Оценка газовыделения при проведении подготовительных выработок по выбросоопасным пластам Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 4

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.

© О.П. Агафонова, 2001

УДК 622.411.33:553.17

О.П. Агафонова

ОЦЕНКА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПО ВЫБРОСООПАСНЫМ ПЛАСТАМ

Р

азработка газоносных и выбросоопасных угольных пластов сопровождается различного вида газодинамическими проявлениями: от обычных, при выемке угля и проходке с помощью комбайнов, стругов БВР и др., до аварийных в форме газодинамических явлений (ГДЯ). Масштабы таких проявлений зависят от целого ряда природных и технологических факторов: газоносности, прочности, структуры и мощности угольных пластов и вмещающих пород, времени между циклами проходки, а также глубины разработки и уровня энергетического воздействия на призабойный массив. Повышение концентрации метана в шахтной атмосфере часто приводит к загазированию и взрывам газа и пыли (иногда с катастрофическими последствиями), что лимитирует скорости проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистные забои.

В настоящее время на газообильных шахтах действуют службы автоматической газовой защиты (АГЗ), оснащенные аппаратурой контроля метана (АКМ), которая достаточно надежно регистрирует динамику газо-выделения. Примеры изменения концентрации метана даны на рис. 1. Анализ изменения концентрации метана при последовательных циклах подвигания забоев дает возможность в дальнейшем определить подходы к установлению прогнозных критериев аномальных газо-выделений.

При сплошной системе разработки уровень и продолжительность газовыделения при проходке подготовительных забоев в большой мере влияют на режим работы прилегающих очистных забоев.

Наблюдения проводились на шахте «Западная» АО «Гуковуголь» в конвейерных штреках 0354 и уклоне 040, проводимых по пласту і3 «Суходольский» мощностью 1,2-1,55 м., проводимых сечением 15,4 м2 со средней скоростью 2,5 м/сут буровзрывным способом

при нормальной структуре пластов. Пласты опасны по внезапным выбросам угля и газа.

Представляет интерес проследить за изменением газовыделе-ния в подготовительных выработках при таких технологических процессах как буровзрывные работы (сотрясательный режим).

На основе обработки опытных данных (рассматри-вались диаграммы АКМ) при производстве СВР, была выявлена взаимосвязь концентрации газовыделения от времени с доверительной вероятностью 95 %. Также определены коэффициенты, максимально аппроксимирующие полученную зависимость и опытные значения (рис. 2, 3).

Регрессионная модель имеет следующий вид: у = а + Ь*ехр(Ь1/х) , еёе С = 0,184 + 0,049*ехр(Ш,648Л) (1)

где С - концентрация метана, %; t - время, мин.

distribийоп: 1\1оьта) (G)

с1 = о.зоб

Chi-Square: 122.859

8С 70 ■60]

• 50.

.40 30 20 10 0

-4000 1666 7333 13000186662433330000

-1167 4500 1016615833215002716632833 ЕхРе^е

Ж : :

: : ;Щ : :

: :

II щ

Ш : : Ш

'/УЛ± : : т : : т У///Л '///А

щ ш Жк. 77777, у///Л \////Х У///Л шт 1ууу73

Коэффициент корреляции г = 0,993 + 0,004, на-

дежность коэффициента корреляции ц = =225,084.

Максимальная концентрация составила 1,75 %, минимальная 0,22 %, время превышения концентрации метана над фоновым уровнем равняется 3 часа.

При фоновой концентрации метана 0,2 % и количестве подаваемого воздуха 218 м3/мин газовыделение после проведения сотрясательного взрывания за время превышения фонового уровня по формуле (2) [2] составило 385,6 м3.

Тзн

Gi = Ё (ЛЛ00)*((С,- - Cф)*tI■), (2)

где G1 - объем выделившегося газа, м3; Ri - расход воздуха в выработке, м3/мин; С1 - содержание метана в исходящей струе воздуха при выемке угля, %; Сф - фоновое содержание метана; Тзн - время значимой реакции пласта на ведение работ, мин; ti

- текущее время, мин.

При значительных выделениях метана часто не удается зафиксировать максимальное значение концентрации метана после СВР, т.к. предел регистрации метана датчиками АКМ равен 2,5 %. При помощи компьютерной обработки полученной зависимости становится возможным спрогнозировать максимальный уровень концентрации, при превышении порога в 2,5 %, а следовательно, рассчитать полный объем выделившегося газа, проинтегрировав полученное выражение по времени.

