10.2 Прогноз метанообильности очистных забоев и выемочных участков

Общие положения

При строительстве новых шахт, а также при подготовке новых горизонтов и разработке ранее не разрабатываемых пластов на действующих шахтах прогноз метанообильности, как правило, выполняется по природной метаноносности пласта.

На действующих шахтах, в условиях разрабатываемых пластов этот прогноз может быть выполнен по фактической метанообильности очистнах выработок и выемочных участков.

Прогноз метанообильности выемочного участка по природной метаноносности пласта

Относительная метанообильность выемочного участка и очистного забоя определяется по методике изложенной в разделе 3.3 [5]

Источниками выделения метана в выработки выемочного участка являются разрабатываемый угольный пласт, сближенные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы.

Относительная метанообильность выемочного участка определяется как суммарное метановыделения из разрабатываемого пласта (q_пл, м³/т), сближенных угольных пластов (q_сп, м³/т) и вмещающих пород (q_пор, м³/т), т.е.

q_уч=q_пл+q_сп+q_пор (10.1)

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ Vбольше 165 мл/г.с.б.м. относительное метановыделение из разрабатываемого пласта определяется по формуле (10.2), а из высокометаморфизированных антрацитов с объемным выходом летучих веществ от 100 до 165 мл/г.с.б.м – по формуле (10.3)

q_пл=q_о.п+q_о.у+k_э.п(x-x_о) (10.2)

q_пл=k_пл(х-х₁)+q_о.у+k_э.п(x-x_о) (10.3)

где k_э.п-коэффициент, учитывающий эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка;

х_о-остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве, м³/т

х_о=0.01*х_о.г*(100-А^з-W^р) (10.4)

х_о.г- остаточная метанононость угля, м³/т.с.б.м; принимается по табл.3.1 [5] в зависимоси от выхода летучих веществ.

q_о.п - относительное метановыделение из очистного забоя при разработке каменных углей, кроме высокометаморфизированных антрацитов, определяется по формуле (10.5), а для высокометаморфизированных антрацитов – по формуле (10.6)

q_о.п=0.85*х*k_пл*ехр(-n) (10.5)

q_о.п=0.75*k_пл*(х-х₁) (10.6)

где х - метаноносность угля с учетом зольности и влажности, м³/т

х=0.01*х_г*(100- А^з-W^р) (10.7),

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

х₁=k_W,A(0.15V(10.8)

k_пл - коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта; согласно [5], определяется по формуле

k_пл=(10.9)

b_зд - ширина условного пояса газового дренирования угольного массива через поверхности обнажения пласта в подготовительных выработках, м; принимается по табл.3.5 [5] в зависимости от выхода летучих веществV^daf.

В формуле (10.9) знак «плюс» принимается, когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейерного ) штреков расположен массив угля (коренная лава), а также при системе разработки парными штреками (прямой ход) а –«минус» когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейерного) штреков разрабатываемый пласт отработан при системе разработки «парные штреки» (обратный ход) или когда выемочное поле оконтурено подготовительными выработками (столбовая система разработки).

При сплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана (выработанное пространство выше вентиляционного штрека), а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходится вслед за лавой, а также при отработке крутонаклонных и крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ k_пл=1;

n-показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя (v_оч,м/сут), выхода летучих веществ из угля (V^daf,%) и глубины разработки (Н, м );

n=а₁v_оч ехр(-0,001Н+b₁V^daf) (10.10)

где а₁,b₁-коэффициенты, значения которых принимается в зависимости от выхода летучих веществ; согласно [5] приV^daf22 % а₁=1.435, а,b₁= - 0.051; приV^daf> 22 % а₁=0.152,b₁=0.051.

