CC BY
33
-------------------------------- © В.К. Ушаков, А.Э. Филин,
А.Ю. Черненко, В.В. Скатов,
A.А. Эннс, Н.С. Еремин,
B.М. Тупицын, 2004
УДК 622.411.33:533.17
В.К. Ушаков, А.Э. Филин, А.Ю. Черненко, В.В. Скатов, A.A. Эннс, Н. С. Еремин, В.М. Тупицын
РЕЗУЛЬТАТЫ ШАХТНЫХ ИСПЫТАНИЙ УСТАНОВКИ «ПУЛЬСАТОР П1» НА ШАХТЕ «ВОРКУТИНСКАЯ»
ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»
~П 2002 г. были проведены испытания
-Я-9 на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь» установки «пульсатор П1» (в дальнейшем пульсатор). Перед этими испытаниями установка прошла заводские испытания, где показала свою работоспособность и эффективность. В процессе заводских испытаний пульсатор был окончательно доработан для эксплуатации в горных выработках.
Местом шахтных испытаний был выбран конвейерный бремсберг 432-ю «бис» пласта «Четвертый», в котором систематически наблюдались местные скопления метана в зоне работ по подрывке почвы на протяжении около 100 м от сопряжения с лавой. Среди стандартных мест, где наблюдались эти скопления, были выделены следующие: в промежутках между арочной крепью, которая на высоту до 0,8 м в зоне подрывки была временно засыпана породой, и золоблочной стенкой (поз. III рис. 1) со стороны выработанного пространства (поз. I рис. 1); в кровле горной выработки, т.е. в пустотах и вывалах обрушившейся кровли, имеющей пористую структуру и фильтрационные свойства (поз. II рис. 1). Золоблочная стенка представляет собой выложенная из шлакоблоков полоса высотой, соответствующей высоте вынимаемого добычным комплексом угольного пласта с присекаемыми породами. Эта полоса укладывается на сопряжении горной выработки с выработанным пространством и выполняет функции целика, по принципу бутовых костров или полос. Кроме прочих функций, это технологическое решение позволяет рассредоточить вдоль золоблочной стены выделение метана из призабойной зоны выработанного пространства в горную выработку в пиковые
Семинар № 5
моменты, когда добычной комплекс работает с полной нагрузкой.
Пульсатор был установлен в конвейерном бремсберге 432-ю «бис» в 100 м выше от сопряжения лавы (рис. 2). Пикеты для замеров, их было три, располагались по- и против движения воздуха: соответственно один из них ниже пульсатора (ПК1-50 м от установки); и выше пульсатора (ПК2-60 м от установки и ПК3-160 м от установки). Каждый из пикетов при проведении эксперимента имел замерные точки в устойчивых формациях местного скопления и позволил получить достоверную первичную информацию о влиянии на них режима пульсирующей вентиляции.
Эксперимент включал в себя две группы измерений - при частоте импульсов 12 Гц и 7 Гц. При частоте 12 Гц импульсы производились по - и против движения воздуха в выработке, а при частоте 7 Гц только в том же направлении, что и движение воздуха в выработке. Данные, которые были получены при проведении шахтных испытаний, позволили подтвердить эффективность пульсирующего режима вентиляции, которая создавалась пульсатором П1. Кроме того, полученные данные имели сходный с испытаниями предыдущей
Рис. 1
модели пульсатора характер разрушения скоплений метана в горной выработке.
В процессе обработки результатов замеров был получен ряд показателей, подтверждающих высокую эффективность при борьбе со скоплениями метана пульсирующего режима проветривания, создаваемого установкой. Это хорошо видно по значениям относительных изменений концентраций метана С/С0: где С -значения концентраций метана в некоторый момент времени работы пульсатора П1; С0 -первоначальное значение концентрации, измеряемое в момент пуска установки. Эти кривые (рис 3) показывают характер изменений концентраций метана в пикетах, где делались замеры. Во всех пикетах наблюдается снижение концентрации метана через некоторый, довольно небольшой, промежуток времени. Как это видно из рис. 3, на ПК1 время наступления нового стабильного состояния газовой ситуа-
Рис. 2. Схема расположения пульсатора и пикетов на исходящей лавы 432-ю «бис» пласта Четвертого
ции в горной выработке составляет 8 минут, при этом процесс снижения начинается практически с момента пуска установки. На ПК2 новое состояние газовой ситуации наступает несколько позже, через 14 минут, кроме того, процесс снижения имеет более медленный, но тем не менее стабильный характер. ПКЗ имеет общее время стабилизации метановой обстановки с ПК1 и не столь явный, как в ПК2, на первых минутах характер изменений.
