Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ горно-геологических условий разработки выбросоопасных угольных пластов 10
1.1 Обзор горно-геологических условий проявления газодинамических явлений в основных угольных месторождениях и Донецко -Гундоровском районе Восточного Донбасса 10
1.2 Способы прогноза и предотвращения газодинамических явлений, применяемые на угольных шахтах 27
1.2.1 Оценка степени выбросоопасности призабойного массива нормативными способами 27
1.2.2 Реакция призабойного массива на противовыбросные мероприятия. 31
1.2.3 Способы предотвращения ГДЯ 37
1.3 Определение газообильности горных выработок и параметров их проветривания 42
Выводы. Цели и задачи исследований 43
2 Методы и объекты исследования проявлений газодинамической активности при проведении горных выработок по выбросоопасным пластам 45
2.1 Объекты исследования горно-геологических условий проведения горных выработок на газоносных и выбросоопасных пластах 45
2.2 Методы определения количества метана, выделяющегося при ГДЯ и подвиганий горных выработок 48
2.3 Анализ параметров диаграмм концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля 51
Выводы 52
3 Результаты исследования проявлений газодинамической активности при проведении горных выработок по выбросоопасным пластам 54
3.1 Исследование количества метана, выделившегося при подвиганий горных выработок и внезапных выбросах угля и газа 54
3.2 Исследование неравномерности газовыделения при ведении горных работ на выбросоопасных шахтопластах 58
3.3 Сопоставление абсолютной газообильности горных выработок по данным газовых съемок и аппаратуры аэрогазового контроля 64
Выводы 66
4 Экспериментальная проверка газодинамических параметров проведения подготовительных выработок на выбросоопасных пластах 68
4.1 Исследование зависимости объемов газовыделения от количества разрушенного (выброшенного) угля на шахтах 68
4.2 Разработка методики определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля 72
4.3 Исследование взаимосвязей параметров диаграмм концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля 81
4.4 Установление взаимосвязей абсолютной газообильности выработок и параметров диаграмм концентрации метана 95
4.5 Установление критериев выбросоопасности по данным аппаратуры аэрогазового контроля и объему выброшенного (разрушенного) угля 97
4.6 Снижение уровня газовыделения при выполнении противовыбросных мероприятий 100
4.6.1 Мероприятия по предупреждению внезапных выбросов угля и газа 100
4.6.2 Виброимпульсное воздействие на призабойный массив 100
4.6.3 Изменение уровня технологического воздействия на призабойный массив 103
Выводы 103
5 Разработка рекомендаций по снижению выбросоопасности призабойного массива и управлению газовыделением при проведении подготовительных выработок 105
5.1 Методика определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля 105
5.2 Методика опережающей оценки выбросоопасной ситуации при проходке подготовительных забоев с помощью БВР по данным аппаратуры аэрогазового контроля ПО
5.3 Уточненная методика определения абсолютной газообильности горных выработок с учетом данных аппаратуры аэрогазового контроля 113
Выводы 114
Заключение 116
Список литературы 118
- Оценка степени выбросоопасности призабойного массива нормативными способами
- Методы определения количества метана, выделяющегося при ГДЯ и подвиганий горных выработок
- Исследование неравномерности газовыделения при ведении горных работ на выбросоопасных шахтопластах
- Разработка методики определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля
Введение к работе
Актуальность работы. Разработка газоносных и выборосоопасных угольных пластов сопровождается различного вида газопроявлениями: от обычных при выемке угля и проходке с помощью комбайнов, стругов, БВР и др. до аварийных в форме газодинамических явлений (ГДЯ). Масштабы этих проявлений (объемы разрушенного и выброшенного угля и выделившегося газа, дальность отброса) зависят от целого ряда природных и технологических факторов: газоносности, прочности, структуры и мощности угольных пластов и вмещающих пород, времени между производственными циклами по проходке и выемке угля, а также глубины их разработки и уровня энергетического воздействия на призабойный массив. Концентрация метана в шахтной атмосфере часто лимитирует скорости проведения подготовительных выработок и нагрузки на очистной забой (газовый фактор). Нередко проведение горных выработок по газоносным пластам приводит к загазированию и взрывам газа и пыли, иногда с катастрофическими последствиями.