Cкоросту подвигания очистного забоя определяется исходя из планируемой нагрузки на очистной забой

А_сут=l_очv_очm_п(10.11)

где объемный вес угля

v_оч=, м/сут (10.12)

Относительное метановыделение из отбитого угля (q_о.у) определяется по формуле

q_о.у=(10.13)

где -относительное метановыделение из отбитого угля в лаве, м³/т;

=[*k_gk[1-0/85t[h(-n)]*(b₂k_ne+b₃k) (10.14)

-относительное метановыделение в конвейерном откаточном штреке (бремсберге), м³/т

=х*k_пл[1-0.85ехр(-n)b₂*k(10.15)

где b₂,b₃-коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого на почве в лаве, доли ед.; значенияb₂=0.6, аb₃=0.4 при односторонней выемке угля;b₂=1, аb₃=0 при двухсторонней схеме выемке угля в лаве;

k_ту,k,k-коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого от массива угля соответственно в очистной выработке на конвейере (k_ту), на почве в лаве (k), и на конвейере в выработке выемочного участка (k), доли ед;

k_ту=(10.16);

k=(10.17)

k=(10.18)

Т-время нахождения отбитого угля на конвейере в лаве, мин;

Т=(10.19)

v_к.л- скорость транспортирования угля в лаве, м/с;

-время нахождения отбитого от массива угля на почве в лаве при односторонней выемке угля, мин; принимается ориентировочно равным времени работы комбайна по выемке полосы угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции. При двухсторонней выемке угля в лаве =0, иk=0; При выемке крутонаклонных и крутых пластов время нахождения угля в лаве принимается по проекту.

Т-время нахождения отбитого от массива угля в в ярусном штреке в пределах выемочного участка, мин; определяется по формуле

Т=(10.20)

-протяженность выработки с i-м видом транспорта, м;

-скорость транспортирования угля на участке , м/с;

При транспортировании угля в пределах выемочного участка в вагонетках значение времени нахождения его на участке принимается по проекту, но не более 120 мин.

-коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимается при дегазации отбитого угля Т_у6 мин, соответственно равными 0.052 и 0.71, а при Т_у6 мин а

При отработке высокометаморфизированных антрацитов значение

q=0.15*k_пл*(х-х₁) (10.21)

q=0.10*k_пл*(х-х₁) (10.22)

Расчет метановыделения из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из спутников определяется по формуле

q_сп=(10.23)

Относительное метановыделение как из подрабатываемого q_сп.пi , так и надрабатываемого q_сп.нiопределяется по формуле

q_сп.К2=1.14v(10.24)

где m_сп.i-суммарная мощность спутника,м;

х_сп.i-природная метаноносность спутника, м³/т;

х_0i-остаточная метаноносность спутника, м³/т;

m_в-вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м;

М_сп.i-расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) пластов и между почвой разрабатываемого и кровлей сближенного (при надработке) пластов, м

М_р-расстояние по нормали между разрабатываемым и сближенными пластами, при котором метановыделение из последнего практически равно нулю, м

Величина М_рпри подработке пологих пластов определяется по формуле (10.25), а при подработке крутонаклонных и крутых пластов – по формуле (10.26)

М_р=1.3(10.25)

М_р=k_у.к*m_в.пр(1.2+Cos_пл) (10.26)

где m_в.пр-вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

k_у.к-коэффициент, учитывающий влияние способа управления кровлей; принимается в формуле (10.25) при полном обрушении принимается-1.0; при частичной закладке, плавном опускании и удержании на кострах – 0.8; при частичной закладке – 0.4; а в формулах (10.26) и (10.28) соответственно равен 60, 45 и 25.

k_л-коэффициент, учитывающий влияние степени метаморфизма на величину свода разгрузки; принимается по табл 3.6 [5] в зависимости от выхода летучих веществV^dafили определяется по формуле

k_л=1.88 ехр (-0.018V^daf) (10.27)

При определении М_рдля лав длиной более 220 м в формулу (10.25) подставляется значениеl_оч=220 м.

