Текущий прогноз метановыделения в выработки при современных темпах проходки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Текущий прогноз метановыделения в выработки при современных темпах проходки

В ходе проведения подготовительных выработок метановыделение в них может измениться по следующим причинам:

- природным: вход в зону новой газоносности или газоотдачи отбитого угля; вход в зону подработки или надработки пласта и др.;

- технологическим: изменение производительности проходческого комбайна или др.;

- организационным: решение проводить выработку или быстрее, или приостановить ее проведение и др.

В любом из этих случаев необходимо корректировать параметры метановыделения и проветривания выработки в ходе ее проведения. Это основная задача текущего прогноза.

Корректировка параметров метановыделения осуществляется на основе экспериментально-аналитического метода, суть которого заключается в следующем:

1 Прогноз метановыделения в выработку осуществляется поэтапно. Первоначальный прогноз дается на длину до 300 м. При этом используют данные о метановыделении в выработку - аналог, пройденную ранее по тому же пласту, или с помощью расчета по нормативному документу [1].

2 После проведения выработки на 100 - 150 м осуществляются замеры метановыделения из угольного массива и отбитого угля.

3 Периодический текущий прогноз метановыделения осуществляется на длину 600, 900 м и т.д.

Использование экспериментально-аналитического метода позволяет:

- на первоначальном этапе проведения - обеспечить повышение достоверности прогноза метановыделения за счет уточнения параметров начальной интенсивности метановыделения из угольного массива и условного времени дренирования пласта, метаноносности угля в глубине массива и в зоне выемки, влияния интенсивности отбойки на метановыделение из отбитого угля;

- на последующих этапах проведения - обеспечить повышение достоверности прогноза метановыделения за счет идентификации параметров метановыделения по фактическим данным;

- адаптировать текущие расчеты метановыделения в ходе проходки к условиям нестабильности природных и технологических параметров проведения выработки.

Впервые текущий прогноз метанообильности подготовительных выработок начал использоваться в 60-х годах XX века и базировался на результатах исследований И.М. Печука, А.А. Мясникова, В.Л. Божко, А.Ф. Клишканя. Было введено понятие «приведенное фактическое метановыделение в выработку» (I_пр.ф, м³/мин), которое характеризовало среднее метановыделение из стенок выработки за месяц проходки. Расчет метановыделения в выработку при дальнейшем ее проведении осуществлялся по формуле:

метановыведение уголь пласт уголь

I_ст = I_пр.ф м³/мин.

Метановыделение из отбитого угля корректировалось путем перерасчета природной метаноносности пласта по фактическим данным.

В настоящей работе методы текущего прогноза значительно усовершенствованы с учетом современного состояния изученности газодинамики подготовительных выработок.

Структура формулы, по которой рассчитывается метановыделение из стенок подготовительной выработки при проектировании вентиляции на шахтах Кузбасса, имеет следующий вид [1, 2]:

м³/мин, (1)

где m - мощность пласта, м;

в - коэффициент, зависящий от отношения /m, изменяется от 1,0 для пластов малой и средней мощности до 0,3 для мощных пластов;

u_пр - средняя скорость проведения выработки, м/сут;

G₀ - начальная интенсивность метановыделения из угольного массива, м³/м² •мин;

К_Т - коэффициент, учитывающий время проведения выработки.

В свою очередь, формула для расчета начальной интенсивности метановыделения G₀ следующая:

, (2)

а коэффициент К_Т рассчитывается по формуле:

К_Т = . (3)

В этих формулах а - числовой коэффициент, зависящий от выхода летучих веществ; x_1, x₀ - природная и остаточная метаноносность угля, м³/т; Т - время проведения выработки, сут; ф* - условное время дренирования пласта, сут.

Предложенные формулы (1) - (3) существенно облегчают задачу идентификации закономерностей метановыделения в ходе проведения выработки, а именно идентификации требуют только параметры G₀ и ф.

Для определения отличия их значений от проектных воспользуемся итерационным методом. Обозначим G_0П и ф_П как проектные значения соответствующих параметров перед началом проходки. Из формулы (1) на начальном этапе проведения выработки (100-150 м) получим первое приближение фактических значений G₀₁ и ф₁:

; (4)

,

где I_Ф - фактическое метановыделение в выработку на начальном этапе.

При следующем приближении в формулы (4) вместо G_0П и ф_П подставляют G₀₁ и ф₁ и получают G₀₂ и ф₂. Алгоритм последующих итераций аналогичен. Их число, необходимое для обеспечения требуемой точности вычислений (5-10%), как показывает практика вычислений, не превышает 3-4. В результате получаем G_0n и ф_n.

