CC BY
36
-------------------------------------------- © В.А. Бобин,
2009
УДК 622.817 В.А. Бобин
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИ ВЗАИМОСВЯЗАННЫХ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Представлен новый уровень в научном понимании механизма формирования генетически взаимосвязанных опасных газодинамических явлений в призабойной зоне угольного пласта и развиты новые принципы их прогнозирования по структурным и кинетическим параметрам природной наносистемы ''уголь-метан”, позволившие впервые обосновать универсальный метод прогноза, позволяющий надежно идентифицировать всю группу указанных явлений. Ключевые слова: газовыделения из шпура, нарушенности угля, прогнозные параметры пласта, угольные шахты.
Y^/f звестен способ текущего прогнозирования внезапных
-Ж-Я. выбросов угля и газа, основанный на измерении начальной скорости газовыделения и выхода бурового штыба из скважин контрольных шпуров [1]. При этом в качестве показателя опасности используется показатель Rb вычисляемый согласно соотношению, имеющему вид:
R1 (S max - Soi) (q нтах - q 0l) - b 1 (1)
где S max и qnmax - соответственно максимальные значения выхода бурового штыба (л/ мин) и начальной скорости газовыделения (л/ мин. м ) по длине шпура; S01 - проектный выход штыба ( S01 = 1.8 л/мин); q01 - критическое значение начальной скорости газовыделения ( q01 = 4 л/ мин.м ); b1 - эмпирический коэффициент ( b1 = 6).
Для оценки опасности угольного пласта по внезапным выбросам угля и газа в координатах Smax и qnmax строят граничную линию, определяемую уравнением R1 = 0 ; при этом, если точка, соответствующая замеренным в контрольном шпуре данным, находится выше граничной линии, то считают, что забой проходимой по угольному пласту выработки попал в опасную по внезапным выбросам угля и газа зону, если ниже - то в неопасную [2].
Недостатком этого способа является то, что он позволяет среди генетически взаимосвязанных газодинамических явлений, к которым относятся внезапные выбросы, внезапные высыпания и внезапные отжимы угля, прогнозировать только внезапные выбросы.
Кроме того, в практике прогнозирования используется так называемый способ прогнозирования генетически взаимосвязанных газодинамических явлений в угольных шахтах, основанный на измерении газовыделения из скважин контрольных шпуров и выхода из них бурового штыба, причем для прогнозирования этих взаимосвязанных газодинамических явлений определяются показатели газовой активности в пласте (R г) и динамической устойчивости (Ry) в призабойной части угольного пласта [1].
Однако его применение ограничивается тем фактом, что соответствующая ему номограмма не позволяет однозначно выявить зоны соответствующие каждому в отдельности типу генетически взаимосвязанных газодинамических явлений: так, например, из номограммы следует, что внезапные высыпания могут происходить как при Ri>0, так и при Ri-<0; отсюда и невозможность по номограмме установить однозначно как зону собственно внезапных выбросов угля и газа, так и зоны внезапных отжимов и высыпаний угля. Об этом свидетельствует и отсутствие четкой границы по прогнозным параметрам Rг и Ry между горными ударами и внезапными высыпаниями.
Предлагаемый универсальный метод прогноза создавался с целью повышения эффективности прогнозирования генетически взаимосвязанных газодинамических явлений в подготовительных выработках угольных шахт за счет дифференциации показателя опасности в зависимости от типа взаимосвязанных газодинамических явлений, каждому из которых соответствует свой прогнозный параметр R где i = 1, 2, 3, определяемый по общей формуле, имеющей вид:
Ri (S max - S0i)(q нтах - ^крО - b I (2)
где Smax и qnmax - максимальные значения выхода бурового штыба и начальной скорости газовыделения по длине контрольного шпура, а S0i, S02 , S03 - проектные значения выхода штыба и q н кр1, q н кр2, q н кр3 - критические значения начальной скорости газовыделения соответственно для внезапных выбросов угля и газа, внезапных высыпаний угля и внезапных отжимов (выдавливаний) и b1, b2, b3 -эмпирические коэффициенты.
Сама формула (2) и входящие в нее величины обоснованы в работе [3], при этом Ь1 = 6, Ь2 = 3,5 и Ь3 = 0,75. Поэтому для оценки опасности призабойной части пласта на номограмме в координатах Smax и q нтах строим три граничные линии, описываемые уравнениями R1 = 0, R2 = 0, R3 = 0, которые определяют на номограмме границы соответственно внезапных выбросов, внезапных высыпаний и внезапных отжимов. Как показано в работе [3], выше граничных линий на номограмме располагаются соответственно области параметров опасных по внезапным выбросам, внезапным высыпаниям угля и внезапным отжимам, а ниже - области параметров неопасных по указанным генетически взаимосвязанным газодинамическим явлениям.
