Текущий прогноз и оперативная корректировка параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт Кузбасса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Текущий прогноз и оперативная корректировка параметров проветривания подготовительных выработок угольных шахт Кузбасса

Сейчас проектирование проведения и проветривания подготовительных выработок основано на использовании геологических данных о метаноносности и газоотдаче пластов или реальных данных для выработки-аналога, проведенной по тому же шахтопласту в подобных условиях [1, 2]. Фактические условия последующего проведения выработки могут существенно отличаться от проектируемых параметров ее проходки. В ходе проходки может меняться ее интенсивность и, соответственно, необходимое количество воздуха для проветривания призабойного пространства. Это потребует оперативного перерасчета параметров проветривания, перехода на новые режимы вентиляции, в т.ч. вентиляторы местного проветривания (ВМП) или новые трубы, т.е. необходим будет текущий прогноз и перерасчет газового состояния выработки и ее проветривания во времени.

Для реализации текущего прогноза следует разработать методы оперативного перерасчета газовых и вентиляционных параметров с целью обеспечения нормальных условий проветривания в выработке. Решение такой задачи требует многоплановых исследований.

Во-первых, необходим периодический текущий перерасчет метановыделения из пласта и отбитого угля.

Во-вторых, необходима проверка соответствия типа и режима работы ВМП требуемым условиям проветривания и при необходимости их перерасчет, в т.ч. корректировка вентиляционных параметров трубопровода в выработке.

Использование дифференцированных по условиям проходки математических моделей газо- и аэродинамики подготовительных выработок позволит решить следующие задачи:

- определить методологию текущего прогноза параметров метановыделения и проветривания подготовительных выработок;

- разработать методы корректировки параметров метановыделения из массива и отбитого угля в ходе проведения подготовительной выработки;

- провести натурные исследования аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов в подготовительных выработках шахт Кузбасса;

- предложить методику расчета системы «вентилятор - трубопровод», базирующуюся на алгоритмизации процесса и использовании современных параметров трубопроводов.

Формула, по которой рассчитывается метановыделение из стенок подготовительной выработки при проектировании вентиляции на шахтах Кузбасса, имеет следующий вид [3]:

выработка метановыделение проветривание

, 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, рассчитывается по формуле:

К_Т = . (2)

Формулы (1) и (2) существенно облегчают задачу идентификации (установление фактических значений) закономерностей метановыделения в ходе проведения выработки. Очевидно, что идентификации требуют только параметры G₀ и ф*. Для определения их значений в ходе проведения выработки используется итерационный метод. В ходе проведения выработки текущий прогноз значений G_0,i и ф_i при i - той длине выработки проводится по формулам:

,

, (3)

.

Вторым источником метановыделения в выработку является отбитый уголь. В соответствии с нормативным документом [3] прогноз метановыделения из этого источника проводится по формуле:

, (4)

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

x₀ - остаточная метаноносность угля, м³/т;

j - техническая производительность комбайна, т/мин;

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

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

К_ТУ =. (5)

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

Методика текущего прогноза метановыделения из отбитого угля включает в себя замеры и расчеты на отдельных этапах проведения выработки.

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 (4). Имеем:

, м³/мин, (6)

где L - длина трубопровода, м;

u_k - скорость движения конвейера, м/мин.

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

На следующем этапе прогноза осуществляется сравнение расчетных и фактических параметров проветривания, при этом определяются расход воздуха в призабойном пространстве и коэффициент утечек воздуха. Если они соответствуют расчетным или перерассчитанным для новой метанообильности, то перерасчета параметров проветривания не требуется.

Отметим, что для прогноза аэродинамики выработок вначале необходимо было составить и решить математическую модель проветривания, а в результате - определить коэффициент утечек воздуха в трубопроводе длиной L, м, [4]:

K_ут =[1+ 0,3]³. (7)

где в - безразмерный параметр,;

d - диаметр трубопровода, м;

l_зв - длина звена труб, м;

r₀ - удельное аэродинамическое сопротивление труб, кг•с²/м⁹;

r_ст - удельное аэродинамическое сопротивление стыков труб и тела труб, кг• с²/м^4.

Потери давления воздуха в трубопроводе, соотнесенные с режимом работы ВМП, описываются соотношением [5]:

= , (8)

где б - безразмерный параметр, характеризующий влияние деформируемости тела труб на их аэродинамическое сопротивление ;

Q₀ - расход воздуха в призабойном пространстве, м³ /с;

Е - модуль Юнга, кг/м^2;

н - коэффициент Пуассона трубной ткани;

д - толщина стенок труб, м;

- параметры ВМП, зависящие от его типоразмера и угла разворота направляющих лопаток, соответственно, кг/м² и кг• с² /м⁸.

При несоответствии фактических параметров проветривания запроектированным необходим их перерасчет. Для этого требуется вначале определить безразмерные параметры б и в, от которых зависят аэродинамические характеристики трубопровода (коэффициент утечек воздуха и его аэродинамическое сопротивление). Они могут быть определены в ходе проведения выработки с помощью специальных прямых и косвенных замеров их фактических значений и соответствующих перерасчетов.

Если текущий прогноз параметров проветривания, проведенный по формуле (8), показывает, что выработка не может быть проветрена на проектную длину, став наращивается трубами большего диаметра или осуществляется переход на более мощный ВМП. Здесь используется метод расчета, предложенный в работе [6], модифицированный на различные топологии трубопровода. Расчеты показывают, что замена второй половины става на трубы большего диаметра (например, 0,6 на 0,8 м или 0,8 на 1 м) практически эквивалентна замене ее на два става труб того же диаметра.

Если эти меры не позволяют достичь цели, то необходимы специальные меры: размещение дополнительной установки ВМП в выработке, изменение схемы проветривания, уменьшение длины тупиковой части подготовительной выработки и др.

Библиографический список

выработка метановыделение проветривание

1 Мясников, А.А. Проветривание горных выработок при различных системах разработки / А.А. Мясников. - М.: Недра, 1966. - 208 с.

2 Божко, В.Л. Метановыделение при скоростном проведении подготовительных выработок / В.Л. Божко, А.Ф. Клишкань // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Труды МакНИИ. - М.: Недра, 1966. - Т. 17. - С. 19 - 29.

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

4 Казаков, С.П. Оперативная оценка аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов и последующий прогноз проветривания подготовительных выработок / С.П. Казаков, Б.А. Гриценко, К.Х. Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - №2. - С. 62-67.

5 Казаков, С.П. Расчет системы «вентилятор-трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок угольных шахт / С.П. Казаков, Б.А. Гриценко, К.Х. Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - №2. - С. 68-71.

6 Мясников, А.А. Проветривание подготовительных выработок при проходке комбайнами / А.А. Мясников, С.П. Казаков. - М.: Недра, 1981. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru