Влияние длины очистного забоя на метанообильность выемочных участков

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Исследования по решению проблем, связанных с техногенными газогеомеханическими процессами в углегазоносных массивах и снижением их негативного влияния на безопасность горных работ, активно проводятся в Институте угля СО РАН. Круг задач охватывает технологии ведения очистных [1, 2] и подготовительных работ [3], техногенные геодинамические явления при угледобыче [4]; условия дезинтеграции приконтурного массива выработок [5, 6], взаимодействие разрушающего инструмента горных машин с углепородным массивом [7].

В части исследований газодинамики разрабатываемых угольных месторождений предложен метод комплексного адаптивного прогноза динамики метанообильности выемочных участков на базе горно-геологических и горно-технологических данных [1, 2]. Метод основан на пространственных моделях свойств и состояний массива горных пород и учитывает развитие нелинейных геомеханических процессов при движении очистного забоя с формированием сводов-параболоидов [8-11]. Рассчитываемые параметры волнообразной активации вмещающего массива (геомеханический паттерн) учитывают особенности процесса сдвижения горных пород в зависимости от глубины залегания, длины и скорости подвигания очистного забоя, его отхода от монтажной камеры. Снижение напряжений в массиве обуславливает рост доли свободного газа в структуре газоносности угольных пластов, интенсификацию потоков метана и в результате увеличение метанообильности выемочного участка. Повышение точности определения параметров геомеханических процессов позволяет выделить интервалы выемочного столба с различной интенсивностью притока метана как в выработанное пространство, так и в очистной забой и с учетом схемы и режима проветривания участка оптимизировать по газовому фактору его производительность и рабочую скорость комбайна. Для удобства расчетов верхние половины иерархии сводов сдвижения в геомеханических слоях аппроксимируют синусоидальными функциями, с приемлемой точностью отражающими границы фронта разгрузки.

Оценка влияния длины очистного забоя выполнена на примере выемочного участка № 15-19 шахты «Абашевская», отрабатывающего пласт 15 на Байдаевском месторождении Кузбасса. Длина выемочного столба около 1000 м. Глубина отработки - 510…650 м. Длина очистного забоя и суммарная ширина штреков - 260 м. Полная мощность пласта с породными прослоями - 3,5…4 м (1,65 м - вынимаемая мощность пласта). Газоносность - 25…27 м3/т. Угол падения - 15є. Производительность участка А = 1000…3700 т/сут (средняя по выемочному столбу Аср - 2400 т/сут). Среднесуточная скорость подвигания забоя - 4,4 м/сут. Рабочая скорость комбайна - 3 м/мин. Вышележащий пласт 16 отработан.

Горно-технологические данные и электронная база данных системы аэрогазового мониторинга подготовлены службами шахты (рисунок 1).

Рисунок 1 - Среднесуточная абсолютная метанообильность выемочного участка № 15-19 при производительности 1000…3700 т/сут

На рисунке 2 приведены синусоиды геомеханического паттерна в рассматриваемых горнотехнологических условиях (h - расстояние по нормали от разрабатываемого пласта). Проявляются три геомеханических слоя в под-, надрабатываемых массивах. В пределах этих слоев расположены рабочие пласты и пласты-спутники -основные источники притока метана в выработанное пространство. Учитывая, что пласт 16 отработан и пласты-спутники 17 и 17а при этом дегазированы, основным источником притока метана в выработанное пространство является надрабатываемый массив. На различных интервалах отработки столба суммарная интенсивность источников в направлении участка различна, что и обуславливает регистрируемую системой мониторинга волнообразность (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема развития зон разгрузки вмещающего массива от горного давления при отработке выемочного столба № 15-19

Сопоставление результатов расчета динамики метанообильности участка (газокинетический паттерн) по данным о месячных подвиганиях забоя с фактическими данными аэрогазового мониторинга показало, что без учета коэффициента неравномерности газовыделения отклонения значений составляют:

геомеханический метан выемочный столб

Табл. 1

К сожалению, отсутствие соответствующих аэрогазовому мониторингу данных о суточном подвигании забоя привело к необходимости оперировать в расчетах данными о месячных подвиганиях, что существенно сгладило картину динамики процессов. Но и в этой ситуации полученная удовлетворительная сходимость результатов позволяет несколько расширить задачу в направлении оценки влияния длины очистного забоя на метанообильность участка.

Ранее в работах [9-14] установлено, что амплитуда и периодичность волнообразности кратны ширине выработанного пространства. Следовательно, если принять длину забоя со штреками, например, в 2,5 раза меньше, чем в лаве № 15-19, то амплитуда и периодичность волнообразности геомеханического паттерна снизится в соответствующее число раз. Отметим, что при таком уменьшении длины очистного забоя приходим к значениям, близким полученным из опыта до середины 90-х годов прошлого века, обобщенным и в ныне действующих нормативных документах.

С использованием возможностей метода определена метанообильность выемочного участка подобного участку № 15-19 при сохранении месячной производительности, но с длиной очистного забоя 100 м. Результаты прогноза относительной метанообильности по длине выработанного пространства Lв представлены на рисунках 3, 4.

