РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МЕТАНОБЕЗОПАСНОСТИ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ  ДОБЫЧИ УГЛЯ

 

Таттимбеков Е.А.- магистрант

Садыков А.С.- магистрант

Орлов В.В.- магистрант

Аринов А.К.- магистрант

 

Аннотация: В данной работе мы рассмотрели различные проявления метановыделения. Важнейшим фактором работы было предоставить обеспечение безопасности работ по газовому фактору, главной целью работы являлось обеспечить  безопасность рабочих в угольной промышленности.

 

Ключевые слова: Метаноносность, дегазация, газ,  угольный пласт, уголь.

 

Основная часть

Обеспечение безопасности работ по газовому фактору осуществляется на основе прогноза газообильности горных выработок вентиляционных возможностей и эффективности применяемых способов дегазации.

При отработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков без подсвежения относительное метановыделение из разрабатываемого пласта [1] определяется по формуле:

qпл  = Кпл (х – х1) + Кэп( х – хо )                                            (1)

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков без подсвежения относительное ме-тановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле:

qпл  = Кпл (х – х1) + Кэп ( х – хо )                                   (2)

где Кпл - коэффициент, учитывающий влияние параметров системы разработки на метановыделение из пласта;

х - природная метаноносность пласта, м3/т;

х1 -остаточная метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, м3/т;

Кэп - коэффициент, учитывающий метановыделение из оставляемых в выработанном пространстве целиков и невынимаемых пачек угля в пределах выемочного участка;

хо - остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и т.д.; если ххо, то qпл = 0.

Коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта, вычисляется для каждого выемочного столба или подэтажа.

Кпл =                                                      (3)

где  -  длина очистного забоя, м;

* - ширина условного пояса газового дренирования угольного массива через поверхности обнажения пласта в подготовительных выработках, м.

В формуле (3) знак (+) принимается при сплошной системе разработки, а также при системе разработки парными штреками (прямой ход), а знак (-) – при столбовой системе разработки. При сплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана, а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходится вслед за лавой.

Ширина условного пояса газового дренирования угольного массива  определяется в зависимости от времени с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки и от выхода летучих веществ (%) по таблице 1.

Коэффициент Кэп, учитывающий метановыделение из оставленных в выработанном пространстве целиков и невынимаемых пачек угля, определяется по формуле:

                              Кэп =                                      (4)

Таблица 1 - Значения  ширины условного пояса газового дренирования пласта

Выход

летучих

веществ,

%

Значения  в зависимости от времени с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки, сут.

50

100

150

200 и более

до 8

8 –12

12 – 18

18 – 26

26 – 35

35 и более

5,5

7,5

10,0

12,5

10,0

7,5

7,0

10,0

12,5

16,0

12,5

10,0

7,5

10,5

13,5

17,5

13,5

10,5

8,0

11,0

14,0

18,0

14,0

11,0

Примечание: При метаноносности пластов менее 15 м3/т значение  уменьшается в два раза

 

При вц ≤ вз.д первое слагаемое формулы (4) следует принимать равным нулю.

Величина остаточной метаноносности угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, определяется по формуле:

                                       х1 = х( 1 – )К                                                        (5)

         где n1 – показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя, степени метаморфизма угля;

         К – коэффициент, учитывающий долю газа, оставшегося в отбитом угле;

Значения n1 определяются  по формуле:

n1 = 0,251Vоч[ 0.002(27 – Vdaf)2 + 1 ]                                    (6)

где 0,251 – эмпирический коэффициент;

Vоч – скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

Vdaf – выход летучих веществ, %.

Коэффициент К определяется по формуле:

К = 1 – Кту                                                                (7)

Скорость подвигания очистного забоя определяется по формуле:

Vоч =                                                 (8)

где Аоч –  среднесуточная добыча из очистной выработки, т/сут;

mв.пр – вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

* - средняя плотность горной массы, т/м3;

Кu – коэффициент извлечения угля, доли ед.; принимается согласно проекту.

Величина остаточной метаноносности угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках пласта, определяется по формуле:

                                       хо = 0,01хо.г( 100-W-Аз)                                       (9)

         где хо.г – остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м. (см. таблицу 2);

         W – природная влажность угля, %;

         Аз – зольность угля, %.

Таблица 2 - Остаточная метаноносность сухой беззольной массы угля

 

Бассейн

Значения Хо.г, с.б.м., при выходе летучих веществ, %

12 - 18

18 - 26

26 - 35

35 - 42

42 - 50

Карагандинский

7 - 6

6 - 5

5 - 4

4 - 3

3 - 2

 

В формуле (6) Кту – коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля на конвейере в пределах участка,[2]определяется по формуле:

                                       Кту= 2т                                            (10)

         где 2 –  коэффициент, характеризующий газоотдачу из отбитого угля

         Тт – время транспортирования угля с момента отторжения его от массива до выдачи за пределы участка, мин; рассчитывается по формуле:

                                       Тт=                                               (11)

         где nl - число участков длиной lTi c различной скоростью движения угля;

         lTi - протяженность выработок с -м видом транспорта, м;

         VTi – скорость транспортирования угля на участке , м/с.

При выемке мощных пластов с разделением на слои относительная метанообильность выемочного участка, обусловленная метановыделением из разрабатываемого пласта, определяется по формулам:

- для первого слоя

              qпл1=Кпл1 (хв.сл-х1в.сл)+Кэп (хв.сл-хов.сл)+(хн.сл-хос) Кпл2                     (12)

- для второго слоя

                            qпл2=Кпл2(хос-х1н.сл)+Кэп(хос-хон.сл)                                  (13)

         где Кпл1, Кпл2 – коэффициенты, учитывающие влияние системы разработки на метановыделение из пласта соответственно первого и  второго слоев;

         mn2, mв1 – полная и вынимаемая мощность угольных пачек соответственно второго и первого слоев, м;

         хос – остаточная метаноносность временно невынимаемого угольного массива (второго слоя), м3/т; если хос  хон.сл, то qпл2 = 0;

         где Кпл1, Кпл2 – коэффициенты, учитывающие влияние системы разработки на метановыделение из пласта соответственно первого и  второго слоев;

         mn2, mв1 – полная и вынимаемая мощность угольных пачек соответственно второго и первого слоев, м;

         хос – остаточная метаноносность временно невынимаемого угольного массива (второго слоя), м3/т; если хосхон.сл, то qпл2=0.

При выемке второго слоя после отработки первого принимается Кпл2 = 0,95. рассчитывается по формуле:

                            хос=0,42(1+е-0,03Тн)(1-0,02хг) хн.сл                          (14)

         где Тн – время, прошедшее с момента надработки нижнего слоя до начала ведения очистных работ, сут;

         хг – природная метаноносность пласта, м3/т.

При схемах проветривания выемочных участков с обособленным разбавлением метана по источникам его выделения относительное метановыделение из пласта, вынимаемого в два и более слоев, определяется по формулам:

- для первого слоя

                  qпл1=qо.пл1+qоу1+Кэ(хв.сл-хов.сл)+(хн.сл-хос)Кпл2                                       (15)

- для второго слоя

                             qпл2=qо.пл2+qоу2+Кэп (хос-хон.сл)                             (16)

Значения величин qо.пл1, qо.пл2, qоу1, qоу2 рассчитываются по формулам (13-15), где вместо х, Кпл, К`ту, К``ту подставляются соответствующие значения для первого и второго слоев.

Метановыделение из подрабатываемых и надрабатываемых пластов

Относительное метановыделение из сближенных пластов [3] (спутников) определяется по формуле:

                              qс=qс.п+ qс.н                                       (17)

         где qс.п - относительное метановыделение из отдельного подрабатываемого пласта (спутника), м3/т;

         qс.н- относительное метановыделение из отдельного надрабатываемого пласта (спутника), м3/т;

Относительное метановыделение как из подрабатываемого, так и надрабатываемого пласта (спутника) определяется по формуле:

                    qс=(х- хос) Кх                                             (18)

         где m- полная суммарная мощность угольных пачек отдельного (-го) пласта (спутника), м;

                  хос - остаточная метаноносность пласта (спутника) при условии удаления его от разрабатываемого пласта (Mi), равным нулю, м3/т; для подрабатываемых пластов определяется по формуле (9);

         Кх – коэффициент, учитывающий величину относительного объема метана, выделившегося из пластов (спутников);

Коэффициент Кх определяется по формулам:

                              Кх=ехр[-0,086()                                    (19)

         при  Мi 10 м

                              Кх=0,4+0,6е-0,022М                                             (20)

при Мi > 10 м

                             Кх=0,466е-0,0551(М-10)                                                                          (21)

         где Мi – расстояние по нормали между разрабатываемым и смежными пластами, м.

Ближайшего рабочий пласт на глубине залегания спутника с введением поправки на зольность и влажность пласта (спутника) в соответствии с формулой:

                    хi=х                                                       (22)

         где Аз.с, Wc – соответственно зольность и природная влажность пласта (спутника), %.

Метановыделение из вмещающих пород

Относительное метановыделение из вмещающих пород определяется[4] по формуле:

qпор=Кпqпл                                                 (23)

Коэффициент Кп принимается равным:

- до глубины разработки 500 м от поверхности приV> 20 % и при обрушении кровли – 0,15; полной закладке –0,06; при V 20% Кп = 0.

Газообильность лавы с учётом дегазации

Газообильность лавы (qр) с учетом применяемых способов дегазации определится по формуле:

                              (24)

         где Кд.пл - коэффициент дегазации пласта;

         Кст.в. - коэффициент, учитывающий газовыделение из старых выработок;

Заключение

В данной работе исследовали метановыделение из разрабатываемого пласта для безопасности работ по газовому фактору, метановыделение из подрабатываемых и надрабатываемых пластов для определения относительного объема метана, метановыделение из подрабатываемых и надрабатываемых пластов, газообильность лавы с учётом дегазации.

 

Список использованной литературы

1. Малышев Ю.М., Трубецкой К.Н., Айруни А.Т. Фундаментальные и прикладные методы решения проблемы метана угольных пластов. – М.: Изд. Акад. Горных наук, 2000, - 519 с.

2. Васючков Ю.Ф. Оценка связанного метана в ископаемом угле. – В кн.: Горный информационно-аналитический бюллетень. – М.: МГГУ, ИАЦ ГН, 2002, С. 136-137.

3. Методическое пособие по инженерно-геологическому состоянию горных пород. Том 1 М.: Из-во МГУ. 1968. с.357.

4. Опыт дегазации угольных пластов и использование каптированного газа метана для выработки для тепловой и энергетической энергии / А.В. Ремезов, С.И. Хлудов//Вестник КузГТУ.-2007 – № 3(61).