Способ прогноза опасности возникновения газодинамических явлений при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным и высокогазоносным пластам

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогноза опасности возникновения газодинамических явлений при проходе подготовительных выработок по выбросоопасным и высокогазоносным пластам. Способ предусматривает бурение шпуров в угольном массиве, измерение выхода бурового штыба, начальной скорости газовыделения по длине шпуров и измерение во времени скорости газовыделения по длине шпуров. Новизна заключается в дополнительном измерении фоновой концентрации метана, за которую принимают концентрацию метана в забое выработки непосредственно перед началом цикла проходки, в определении показателя динамики газовыделения из шпура во времени и расчете ожидаемой максимальной концентрации. Предлагаются зависимости, определяющие выбросоопасность, ожидаемую максимальную концентрацию метана в предстоящем цикле проходки. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для прогноза зон, опасных по внезапным выбросам угля и газа, суфлярным выделениям газа и кратковременным загазированиям выработок.

Известен способ определения газодинамических явлений в массиве горных пород (авт. св. N 740960, кл. E 21 5/00, 1977), который является наиболее близким техническим решением к заявляемому способу. Известный способ включает бурение шпуров в массиве горных пород, измерение выхода бурового штыба и начальной скорости газовыделения по длине шпуров и определение видов газодинамических явлений по соотношению измеренных величин. Этот способ позволяет прогнозировать зоны, опасные по внезапным выбросам, горным ударам, внезапным высыпаниям угля с повышенным газовыделением и суфлярным выделениям газа.

Однако известный способ имеет следующие существенные недостатки: низкую достоверность прогноза зон, опасных по внезапным выбросам; невозможность прогнозировать зоны, опасные по кратковременным загазированиям выработки; невозможность определять ожидаемую концентрацию метана при пересечении подготовительными забоями опасных по суфлярным и кратковременным загазированиям зон.

Целью изобретения является повышение достоверности прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям, а также разграничения видов газодинамических явлений.

Сущность заявляемого способа прогноза опасности возникновения ГДЯ при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным и высокогазоносным пластам заключается в бурении шпуров в угольном массиве, измерении выхода бурового штыба, начальной скорости газовыделения по длине шпуров и измерения во времени скорости газовыделения.

Новым в способе является то, что дополнительно измеряют фоновую концентрацию метана C_ф, за которую принимают концентрацию метана в забое выработки непосредственно перед началом цикла проходки, определяют показатель динамики газовыделения из шпура во времени и рассчитывают ожидаемую максимальную концентрацию метана в предстоящем цикле проходки по формуле где g_tз газовыделение из ближайшего к забою интервала контрольного шпура индексом n обозначены величины для предстоящего цикла проходки, а n-1 - величины для предшествующего цикла, при этом если n_g≥0,9 и C_max≥2% зона опасна по газовыделениям типа суфляров, а при n_g <0,9 и Cⁿ_max≥ 2 % зона опасна по внезапным газовыделениям.

Другое отличие состоит в том, что при изменении скорости выемки угля (скорости взятия заходки) V_з или изменении расхода воздуха в забое Q_в в n-м цикле по сравнению с n-1 циклом ожидаемую максимальную концентрацию метана в забое пересчитывают по формуле , где расстановка индексов n, n-1 и величина Cⁿ_max соответствует п. 1 формулы изобретения, и для достижения допустимого значения максимальной концентрации метана C^доп_max увеличивают количество подаваемого в забой воздуха в n_Q раз, т.е. Qⁿ_в≥ n_QQⁿ_в^-1, где , или уменьшает рабочую скорость подвигания забоя (производительность комбайна) в n_v раз, т.е. Vⁿ_з≥ n_vVⁿ_з^-1, где , где Cⁿ_max определена по формуле, приведенной в п.1 формулы изобретения.

Способ прогноза опаcности возникновения газодинамических явлений (ГДЯ) при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным и высокогазоносным пластам осуществляется следующим образом.