При надработке пологих пластов М_рпринимается равным 60 м, а при надработке крутонаклонных и крутых пластов определяется по формуле

М_р=k_у.к*m_в.пр(1.2 -Cos_пл) (10.28)

Если угольный пласт до его разработки или сближенный пласт был ранее подработан (надработан) то в расчетные формулы вместо x подставляется остаточная метаноносностьх,величина которой определяется по формуле

х=х₀+ (х-х₀)(10.29)

где - расстояние по нормали от сближенного да разрабатываемого пласта, который ранее подработал (надработал) его м;

Расстояние при расчете хопределяется по горно-техническим параметрам выемочного участка (l_оч,m_{в пр},k_л,k_у.ки др.) для пласта, который подработал (надработал) пласт-спутник.

Расчет метановыделения из вмещающих пород

Согласно [5] метановыделение из пород определяется по формуле

q_пор=1,14v(10.30)

где k_с.п-коэффициент, учитывающий способ управления кровлей и литологический состав пород, доли ед.; значения его берутся из табл.3.7 [5].

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

(10.31)

(10.32)

Определение ожидаемого метановыделения из очистной выработки и выемочного участка с учетом дегазации и изолированного отвода метана за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающих установок

При применении дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород скважинами, изолированного отвода метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающей установки, а также дегазации разрабатываемого пласта, ожидаемое газовыделение из очистной выработки (q_оч) и выемочного участка (q_уч) определяется:

- при схемах проветривания выемочных участков без обособленного разбавления метана по источникам (схемы типа 1-В, 1-К, 1-М) по формулам:

q_оч=(q_оп+q (10.33)

q_уч=(q_оп+q (10.34)

- при схемах проветривания выемочных участков с обособленным разбавлением метана по источникам выделения (схемы типа 2-В, 3-В) q_очопределяется по формуле (10.35),q_уч – по формуле (10.34)

q_оч=(q_оп+q (10.35)

где k_д.пл-коэффициент эффективности дегазации пласта ;

k_в.пкоэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное ; принимается в зависимости от способа охраны выработки по которой удаляется исходящая струя воздуха (см. стр.42-43 [5]);

q-метанообильность ваработанного пространства, м³/т;

q=[k_э.п (х-х₀)(1-k_д.пл)+((10.36)

где k_д.с.п,k_д.с.н,k_д.в.о,k_д.в.п– коэффициенты, учитывающие соответственно, эффективность дегазации подрабатываемых угольных пластов и пород, надрабатываемых сближенных пластов, выработанного пространства и эффективность изолированного отвода метана, доли ед.

Значения коэффициентов k_д.пл,k_д.с.п,k_д.с.н,k_д.в.о принимаются из табл.10.2, аk_д.в.пв соответствии с пунктом 6.2.3 [5].

Таблица 10.2-Способы и значения коэффициентов эффективности дегазации.

Метод воздействия на угленосную толщу	Способ дегазации	Значение коэффициента дегазации
1	2	3
Сближенные пласты
Подработка толщи	Скважинами, пробуренными из выработок на сближенный пласт: при сохранении выработки, из которой бурятся скважины при погашении выработки, из которой бурятся скважины	0.4-0.8 0.2–0.5

Продолжение таблицы 10.2

	Скважинами, пробуренными с поверхности	0.4–0.7
Надработка толщи	Скважинами, пробуренными из выработок	0.3-0.5
Разрабатываемые пласты
Разгрузка пласта скважинами и выработками	Подготовительными выработками Скважинами по пласту, пробуренными из подготовительных выработок Скважинами, пробуренными из полевых выработок	0.2-03 0.3-0.5 0.2–0.3
Разгрузка пласта очистным забоем	Скважинами, пробуренными из очистного забоя Скважинами, пробуренными из подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя Скважинами, пробуренными из подготовительных выработок в зоне влияния очистного забоя при подработке или надработке сближенным пластом	0.2-0.3 0.2–0.3 0.3-0.4
Дегазация пластов в сочетании с гидроразрывом	Гидравлический разрыв пласта через скважины, пробуренные из вырабток	0.5-0.6
Выработанное пространство
	Отсос газа из выработанного пространства действующих участков при обратном порядке отработки с использованием: газопровода Эжекторов и вентиляторов	0.2-0.3 0.3-0.7
	Скважины пробуренные над купо- лом обрушения Скважины пробуренные с поверхности	0.25-0.4 0.4-0.6