Из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы:
• все кривые имеют четкую тенденцию к снижению до определенного (порогового) для каждого пикета, значения (точнее - места отбора проб) - новой газовой обстановки в горной выработке, которая может поддерживаться при периодической или постоянной (при необходимости) работе пульсатора;
• время перехода од одной газовой ситуации к другой, вызванной работой пульсатора П1, составляет 8-14 минут на расстоянии до 100 м от установки при проведении данного эксперимента. Это время можно считать временем эффективного воздействия на скопления метана в горной выработке, которое является необходимым временем работы установки для достижения необходимого эффекта воздействия на газовую обстановку в горной выработке;
• время разрушения скопления метана зависит от его типа, интенсивности газовыде-ления и ряда горно-геологических и технологических параметров конкретного места ведения горных работ, которые влияют на «живучесть» этого самого скопления метана. Кроме того, время разрушения скопления метана зависит и от расстояния от работающей установки, но об этом несколько позже;
• вышеизложенные выводы отражают скорее качественную сторону работы
установки, поэтому возникает необходимость оценить работу пульсатора и с точки зрения некоторых количественных параметров. Наиболее показательными, по мнению разработчиков, являются следующие: конечная степень снижения концентрации К; степень снижения перемешивающей способности пульсирующей вентиляции для данного типа установки.
На рис. 4 представлена кривая зависимости коэффициента К от расстояния от пульсатора. Эта характеристика является отношением концентрации метана конечного значения к начальному значению концентрации метана в замерных Сплошная линия на гра-
фике - результат, полученный на основе данных измерений в замерных пикетах (Кф). Пунктиром обозначена линия прогноза - результат, полученный методом интерполяции.
Эта кривая дает представление о дальности действия пульсатора. Как видно по графику, дальность распространения пульсирующего режима при работе пульсатора П1 достигает 300 м, что в который раз подтверждает и предварительные теоретические обоснования этого параметра, и практические результаты прежних испытаний других моделей пульсаторов.
Рис. 5 позволяет оценить перемешивающую способность пульсирующей вентиляции
Рис. 3. Кривые относительных изменений концентраций метана с при частоте вращения барабана 5,6 об/сек
Рис 4. Конечная (при 1=^) степень снижения концентрации К=Скон/Снач
Рис.5. Степень снижения перемешивающей способности пульсирующей вентиляции по длине выработки П
П для данного типа установки на
различном расстоянии от установки. Этот показатель получен из соотношения
П=ПІ /По
где П = (<ІС /<ІЇ )ь т.е. средняя в диапазоне ґ = 041 скорость падения концентрации метана; П0 - ((іс/(Й)о, т.е. то же, но для ПК1 (50 м от пульсатора).
Так как для получения этой кривой использовались только результаты экспериментальных замеров, то на графике обозначены значения для интервала дальности от 40 до 160 м от пульсатора. Этот показатель наглядно отражает степень разрушения скоплений метана в каждой точке горной выработки в пределах указанного диапазона расстояния от пульсатора.
Эти характеристики позволяют утверждать следующее:
• рабочий радиус действия пульсатора П1 составляет 250-300 м, что позволяет решать проблемы управления газовой обстановкой в горной выработке на значительной площади;
• перемешивающая способность установки на расстоянии до 100-120 м от пульсатора падает менее, чем на 50 %, а на 160 метрах от пульсатора до 70 %, т.е. эта характеристика позволяет прогнозировать эффективность разрушения скоплений метана на некотором расстоянии от пульсатора или, соответственно, размещать установку в оптимальной точке горной выработки для решения конкретных задач метанобезопасности;
• максимальная степень разрушения скоплений метана наблюдается на расстоянии
40-50 м от пульсатора, следовательно, можно говорить, что зона наивысшей эффективности разрушения имеет протяженность около 100 м. В этой зоне воздействие установки на газовую ситуацию в выработке будет ограничено всего несколькими минутами и с высокой степенью надежности;
• скопления метана на исходящей добычного участка наиболее интенсивно проявляются на участке до 100-150 м, т.е. на расстоянии соизмеримом с расстоянием максимального воздействия пульсатора. Следовательно, можно говорить, что задача обеспечения метанобезопасности в этом аспекте решаема и с точки зрения предлагаемого метода борьбы и с точки зрения испытываемого средства борьбы со скоплениями метана.
Если говорить о других областях применения установки в шахте, то следует отметить следующее: вне добычных участков в горных выработках крайне редко сталкиваются с источниками интенсивного выделения метана, имеющих значительную протяженность. Это, как правило, зоны газовыделения, имеющие размеры до нескольких десятков метров. Сами же скопления метана от таких источников формируются на значительном расстоянии от них - до сотен метров. В этом случае энергии пульсатора достаточно для воздействия на скопления метана, где ограничена их подпитка, т.е. на расстоянии до 500 м. Эффективность установки на данном участке будет обусловлена тем, что перемешивающая способность и скорость разрушения на некотором удалении от пульсатора не столь высока, как в месте его размещения. Следовательно, работы одной установки достаточно для поддержания стабильного и безопасного состояния в этой зоне.
