f7c5bdfbe0c3aff8df20ce3ee693687b

Рисунок 5.1 – Метановыделение из угольного пласта в подготовительную выработку

На численное значение интенсивности начального метановыдаления в подготовительную выработку влияет природная метаноносность пласта Х (м3/т

с.б.м), а на динамику снижения метановыделения – выход летучих веществ Vdaf

(%), которые рассчитываются соответственно по формулам

Если пласт предварительно дегазирован с эффективностью kд (доли ед.),

то вместо Х принимается величина Х′, равная (1 – kд)Х.

При экспериментальном определении показателей газоотдачи угольных пластов Gо и А в подготовительные выработки из стенок обнажения пласта, на-

пример, путем проведения газовоздушных съемок в тупиках проводимых выра-

боток, используется зависимость 1/G = υ (τ), которая после математической об-

где К – коэффициент, характеризующий газодинамические и фильтраци-

онные свойства угольного пласта (К-фактор), м2/м3;

D – коэффициент, обратная величина которого дает численное значе-

ние Gо, то есть

Величина коэффициента А в этом случае (при проведении газовоздушной съемки) находится из выражения

Многообразие горно-геологических факторов, влияющих на зависимость

1/G= υ (τ), учитывается для каждого пласта значениями коэффициентов Gо, К и А.

Метановыделение из угольного пласта через обнаженные выработкой поверхности Iпов (м3/мин) на момент времени τ (сут) с начала ее проведения находится по формуле

фактора газоотдачи угольного пласта через обнаженные выработкой поверхно-

сти на полную мощность пласта рассчитывается по формуле

Во время работы проходческого комбайна по выемке угля метановыделе-

ние из отбитого угля Iк (м3/мин) находится из выражения

где jп.к – производительность комбайна по выемке угля, т/мин;

Хв – метаноносность массива угля в зоне выемки, м3/т с.б.м;

Х1 – метаноносность отбитого в забое угля, выданного за пределы прово-

димой выработки, м3/т с.б.м.

Численные значения Х1 и Х в при комбайновой выемке угля устанавли-

ваются экспериментально или по рекомендациям НИИ. Ширина полосы заход-

ки комбайна принимается по паспорту проводимой выработки с учетом техни-

ческих возможностей исполнительного органа комбайна. Коэффициент естест-

43

венной дегазации массива угля в забое проводимой выработки при расчете ве-

личины Х1 определяется экспериментально по рекомендациям НИИ.

При буровзрывном способе проведения подготовительной выработки максимальное метановыделение из отбитого угля устанавливается с учетом массы отбитого угля за цикл в соответствии с паспортом проводимой выработ-

ки по формуле (5.10), в которой вместо jп.к подставляется масса отбитого взры-

вом угля, поделенная на время движения потока воздуха от забоя выработки до ее устья, а метановыделение Iп.к соответствует времени подхода воздуха с по-

вышенной концентрацией метана к устью тупиковой части проводимой выра-

ботки. При этом учитывается скорость воздушного потока по выработке и ее длина. Скорость проведения подготовительной выработки в этом случае при-

нимается равной Vв, поскольку время проветривания выработки после отпала угля кратковременно по сравнению со временем проходки выработки от пре-

дыдущей до очередной сбоечной печи при спаренном проведении подготови-

тельных выработок.

При комбайновой проходке подготовительной выработки скорость ее проведения с учетом метановыделения через обнаженные поверхности пласта и отбитого угля находится из выражения

где Тп.к – время работы комбайна по отбойке угля в течение суток, мин;

вп.к – подвигание выработки за сутки, м.

Формулу (5.11) можно представить в упрощенном виде

44

где nо.у – доля метановыделения из отбитого угля в выработке во время работы комбайна, доли ед.; определяется экспериментально или расчетом с

ковой части выработки и скорости движения цепи забойного конвейера и/или ленты ленточного конвейера.

Экспериментальное определение величины nо.у возможно путем выпол-

нения газовоздушных съемок в выработке-аналоге 1) при работе комбайна по отбойке угля и 2) во время крепления выработки, когда отбитый уголь удален

из нее (численное значение nо.у определяется расчетом).

Для неизученных условий величина nо.у может быть принята в зависимо-

сти от скорости проходки по таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Доля метановыделения из отбитого в подготовительном забое уг-

ля при различных скоростях проходки

45

5.2 Допустимая скорость проведения подготовительных выработок

по газовому фактору

Метод определения допустимой скорости проведения подготовительной выработки по газовому фактору базируется на соблюдении равенства допусти-

мого метановыделения в выработку I вдоп (м3/мин) при V = 4 м/c и С = 1 % и

фактического Iв (м3/мин), то есть

или

где V – допустимая скорость движения воздуха по выработке, равная 4 м/с;

S – сечение подготовительной выработки на ее устье (на замерном пункте), м2;

С – допустимая концентрация метана на исходящей тупиковой части выра-

ботки, по ПБ равная С = 1% (по объему).

