книги / Рудничная аэрология

в выработки разрабатываемого пласта. При одновременной отра­ ботке сближенных пластов такого концентрированного газовыделения на какой-либо из них, естественно, не происходит.

Системы разработки определяют схемы вентиляции, а также газовый баланс участков и шахты.

Системы разработки с широкой сетью подготовительных вы­ работок способствуют абсолютному и относительному увеличению газовыделения из последних и уменьшению газовыделения из очистных выработок. Так, в Донбассе при относительно небольшой протяженности подготовительных выработок газовыделение из них составляет 10—15% общешахтного. В Кузнецком и Караган­ динском бассейнах, где протяженность подготовительных выра­ боток велика, газовыделение из них достигает 50—60%.

Специальное проветривание выработанного пространства при­ меняется на добычных участках с целью предупреждения посту­

содержанием газа в выработанном пространстве.

Специальное проветривание выработанных пространств воз­ можно при управлении кровлей закладкой. В этом случае в выра­ ботанном пространстве выкладывают специальные каналы (про­ дольные или продольные и поперечные), по которым происходит усиленное Движение воздуха в направлении от лавы к вентиля­ ционному штреку или с откаточного штрека на вентиляционный и соответствующий вынос газа.

Следует иметь в виду, что при этом способе количество воздуха в очистном забое может существенно уменьшиться вследствие увеличения утечек через выработанное пространство.

Дегазация применяется для уменьшения количества посту­ пающего в действующие выработки газа. Методы дегазации рас­ смотрены в § 14.

§ 35. ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК

Особенность газовой динамики тупиковых выработок опре­ деляется Двумя факторами: действием в призабойной части вы­ работки свободной воздушной струи и периодичностью газовыделе­ ния. При взрывных работах в выработки быстро поступают газы, образующиеся при взрыве ВВ, а также газы, выделяющиеся из разрушаемого массива. Образовавшееся газовое облако под дей­ ствием диффузионных процессов начинает рассеиваться, пере­ мещаясь вдоль Выработки.

Вследствие ограниченности количества выделившихся при взрыве ВВ газов содержание их как в месте газовыделения (забое), так и в Движущемся газовом облаке непрерывно снижается до первоначальной величины (рис. 146). Следовательно, в этом случае процесс ДНффуаии является существенно н е с т а ц и о н а р ­ ны м .

Рис. 146. Изменение содержания метана после взрывных работ в забое тупиковой выработки

Рис. 147. Распространение газо­ вого облака в тупиковой выра­ ботке при нагнетательном спо­ собе вентиляции

На рис. 147 изображена деформация газового облака при его движении вдоль выработки и изменение содержания газа в облаке

вслучае нагнетательной вентиляции.

Впервый момент t0 после взрыва облако заполняет выработку на расстоянии 10 от забоя; содержание газа во всем объеме облака примерно постоянно. В дальнейшем вследствие подачи свежего воздуха в забой по трубопроводу газ начинает распространяться вдоль выработки в основном под действием конвективного пере­ носа. При этом в результате неравномерного распределения скоростей движения воздуха в сечении (центральные части потока

перемещаются быстрее) газовое облако растягивается (10 <ЗЛ <3

поскольку свежий воздух подается в призабойную часть, газ из нее через некоторое время t ^ tn полностью выдувается и содержа­ ние его в забое становится равным нулю. С этого момента облако отрывается от забоя и начинает двигаться вдоль выработки (поло­ жение облака в моменты tnJ tn+1).

Растяжение облака при постоянном количестве газа в нем приводит к снижению содержания газа. В результате на некотором расстоянии от забоя LKp даже максимальное содержание газа

Так как сумма поступившего в зону смешения и вынесенного из нее газа равна нулю (dq1 + dq2 = 0), то

QkTcdt = — V de.

Интегрируя это выражение от с0 до с и от 0 до t, получим

(XIV.51)

где с0 — начальное содержание газа в призабойной фоне. Формула (XIV.51) определяет количество воздуха Ç, которое

необходимо подавать в забой, чтобы за время t содержание газа

в забое снизилось от с0 до с.

Коэффициент кт зависит от расстояния конца трубопровода до забоя и от диаметра трубопровода, изменяясь от 0,3 до 0,9. Начальное содержание газа, образующегося при взрыве ВВ, равно

Со = 4 ^ ’ (XTV.52)

где А — расход ВВ за одно взрывание, кг; b —[объем газов, обра» зующихся при взрывании 1 кг ВВ, м3.

§ 86. ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА КАМЕР

Особенность газовой динамики камер определяется действием в них свободных струй (рис. 149). Газ выносится из камеры ядром постоянной массы АВССф^А^ Для эффективной вентиляции

Рис. 149. Схема проветрива­ ния камеры свободной струей

камеры необходима достаточная скорость воздуха в ядре постоян­ ной массы, что обеспечивается при достаточном расходе воздуха Q через камеру и при не слишком большой ее длине. В камерах большой длины и значительных поперечных размеров увеличение сечения ядра постоянной массы может привести к снижению скорости движения воздуха до величины, не обеспечивающей эффективного выноса газа.

Для усиленной вентиляции камер необходимо также, чтобы степень турбулентности свободной струи была достаточно высо-

кой, поскольку газ из застойных зон AFEC и поступает в ядро постоянной массы в основном за счет турбулентной диф­ фузии.

Основное дифференциальное уравнение турбулентной диффузии. Пусть в камере объемом V (в м3) происходит непрерывное газовыделение, равное / (в м3/с). Тогда за время dt в камеру выделится Idt вредных газов.