Достоверность о степени выбросоопасности определяется полнотой установления закономерностей изменения исследуемых величин. В связи с этим были рассмотрены законы распределения величины G -концентрации выделившегося газа (рис. 4, 5).

Анализ законов распределения показывает, что по критериям Пирсона и Колмогорова - Смирнова наиболее точным для описания величины является логнормальный закон распределения, т.к. Сh1-Square = 1,395, а К^ = 0,139; для геометрического распределения - Сh1-Square = 12,972, К^ = 0,372; для экспоненциального - Сh1-Square = 17,301, К^ = 0,372; для нормального - Сh1-Square = 122,9, К^ = 0,306; для биноминального - К^ = 0,777; для распределения Пуассона - К^ = 0,776.

В дальнейшем полученный закон распределения определяет подходы к установлению прогнозных критериев аномальных газовыделений.

Отдельно рассматривались 63 сотрясательных взрывания, при которых в большинстве случаев произошли выбросы угля и газа (в 39 случаях). Сопоставление количества разрушенного (выброшенного) угля и выделившегося газа при стандартных циклах проходки, инициированных БВР и внезапных

выбросах (произошедшие в разное время на шахто-пластах, имеющих относительно одинаковые физикомеханические свойства), показывает их взаимосвязь, которую можно аппроксимировать уравнением прямой (3), которая была также выделена на основе корреляционного анализа (матрицы) (рис. 6, таблица).

^ Q = -0,118 + 0,626*^ G, (3)

где G - среднее количество выделившегося газа, м3; Q

- среднее количество разрушенного (выброшенного) угля, т.

Коэффициент корреляции г = 0,951 + 0,012, надежность коэффициента корреляции ц = 78,958.

Приведенным зависимостям в общем среднем подчиняется газовыделение при проходке циклов подготовительных выработок с помощью БВР. Так, на примере выброса угля и газа в Карагандинском бассейне на шахте им. В.И. Ленина в результате внезапного выброса в людском ходке d6 было выброшено 550 т угля, количество выделившегося газа составило 36000 м3 [3], рассчитанное же по уравнению (3) количество выброшенного угля равняется 542 т.

Уравнение (3) имеет важное практическое значение. На шахтах, оснащенных аппаратурой АКМ

при производстве проходческих работ по фиксируемому объему выделившегося газа можно судить о количестве разрушенного угля. Так, например, если паспортом ведения горных работ в подготовительном забое с помощью БВР предусмотрена в среднем отбойка угля в объеме 15 т, а по количеству выделившегося газа расчет покажет увеличенный в 2 раза объем угля, то можно с большой степенью вероятности предполагать наличие в данном забое аварийной ситуации.

Выводы

• При значительных выделениях метана после БВР (сотрясательный режим) выявленная взаимосвязь (1) позволяет спрогнозировать уровень концентрации метана при превышении порога в 2,5 % и рассчитать объем выделившегося газа.

• Полученные законы распределения концентрации метана дают возможность в дальнейшем определить подходы к установлению прогнозных критериев аномальных газовыделений.

• Рассчитанная зависимость (3) дает возможность по объему выделившегося газа рассчитать количество разрушенного угля и судить о степени аварийной ситуации в забое.

Корреляционная матрица

коэффициент корреляции, R G - газовыделение, Q - кол-во разрушенного угля, N=63

переменные G Q lg G lg Q

G 1 0.873 0.727 0.692

Q 0.873 1 0.796 0.849

lg G 0.727 0.796 1 0.951

lg Q 0.692 0.849 0.951 1

lg Q = F (lg G) lg Q = - 0.118 + 0.626 * lg G

Correlation: r = 0.95097

Рис. 6

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Иванов Б.М., Томилин П.И., Юзик В.В., Агафонова О.П. Исследование неравномерности газовыделе-ния при проведении горных выработок по выбросоопасным пластам // Научн. сообщ. ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского №315/2000.

2. Иванов Б.М. Научные основы и комплексные методы оценки выбросоопасных зон угольных пластов // Научн. доклад ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, 1994.

3. Бирюков Ю.М., Пименов А.А., Ходжаев Р.Р. Некоторые вопросы внезапных выбросов угля и газа // Караганда, - 2000, 177 9 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