CC BY
27
УДК 622.831.322
ВЛИЯНИЕ УПРОЩЕНИЯ МЕТОДИКИ ТЕКУЩЕГО ПРОГНОЗА ВЫБРОСООПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ДОСТОВЕРНОСТЬ ПРОГНОЗА THE EFFECT OF SIMPLIFYING THE METHODOLOGY OF THE CURRENT FORECAST OF THE COAL COAL EJECTION HAZARD ON THE RELIABILITY OF THE FORECAST
А. В. Шадрин - доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр угля и углехимии Сибирского отделения Российской академии наук» (Институт угля ФИЦ УУХ СО РАН), 650000, Россия, г Кемерово, пр. Советский, 18
A. V. Shadrin - Doctor of Technical Sciences, Leading Researcher, Federal State Budgetary Scientific Institution "Federal Research Center for Coal and Coal Chemistry of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences" (FRC CCC SB RAS), 18, Sovet Avenue, Kemerovo, 650000, Russia
Рассмотрены два метода текущего прогноза выбросоопасности угольных пластов: по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи при бурении контрольных шпуров и его упрощенный вариант - по структуре пласта и начальной скорости газовыделения. Дана количественная оценка относительной погрешности определения области неопасных значений показателя выбросоопасности из-за упрощения методики текущего прогноза внезапных выбросов путем неучета выхода буровой мелочи. Отказ от измерения выхода буровой мелочи был обусловлен большой ошибкой измерения выхода буровой мелочи при ведении прогноза по увлажненному углю из-за налипания ее к буровой штанге. Показано, что эта погрешность составляет более 57% - для шахт Воркутинского месторождения, и более 27% - для остальных бассейнов и месторождений восточных районов России.
Two methods of the coal seam outburst hazard current forecast are considered: according to the initial gas emission rate and the output of drilling fines during the control holes drilling and its simplified version by the seam structure and the gas emission initial rate. A quantitative estimate of the relative error in determining the range of non-hazardous values of the emission factor due to the simplification of the sudden outbursts current forecast technique by not taking into account the output of the drilling fines. Refusal to measure the drilling chippings output was due to a large error in measuring the drilling chippings output while maintaining the forecast for moistened coal due to its adhesion to the drill rod. It is shown that this error is more than 57% for the Vorkuta mines, and more than 27% for the other basins and deposits in the eastern regions of Russia.
Ключевые слова: ПРОГНОЗ ВЫБРОСООПАСНОСТИ, НАЧАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ, ВЫХОД ШТЫБА
Key words: OUTBURST HAZARD FORECAST, INITIAL GAS EMISSION RATE, CHIPPINGS OUTPUT
Длительное время на шахтах Востока СССР в соответствии с нормативными документами применялся инструментальный ущего прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выхода буровой мелочи при бурении контрольных шпуров [1]. Из всех инструментальных методов он обеспечивал наиболее высокую достоверность прогноза.
Данный метод основан на измерении начальной скорости газовыделения и выхода штыба при поинтервальном (через
1 м) бурении шпуров по наиболее потенциально выбросоопасной пачке тектонически нарушенного угля мощностью 0.2м и более с каждого метра шпура по мере его углубки [1]. Измеряемые параметры контролируют основные факторы выбросоопасности. Установлено, что с достаточной степенью достоверности можно считать, что начальная скорость газовыделения характеризует газовый фактор выбросоопасности, а выход штыба - напряженное состояние пласта и остаточную прочность угля [2]. Здесь под газовым фактором понимается
If I
А. В. Шадрин [email protected]
31
совокупность параметров, определяющих процессы подготовки выброса и его протекание.