Проведенные испытания позволили вскрыть и иные проблемы. Например, не всегда необходимо воздействовать на протяженные зоны скопления метана. Если данная ситуация ограничена зоной в 50-100 м, то из этого следует, что более рационально было бы применять пульсаторы меньшего размера и с необходимым радиусом эффективного воздействия. Эта проблема является скорее технической, нежели научной, поэтому творческий коллектив принял к рассмотрению в дальнейшем и это направление в концепции развития пульсирующей вентиляции. Эти предложения поступили в процессе шахтных испытаний пульсатора П1 и от представителей шахты и объединения ОАО «Воркутауголь»,
подтверждая планы деятельности творческого коллектива в этом вопросе в ближайшей перспективе.
Поскольку в ближайшее время на вооружение шахт могут поступить установки пульсирующей вентиляции для их внедрения и эксплуатации, то возникает необходимость в нормативном обеспечении и сопровождении данного типа установок, с целью подготовить персонал шахт для штатной работы с безопасным и эффективным результатом.
Кроме вышесказанного следует обозначить следующее: при проведении испытаний подтвердился факт воздействия пульсирующего режима вентиляции на выработанное пространство. Данное явление наблюдается не впервые и, учитывая результаты полученных данных, творческим коллективом уже ведутся научные изыскания и в этом направлении.
Представленные результаты исследований позволяют сделать следующие выводы:
1. результаты многолетних испытаний всех средств пульсирующей вентиляции, включая последний образец - пульсатор П1, убедительно подтверждают на практике теоретическое обоснование эффективного и надежного метода пульсирующей вентиляции, как средства разрушения фактически любого вида скоплений метана в горных выработках;
2. проведенные стендовые и шахтные испытания и положительные результаты, полученные при их проведении, говорят о необходимости перехода к этапу внедрения последней модели средства пульсирующей вентиляции - пульсатора П1, как надежной и работоспособной установки;
3. предстоящая эксплуатация установки требует разработки нормативных документов для отраслевого применения - инструкций по применению пульсирующей вентиляции, руководств по применению пульсирующей вентиляции в условиях конкретного угольного бассейна и т.п.;
4. работы по развитию пульсирующей вентиляции в ближайшее время следует вести и в плоскости разработки средств создания пульсирующей вентиляции, т.е. создание новых видов установок и их различных типоразмеров;
5. большое значение в области обеспечения метанобезопасности горных предприятий может иметь изучение влияния пульсирующей вентиляции на выработанное пространство.
— Коротко об авторок ------------------------------------------------------------------------
Ушаков В.К. - профессор, доктор технических наук, Московский государственный горный университет. Филин А.Э. - доцент, кандидат технических наук, Московский государственный горный университет. Черненко А.Ю. - аспирант, Московский государственный горный университет.
Скатов В.В. - ОАО «Воркутауголь».
Эннс A.A. - ПечерНИИпроект.
Еремин Н.С., Тупицын В.М. - шахта «Воркутинская».
--------------------------------------- © О. В. Тайлаков, А. И. Смыслов,
Е.А. Уткаев, 2004
УДК 622.278
О.В. Тайлаков, А.И. Смыслов, Е.А. Уткаев
ОЦЕНКА ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ГИДРОИСПЫТАНИЙ
Семинар № 5
Достоверная оценка фильтрационных свойств угольных пластов имеет существенное значение для совершенствования систем дегазации угольных пластов при добыче угля, а также для промышленного извлечения метана угольных пластов. При этом развитие современной измерительной техники и появление быстродействующих регистрирующих систем позволяет перейти от методов определения проницаемости угольных пластов [1], основанных на пассивном воздействии на систему «угольный пласт - метан» и регистрации ее отклика, к методам оценки последствий активного воздействия на угольный пласт при проведении гидроиспытаний.
В таблице дана классификация известных методов оценки фильтрационных свойств угольных пластов на основе [1, 2]. Сопоставительный анализ показывает, что время проведения тестов традиционными методами составляет 2,6x105 - 1,73x107 сек., а при гидроиспытаниях - 1,7x105 - 3,4x10 5 сек.
В Институте угля и углехимии СО РАН освоена методика [2] проведения наливного и инжекционного тестов на основе современного информационно-аналитического компле-кса,
включающего электронные манометры Ка81ег, М-Бйи и программное обеспечение Ееке1е (США).
