CC BY
13
■ М.С. Плаксин // M.S. Plaksin [email protected]
канд. техн. наук, старшин научный сотрудник ФГБУН «ФИЦ УУХ СО РАН», Россия, 650065, г. Кемерово, Ленинградский проспект, 10
candidate of technical sciences, chief researcher of Coal and Coal Chemistry Federal Research Center Institute of Coal, Russian Academy of Sciences Siberian Branch, 10, Leningradsky Avenue, Kemerovo, 650065, Russia
УДК 622.831.322
СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПО РАЗРАБОТКЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ГАЗОВОЙ И
ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ОСНОВЕ ДАННЫХ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК MODERN OPPORTUNITIES FOR THE GAS AND GAS DYNAMIC SAFETY INCREASING METHODS DEVELOPMENT AT COAL SEAM MINING BASED ON DATA RECEIVED DURING PREPARATORY OPENING HEADING
Инициирование опасных газодинамических явлений, в том числе внезапных выбросов угля и газа, а также вероятность загазования рабочего пространства являются основными факторами, влияющими на темпы ведения горных работ подземным способом. Совершенствование технических средств по добыче угля и увеличение глубин ведения горных работ требуют совершенствование методов по прогнозированию газовой и газодинамической опасности.
Проведение подготовительных выработок вызывает изменение природного напряженного состояния в их окрестностях. Исследование только газокинетической реакции углепородного массива этих изменений в зависимости от интерпретации может предоставить исчерпывающую и важную информацию, использовать которую можно при проведении близлежащих выработок (выработка-аналог) или непосредственно при отработке выемочного столба, освещение данной задачи приводится в представленной статье.
Представлено устройство для выполнения замера газоносности угольного пласта через шпуры, пробуренные в забой подготовительной выработки.
The initiation of hazardous gas-dynamic phenomena, including sudden outbursts of coal and gas, as well as the likelihood of gas penetration into the working space, are the underground method mining oper-ations rate. Improving coal mining equipment and increasing the depths of mining operations require im-proved methods for predicting gas and gas dynamic hazards.
Preparatory workings cause a change in the natural stress state around them. The study of only the gas-kinetic reaction of the coal-bearing massif of these changes, depending on the interpretation, can provide an exhaustive and important information, which can be used in conducting the nearby opening (analogue opening) or directly during the extraction pillar mining, the coverage of this task is provided by the presented article.
A device is presented for measuring the gas content of a coal seam through boreholes drilled into the face of a preparatory opening.
Ключевые слова: УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ, ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ВЫРАБОТКИ, ГАЗОНОСНОСТЬ, МЕ-ТАНООБИЛЬНОСТЬ, ГАЗОДИНАМИЧЕСКАЯ ОПАСНОСТЬ
Key words: COAL SEAM, OREPARATORY OPENING, GAS CONTENT, METHANE INFLOW, GAS-DYNAMIC HAZARD
Принятые в промышленности методы контроля газодинамической активности угольных пластов в очистных и подготовительных забоях значительно сдерживают производительность горных работ, затрудняя принятие единого комплекса мер по снижению метанообильности и выбросоопас-ности. Но их автоматизация сдерживается не только недостаточностью научных знаний, основы которых заложены еще в 80-х годах прошлого века, но и действующими в промышленности требованиями, нормативных схем размещения датчиков контроля концентрации метана и расхода воздуха, сбоями в системе мониторинга рудничной атмосферы. Эти вполне доступные для оптимизации факторы препятствуют созданию инженерных методов количественной оценки динамики реакции углеметанового пласта непосредственно в процессе технологического цикла. Если устранить эти технические сложности, то можно рассматривать проведение подготовительных выработок как доразведку пласта, перенося ее результаты и на оконтуриваемый очистной забой.
По данным электронных систем контроля можно на первом этапе по показаниям датчиков на исходящей струе воздуха выполнить полноценный анализ динамики метанообильности проводимой выработки и оценить газодинамическую активность достаточно представительной зоны пласта и частично площади оконтурива-емого выемочного пласта [1, 2]. Эти сведения позволяют повысить объективность заключений об интегральной газодинамической реакции при-контурной части пласта, включающую забой и борта выработки.