Бурят шпуры в угольном массиве и измеряют выход бурового штыба S, начальную скорость газовыделения g_н по длине шпуров и измеряют во времени скорости газовыделения g_t, после чего дополнительно измеряют фоновую концентрацию метана C_ф, за которую принимают концентрацию метана в забое выработки непосредственно перед началом цикла проходки, измеряют концентрацию метана C_Δt через определенный стандартный интервал времени Δt после окончания работы комбайна в данном цикле и максимальную концентрацию метана за период цикла, определяют прочность q каждой пачки, слагающей пласт, и наиболее слабой пачки или совокупности слабых пачек, измеряют также мощность m_в, периметр П_в и сечение потенциально выбросоопасной пачки или совокупности пачек, измеряют газовыделение из ближайшего к забою участка шпура, спустя стандартный интервал времени после пробуривания этого участка, и затем производят оценку опасности забоя в предстоящем цикле по различным видам ГДЯ, при этом выбросоопасность оценивают из условия , где K эмпирический коэффициент (K 1,25); эффективный полурадиус выбросоопасной пачки, где Ω площадь обнажения пачки, П ее периметр; приведенное максимальное начальное газовыделение из контрольного шпура;
g_нmax замеренное начальное максимальное газовыделение;
S_n выход бурового штыба, соответствующий проектному диаметру шпура;
S_ф фактический выход штыба при бурении данного интервала шпура;
g^x_нз аналогичная величина для начального участка шпура;
l^x_g расстояние от устья шпура до середины интервала шпура, для которого получено g^x_{н max}, определяют показатель динамики газовыделения из шпура во времени
,
где максимальное газовыделение из участка контрольного шпура через стандартный интервал времени Δt после замера начального газовыделения;
максимальное начальное газовыделение с того же участка шпура, и рассчитывают ожидаемую максимальную концентрацию метана в предстоящем цикле проходки по формуле
, где индексом n обозначены величины для предстоящего цикла проходки, а n-1 величины для предстоящего цикла, при этом, если n_g≥0,9 и Cⁿ_max≥ 2%, зона опасна по газовыделениям типа суфляров, а при n_g < 0,9 и Cⁿ_max≥ 2% зона опасна по внезапным газовыделениям.

При изменении скорости выемки угля (скорости взятия заходки) V_з или изменении расхода воздуха в забое Q_в в n-м цикле по сравнению с n-1 циклом ожидаемую максимальную концентрацию метана в забое пересчитывают по формуле
, где расстановка индексов n, n-1 и величина Cⁿ_max соответствуют п.1 формулы изобретения, и для достижения допустимого значения максимальной концентрации метана (C^доп_max) увеличивают количество подаваемого в забой воздуха в n_Q раз, т.е. Qⁿ_в≥ n_Q·Qⁿ_в^-1, где , или уменьшают рабочую скорость подвигания забоя (производительность комбайна) в n_v раз, т. е. Vⁿ_з≥ n_vVⁿ_з^-1, где , где Cⁿ_max определена по формуле, приведенной в п.1 формулы изобретения.

Пример применения способа
Общие данные по условиям проходки выработки на данном ее интервале
В забое выработки при помощи прочностномера определена наиболее слабая пачка перемятого угля мощностью 0,5 м. Площадь обнажения пачки Ω = 4 м². Периметр площади П= 8 м. Коэффициент крепости выбросоопасной пачки f_в=0,6. Проектный выход штыба при бурении контрольных шпуров S_n= 2 л/м.

Данные, полученные в n-1 цикле
Максимальное начальное газовыделение из контрольного шпура ; максимальное газовыделение, спустя Δt=5 после замера начального газовыделения, ; газовыделение из ближайшего к забою участка контрольного шпура, спустя Δt = 3 мин после замера начального газовыделения, g_5з=2 л/мин; фоновая концентрация метана перед началом n-1-го цикла Cⁿ_Ф^-1= 0,5 %; концентрация метана, спустя Δt = 5 мин после окончания работы комбайна, C^n-₁₅¹ = 1,0 %; максимальная концентрация метана в n-1-м цикле C^n-1_max = 1,6 %.

Расход воздуха в забое Q^n-1_{в u} = 250 м³/мин; рабочая скорость подвигания забоя V_з=0,025 м/мин.

Данные, полученные перед началом n-го цикла
Расход воздуха в забое Qⁿ_в = 210 м³/мин.

Результаты замеров газовыделения и выхода штыба по длине контрольных шпуров при текущем прогнозе, а также расчетные значения приведенного газовыделения даны в таблице.

Из таблицы следует, что .

Фоновая концентрация перед n-м циклом Cⁿ_ф = 0,6 %.

Оценка выбросоопасности забоя в n-м цикле.

Эффективный полурадиус выбросоопасной пачки

Показатель выбросоопасности

Забой невыбросоопасен. Проходка ведется без противовыбросовых мероприятий.