Рисунок 3 - Расчетное относительное Метановыделение на исходящей очистного забоя при различной его длине lоч (А=факт)

Рисунок 4 - Расчетное относительное метановыделение в выработанное пространство при различной длине очистного забоя lоч (Аср=2400 т/сут)

Рост длины очистного забоя при неизменной производительности участка приводит к увеличению относительной и абсолютной метанообильности. При меньшей длине очистного забоя относительная метанообильность снижается до двух раз, а абсолютная - в 2,5 раза.

В связи с принципиальной значимостью результата аналогичные оценки были выполнены для выемочного участка №546 шахты «Чертинская-Коксовая» (рисунок 5), отрабатывающего пласт 5 на Чертинском месторождении Кузбасса. Средняя глубина отработки - 580 м, мощность пласта - 2,1 м, его газоносность - 20 м3/т, угол падения пласта - 10є. Среднесуточная нагрузка на очистной забой - 3000 т/сут, фактическая длина очистного забоя -180 м.

Рисунок 5 - Метанообильность очистного забоя шахты «Чертинская-Коксовая» при различных длинах очистного забоя, но равной суточной производительности

Как и в предыдущем случае, подтверждается вывод о росте метанообильностиочистного забоя с увеличением его длины, но при постоянной производительности.

Таким образом, результаты применения метода прогноза динамики метанообильности выемочных участков Институтом угля СО РАН для оценки обоснованности технологических решений показывают:

- положение действующих нормативных документов о независимости относительной метанообильности выемочного участка и очистного забоя от его длины и интервала отработки выемочного столба при неизменной производительности, обобщая горный опыт работы забоев длиной около 100 м с производительностью 1-2 тыс. т/сут, не учитывает значимость динамики реальных газогеомеханических процессов;

- стремительное увеличение длин очистных забоев на шахтах Кузбасса во второй половине 90-х годов прошлого века стало объективной причиной напряженности газовой обстановки, а одновременное увеличение скоростей подвигания сжало во времени периоды повышенной метанообильности с динамикой, выходящей за пределы возможностей действующих вентиляционных систем;

- современные знания закономерностей геомеханики и рудничной газодинамики могут служить основанием для оптимизации параметров способов, схем управления газовыделением на выемочных участках и решения ряда других горно-технологических задач.

Литература

1. Полевщиков, Г.Я. Основы эффективной разработки углеметановых месторождений Кузбасса / Г.Я. Полевщиков, Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич, О.В. Брюзгина // Вестник КузГТУ. - Кемерово, 2011. - № 3 - С.8-11.

2. Полевщиков, Г.Я. Повышение эффективности комплексного управления газовыделением на выемочном участке шахты / Г.Я. Полевщиков, Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. -2012. - № 2. - С.20-27.

3. Полевщиков, Г.Я. Газодинамические следствия зональной дезинтеграции массива при проведении подготовительной выработки / Г. Я. Полевщиков, М.С. Плаксин // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2011. - № 5. - С. 3-7.

4. Зыков, В.С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах / В.С. Зыков. - Кемерово: Полиграф, 2010. - 334 с.

5. Черданцев, Н.В. Геомеханическое обеспечение инновационных проектных решений по строительству и эксплуатации горных предприятий / Н.В. Черданцев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2008. - № 7. - С. 189-202.

6. Черданцев, Н.В. Моделирование геомеханического состояния анизотропного по прочности неоднородного массива горных пород / Н.В. Черданцев, В.Т. Преслер // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2011. - № 3. - С. 15-22.

7. Клишин, В.И. Проблемы безопасности и новые технологии подземной разработки угольных месторождений / В.И. Клишин, Л.В. Зворыгин, А.В. Лебедев, А.В. Савченко.-Новосибирск: Новосибирский писатель, 2011. - 524 с.

8. Козырева, Е.Н. Уточнение прогноза метановыделения из вмещающих пород и пластов-спутников / Е.Н. Козырева, М.В. Писаренко // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2002. - № 9. - С. 97-99.

9. Шинкевич, М.В. Динамика геомеханических процессов в призабойной части массива при движении длинного очистного забоя / М.В. Шинкевич, Н.В. Рябков, Е.Н. Козырева // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - № 3. - С. 356-359.

10. Козырева, Е.Н. Некоторые особенности управления метанообильностью высокопроизводительного выемочного участка / Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич, Н.Ю. Назаров // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2011. - № 9. - С. 322-325.

11. Полевщиков, Г.Я. Фрактальная особенность структуризации массива горных пород в изменениях давления на призабойную часть угольного пласта, отрабатываемого длинным очистным забоем / Г.Я. Полевщиков, М.В. Шинкевич, Е.В. Леонтьева, А.А. Черепов // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2012. - № 3. - С. 16-23.

12. Козырева, Е.Н. Особенности газогеомеханических процессов на выемочном участке шахты / Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич / Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2010. - №2. - С. 28-35.

13. Айзаксон, Э. Давление горных пород в шахтах. - М.: Госгортехиздат,1961. - 176 с.

14. Пат. 2392442 Российская Федерация, МПК Е21F7/00. Способ дегазации отрабатываемого угольного пласта / Г.Я. Полевщиков, Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич. - № 2008142601/03; заявл. 27.10.2008; опубл. 20.06.2010, Бюл. № 17.

Размещено на Allbest.ru