Абсолютная метанообильность очистного забоя и выемочного участка определяется по формулам:

(10.37)

(10.38)

где А_оч– добыча из очистной выработки, т/сут

Критерием, определяющим необходимость проведения дегазации, является повышение метанообильности очистного забоя сверхдопустимой по фактору вентиляции.

=(10.39)

где V_max-допустимая по ПБ максимальная скорость движения воздуха в лаве, м/с;V_max=4 м/с;

S_min-минимальное поперечное сечение лавы свободное для прохода воздуха,м²,

S_min=S_оч.min*k_о.з (10.40)

S_оч.min-минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки в свету, м²; при механизированных крепях принимается по табл.6.5 [5].

k_о.з- коэффициент, учитывающий движение воздуха по части выработанного пространства непосредственно прилегающей к призабойному; принимается по табл.6.4 [5].

С-допустимая по ПБ концентрация метана в исходящей струе очистного забоя, %;

-коэффициент неравномерности метановыделения; принимается по табл.6.3 [5]

Выбор способов дегазации производится на основе анализа данных о структуре газового баланса выемочного участка с учётом возможных в конкретных условиях коэффициентов эффективности дегазации. В первую очередь дегазируется источник, из которого выделяется наибольшее количество газа. Выбор способов дегазации производится с таким расчетом, что бы нагрузка на очистной забой по газовому фактору была больше плановой на 10-30%.

Коэффициент эффективности дегазации, при котором, будет достигнута плановая нагрузка на очистной забой, определим по формуле:

(10.41)

где I_р,I_оч– соответственно, допустимая и фактическая метанообильность очистного забоя, м³/ мин.

При дегазации нескольких источников выделения метана суммарное значение коэффициента эффективности дегазации k_дегопределяется как сумма частных коэффициентов дегазации отдельных источников выделения метана:

(10.42)

где k_дег.і- коэффициент эффективности дегазации источника метановыделения с учётом его доли в общем газовом балансе очистного забоя :

(10.43)

где k_дег.j - коэффициент эффективности дегазации источника метановыделения;

n_i- коэффициент, характеризующий долевое участие данного источника в общем метановыделении.

Доля метановыделения из отдельного источника в общем метановыделении до дегазации определяется по формуле по формуле:

(10.44)

где q_і – относительное метановыделение отдельного источника.

Прогноз метанообильности очистного забоя и выемочного участка по по фактической газообильности

Ожидаемое среднее метановыделение в очистной выработке (, м³/мин) и на выемочном участке (, м³/мин) определяется:

=(10.45)

=(10.46)

где- среднее фактическое газовыделение в очистной выработке на расстоянии 15-20 м от очисного забоя, м³/мин;

.- средний расход газа в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе на расстоянии 15-20 м от ходка (уклона, квершлага), м³/мин.

Газовыделние иопределяется на основе инструментальных наблюдений в соответствии с п.3.3.2 [5];

- длина очистной выработки, для которой рассчитывается ожидаемое газовыделение, м;

– длина очистной выработки, для которой определено фактическое газовыделение,м;

А_р– планируемая добыча угля, т/сут;

А_ф– средняя добыча угля, при которой определялось фактическое метановыделение, т/сут;

k_c.р– коэффициент, учитывающий изменение системы разработки; рассчитывается по формулам приведенным в табл.3.10 [5];

k_г.р– коэффициент, учитывающий изменение метанообильности выработок с глубиной; определяется согласно [5] стр.48.