CC BY
21
- © И.В. Курта, Г.И. Коршунов,
И.А. Павлов, Е.П. Ютясв, 2012
УДК 622.411.332
И.В. Курта, Г.И. Коршунов, И.А. Павлов, Е.П. Ютяев
ЗАВИСИМОСТЬ МЕТАНООБИЛЬНОСТИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ЛАВ ОТ СКОРОСТИ ПОЛВИГАНИЯ ОЧИСТНОГО ЗАБОЯ (НА ПРИМЕРЕ ШАХТ ОАО «СУЭК-КУЗБАСС»)
Проанализировано фактическое метановыделение в очистной забой. Получены количественные зависимости для его оценки.
Ключевые слова: уголь, очистной забой, метан, метановыделение, газовый мониторинг.
Производственный опыт показывает, что интенсификация добычных работ предопределяет серьезные требования к управлению метановыделением на выемочных участках угольных шахт, так как способствует его росту. Многочисленные исследования, проведенные российскими и зарубежными учеными, показывают что, одним из основных источников ме-тановыделения в рабочее пространство лавы является разрабатываемый пласт. От того насколько верно определено метановыделение в призабойное пространство лавы, зависят выбор методов и средств управления метановыделени-ем на выемочном участке, правильность расчета количества воздуха, которое необходимо на него подавать и многое другое. Имеющиеся, на сегодняшний день, результаты исследований, отраслевые нормативные документы, регламентирующие решение вопросов управления метановыделением морально устарели, не соответствуют достигнутым нагрузкам и нуждаются в серьезной доработке и корректировке. Все это, наряду с разнообразием и изменчивостью горно-геологических условий залегания угольных пластов, определяет актуальность исследований направленных на 200
изучение и установление закономерностей протекания газодинамических процессов в выработках выемочного участка при интенсивной добыче угля.
Выполненные ранее исследования [1—5], свидетельствуют о том, что при среднесуточной добычи до 10000 т. для шахт Карагандинского, Кузнецкого и Печорского (Воркутское месторождение) бассейнов метановыделение в очистной забой может быть представлено в виде линейной или степенной зависимости от нагрузки с увеличением абсолютного значения с каждой новой тонной добываемого угля (табл. 1).
Эти закономерности легли в основу всех существующих методик расчета интенсивности метановыделения из разрабатываемого пласта. Однако, для большинства современных шахт нагрузка в 10 тыс.т. на сегодняшний день не является предельной, а в отдельных случаях она ниже среднесуточной добычи за все время работы лавы. В сложившейся ситуации данные зависимости требуют уточнения в соответствии с модернизированными условиями производства.
Для изучения особенностей мета-новыделения в высокопроизводительных очистных забоях и сопоставления достигнутых нагрузок фактическим
Таблица 1
Установленные закономерности метановыделення в очистную выработку по угольным бассейнам»
Нагрузка на очистной забой Угольный бассейн
Карагандинский Печерский (Воркут-ское месторождение) Кузнецкий
до 1300 т/сут до 10 000 т/сут > 10000 т/сут 1оч= Ь-^Д+1ф 1оч= ЬА+1ф 1оч= ЬД+ Нет данных 1ф
где Ь - коэффициент удельного газовыделения, м3/[мин-(т/сут)0,5|; 1- удельное метановыделение, характеризующие прирост объемов метана с каждой добытой тонны угля, м3-сут/(т-мин); 1ф-фоновое метановыделение в очистном забое до начала работы комбайна по добычи угля, м3/мин; 1о„- абсолютная метанообильность очистного забоя, м3/мин; я- относительная метанообильность очистного забоя, м3/т._
уровням метановыделения в очистной забой, а также оценки возможности описания, исследуемых процессов зависимостями:
1оч=АУ) и я=!(У),
где 1оч- абсолютная метанообильность очистного забоя (м3/мин); я- относительная метанообильность очистного забоя (м3/т); У-скорость подвигания очистного забоя (м/сут).
Были проведены наблюдения за источниками метановыделения и произведен анализ показаний систем аэрогазового контроля по шести лавам за все время отработки выемочных столбов. В качестве объектов наблюдений были выбраны высокопроизводительные лавы шахт «Им. С.М. Кирова», «Комсомолец», «Котинская», входящие в состав ОАО «СУЭК-Кузбасс» разрабатывающие угольные пласты в различных горно-геологических условиях с различными уровнями добычи.
Для примера на рис. 1 приведено графическое отображение результатов исследований, проведенных в лаве 2454 шахты «Им. С.М. Кирова», а также дано сопоставление фактических и прогнозных (согласно действующим нормативным документам [5]) значений абсолютной метанообильности.