За последние 10 лет на шахтах РФ при проведении подготовительных выработок произошло более 120 ГДЯ с выделением более 50м3 метана на 1 тонну разрушенного угля.
Из выше изложенного следует, что проблема прогноза и управления газодинамическим режимом призабойного массива при разработке газоносных и выбросоопасных шахтопластов, с использованием буровзрывных способов проведения выработок, является весьма актуальной, особенно на пластах малой и средней мощности.
Цель диссертационной работы. Разработка методики прогноза выбросоопасных зон и управления газодинамическими режимами призабойного углепородного массива, позволяющей повысить безопасность и эффективность проведения подготовительных выработок по газоносным и выбросоопасным угольным пластам.
Идея работы заключается в установлении закономерностей изменения объемов газовыделения и разрушенного угля от природных и технологических факторов и разработке на этой основе критериев прогноза выбросоопасности и управления газодинамическим режимом призабойного углепородного массива.
Задачи исследований:
обосновать возможность использования выделяющегося объема газа по данным аппаратуры аэрогазового контроля в качестве универсальной характеристики оценки изменения газодинамического состояния выбросоопасного призабойного углепородного массива, учитывающей природные и технологические факторы;
установить закономерности изменения объемов газовыделения и разрушенного угля от природных и технологических факторов;
разработать методику определения максимальной концентрации метана в призабойной рудничной атмосфере по данным аппаратуры контроля метана, при превышении 2,5%;
уточнить методику прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры контроля метана;
разработать прогнозные критерии безопасных технологических параметров проведения подготовительных выработок;
разработать рекомендации по снижению выбросоопасности призабойного углепородного массива и управлению газовыделением.
Методы исследований
Анализ ранее выполненных исследований по вопросам теории, прогноза и предотвращения ГДЯ и управления газовыделением, экспериментальные шахтные исследования в различных горно-геологических условиях газодинамического режима призабойного газоносного и выбросоопасного углепородного массива, привлечение методов математической статистики и теории вероятностей для обработки экспериментальных данных, проверка установленных зависимостей и критериев в шахтных условиях при проходке горных выработок.
Основные научные положения, выносимые на защиту
в качестве универсальных характеристик прогноза изменения газодинамического состояния и выбросоопасности призабойного углепородного массива могут использоваться эмпирические зависимости объемов газовыделения от массы разрушенного (выброшенного) угля, полученные в конкретных горно-геологических условиях;
фактический объем газовыделения при циклах проходки с достаточной для прогноза выбросоопасности точностью определяется по данным аппаратуры аэрогазового контроля (особенно при превышении предела 2.5%) и дебита воздуха по разработанной методике расчета максимальной концентрации метана;
при превышении паспортных показателей в 1,5-2,0 раза в качестве критериев оценки техногенных последствий газодинамических явлений при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным угольным пластам следует использовать объемы газовыделения и массы разрушенного угля, рассчитанные по установленным эмпирическим зависимостям;
уточненная методика прогноза газообильности подготовительных выработок по данным аппаратуры аэрогазового контроля позволяет получать количественную оценку объема метана, который может выделиться в подготовительную выработку, и заблаговременно планировать профилактические противовыбросные мероприятия.
Научное значение и новизна работы.
установлены эмпирические зависимости объема газовыделения от массы разрушенного (выброшенного) угля для различных горно-геологических условиях проведения подготовительных выработок;
разработана методика определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля при превышении предела в 2.5%;
определены и статистически обоснованы критерии оценки техногенных последствий ГДЯ;
уточнена методика прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры аэрогазового контроля.