Физическая суть анализа основана на представлении: реакция приконтурной части газоносного пласта при создании любого выреза (шпур, скважина, штрек и т.д.) приводит к механической разгрузке пласта на определенном расстоянии от контура выработки. Чем больше потенциальная энергия пласта, тем больше размер зоны ее влияния, и, следовательно, большие объемы метана поступают в выработку. Особенностью пластов является изменчивость их свойств. О характере этой изменчивости и ее тенденциях по трассе проведения выработки можно судить по динамике относительных изменений метанообильности.
Известны: декадные замеры воздуха; геологоразведочные данные; значение показаний концентраций трех датчиков (забойный, в 20-ти метрах от забоя, на исходящей).
В качестве критерия оценки разработан
показатель, отражающий долю реализации газового потенциала, как характеристики дополнительного газопритока в выработку
(1)
Здесь 1сут - фактический объем метана, выделившийся за сутки из подготовительной выработки, м3/сут; Овыр - содержание метана в угле по угольному пласту за сутки подвигания, м3/сут.
Суточная метанообильность:
(2)
Содержание метана в пласте, в пределах сечения выработки по углю:
}Г + А"
/ =1440- , 100
- т-И -V -V -У ■ 1шт ' ото I Л
100 1 (3)
Здесь С - среднесуточная концентрация метана в подготовительной выработке, %; 0> - расход воздуха, м3/мин; g - газоносность пласта, с.б.м., м3/т; V - скорость подвигания забоя, м/сут; к - ши-
сут 1 ^ 'у ' Шт
рина выработки, м; т - мощность пласта в пределах сечения выработки, м; g - плотность угля, т/ м3; W- влажность угля, %; А - зольность угля, %.
Значимость разработанного показателя определяется его возможностью количественно оценивать газодинамическую активность угольного пласта при проведении подготовительных выработок.
На рисунке 1 показаны графики реализации газового потенциала пласта при проведении вентиляционного и конвейерного штреков лавы 351 ОАО «Шахта «Чертинская-Коксовая» и карта коэффициента крепости угля в пределах оконтуренного ими выемочного столба выбросо-опасной лавы (шкала по штрекам соответствует расположению относительно представленного выемочного столба). Видно, что показатель Р изменяется соответственно свойствам пласта, в т.ч. реагируя и на его геологическую нарушен-ность.
Показатель не только подтверждает зоны нарушенности пласта по данным электрометрии (установлены ВостНИИ), но и содержит информацию о нарушенных зонах, не зафиксированных этим методом (геологические нарушения). Этот факт указывает на самостоятельную значимость результатов анализа динамики метанообильности и в тоже время на целесообразность его выполнения для комплексного уточнения границ газодинамически опасных зон, что позволяет на предварительном этапе уточнить (или разработать) комплекс мер, направленных на снижение газовой и газодинамической опасно-
Дслн|}*ал№ЦНпмто№ГйЦйтгяр1пэ4ТГА(эт|>|в1еьфго пласта прн пр:п^сннц »HSimjMOft>iilipe«i
в
а
£
11
П 7
Зйны n^iyncHiKiuii litem 3 по данный ш&гроынрни (bmiHJIlft
а я и- -а Ж' к и мл- и & so ск й! ;{!■ :н га и ™
Доля рмпныции газового потенциала отрабатываемого пласта при проведении
иентилицноннсго штрек.1 351
ъаб ' - . ■ J0 м,
- iiitfn li]ljiimh ;t;nim],im i.ittTp.isliitpttLI
| -»ааПГд
- ДЯЧЪЮНКтВЩйС HjJ^HKHJU
Рисунок 1 - Доля реализации газового потенциала при проведении вентиляционного и конвейерного штреков № 351 и карта коэффициента крепости угля в оконтуренном ими выемочном столбе Figure 1 - Gas potential implementation part during ventilation and conveyor galleries number 351 heading and coal
strength factor map in the contoured by them coal pillar
12
Рисунок 2 - Устройство измерения газоносности угля (УИГУ) Figure 2 - Coal gas content measuring device (UIGU)
сти при отработке выемочного столба.
К аналогичному выводу приходим и при анализе динамики метанообильности вентиляционного штрека 351 в течение суток, которая характеризует реакцию массива в пределах технологического цикла (рис.1). Например, на исходящей струе регистрируются пульсации, отсутствующие в забое, что указывает на опасную реакцию бортов выработки.