А именно: природная газоносность угля, давление свободного газа в трещинах и порах и газопроницаемость угля - параметры, определяющие вклад давления газа в механизм роста трещин и способность десорбированного в процессе волны дробления газа перемещать разрушенный уголь в процессе протекания выброса в выработку. Критерий выбросоопасности при текущем прогнозе этим методом для угольных шахт России, основанный на многолетней обработке экспериментальных данных, описывается следующим выражением [2]:
R = (S -L8)(i -a) - b = 0, (1)
v max ' x max ' 4 '
где S - максимальное значение выхода штыба,
max
л/м; i - максимальное значение начальной ско-
max
рости газовыделения, л/минм; а = 5- для Ворку-тинского месторождения; а = 4 - для остальных бассейнов и месторождений восточных районов; b = 21 - для Воркутинского месторождения; b = 6 - для остальных бассейнов и месторождений восточных районов.
Графически зависимость вида (1) при а = 4 и b = 6 показана на рис. 1.
Здесь Dj - площадь прямоугольника, ограниченного осью абсцисс и прямыми, проходящими параллельно осям координат и отсекающими на них значения: S =2,2 л/м, S =20,0 л/м, i =4
max max max
л/(минм); D2 - площадь фигуры, ограниченной кривой R и прямыми, проходящими параллельно осям координат и отсекающими на них значения:
S =2,2 л/м, i =4 л/(минм).
max max
Однако измерение выхода буровой мелочи при ведении прогноза по увлаженному углю осуществлялось иногда (вероятно, при халатном
отношении прогнозиста к замерам) с ошибкой из-за налипания ее к буровой штанге. Поэтому от данного метода отказались и перешли к гораздо более простому и менее продолжительному, но недостоверному методу - по структуре пласта и начальной скорости газовыделения [3]. При этом методе критерий выбросоопасности свелся к условию: при наличии пачки непрочного угля мощностью более 0,2м и при величине i > 4 л/минм зона пласта считается выбросо-
max
опасной. Такое упрощение методики прогноза привело к тому, что отдельные зоны пласта, не являющиеся выбросоопасными (показатель R < 0, но i >4л/минм), стали относить к выбросоо-
max
пасным. Покажем, как вследствие этого сократилась область определения «неопасно» на плоскости параметров (imax; Smax), характеризующих выбросоопасность.
При диаметре резца буровой штанги 42 мм и коэффициенте разрыхления угля 8=1,3 минимальное значение проектного выхода штыба с одного погонного метра шпура S =1,8 л/м
1 1 пр,тт
[2]. За счет перекоса резца в забое шпура и неровностей его стенок эта величина может быть увеличена еще на 20 % [2] и составит примерно 2,2 л/м. Таким образом, эта величина является минимально возможным значением параметра Smax при расчете критерия выбросоопасности без учета влияния газа на выход штыба и горного давления. Обозначим ее S .
пр,тах
За счет влияния давления газа и особенно горного давления, а также снижения прочности угля параметр Smax может существенно превышать значение S и достигать величины 100
пр,тах
л/м [2]. Однако, как видно из рис. 1, кривая R с ростом Smax асимптотически приближается к
Smax, л/м
Рисунок 1 - График зависимости показателя выбросоопасности R=0 от начальной скорости газовыделения imax и выхода
бурового штыба при а = 4 и b = 6 Figure 1 - Graph of dependence of the emission factor R = 0 on the initial gas release rate i and the yield of the S drill bit at a = 4
& Г r & max ' max
and b = 6
прямой / =4 л/(минм). Поэтому изменением
1 тах * ' '
площади при значениях Smx >20,0 л/м можно пренебречь.
Из (1) имеем:
ь
+ а.
равна:
Д=
о2
27,05 _
27,54%.
1тах 5тах-1.В 1 "" (2)
Тогда область неопасных значений показателя R лежит ниже кривой R=0 при изменении величины Smax в пределах (2,2-20,0) л/м, и ее площадь равна D1+DT
г20.0 . i
max dSmax.
(3)
4 и b
Подставив (2) в (3), для варианта а = 6 получим Б1 + D2 = 98,26л2/(минм2).