Личный вклад автора диссертации заключается в анализе и обобщении результатов ранее выполненных исследований по вопросам управления газовыделением при проведении горных выработок, определении цели и постановке задач исследования, в разработке методики исследований, в организации, руководстве и личном участии в проведении и обработке результатов шахтных экспериментов, в разработке и внедрении рекомендаций по снижению выбросоопасности призабойного углепородного массива и управлению газовыделением при проведении горных выработок.
Обоснованность и достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:
соответствием выводов и рекомендаций современным представлением о причинах и механизме газодинамических явлений;
высокой статистической оценкой тесноты связей, установленных зависимостей;
представительным объемом шахтных экспериментов, охватывающих тысячи циклов проходки, в 19 подготовительных забоях 5-ти шахт, с общим подвиганием более 3300 метров;
доверительной вероятностью установленных критериев с надежностью более 0.95;
положительными результатами шахтных испытаний.
Практическая ценность результатов исследований заключается в:
установлении критериев оценки техногенных последствий ГДЯ на основе полученных эмпирических зависимостей объема газовыделения и массы разрушенного (выброшенного) угля;
разработке методики определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля, при превышении предела в 2.5%.
уточнении методики прогноза газообильности подготовительных забоев по данным аппаратуры аэрогазового контроля;
разработке и внедрении рекомендаций по снижению выбросоопасности и управлению газовыделением при проведении горных выработок.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на научном семинаре Отделения рудничной аэрологии (2001 г) и ученом совете ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского; на региональной секции комиссии по борьбе с внезапными выбросами по Восточному Донбассу (2001 г.), на научных симпозиумах «Неделя горняка» МГГУ (2002-2007 г.г.). На НТС ЗАО УК «Гуковуголь» (2007 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ в издательствах, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложена на 126 страницах машинописного текста, включает 35 рисунков, 24 таблицы и список литературы из 96 наименований.
Оценка степени выбросоопасности призабойного массива нормативными способами
В целях обеспечения безопасности ведения горных работ в подготовительных и очистных забоях угольных шахт применяются различные методы диагностики ГДЯ, называемые методами прогноза выбросоопасности угольных пластов [40, 78-81, 83-89].
Необходимость разработки и применения методов прогноза объясняется еще и тем, что площадь реальной выбросоопасности на опасных пластах не превышает, как правило, 10-15%) и лишь на отдельных пластах составляет 25-30% общей площади отрабатываемого шахтопласта, и при достоверном выявлении таких участков можно значительно сократить затраты на выполнение дорогостоящих противовыбросных мероприятий. Однако пока нет надежных и технологичных методов определения мест возникновения внезапных выбросов, а прогнозируются лишь зоны, в которых проявление выбросов наиболее вероятно. Прогноз выбросоопасных зон газоносных угольных шахтопластов подразделяется на три стадии: региональный, локальный и текущий.
Региональный прогноз дает предварительную оценку выбросоопасности угольных шахтопластов и месторождений по данным геологоразведочных скважин (перед вскрытием их стволами и горными выработками) на всех стадиях разведки и доразведки шахтных полей с учетом тектонической нарушенное разведываемого района. Прогноз основан на использовании геологической и геофизической информации, получаемой при бурении геологоразведочных скважин, и опыта отработки выбросоопасных шахтопластов [21, 25-33, 56, 66, 67, 69, 76].
Локальный прогноз позволяет оценивать выбросоопасность угольных шахтопластов периодически в забое одной или нескольких горных выработок в пределах шахтного поля на основании изучения комплекса свойств и горногеологических условий разработки угольных пластов и установленных закономерностей методами статистики и теории вероятностей. При локальном прогнозе должны учитываться и уточняться данные регионального прогноза для заблаговременной оценки опасного состояния участков угольных пластов [20, 22-24,28,29]. Условно к локальному прогнозу можно отнести прогноз выбросоопасности угольных пластов перед их вскрытием, имеющих свою специфику. Отдельно следует отметить, что локальный прогноз по установленным зависимостям дает однозначную возможность своевременно переводить невыбросоопас-ные ранее шахтопласты в категорию выбросоопасных, т.к. выбросоопасная глубина шахтопласта является функцией комплекса признаков выбросоопасности.