Показатель доли реализации газового потенциала конвейерного штрека (рис.1) имеет нарастающую динамику по мере подвигания, что с высокой вероятностью определяется либо увеличением газоносности угольного пласта, либо повышением его газодинамической активности. В целом вопрос определения содержания газа в угле на момент начала отработки пласта (технологическая газоносность) достаточно актуален
[3]. На наиболее значительные изменения газоносности в пределах выемочного столба оказывают проводимые в непосредственной близости работы по отрабатываемому пласту, а также отработка выше и нижележащих пластов 4].
Подвигание подготовительной выработки по угольному пласту вызывает изменение природного напряженного состояния в ее окрестностях. Небольшая ширина подготовительной выработки и высокий темп ее подвигания не позволяют «широкого развития» от забоя выработки зоны неупругого деформирования в приконтур-ной части пласта. Однако имеются возможности по измерению технологической и (или) природной газоносности угольного пласта в непосредственной близости от забоя выработки.
Для измерения газоносности угля при бурении шпуров в забой выработки в ИУ ФИЦ УУХ
Рисунок 3 - Пример уточнения газоносности угольного пласта на основании отбора проб при
проведении подготовительных выработок (РП - разрезная печь, КШ - конвейерный штрек, ВШ - вентиляционный штрек, МК - монтажная
камера)
X, м'/т
3d
\ 10
J*
а с 1 а
20 0 10 20 L, М 40
отставание менее 0,5 года Отставание 10 лет
Рисунок 4 - Изменение газоносности пласта при проведении параллельных подготовительных выработок с разным периодом отставания от основной выработки Figure 4 - Changes in the seam gas content during parallel preparatory opening heading with a different period
of lag from the main opening
СО РАН [5] разработано оригинальное устройство, позволяющее выполнять отбор проб угля в изолированном режиме. К возможностям устройства также можно отнести мониторинг газокинетических и газодинамических характеристик по направлению от забоя вглубь массива, в том числе мониторинга фронта газового давления для оценки газодинамической опасности [6,7].
Поскольку подготовительные выработки оконтуривают выемочный столб, то выполняемая серия замеров газоносности по его периметру с высокой точностью позволяет с применением методов интерполяции интерпретировать изменение газоносности по площади выемочного столба с построением изолиний газоносности (рис.3).
Разгружающее (дегазационное) влияние подготовительных выработок на выемочный
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 2.
3.
4.
5.
6. 7.
столб относительно его общей площади невелико [1,8], но на проводимую параллельную выработку может оказывать значительное влияние. В качестве примера на рисунке 4 представлены результаты расчёта расстояния для безопасного проведения параллельных подготовительных выработок на основании дегазационного эффекта от ранее проведённой подготовительной выработки
Внедрение представленных наработок - от показателя доли реализации газового потенциала до оперативного определения газоносности угольного пласта при проведении подготовительных выработок позволит значительно повысить информативность газового и газодинамического контроля, а, следовательно, повысить безопасность горных работ в целом.
Родин, РИ. Эффективность дегазации шахт Кузбасса / РИ. Родин // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, 2011. - № 2. - С. 116-119.
Козырева, Е.Н. Газодинамическая активность угольного пласта и необходимость применения его дегазации / Е.Н. Козырева, А.А. Рябцев // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. -Кемерово, 2018. - № 1. - С. 8-13
Тайлаков, О.В. К оценке эффективности дегазации угольного пласта на основе определения его остаточной газоносности // Наука и техника в газовой промышленности. - Санкт-Петербург, 2018. - № 4. - С. 43-47. Козырева, Е.Н. Необходимость применения пластовой дегазации по уточненной газоносности пласта (на примере лавы № 449 Шахты «Чертинская-Коксовая») / Е.Н. Козырева, М.В. Шинкевич, С.Р. Смирнов, В.Ф. Исамбе-тов // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2018. - № 1. - C. 14-19. Плаксин М.С. Технические основы создания инновационного устройства и оперативного метода определения газоносности угольного пласта / М.С. Плаксин, Р.И. Родин, В.П. Титов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2018. - № S49. - С. 165-173.