Оценка опасности забоя по другим газодинамическим явлениям и загазированию в n-м цикле.

Показатель динамики газовыделения

Ожидаемая максимальная концентрация метана в n-м цикле

Так как n_д=0,67<0,9 и Cⁿ_max> 2% зона опасна по повышенному газовыделению.

Для безопасной по газу работы комбайна рабочая скорость подвигания забоя (производительность комбайна) должна быть уменьшена в
, т.е. Vⁿ_з ≅ 0,025·0,8 = 0,02 м/мин.

Использование изобретения позволит значительно повысить эффективность и достоверность прогноза зон, опасных по газодинамическим явлениям при пересечении их подготовительными забоями.

Формула изобретения

1. Способ прогноза опасности возникновения газодинамических явлений при проходке подготовительных выработок по выбросоопасным и высокогазоносным пластам, включающий бурение шпуров в угольном массиве, измерение выхода бурового штыба, начальной скорости газовыделения по длине шпуров, измерение во времени скорости газовыделения и оценку опасности забоя определением вида газодинамических явлений по соотношению измеренных величин, отличающийся тем, что дополнительно измеряют фоновую концентрацию метана, за которую принимают концентрацию метана в забое выработки непосредственно перед началом цикла проходки, измеряют концентрацию метана через заданный интервал времени после окончания работы комбайна в данном цикле и максимальную концентрацию метана за период цикла, определяют прочность каждой пачки, слагающей пласт, измеряют периметр и сечение потенциально выбросоопасной пачки или совокупности выбросоопасных пачек, измеряют газовыделение из ближайшего к забою участка шпура, спустя упомянутый заданный интервал времени после пробуривания этого участка, после чего производят оценку опасности забоя в предстоящем цикле, при этом выбросоопасность определяют по значению критерия

где K постоянный коэффициент для конкретных условий, например для Кузбасса равный 1,25;
эффективный полурадиус выбросоопасной пачки, где Ω - площадь обнажения пачки, П ее периметр;
g^*_нmax максимальное значение приведенного к проектному диаметру начального газовыделения из контрольного шпура по формуле

где замеренное максимальное начальное газовыделение из контрольного шпура;
S_п выход бурового штыба, соответствующий проектному диаметру шпура;
S_ф фактический выход штыба при бурении данного интервала шпура;
приведенное газовыделение для начального интервала шпура (у забоя);
g_нз начальное газовыделение для начального участка шпура;
l^*_g расстояние от устья шпура до середины интервала, на котором получено максимальное приведенное газовыделение;
f_в средневзвешенный показатель крепости по М.М. Протодьяконову для совокупности выбросоопасных пачек,
и при величине B, большей или равной единице, участок забоя относят к выбросоопасному, определяют показатель динамики газовыделения из шпура во времени по формуле

где g_t максимальное газовыделение из участка шпура через принятый интервал времени Δt после замера начального газовыделения,
и рассчитывают ожидаемую максимальную концентрацию метана в предстоящем цикле проходки по формуле

где Cⁿ_ф зоновая концентрация метана перед предстоящим циклом проходки;
C^n-_Δt¹ концентрация спустя время Δt после окончания предыдущего цикла;
Cⁿ_ф^-1 фоновая концентрация в предыдущем цикле;
максимальное газовыделение из контрольного шпура при прогнозе предстоящего цикла спустя время Δt после замера начального газовыделения;
gⁿ_t3 газовыделение из начального участка того же шпура;
соответствующие величины для предыдущего цикла;
C^n-1_max максимальная концентрация метана в предшествующем цикле;
gⁿ_н^-1 максимальное начальное газовыделение при прогнозе предшествующего цикла;
и если n_g ≥ 0,9 и Cⁿ_max ≥ 2% зону считают опасной по газовыделениям типа суфляров, а при n_g < 0,9 и зону считают опасной по повышенному газовыделению.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении скорости выемки угля или расхода воздуха в забое в последующем цикле по сравнению с предыдущим ожидаемую максимальную концентрацию метана пересчитывают по формуле

где Qⁿ_в^-1 расход воздуха в забое в предыдущем цикле проходки;
Vⁿ_з скорость подвигания забоя в предстоящем цикле;
Qⁿ_в расход воздуха в предстоящем цикле;
Vⁿ_з^-1 скорость подвигания забоя в предыдущем цикле.

РИСУНКИ

Рисунок 1