Результаты исследований показывают, что в среднем выбросоопасность угольных пластов (плотность выбросов на единицу площади выемки или массы добычи) возрастает с увеличением глубины разработки, мощности пласта, давления газа, прочности вмещающих пород (особенно кровли), прочности (нару-шенности) угля и сложности строения пласта, неоднородности свойств угольного пласта и вмещающих пород и др., которые в комплексе наиболее значимых (физически существенных) признаков дают возможность определять ком плексный показатель локального прогноза выбросоопасносных зон угольных шахтопластов Донбасса, Воркуты и Кузбасса [10, 22-24].
С надежностью 96% при доверительной вероятности 0,95 можно утверждать, что значение комплексного показателя для выбросоопасных шахтопластов 22; с надежностью 99,1% при доверительной вероятности 0,95 можно также утверждать, что значение комплексного показателя для неопасных шахтопластов менее 22.
В [20,34] показана взаимосвязь значений комплексного показателя выбросоопасности для 74 шахтопластов Донбасса, на которых произошло 624 внезапных выброса, с плотностью выбросов (отношением числа выбросов к отработанной площади). Значения комплексного показателя выбросоопасности весьма уверенно отражает степень выбросоопасности угольных шахтопластов. К локальным методам прогноза следует отнести также предложенные в 1999 г. методы в «Руководстве по определению степени (категории) выбросоопасности угольных пластов и забоев горных выработок с учетом глубины и технологии ведения горных работ» (Люберцы-Кемерово), а также регламентированные «Инструкцией» ПБ способы прогноза при вскрытии газоносных угольных пластов.
Основными недостатками данных методов является трудоемкость и нерегулярность применения, а также отсутствие качественных серийных приборов и оборудования. Вопросы автоматизации определения их основных параметров в настоящее время даже не ставятся.
К особым видам диагностики и прогноза состояния угольного массива следует отнести способы просвечивания (прозвучивания) выемочных участков при столбовой системе подготовки [30, 35, 36], что также зависит от наличия серийной доступной аппаратуры. Текущий прогноз выбросоопасных зон угольных пластов. Выявление характерных особенностей свойств и состояния угольных пластов и зон, в пределах которых вероятны ГДЯ, и своевременное предупреждение о входе (выходе) забоя в опасную зону или переходе участка пласта в выбросоопасное состояние является основной задачей текущего прогноза выбросоопасности при разработке газоносных угольных пластов [37-39]. В настоящее время согласно «Инструкции» ПБ в основных месторождениях страны применяются текущие методы прогноза выбросоопасных зон в дискретном виде по поинтервальному газовыделению и выходу штыба, в Донбассе (Украина) по динамике газовыделения и т.д. Методы текущего прогноза выбросоопасных зон развиваются в направлении повышения их технологичности, достоверности и безопасности исполнения. Из всех физических предвестников, которые могут быть использованы для прогноза выбросоопасных зон, наиболее предпочтительными, с точки зрения перспектив автоматизации (компьютеризации), являются системы с использованием аппаратуры контроля метана и сеисмоакустическои активности призабойного массива при технологических процессах (сейсмоакустическая эмиссия и амплитудно-частотная характеристики), комплексно характеризующие напряженно-деформированное состояние массива, газосодержание, физико-механические свойства угля и вмещающих пород, структуру и строение угленосной толщи и их реакцию на энергоемкость технологического воздействия. Кроме того, используемые в настоящее время способы текущего прогноза вы-бросоопасных зон не соответствуют критериям универсальности - применения при всех видах ведения горных работ [15, 18, 48, 49].
Методы определения количества метана, выделяющегося при ГДЯ и подвиганий горных выработок
Определение объема газовыделения в угольных шахтах регламентируется нормативными методиками [16,17], в основу которых положены замеры газовыделения с поверхности или из объема угля, концентрации газа (метана) и дебита воздуха. До 70-80-х годов прошлого столетия для определения количества газа, выделившегося при внезапных выбросах угля и газа, использовались данные замеров ВГСЧ (обычно) через 1-3 часа после ГДЯ или значения газоносности, умноженной на тонну выброшенного (разрушенного) угля. Естественно, точность таких определений была не достаточно высокой.