Как видно из представленного графика, абсолютное метановыделе-ние в призабойное пространство лавы
(1оз) с увеличением скорости подвига-ния забоя увеличивается, причем темп нарастания с увеличением скорости подвигания снижается, о чем свидетельствует изменение относительной метанообильности очистной выработки (я). Также, отчетливо прослеживается несоответствие прогнозных значений абсолютной метанообильности очистной выработки (1оз.прог.) существующему положению дел (1оз.факт).
По итогам обработки результатов исследований были получены следующие зависимости:
• для определения абсолютной ме-танообильности очистной выработки (м3/мин):
1о.з.= 1шт ■ V а+ 1ф,
где 1ш1п- экспериментально определенная величина минимального мета-новыделения в очистную выработку (при А<1000 т/сут), м3/мин; V- скорость подвигания очистного забоя, м/сут; а- коэффициент, характеризующий уменьшение темпа изменения абсолютной метанообиль-ности очистной выработки с увеличением скорости подвигания очистного забоя;
• для определения относительной метанообильности очистной выработки (м3/т):
д = дтах / V в,
где яшах- экспериментально определенная максимальная относительная
1оз, мЗ мин
9.0
8,0 7.0 б;0 5.0 4,0 3:0 2,0 1,0 0.0
I
♦ * ♦
/ *_,
■ *
♦ „ *
V"" 1 0 3 11 ЮГ
/
1К
♦ \
♦
п
- - - > ж /
1, ♦
*— V
ц,мЗ/т
8
7
б
3 2 - 1 О
О 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19 20
V, м/сут
Рис. 1. Зависимость абсолютной (фактической и прогнозной) и относительной метанообильностей очистного забоя от скорости подвигания лавы 24—54 ш. «Им. С.М. Кирова»
Рис. 2. Общая зависимость абсолютной и относительной метанообильностей очистных забоев от скорости подвигания лав в условиях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» при суточных нагрузках от 1000 до 27000 т
Таблица 2
Показатели интенсивности метановыделення в очистных забоях шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс»
Шахта Лава Показатели метановылеления
Абсолютное 1о.з., м3/мин Относительное q, м3/т
1о.з.= Imin • V а + 1ф, q = qmax / V в
минимальное метановылеле-ние в очистную выработку Imin, м3/мин Показатель уменьшения темпа изменения, а Максимальная относительная метанообильность qmax, м3/т Показатель уменьшения темпа изменения, в
«Им. С.М. Кирова» 24-54 4,2 0,226 9 0,774
25-92 3,6 0,2248 6,5 0,775
«Котинская» 52-07 3,9 0,1931 4,19 0,807
52-08 3,8 0,3776 4,3 0,622
«Комсомолец» 17-30 4 0,2936 7,4 0,706
17-40 СП 4 0,1264 9,7 0,847
метанообильность очистной выработки, м3/т; V- скорость подвигания очистного забоя, м/сут; р- коэффициент, характеризующий уменьшение темпа изменения относительной метанообильности очистной выработки с увеличением скорости подвигания очистного забоя;
Данные коэффициенты определены для исследуемых шахт ОАО «СУЭК-Кузбасса» и сведены в табл. 2.
По итогам дальнейшей обработки фактических данных установлены обобщающие зависимости по исследуемым шахтам: 1о.з = 4,1839 ■ V0,2386 + 1ф
Я = 6,3643 / V0,77.
Графическое отображение результатов представлено на рис. 2.
В результате проведенных исследований установлено, что процессы мета-новыделения в призабойное пространство отдельных наиболее производительных лав шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс», протекающие во время очистной выемки угля с наибольшей достоверностью описываются степенными функциями в диапазоне нагрузок от 1000 до 27000 тонн/сут и характеризуются уменьшением темпа их изменения с увеличением скорости подвигания очистного забоя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забурдяев B.C. Метановыделение в очистных забоях при высоких нагрузках на лаву // ГИАБ. Тематическое приложение «Метан». — 2006. с. 191-205.
2. Саламатин А.Г. Управление газовыделением / А.Г Саламатин, B.C. Забурдяев // Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. — М.: Недра, 1997. — с. 20-33.
3. Управление газовыделением на угольных шахтах / С.Г. С.Г. Калиев, Е.И. Преоб-
раженский, В.А. Садчиков и др. — М.: Недра, 1980. 221 с.
4. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов / Под общ. ред. А.Д. Рубана, М.И. Щадова. — М.: Издательство «Горная книга», 2010. — 500 с. (БИБЛИОТЕКА ГОРНОГО ИНЖЕНЕРА).
5. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт — Министерство Угольной промышленности СССР, Макеевка: МакНИИ, 1989. ЕИЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Курта И.В. — аспирант, e-mail: [email protected],
Коршунов Г.И. — профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой «Безопасность производств», e-mail: [email protected],
Павлов И.А. — доцент, кандидат технических наук, e-mail: [email protected], Санкт-Петербургский государственный горный университет
Ютяев Е.П. — кандидат технических наук, генеральный директор, ОАО «СУЭК-Кузбасс».
