Использование данных телеконтроля концентрации метана в выработке для текущего прогноза метановыделения

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Институт вычислительных технологий СО РАН

ОАО «НЦ ВостНИИ»

Использование данных телеконтроля концентрации метана в выработке для текущего прогноза метановыделения

С.П. Казаков (д-р техн. наук, проф., главный научный сотрудник )

К.Х. Ли (инженер)

Аннотация

Казаков Сергей Павлович

Ли Константин Хиунович

Е-mail: ncvostnii@yandex.ru

Обоснована методика обработки данных телеконтроля концентрации метана в исходящей струе для текущего прогноза газодинамических параметров пласта и отбитого угля в ходе проведения выработки.

Ключевые слова: КОНЦЕНТРАЦИЯ, МЕТАН, ТЕЛЕКОНТРОЛЬ, ПЛАСТ, УГОЛЬ, ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ, ПАРАМЕТРЫ

Annotatіon

USING TELECONTROL DATA ON METHANE CONCENTRATION IN A MINE WORKING FOR THE CURRENT FORECAST OF METHANE EMISSIONS

S.P. Kazakov, K. Kh. Li

Methods to process telecontrol data on methane concentration in outgoing jet for current forecast of gas dynamic parameters of the coal seam and cut off coal during a mine working construction.

Key words: CONCENTRATION, METHANE, TELECONTROL, COAL, SEAM, GAS, DYNAMIC, PARAMETERS

В работе был предложен экспериментально-аналитический метод текущего прогноза метановыделения в подготовительные выработки в ходе их проведения. При современных темпах проведения выработок текущий прогноз метановыделения по источникам целесообразно осуществлять и по данным телеметрии. Известно [1], что запись концентрации метана хранится год, поэтому, зная аэрогазовую обстановку в выработках, можно восстановить их газодинамические параметры и даже отслеживать их в реальном времени.

Концентрацию метана в выработке можно рассматривать как аддитивный трендовый случайный процесс. Одна из его составляющих - плавно меняющаяся (возрастающая или убывающая) составляющая, которая определяет метановыделение из угольного массива.

Вторая составляющая - нормальный стационарный случайный процесс, параметры которого зависят в основном от режима работы и производительности комбайна по выемке угля и метаноносности угля в зоне выемки. На рисунке 1 приведена типичная характеристика динамики концентрации метана в исходящей струе выработки во времени.

Для использования данных телеконтроля содержания метана в выработке и с целью идентификации газодинамических параметров проведения выработки вокруг кривой концентрации метана на графике строится плавная огибающая, касающаяся вершин графика (рисунок 1).

Рисунок 1 Динамика концентрации метана в выработке1 - процесс; 2 - огибающая

Согласно исследованиям [2] амплитуда огибающей, которая соединяет локальные пики случайного процесса, подчиняется закону распределения Рэлея с плотностью распределения пиков:

, (1)

где с - концентрация метана в выработке, %;

у - параметр огибающей процесса.

Математическое ожидание и среднеквадратичное отклонение амплитуды пиков концентрации равны, соответственно:

. (2)

Здесь с0 - концентрация метана, обусловленная метановыделением из стенок выработки.

С надежностью 95 % [3] величина сmах не будет превышать значения:

С0,95 = 1,88(сmах -со) + с0 . (3)

Замеры расхода воздуха в исходящей струе Qисх в период телеконтроля содержания метана в выработке позволяют предложить формулу для расчета IОУ, mах - максимального метановыделения из отбитого угля:

I ОУ, mах = 0,01 (С0,95-С0) Qисх (4)

и среднего метановыделения из стенок выработки:

Iст = 0,01 С0 Qисх . (5)

Они обеспечивают идентификацию газодинамических параметров пласта и отбитого угля.

Для угольного пласта идентификации требуют параметры: G0 - начальная интенсивность метановыделения, м3/м2•мин и ф - условное время дренирования пласта, сут. Если их значения известны при проектировании проветривания или после первого текущего прогноза G0,i-1, фi-1, то значения G0i, фi вычисляются по формулам

;

; (6)

.

Здесь G0*- приближение значения G0, м3/м2•мин; 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; uФ - фактическая скорость проведения выработки, м/сут.

Для отбитого угля идентифицируется горнотехнический комплекс (хв - х0)j. Он одновременно учитывает метаноносность угля в зоне выемки и фактическую интенсивность его отбойки. Получаем:

 , м3/мин. (7)

Здесь L - длина выработки, м; uk - скорость движения конвейера, м/мин; коэффициент ау 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 [4].

Методика обработки телеинформации заключается в следующем:

1 На ленте телеконтроля содержания метана в исходящей струе выработки выбирается характерный участок записи продолжительностью до 4 ч в рабочую смену с периодами интенсивной работы комбайна (высокие концентрации с пиками) и периодами пониженных концентраций (при отгруженном угле). метан газодинамический телеконтроль математический

2 Строится огибающая процесса, и отметаются периоды пониженных концентраций метана.

3 По формулам (4) и (5) рассчитывается метановыделение из угольного массива и отбитого угля.

4 По формулам (6) идентифицируются параметры G0 - начальной интенсивности метановыделения из угольного массива и ф - условного времени дренирования.

5 По формуле (7) идентифицируются горнотехнический комплекс, характеризующий метановыделение из отбитого угля.

На рисунке 2 приведена блок-схема алгоритма идентификации газодинамических параметров выработки при текущем прогнозе метановыделения.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рисунок 2 Блок-схема алгоритма идентификации газодинамических параметров выработки при текущем прогнозе метановыделения

После идентификации газодинамических параметров выработки прогноз метановыделения на очередной участок проходки осуществляется по действующему Руководству [5].

Выводы

Предложена методика использования данных телеконтроля концентрации метана в выработке для текущего прогноза метановыделения. Он включает в себя выбор характерного участка записи концентрации метана в рабочую смену, построение огибающей процесса, дифференцированный расчет метановыделения из массива и отбитого угля, идентификацию газовых параметров.

Библиографический список

1 Положение об аэрогазовом контроле в угольных шахтах // Нормативные документы в сфере деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору. - Сер. 05. - Вып. 23. -М.: НТЦ ПБ, 2012. - 106 с.

2 Свешников, А.А. Прикладные методы теории случайных функций / А.А. Свешников. - М.: Наука,1968. - 463 с.

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

4 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.

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

Размещено на Allbest.ru