В последние два десятилетия с внедрением на шахтах аппаратуры аэрогазового контроля и измерителей скорости воздуха (типа ИСВ) точность определения газовыделения значительно повысилась, тем более при использовании (в редких случаях) датчиков с пределами измерения до 100% метана (типа ТКМВ). Применение аппаратуры аэрогазового контроля с пределом измерения концентрации до 2,5% дало возможность проводить систематические измерения изменчивости газовыделения и вместе с тем заставило разрабатывать методику оценки максимальной концентрации метана, значительно превышающей 2,5% [48,49]. Примеры диаграмм концентрации метана аппаратуры аэрогазового контроля приведены на рисунках 2.1 (а, б, в, г, д).
Представляет интерес обратить специальное внимание на ряд параметров, имеющих место на диаграммах концентрации метана (рис. 2.1). К ним следует отнести: время (tAr) превышения фоновой концентрации метана Сф (между точками А и Г), мин.; время (tEB) превышения концентрации 2,5% (между точками Б и В), мин. Анализ взаимосвязей между q, Стах, Ur, ЇБВ и С (среднесуточная концентрация метана) показывает наличие достаточно тесной корреляции, что представляет научный и практический интерес. Не менее существенное обстоятельство то, что один из параметров диаграмм концентрации метана (конкретно tBB — время превышения концентрации метана 2,5%), отражая в конечном счете общий объем газовыделения и максимальную концентрацию Стах, является показателем степени газовыделения и выбросоопасности до завершения общего процесса газовыделения
Следует подчеркнуть то обстоятельство, что теоретически и практически объем газовыделения при проходке равно как и при внезапных выбросах угля и газа зависит, в конечном счете, от массы разрушенного и выброшенного угля, газоносности, степени диспергирования и т.д. Удельное газовыделение (м /т) при ГДЯ имеет весьма большое значение для характеристики внезапных выбросах угля и газа, определении вида ГДЯ (их классификации) и, естественно, для уточнения методов их прогноза и способов профилактики.
К настоящему времени имеется достаточно представительная статистика по шахтам угольных месторождений РФ, с характеристикой объемов газовыделения и выброшенного угля и их взаимосвязей. Определение же массы разрушенного и выброшенного угля при проходке с помощью БВР в сотрясательном режиме представляет определенные трудности, тем более что в различных геологических и горно-геологических условиях разработки газоносных угольных пластов не сложилось четкого мнения, какую же минимальную массу разрушенного и выброшенного угля считать за внезапный выброс угля и газа. В связи с чем в целом ряде случаев внезапные выбросы угля и газа, спровоцированные сотрясательным взрыванием официально не расследуются, в то время как аппаратуры аэрогазового контроля фиксирует предельные взрывоопасные концентрации метана.
1. Анализ горно-геологических условий проведения подготовительных выработок выполнен на 5 шахтах в 19 выработках на выбросоопасных пластах мощностью 0,65-1,62 м с углом залегания 5-18. Наблюдениями было охвачено более 1900 циклов проходки с шагом подвигания 1,3 - 2,2 м, при которых произошло 29 внезапных выброса угля и газа силой от 10 до 481 т.
2. Количество метана, выброшенного при ГДЯ и проведении горных выработок, определялось по данным аппаратуры аэрогазового контроля и датчиков типа ИСВ.
3. Анализ диаграмм концентрации метана представил возможность установить ряд параметров, взаимосвязанных с общим объемом газовыделения, максимальной и средней концентрацией метана при циклах проходки, длительностью газовыделения с концентрацией выше фоновой и более 2,5%.
4. Исследование объема газовыделения показало его тесную взаимосвязь с объемом разрушенного угля и другими природными и технологическими характеристиками .
Исследование неравномерности газовыделения при ведении горных работ на выбросоопасных шахтопластах
Проведение горных выработок по выбросоопасным шахтопластам сопровождается газовыделением различной интенсивности вплоть до внезапных выбросов угля и газа. Объём и продолжительность газовыделения зависят от целого ряда природных и технологических факторов: газоносности и мощности пластов, сечения выработок, скорости подвигания забоя (цикл, сутки), характера защитных мероприятий и уровня энергетического воздействия на призабой-ный массив.
При сплошной системе разработки уровень и продолжительность газовыделения при проходке подготовительных забоев в большей мере влияют на режим прилегающих очистных забоев. Так в подготовительных забоях шахты «Западная» ОАО «Гуковоуголь» на выбросоопасных пластах г з «Суходоль-ский» и Кн2 «Лисий», проводимых сечением 15,4 м" со средней скоростью 2,5 м/сут буровзрывным способом (при нормальной структуре пластов), газовыде-ление составляет 113,5+42,0 м (от 41,8 до 178,3 м ) средней продолжительностью 77,2±48,0 мин (до 188 мин) и максимальной концентрацией в пределах 2,5% метана. В зонах нарушенных структур пластов средний объем выделив-шегося за цикл проходки газа составляет 1174±558 м (от 390 до 1875 м ) продолжительностью 552±179 мин (от 330 до 858 мин) и максимальной концентрацией метана (Стах, %) до 2,5% и более (табл. 3.2). В случае внезапных выбросов угля и газа объем газовыделения превышает 20000 м /цикл. Такие газовыделения в ряде случаев приводят к загазированию выемочных участков на значительное время.
Неравномерность газовыделения при проведении выработок по выбросоопасным шахтопластам с периодическими всплесками и внезапными выбросами угля и газа наблюдается практически на всех шахтах ниже зон газового выветривания, причем во многих случаях значительные всплески с выбросами угля официально в качестве внезапных выбросов не регистрируются.
Прогнозируемая абсолютная газообильность (1п) подготовительных выработок по декадным газовым съемкам на пласте К2Н «Лисий» (шахта «Запад-ная») на 2001 год равнялась: в конвейерном уклоне №6 - 0,72 м /мин, к/шбОЗ -0,61 м3/мин, к/шбОО - 0,36 м3/мин, к/шОЗ54(040) - 0,87 м3/мин, к/ш0354(035) -0,46 м /мин и с расходом воздуха: 200м /мин, 218, 245, 180, 220, 220 м /мин -соответственно.
По данным аппаратуры контроля метана в ряде случаев значения абсолютной газообильности выработок значительно отличаются. Так в среднем по 10 замерам в отдельные месяцы абсолютная газообильность 1п подготовительных забоев равна: для к/у №6 1п = 0,43 (от 0,26 до 0,87) м3/мин, 0,61 (от 2,29 до 0,91) м3/мин, 0,50 (от 0,42 до 0,65) м3/мин. Для к/шбОЗ 1П = 0,94 (от 0,56 до 1,26) м3/мин, 0,50 (от 0,41 до 0,70) м3/мин, 0,39 (от 0,24 до 0,67) м3/мин. Для к/ш 600 In = 1,01 (от 0,52 до 1,38) м3/мин, 1,14 (от 0,42 до 1,84) м3/мин. Для к/ш 0354(035) 1„ = 2,3 (от 0,57 до 11,93) м3/мищ для к/ш 0354(040) 1п = 0,81 (от 0,44 до 1,11) м3/мин; 0,90 (от 0,34 до 1,86) м3/мин; 0,68 (от 0,46 до 2,40) м /мин. При газодинамический явлениях 1п достигает значений 15,0 и бо-лее м /мин. [15, 18]. Различия объясняются тем, что плановые газовые съемки (особенно при проходке с помощью буровзрывных работ) производят в отсутствие работ по углю. Вариант элемента расчета абсолютной газообильности вспомогательного уклона 040 на шахте «Западная» ОАО «Гуковуголь», проходимого по выбросо-опасному пласту і3 «Суходольский» мощностью 1,41м, с расходом воздуха на исходящей - 266 м /мин, можно продемонстрировать данными рис. 3.5 и табл.3.3. [48, 49]. За девять суток абсолютная газообильность в/у 040 в среднем равнялась 0,91 ±0,21 м /мин (от 0,66 до 1,24 м /мин) в то время, как по результатам газо-вых съемок среднее значение Іп=0,75 м /мин. Различие в средних 1п составляет порядка 20%.