Допустим далее, что в камеру поступает Q (в м3/с) воздуха с содержанием в нем того же газа, который выделяется и в камере,

равным сп• Тогда за время dt в камеру будет дополнительно вне­

сено Qcndt (в м3) газа.

За это же время dt из камеры ядром постоянной массы будет

вынесено QkTlcdt газа,- где кт1 — коэффициент турбулентной диф­ фузии частично загрязненной свободной струи, определяемый через коэффициент турбулентной диффузии чистой струи кт по формуле

где с — среднее содержание газа в камере в данный момент. Разность между количеством поступившего в камеру и коли­

чеством вынесенного из нее газа равна изменению количества вредных газов в камере Vdc *, т. е.:

Это и есть основное уравнение турбулентной диффузии в ка­ мерообразной выработке. Используя выражение (XIV.53) и вводя обозначения

из уравнения (XIV.54) получим

(XIV.57)

Возможны два основных случая вентиляции камер: при пери­ одическом газовыделении и при непрерывном во времени газовыделении. Рассмотрим их применительно к вентиляции одной

* Предполагается, что газа в камеру поступает больше, чем выносится из нее. Однако все предыдущие и последующие соотношения сохраняют свою силу и для случая, когда количество выносимого из камеры газа больше количества поступающего.

камеры, когда в поступающей струе воздуха содержание газа равно нулю:

сп- О, (XIV.58)

а диффундирующий газ является пассивной примесью.

Газовая динамика камеры при периодическом газовыделении. Периодическое выделение газа в камере имеет место, например,

где с0 — начальное содержание газа в камере в начальный момент после его выделения (t = 0).

Если, следуя В. Н. Воронину, логарифмы отношения с0/с заменить корнем третьей степени из этого отношения, то из выра­ жения (XIV.60) получим

Практически при определении Q по формулам (XIV.60) и (XIV.61) необходимо задаваться временем проветривания ка­ меры t, спустя которое содержание газов в камере будет равно допустимому:

£ — £доп*

Газовая динамика камеры при непрерывном газовыделенип. При постоянном газовыделении в камере устанавливается динами­ ческое равновесие между количеством поступающего и выносимого газа, в результате чего содержание его в камере не изменяется

по времени: dc/dt = 0. Учитывая условие (XIV.58), из выражения (XIV.57) получим

Rc = R 0

или, подставляя вместо R и R 0 их значения согласно выражениям (XIV.55) и (XIV.56), получим

В случае, когда с„ Ф 0, имеем

(XIV.63)

кт(с сп)

Для практических расчетов необходимо знать газовыделение

в камеру в единицу времени /. При этом в качестве с в выражениях (XIV.62) и (XIV.63) необходимо принимать допустимое содержа­ ние газа в камере.

§ 87. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Газодинамические процессы в горных выработках являются процессами случайными, поскольку их характеристики в каждый данный момент времени определяются комбинацией большого числа независимых факторов: геологией горного массива, его напряженным состоянием, газоносностью, режимом разрушения массива в процессе добычи, состоянием крепи, барометрическим давлением, пульсациями расхода воздуха и др. Поэтому все предыдущие описания процессов и их решения справедливы лишь в среднем, статистически, а в каждом отдельном случае возможно отклонение расчетных значений от фактических. Степень этого отклонения зависит от конкретной комбинации определяющих факторов в данный момент времени.

Ниже рассматриваются основные статистические характери­ стики газодинамических процессов и методы их оценки.

Закон распределения. Под законом распределения понимается зависимость, связывающая значение случайной величины с веро­ ятностью ее появления. В газодинамике случайная величина обычно представляет собой разность между ее фактическим зна­ чением в данный момент и математическим ожиданием (т. е. сред­ ним значением измеряемой величины при очень большом числе измерений).

Пусть имеется запись изменения содержания газа при ста­ ционарном газодинамическом процессе. Определим для этого процесса все отклонения Ас измеренных (мгновенных) значений содержания газа от математического ожидания содержания и раз­ делим их на группы, или разряды, в зависимости от величин Ас, например Асг = (0 -ч- 0,1)%; Дс2 = (0,1-4- 0,2)% и т. д. Пусть число отклонений Ас1т попавших в первый разряд, будет пг, во второй — п2ит. д. Их сумма, очевидно, равна числу измерений:

рого отложим Ас,-, а на оси ординат ni/NAci (рис. 150).

Очевидно, что суммарная площадь всех прямоугольников гистограммы равна 1. Чем уже будут прямоугольники, тем ближе

отклонений Ас. Она графически выражает закон распределения Ас*

угля. При очистной выемке комбайнами газовыделение в лаве равномернее, чем при выемке с помощью врубовой машины. Не­ равномерность газовыделения из выработанных пространств больше при управлении кровлей обрушением, чем при закладке

будет больше любой замеренной величины газовыделения; она равна 0,9985, или 99,85%. Определение / тах со столь высокой вероятностью достаточно для надежного расчета количества воз­

По данной формуле определяются коэффициенты неравно­ мерности газовыделения в шахтах.

Р и с. 151. График газовыделения в выработку

Ниже приведены значения коэффициентов неравномерности кн основных видов метановыделения в шахтах при существующих средствах механизации и нормальном ходе производственного процесса.

Место метановыделения

Очистные аабои *

*Нижний предел соответствует большому газовыделению,

**Данные приведены для призабойной части выработки.