В ходе последующего проведения выработки текущий прогноз значений G_0,i и ф_i при i - той длине выработки проводится по похожим формулам:

;

; (5)

.

Для идентификации параметров G_0,i и ф_i необходимы измерения или расчеты параметра I_Ф - фактического метановыделения в выработку с достаточной достоверностью.

Методика измерений заключается в следующем. После проведения выработки, например, на длину 100-150 м в исходящей струе замеряются концентрация метана с_исх и расход воздуха Q_исх в период разгруженности конвейера с_исх,о. Далее определяется метановыделение в выработку из массива по формуле:

. (6)

Потом проводятся последующие расчеты по формулам (5).

Вторым источником метановыделения в выработку является отбитый уголь. В соответствии с нормативными документами [1, 2] прогноз метановыделения из этого источника проводится по формуле:

, (7)

где x_B - метаноносность угля в зоне выемки, м³/т;

j - техническая производительность комбайна, т/мин;

К_ТУ - коэффициент, учитывающий время пребывания комбайна в призабойном пространстве или в выработке.

На рисунке 1 приведена зависимость отношения (x_в - х₀)/(х₁ -х₀) = К_u от скорости проведения выработки [3].

Рисунок 1. Зависимость К_u(u_пр)

Это соотношение в зависимости от скорости проходки описывается функцией:

. (8)

Коэффициент К_ТУ следующим образом зависит от времени t_у, прошедшего после его отторжения от массива:

К_ТУ =. (9)

Коэффициент а_у зависит от выхода летучих веществ. При выходе летучих веществ в диапазоне от 16 до 36% он равен 0,115, при меньших и больших его значениях равен 0,075 [3].

Методика текущего прогноза метановыделения из отбитого угля также включает в себя замеры метановыделения и расчеты на отдельных этапах проведения выработки. После проведения выработки на длину 100-150 м в исходящей струе замеряются концентрация метана с_исх и расход воздуха Q_исх в двух режимах:

- в период работы комбайна и загруженном конвейере с_исх,рк;

- в период разгруженности конвейера с_исх,о.

Метановыделение в выработку из массива и метановыделение из отбитого угля рассчитываются по формулам:

, . (10)

Наиболее важным параметром, подлежащим идентификации, является горнотехнический комплекс (х_в - х₀) j. Он одновременно учитывает метаноносность угля в зоне выемки и фактическую интенсивность его отбойки. Разделить эти параметры не представляется возможным. Для идентификации комплексного параметра вернемся к формуле (6). Имеем:

, м³/мин, (11)

где u_k - скорость движения конвейера, м/мин.

Проведя несколько комплексов подобных измерений (4) - (5), при близких значениях L можно определить среднее значение I_ОУ и его среднеквадратичное отклонение:

, . (12)

Тогда величина не будет превышать более чем на 3% уровень _max [4]. Подставляя величину вместо I_оу в формулу (11), можно с достоверностью не менее 97% рассчитать метановыделение из отбитого угля в выработку любой протяженности.

Выводы

1 Предложена методология текущего прогноза метановыделения в подготовительные выработки и обоснован экспериментально-аналитический метод текущего прогноза, суть которого в следующем.

Прогноз метановыделения в выработку осуществляется поэтапно. Первоначальный прогноз дается на длину до 300 м. При этом используют данные о метановыделении в выработку - аналог, пройденную ранее по тому же пласту, или по природной метаноносности. После проведения выработки на 100-150 м прогноз корректируется. Периодический текущий прогноз метановыделения осуществляется на длину 600, 900 м и т.д.

2 Использование экспериментально-аналитического метода текущего прогноза позволяет:

- на первоначальном этапе проведения - обеспечить повышение достоверности прогноза метановыделения за счет уточнения параметров начальной интенсивности метановыделения из угольного массива и условного времени дренирования пласта, метаноносности угля в глубине массива и в зоне выемки, влияния интенсивности отбойки на метановыделение из отбитого угля;

- на последующих этапах проведения - обеспечить повышение достоверности прогноза метановыделения за счет идентификации параметров метановыделения по фактическим данным.

Библиографический список

1 Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Макеевка-Донбасс, 1989. - 320 с.

2 Руководство по проектированию и организации проветривания подготовительных выработок действующих угольных шахт. - М., 1984. - 25 с.

3 Казаков, С.П. Теория, методы и средства интенсификации проветривания подготовительных выработок угольных шахт: дис. … д-ра техн. наук (05.15.11, 05.26.01); защищена 29.06.1989 / Казаков Сергей Павлович. - Кемерово, 1989. - 357 с.

4 Бронштейн, И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. - М.: Наука, 1984. - 544 с.

Размещено на Allbest.ru