1. Исследование количества метана, выделившегося при подвиганий горных выработок и внезапных выбросах угля и газа, проведено на 15 пологих угольных пластах, 26 шахт, 8 объединений Донбасса, на которых за период 1977-2002 г.г. произошло 126 ГДЯ.
2. Неравномерность газовыделения при проведении выработок на выбро-соопасных пластах наблюдается практически на всех шахтах на глубинах ниже зоны газового выветривания. В ряде случаев значительные всплески.метана с выбросами угля официально в качестве внезапных выбросов не регистрируются.
3. Длительные непрерывные наблюдения за объемами газовыделения при проходке с помощью БВР показывают зональное расположение ГДЯ, сгруппированные (как правило) вблизи геологических нарушений с выбросами от 10 до 481 т угля и 200 - 20000 м3 СН4.
4. На шахте «Западная» ОАО «Гуковуголь» при внезапном выбросе угля и газа по данным диаграмм концентрации метана систем аэрогазового контроля определена максимальная концентрация в размере 80,6% СНЦ. Повышенное за-газирование забоев продолжалось более суток.
5. Значения абсолютной газообильности 1п выработок на выбросоопасных пластах отличается значительным разбросом. Так в среднем по 10 замерам в отдельные месяцы значения 1п колеблются в пределах 0,26 - 2,29 м /мин по данным систем аэрогазового контроля, превышая значения плановых газовых съемок на 20%. При газодинамических явлениях 1п достигает значений более 15 м /мин, существенно увеличивая опасность взрывов метанопылевоздушных смесей.
Разработка методики определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля
Практический опыт использования аппаратуры аэрогазового контроля показывает, что далеко не всегда возможно даже примерно определить количество выделившегося газа, так как при значительных газовыделениях максимальная концентрация метана нередко превышает 2,5 объемных %.
Варианты определения максимальной концентрации метана и объема газовыделения удобнее представить на конкретных примерах. Так, на рис. 4.6а представлена диаграмма изменения концентрации СЩ 14.09.2001г. на исходящей конвейерного штрека 603 шахты «Западная» ОАО «Гуковуголь». Исходными параметрами для расчета максимальной концентрации метана Стах являются координаты точек А, Б, В, Г на диаграмме в логарифмическом масштабе (рис. 4.6 а,б). Линию АБ роста концентрации метана С во времени t можно аппроксимировать уравнением прямой: lg С = 0,398 + 1,319 lg t (8) Линию ВГ снижения концентрации метана во времени аппроксимируем уравнением прямой: lg С =1,720-1,041 lgt (9) Совместное решение уравнений (8) и (9) дает возможность определить искомую величину максимальной концентрации метана, равную 15,4%.
Для экспериментальной проверки достоверности предложенной методики определения максимальной концентрации метана представляют интерес результаты исследований метановыделения при внезапных выбросах угля и газа на шахте им. 60-летия Советской Украины ПО «Донецкуголь», выполненные с использованием комплекса телеметрического контроля концентрации метана до 100% (ТКМВ). За время испытаний комплекса было зарегистрировано несколько внезапных выбросов угля и газа, в том числе один силой 450 т угля с концентрацией метана на исходящей забоя 95% 13.10.1984г. [51].
