Способ контроля состояния массива в призабойной части выбросоопасного пласта

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для создания безопасности проходки выработок по газоносным и выбросоопасным угольным пластам. Способ контроля состояния массива в призабойной части угольного пласта включает определение критических значений газовыделения из отбитого угля и в призабойное пространство и сравнение их с фактическими величинами газовыделения при выемке угля комбайном. Новым является то, что дополнительно определяют критическую концентрацию метана в призабойном пространстве и фактическую концентрацию метана при работе комбайна и при превышении фактической концентрации метана над критической определяют величину показателя газодинамической опасности по формуле, учитывающей концентрацию метана в призабойном пространстве перед выемкой, через 15 мин после выемки и максимальную при выемке и при превышении фактического значения газовыделения из отбитого угля над его критическим значением или при превышении фактического значения газовыделения в призабойное пространство выработки над его критическим и величине показателя газодинамической опасности меньше 0,65 зону относят к выбросоопасной, а при превышении фактического газовыделения в призабойное пространство выработки над критическим и показателе газодинамической опасности больше 0,8 зону пласта относят к опасной по газовыделению. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для создания безопасных условий труда при проведении выработок по газоносным и выбросоопасным угольным пластам.

Известен способ определения размеров выбросоопасных зон циклической выемки призабойной части газоносного угольного пласта, заключающийся в том, что бурят шпуры, измеряют начальную скорость газовыделения, определяют зону разгрузки, производят выемку угля с замером выделившегося газа за цикл подвигания забоя и по математической зависимости между указанными параметрами определяют безопасную зону разгрузки [1].

Основным недостатком способа является необходимость бурения опережающих шпуров, что повышает трудоемкость работ и снижает темпы проведения горных выработок.

Известен способ контроля состояния массива в призабойной части выбросоопасного угольного пласта, включающий определение удельного газовыделения из свежеобнаженной поверхности забоя и из отбитого угля в неопасных зонах и в каждом цикле выемки [2]. Контроль состояния массива осуществляется путем сравнения величины показателя выбросоопасности с его критическим значением.

Основным недостатком известного способа является недостаточная надежность, т.к. не учитывают такие факторы, как газодинамическая активность массива при разрушении его исполнительным органом комбайна.

Сущность изобретения заключается в том, что на стадии проектирования выработки производят расчет критической газоносности угля в призабойной зоне и соответствующих ей критических значений газовыделения из отбитого угля и в призабойное пространство выработки при выемке угля. Согласно полученному значению газовыделения в призабойное пространство и величины подаваемого для его проветривания воздуха определяют значение критической концентрации метана, ниже которой вероятность любых видов гизодинамических явлений исключается. В процессе проведения выработки периодически измеряют количество подаваемой в забой метановоздушной смеси и концентрацию в ней метана и непрерывно измеряют концентрацию метана в исходящей из призабойного пространства. Контроль опасности гидродинамических явлений при проходке осуществляют по концентрации метана в призабойном пространстве путем сравнения с критической величиной. Одновременно определяют газовыделение из отбитого угля и общее газовыделение в призабойное пространство. При превышении концентрации метана в призабойном пространстве над критическим значением определяют величину показателя газодинамической опасности по формуле R_n - (C₁₅ - C_ф)/(C_м - C_ф), где C_ф, C₁₅, C_м - соответственно концентрации метана перед выемкой, через 15 мин после выемки и максимальная при выемке, %.

Оценку состояния массива в призабойной части осуществляют путем сравнения критических и фактических значений газовыделения из отбитого угля и призабойное пространство, а также по величине показателя газодинамической опасности.

При I'_о.у. > I_о.у. или I'_з.п. > I_з.п. и R_n < 0,65 зону пласта относят к выбросоопасной, а при I'_з.п. > I_з.п. и R_n > 0,8 зону пласта относят к опасной по газовыделению, где I_о.у. и I_з.п., I'_о.у. и I'_з.п. - соответственно критические и фактические значения газовыделения из отбитого угля и в призабойное пространство выработки, м³/мин.