Поскольку во время работы проходческого комбайна по отбойке угля ме-

тановыделение в выработку Iв (м3/мин) слагается из выделений метана с обна-

женных поверхностей пласта и отбитого угля, то согласно формулам (5.8) и

(5.12) допустимая по газовому фактору скорость проведения Vв (м/сут) подго-

товительной выработки определится по формуле

где τ – время проведения подготовительной выработки при заданной ее длине

Lв по технологическим факторам, сут.

46

5.3 Параметры и технологические характеристики проходческих ра-

бот по газовому фактору

Технологические схемы подготовки и отработки угольных пластов и гор-

но-геологические условия (прочность и устойчивость боковых пород, глубина,

угол падения пласта) определяют схемы, технологию и параметры проведения подготовительных выработок (выемочных, панельных, главных):

-одинарные или спаренные выработки;

-выработки арочной формы или прямоугольной (трапециевидной);

-анкерная или рамная металлическая крепь;

-комбайновая или буровзрывная технология отбойки угля и породы;

-площадь сечения выработки в свету при проходке от 10-12 м2 до 17-20 м2;

-длина выработки от 500 до 4000 м.

На основании анализа передового опыта применения различных способов проведения подготовительных выработок можно выделить десять модулей

(таблица 5.2) для пластов пологого падения.

В таблице 5.2 приведены показатели по средней скорости проведения под-

готовительных выработок с применением комбайнов и буровзрывных работ. В

основном они обеспечивают производство очистного фронта при длине лавы от

200 до 250 м и нагрузок на лаву от 0,5 до 3,0 млн. т/год.

Представленные в таблице 5.2 модули отражают технологии проведения подготовительных выработок на шахтах РФ: широкое применение нашли ста-

леполимерные анкеры типа АСП-20 в выемочных выработках (до 80% в южном Кузбассе). Параметры и условия применения анкерной крепи определяются по Инструкции ВНИМИ.

Известны следующие технологии проведения выработок с анкерной крепью:

- одновременная установка анкеров с выемкой угля и горной породы в за-

бое; применяется на шахтах за рубежом в единичных случаях; - установка анкеров впереди остановленного комбайна, с помощью 4-х

манипуляторов со сверлами (комбайны LH 1300 и 12 СМ 30 в Кузбассе);

47

Таблица 5.2 – Модули, условия и способы проведения подготовительных выработок

- установка 60-70% анкеров впереди остановленного комбайна с 1-2 ма-

нипуляторами со сверлами; остальные анкеры в кровлю и бока выработки уста-

навливают за комбайном (комбайны П-110 и КП-21 с манипуляторами); - установка анкеров впереди комбайна с помощью переносных буровых

станков типа УБ-1350 и др.

Характеристики проходческих комбайнов приведены в таблице 5.3.

Проветривание подготовительных выработок осуществляется в соответ-

ствии с паспортом на их проведение.

Поскольку природная газоносность пласта ограничивает скорость прове-

дения пластовой подготовительной выработки, то, например, при скорости проведения пластового штрека одним забоем 300 м/мес и природной газонос-

ности пласта 20 м3/т с.б.м в забой штрека необходимо подавать воздух в объеме не менее 450 м3/мин. При этом учитывается метан, выделяющийся из отбитого угля и стенок выработки на длине в 300м от забоя штрека. Указанное количест-

во воздуха можно подать в забой вентиляторами типа ВМЭВО по трубопроводу диаметром 1,0 м при коэффициенте утечек воздуха 1,2 (таблица 5.4).

Контроль состояния шахтной атмосферы в горных выработках проводит-

ся по методическим рекомендациям о порядке аэрогазового контроля в уголь-

ных шахтах.

Система АГК в угольных шахтах предназначена для непрерывного авто-

матического контроля параметров рудничной атмосферы, передачи информа-

ции на диспетчерский пункт для ее отображения, хранения и анализа в целях обеспечения безопасности горных работ и управления установками и оборудо-

ванием для поддержания безопасного аэорогазового режима в горных выработ-

ках.

Основными функциями системы АГК являются:

-автоматический контроль метана и других газов в шахтной атмосфере;

-автоматическая газовая защита (АГЗ);

-автоматический контроль расхода воздуха (АКВ);

Таблица 5.3 – Характеристика проходческих комбайнов

Таблица 5.4 – Техническая характеристика вентиляторов местного проветрива-

ния

-автоматический контроль и управление работой главных вентиляторных установок (ВГП);

-автоматический контроль и управление работой вентиляторов местного проветривания (ВМП);

-автоматический контроль положения дверей вентиляционных шлюзов

(КВШ);

- телесигнализация (ТС) и телеизмерение (ТИ) контролируемых парамет-

ров рудничной атмосферы;

- телеуправление (ТУ) оборудованием поддержания безопасного аэрога-

зового режима в горных выработках.

Системой АГК в обязательном порядке осуществляется контроль концен-

трации метана в рудничной атмосфере газовых и опасных по внезапным выбро-

сам угля (породы) и газа шахт.