхности пласта, м2. ипл в период времени после обнажения поверхности 5-6 часов можно представить с помощью экспоненциальной зависимости

__5_

Лл = ^пле Топп , (9)

где иопл - начальное метановыделение (в момент обнажения поверхности пласта), м3/минм2; Топл - газодинамический параметр угольного пласта, время, за которое метановыделение из пласта уменьшится в «е» раз, мин; 1 - время существования обнаженной поверхности пласта, мин.

Можно записать СБ = тусрС1, где т - мощность пласта, м; Уср - средняя скорость движения очистного комбайна, м/мин. Интегрируя зависимость (8) с учетом выражения (9) и для СБ и задавая пределы интегрирования от 0 до 1, получим зависимость для метановыделения с поверхности пласта (м3/мин)

__5_

Сопл = тУср^плТопл (1 - е Топп ), (10)

Общее абсолютное метановыделение в очистном забое равно сумме метановыделения с поверхности пласта и из отбитого угля

Спл = Сопл + Сот, (11)

По известной средней суточной добыче из лавы Аср определяется относительное метановыделение в очистном за-

бое (м3/т)

Чоч = 14400^ , (12)

Аср

Относительное метановыделение из отбитого угля, находящегося на конвейерах в пределах выемочного участка (Чоукш), определяется экспериментально. Тогда относительное метановыделение из разрабатываемого пласта согласно зависимости (1) можно представить так

Чпл = Чоч + qоукш, (13)

Используя изложенный аналитический подход, была разработана методика прогноза газовыделения из разрабатываемых угольных пластов Четвертого и Мощного Воркутского месторождения, базирующаяся на экспериментальных данных. В частности, начальное метановыделение иопл с поверхности пласта Четвертого и Мощного достигает 0,01 м3/минм2, газодинамический параметр Топл пласта Четвертого составляет 120 мин (при нагрузке на очистной забой 1500 т/сут), Мощного - 150 мин (нагрузка 2500т/сут). Активная метано-носность отбитого угля хактот. пласта Четвертого - 1,0, Мощного - 2,0 м3/т при указанных нагрузках; средневзвешенное, с учетом фракций по крупности, значение газодинамического параметра отбитого угля Тот пласта Четвертого - 430, Мощного - 330 мин. Относительное метановыделение из отбитого угля, находящегося на конвейерах в пределах выемочного участка, достигает 0,1 м3/т при указанных нагрузках.

Выполненные с помощью разработанной методики расчеты показывают, что относительное метановыделение из разрабатываемых пластов Четвертого и Мощного Воркутско-го месторождения, для условий их первичной отработки на глубине В00-1000 м с нагрузками на очистные забои не менее 1000 т/сут - по Четвертому и 2500 т/сут - по Мощному, не превысит 3,0-3,5 м3/т. При нагрузке на очистной забой пласта Четвертого до 3000 т/сут абсолютное метановыделение в забое не превысит 7,3 м3/мин. Такой уровень метанообильно-сти позволяет обеспечить безопасный газовый режим в лаве средствами вентиляции, при условии применения прямоточной с подсвежением схемы проветривания выемочного участка, а также дегазации под- и надрабатываемого угленосного массива.

Изложенный базирующийся на экспериментальных данных аналитический подход к оценке метановыделения из разрабатываемого пласта позволяет получать достоверную информацию и может быть использован для расчета параметров вентиляции шахт Воркуты. Отклонение расчетных величин от фактических не превышает обычно 10-15 %.

При подготовке статьи были использованы данные инж. С.П. Ганшевского (Печорниипроект), которому авторы выражают благодарность.

і— Коротко об авторах-------------------------------------------

Шувалов Ю.В. - профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт,

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

Булдакова Е.Г. - кандидат технических наук,

филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт».

-------4s

^--------

--------------------------- © Н.Н. Чаплыгин, В.С. Забурдяев,

И.А. Новикова, 2006

УДК 622.831.322

Н.Н. Чаплыгин, В.С. Забурдяев, И.А. Новикова

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МЕТАНОНОСНОМ УГОЛЬНОМ МАССИВЕ ВБЛИЗИ ПРИЗАБОЙНОГО ПРОСТРАНСТВА ЛАВЫ*

У| ктуальность работы вызвана тем, что применение в шахтах России высокопроизводительных очистных комплексов отечественного и иностранного производства позволяет существенно повысить объемы добываемого угля до