Зыков, В.С. Внезапные выбросы угля и газа и другие газодинамические явления в шахтах / В.С. Зыков. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2010. - 333 с.
Полевщиков, Г. Я. Динамические газопроявления при проведении подготовительных и вскрывающих выработок в угольных шахтах. - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, 2003. - 317 с.
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..
REFERENCES
Rodin, R.I. (2011). Effektivnost degazatsii shakht Kuzbassa [Kuzbass mines degassing efficiency]. Vestnik nauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Herald of Safety in Mining Industry Scientific Center, Kemerovo, 2, 116-119 [in Russian].
Kozyreva, Ye.N., & Riabtsev, A.A. (2018). Gazo-dinamicheskaia aktivnost ugolnogo plasta i neob-hodimost primenenia ego degazatsii [Gas-dy-namic activity of a coal seam and the need to use its degassing]. Vestnik nauchnogo tsentra po be-zopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Her-ald of Safety in Mining Industry Scientific Center, Kemerovo, 1, 8-13 [in Russian].
Tailakov, O.V. (2018). K otsenke effektivnosti degazatsii ugolnogo plasta na osnove opredelenia ego ostatochnoi gazonosnosti [To the assessing of a coal seam degassing efficiency based on the determination of its residual gas content]. Nauka i tekhnika - Science and Technology, St. Peters-burg, 4, 43-47 [in Russian].
Kozyreva, Ye.N., Shinkevich, M.V., Smirnov, S.R., & Isambetov, V.F. (2018). Neobhodimost prime-nenia plastovoi degazatsii po utochnennoi gazo-nosnosti plasta (na primere lavy № 449 Shakhty «Chertinskaya-Koksovaia») [The need for the use of seam degassing according to the specified seam gas content information (on the example of the longwall number 449, Mine Chertinskaya-Koksovaya)]. Vestnik nauchnogo tsentra po be-zopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Her-ald of Safety in Mining Industry Scientific Center, 1, 14-19 [in Russian]. Plaksin, M.S., Rodin, R.I., & Titov, V.P. (2018). Tekhnicheskie osnovy sozdania innovatsionnogo ustroistva i operativnogo metoda opredelenia ga-zonosnosti ugolnogo plasta [Technical basis for creating an innovative device and an operational method for determining the coal seam gas con-tent]. Gorny informatsionno-analiticheskii biulleten - Mining Informational Analytical Bulletin, S49, 165-173 [in Russian].
Zykov, V.S. (2010). Vnezapnye vybrosy uglia i gaza i drugie gazo-dinamicheskie iavlenia v shakhtakh [Sudden coal and gas outbursts and other gas-dynamic phenomena in mines]. Keme-rovo: Coal and Coal Chemistry Institute, Russian Academy of Sciences Siberian Branch [in Rus-sian].
Polevshchikov, G.Ya. (2003). Dinamicheskie gazoproiavleniia pri provedenii podgotovitelnykh i vskryvaiushchikh vyrabotok v ugolnykh shakhtakh [Dynamic gas phenomena during preparatory and opening works in coal mines]. Kemerovo: Coal and Coal Chemistry Institute, Russian Academy of Sciences Siberian Branch [in Russian]. Kozyreva, Ye.N., & Shinkevich, M.V. (2010). Oso-bennosti gazogeomekhanicheskikh protsessov na vyemochnom uchastke Shakhty [Features of gas-geomechanical processes at the mine extraction section]. Vestnik nauchnogo tsentra po bezopas-nosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Herald of Safety in Mining Industry Scientific Center, 2, 28-35 [in Russian].
__• Щ ___
СПЕЦИАЛИСТАМИ ООО «ГОРНЫЙ-UQT» РАЗРАБОТАН, ПРОШЕЛ ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ И ПОЛУЧИЛ СЕРТИФИКАТ СООТВЕТСТВИЯ ТАМОЖЕННОГО СОЮЗА -СТАЦИОНАРНЫЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕР В ЗОНЕ ОТРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА — CASOS
Газоанализатор позволяет производить одновременно до 6 измерений различных газов, а также
температуры, относительной влажности и абсолютного давления одним блоком диффузионным методом без пробоотборного насоса.
indsafe.ru
V