По вышеописанной схеме координаты точек А, Б, В, Г соответственно равнялись: lg С - (-0,523); 0,398; 0,398; (-0,523), lg t - (-1,000); 0,000; 3,074; 3,874. Уравнение восходящей линии АБ представлено lg С = 0,398 +0,921 lgt. (12) Уравнение нисходящей ветви концентрации газовыделения представлено уравнением lg С = 3,937-1,151 lgt. (13) Совместное решение последних двух уравнений дало рассчетное значение Стах, равное 93,5% СНф Как следует из приведенных значений в данном частном случае отклонение расчетного Стах от фактически замеренного составляет порядка 2% СН4.
Рассмотрим более сложный случай. На шахте «Западная» ОАО «Гуков-уголь» 14.07.2000г. в забое конвейерного штрека 0354 после БВР в сотрясательном режиме произошел внезапный выброс угля и газа примерной силой 480т (рис. 4.7). Датчики замера концентрации метана ДМТ-3 были расположены на исходящей к/ш 0354 в 70 м от забоя (пункт 10, рис. 4.7), на исходящей участка в 710 м от забоя (пункт 12, рис. 4.7) и на исходящей крыла на конвейерном уклоне 040 около группового вентиляционного штрека (ГВШ) на расстоянии 2070м пункт 35 . Расчет показывает, что за данный цикл буровзрывных работ объем газовыделения в пределах от фоновой концентрации Сф = 0,5% до 2,5% ОНЦ соста-вил 7499м , от концентрации более 2,5% до Стах - 13177м СН4 (т.е. в сумме -20676м СН4), фоновое газовыделение было равно 3859м СК /сут. Таким образом, предлагаемая методика определения максимальной концентрации метана по данным АКМ позволила определить значение Стах и рассчитать объем метана, выделившийся с концентрацией С 2,5% до Стах [48, 49].
Проведение подготовительных выработок при помощи БВР в режиме сотрясательного взрывания по газоносным и выбросоопасным угольным пластам сопровождается практически мгновенным всплеском метановыделения во многих случаях с концентрацией, значительно превышающей предел измерения датчиков ДМТ-3 - 2,5%. Объем газовыделения при циклах проходки особенно при выбросах угля и газа или в зонах геологических нарушений составляет от 25 до 90% суточного газовыделения. Максимальная концентрация метана часто превышает 4-16 и более %.
Определение абсолютной газообильности горных выработок, проводимых с помощью буровзрывных работ, осуществляют во времени, значительно отличающемся от периода максимального газовыделения. Если сравнить результаты расчета абсолютной газообильности, полученных по данным плановых газовых съемок, с результатами по данным АГЗ шахт (аппаратуры аэрогазового контроля), то видно заниженное значение первых в ряде случаев более чем в 1,5 раза.
Диаграммы концентрации метана с концентрацией менее 2,5% и расход воздуха на исходящей струе выработки дают возможность определить объем газовыделения за любой промежуток времени. В работах [18, 48] рассмотрен более сложный вариант расчета объема газовыделения по данным аппаратуры аэрогазового контроля при максимальной концентрации метана, значительно превышающей 2,5%. Таким образом значение lg q зависит прежде всего от lg t, lg Cmax и lg t6B и в значительно меньшей мере от lg Ссут и lg In (естественно, имея в виду только газодинамические параметры, определяемые по данным аппаратуры аэрогазового контроля). Как уже отмечалось, в рассматриваемой выборке из 97 циклов проходки, 19 сопровождались официально зарегистрированными внезапными выбросами угля и газа, в 52 случаях циклы проходки обошлись без видимых признаков газодинамических явлений и 26 циклов проходки сопровождались, на наш взгляд, внезапными выбросами официально не зарегистрированными. Что же может служить оценкой циклов проходки с точки зрения их вы-бросоопасности? На рис. 4.14 дано распределение вероятности проявления внезапных выбросов по фактору газа. При значении lg q=2,55 имеет место равновероятная ситуация, при которой циклы проходки могут сопровождаться или не сопрово-ждаться внезапными выбросами (при lg q=2,55; - q=355M СН4). При lg q 2,70 можно утверждать с вероятностью 0,95, что циклы проходки вызывают внезапные выбросы угля и газа (естественно при прочих равных условиях).