Проверка этого метода прогноза была проведена на примере подготовительных выработок ряда угольных пластов Кузбасса( пласты - Владимирский, Кемеровский, Горелый, IV Внутренний и Мощный). На этих пластах были проведены д.т.н. Г.Я. Полевщико-вым эксперименты по бурению 16 контрольных шпуров. Эти экспериментальные данные с выявленными значениями S тах и qн тах приведены на рис. 1 (зона I - опасно по внезапным выбросам, зона II - опасно по внезапным высыпаниям угля, зона III - опасно по внезапным отжимам угля и зона IV - неопасно по всем видам генетически взаимосвязанных газодинамических явлений), здесь же представлены граничные линии Rl = 0, R2 = 0 и R3 = 0.
Совместный анализ экспериментальных данных показывает, что из 16 зон угольных пластов, где были пробурены шпуры, только 5, а именно те, где пробурены шпуры №№ 3,6,20,23,45 располагаются между граничными линиями R2 = 0 и R3 = 0, т.е. эти данные свидетельствуют об опасности этих зон угольных пластов относительно внезапных отжимов, а остальные экспериментальные точки располагаются ниже линии R3 = 0, что свидетельствует о неопасности их по всем видам генетически взаимосвязанных газодинамических явлений.
Этот результат позволяет сделать вывод о том, что использование предлагаемого способа позволяет повысить эффективность прогнозирования за счет дифференциации поля прогнозных параметров на четыре ярко выраженные области, т.к.
Рис. 1
согласно способу, описанному в работе [1] и выраженному на рис. 1 граничной линией Rl = 0, все указанные экспериментальные данные свидетельствуют о неопасности пластов по внезапным выбросам угля и газа, а об остальных типах генетически взаимосвязанных газодинамических явлений информация просто отсутствует.
Таким образом, сущность реализации универсального способа прогноза генетически взаимосвязанных газодинамических явлений в подготовительных выработках угольных шахт можно сформулировать кратко в виде следующей последовательности операций:
- поинтервальное бурение контрольного шпура в забое выработки,
- измерение величин выхода бурового штыба S (л/мин) и начальной скорости газовыделения qн (л/мин м) по длине контрольного шпура,
- выявление максимальных значений выхода бурового штыба S тах и начальной скорости газовыделения qнmax по длине шпура,
- вычисление прогнозных параметров опасности генетически взаимосвязанных газодинамических явлений,
- оценка опасности призабойной части пласта с помощью номограммы, построенной в поле прогнозных параметров. При
этом вычисляют три прогнозных параметра Ri , где i = 1, 2, 3, по
°бщеИ формуле Ri (Smax - S0i ) (qHmax - qнкрi ) - b i , где S01 , S02, S03 -
проектные значения выхода штыба , а qHKpu qнкр2 , qнкр3 - критические значения начальной скорости газовыделения соответственно для внезапных выбросов угля и газа, внезапных высыпаний угля и внезапных отжимов (выдавливаний) и b 1, b 2, b3 - эмпирические коэффициенты ( b1 = 6, b2 = 3,5 ; b3 = 0,75 ).
Для оценки опасности призабойной части пласта на номограмме в координатах S max, q н max строят три граничные линии, описываемые уравнениями R1 = 0, R2 = 0, R3 = 0, которые определяют на номограмме границы областей соответственно внезапных выбросов, внезапных высыпаний угля и внезапных отжимов, выше которых на номограмме располагаются соответственно области параметров опасных по внезапным выбросам, внезапным высыпаниям угля и внезапным отжимам, а ниже - области параметров неопасных по указанным генетически взаимосвязанным газодинамическим явлениям.
Таким образом, в ходе исследований достигнут новый уровень в научном понимании механизма формирования генетически взаимосвязанных опасных газодинамических явлений в призабойной зоне угольного пласта и развиты новые принципы их прогнозирования по структурным и кинетическим параметрам природной наносистемы "уголь-метан", позволившие впервые обосновать универсальный метод прогноза, позволяющий надежно идентифицировать всю группу указанных явлений.
----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пузырев В.Н. Текущий прогноз газодинамических явлений в подготовительных выработках угольных шахт. Автореферат диссертации, М., 1983, 32 с.
2. Бобин В.А., Клебанов А.Ф. К вопросу о прогнозе взаимосвязанных газодинамических явлений. Кемерово. Препринт Метанового центра, №3, август, 1996 (вып.7), с. 16-18.
3. Бобин В.А. Об универсальности комплексного прогнозного параметра для генетически взаимосвязанных ГДЯ. Препринт Метанового центра. Кемерово, №4, октябрь, 1997, с.9-12. Hifctá
Bobin V.A
UNIVERSAL WAY of FORECASTING of GENETIC INTERCONNECTED GASDYNAMIC PHENOMENAS In STARTING-UP PRODUCTIONS of COAL MINE
In the item represented new level in scientific understanding of the mechanism of shaping the genetic interconnected dangerous gasdynamic phenomenas in призабойной to the area of coal layer and develop new principles of their forecasting on structured and kinetic parameters natural nanosystem ”coal-methane”, allowed for the first time to motivate an universal method of the forecast, allowing safely identify the whole group of specified phenomenas.
Key words: gas emission from a borehole, coal disturbance, expected layer parameters, coal mines.
— Коротко об авторе ----------------------------------------------
Бобин В.А. - доктор технических наук, Учреждение Российской академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Ьо[email protected]