Очевидно, что В1 = (20,0-2,2)4 = 71,2 л2/ (мин м2). Тогда Б2 = Ф1 + D) - D1 = 27,05 л2/(минм2).
При переходе от методики текущего прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выходу бурового штыба при бурении контрольных шпуров к методике по структуре пласта и начальной скорости газовыделения из контрольного шпура из области неопасных значений показателя выбросоопасности была исключена площадь Б2. Относительная величина этого «упрощения методики прогноза» А
Дт+02 98.26 ' (4)
После проведения аналогичных расчетов для условий Воркутинского месторождения при а = 5 и Ь = 21 оказалось, что относительная погрешность определения области неопасных значений показателя выбросоопасности из-за упрощения методики прогноза составила АВ = 57,92%.
Выполненный анализ показал, что упрощение методики текущего прогноза выбросоопасности за счет неучета фактора напряженного состояния и прочности угля, контролируемых выходом буровой мелочи, приводит к относительной погрешности определения области неопасных значений показателя выбросоопасности на шахтах восточных районов России в интервале 30-60 %. Это явилось одним из оснований того, что метод текущего прогноза выбросоопас-ности угольных пластов по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи из скважины вновь включен во вступающую в силу в 2017 г. «Инструкцию по прогнозу динамических явлений...» [4].
Светлой памяти автора метода текущего прогноза выбросоопасности по начальной скорости газовыделения и выходу буровой мелочи при бурении контрольных шпуров д.т.н. профессора Владимира Николаевича Пузырева данная работа
посвящается.
Автор благодарен д.т.н. Н.В. Черданцеву за ценные замечания, сделанные при обсуждении рукописи
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. - М.: ИГД им. А.А. Скочинского. 1989. - 191 с.
2. Чернов О.И. Прогноз внезапных выбросов угля и газа / О.И. Чернов, В.Н. Пузырев. М.: «Недра», 1979. - 296 с.
3. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа (РД 05-350-00). Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах (Сборник документов). - М.: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгор-технадзора России, 2000. - С. 120-303.
4. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по прогнозу динамических явлений и мониторингу массива горных пород при отработке угольных месторождений». Утверждены приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 15.08.2016 г. №339. - 129 с.
REFERENCES
1. Instrukciya po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na plastakh, sklonnykh k vnezapnym vybrosam uglya, porody i gaza [Instructions for the safe management of mining operations on the seams prone to sudden outbursts of coal, rock and gas]. (1989). Moscow: Skochinsky IGD [in Russian].
2. Chernov, O.I., & Puzyrev, V.N. (1979). Prognoz vnezapnykh vybrosov uglia i gaza [Sudden coal and gas outbursts forecast]. Moscow: Nedra [in Russian].
3. Instrukciya po bezopasnomu vedeniyu gornykh rabot na plastakh, opasnykh po vnezapnym vybrosam uglya (porody) i gaza (RD 05-350-00). Preduprezhdenie gazodinamicheskikh yavlenij v ugolnykh shahtakh (Sbornik dokumentov) [Instructions for the safe management of mining operations on seams dangerous for sudden outbursts of coal (rock) and gas (RD 05-350-00). Prevention of gas dynamic phenomena in coal mines (Collection of Documents) 2000]. (2000). Moscow: Gosudarstvennoe predpriyatie NTCpo bezopasnosti vpromyshlennosti Gosgortekhnadzora Rossii - The State Enterprize ScTC for industrial safety of Gosgortekhnadzor, Russia [in Russian].
4. Federalnye normy i pravila v oblasti promyshlennoj bezopasnosti «Instrukciya po prognozu dinamicheskikh yavlenij i monitoringu massiva gornykh porod pri otrabotke ugolnykh mestorozhdenij» [Federal norms and regulations in the field of industrial safety "Instruction for the forecast of dynamic phenomena and monitoring of the rock massif during the coal deposits mining"]. Approved by the order of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision of August 15, 2016 No. 339 [in Russian].
33