Способ может применяться на газоносных пластах в подготовительных выработках, проводимых комбайнами избирательного действия типа 4ПУ, ГПКС или подобного типа со стреловидным исполнительным органом при оснащении выработки аппаратурой автоматического контроля метана. Способ основан на непрерывной автоматической регистрации концентрации метана в исходящей из призабойного пространства вентиляционной струе и анализе величины и характера изменения концентрации, зафиксированных на диаграммной ленте телеизмерительной стойки при отбойке угля проходческим комбайном. По сравнению с известными способами повышается надежность оценки состояния массива за счет учета динамики газовыделения.

На чертеже приведена диаграмма автоматической записи концентрации метана во времени в 20 - 25 м от забоя выработки.

Для автоматизированного дифференцированного текущего прогноза зон, опасных по внезапных выбросам угля и газа и суфлярным газопроявлениям, необходимы следующие исходные данные: - пластовая рабочая влажность угля (W), %; - выход летучих (V^г), %; - зольность угля (A_с), %; - мощность пласта в сечении выработки (m_n), м; - среднесуточная скорость подвигания забоя (V_п) м/сут.; - количество подаваемого в забой воздуха (Q_з.п.) м³/мин.

Перед началом проходки выработки выполняется расчет критических значений газовыделения. В расчете используются известные методы и математические формулы, приведенные в нормальной документации и научно-технической литературе. Ниже приведены формулы для определения необходимых величин для пластов с выходом летучих 26 - 43%. Рассчитываются следующие величины.

Критическое значение газовыделения из отбитого угля
I_о.у. - 0,21 · X_кр., м³/мин,
где X_кр. - критическое значение газоносности угля, м³/т, рассчитываемое по формуле

Критическое значение газовыделения из обнаженной поверхности пласта

Критическое значение газовыделения в призабойное пространство
I_з.п. - I_о.у. + I_пов., м³/мин.

Критическая концентрация метана в призабойном пространстве

где C_ВМП - концентрация метана в поступающем в забой воздухе, %.

В процессе проведения выработки значение C_к корректируют по результатам замеров фактических значений расхода воздуха и концентрации в нем метана. Значения I_о.у., I_з.п. и C_к заносят в рабочий журнал прогноза, который ведет дежурный оператор аппаратуры АКМ. В процессе отбойки угля комбайном осуществляется постоянный контроль и запись концентрации метана в исходящей из призабойного пространства вентиляционной струе и в случае превышения критической величины фиксируют значения концентрации в следующие моменты времени:
- перед началом выемки (C_ф);
- максимальная в процессе выемки, продолжительность существования которой составляет не менее 3 мин (C_м), %;
- через 15 мин после окончания выемки (C₁₅, %;
- через 30 мин после окончания выемки (C₃₀), %.

По этим данным с помощью формул, аналогичных приведенным формулам, определяют фактическое для данной газодинамической обстановки значения показателя гидродинамической опасности (R_n), общее газовыделение в призабойное пространство (I_з.п.) и газовыделения из отбитого угля (I'_о.у.). Для определения показателя газодинамической опасности используют формулу
R_n = (C₁₅ - C_ф) / (C_м - C_ф).

Данная формула получена в результате математической обработки экспериментально полученной зависимости изменения концентрации метана в заданном объеме во времени от газовыделения из массива при разрушающем воздействии на него. Установлено, что 15-ти минутный период снижения газовыделения после достижения максимума соответствует наиболее интенсивным деформациям в приконтурной части выработки, обеспечивающих фильтрационную связь с границей суфляроопасной зоны, если таковая опасно близка к выработке. Этого же периода достаточно для выделения из угля наиболее динамичной части содержащегося метана и удаления угля из контролируемого пространства. Общее газовыделение в призабойное пространство и газовыделение из отбитого угля определяют соответственно по формулам, полученным в результате компьютерной обработки экспериментальных данных с использованием известных математических зависимостей:
I'_з.п. - 0,008 · (C_м - C_ВМП) · Q_з.п., м³/мин.

I'_о.у. - 0,01 · Q_з.п. · (C_м - 2 · C₁₅ + C₃₀), м³/мин.

Принятый здесь второй контрольный отсчет концентрации (C₃₀) согласуется со временем относительной стабилизации газовыделения из массива, что позволяет, используя и первый отсчет (C₁₅), методом экстраполяции выделить составляющую газовыделения из отбитого угля в момент достижения максимальной концентрации метана (C_м) в призабойном пространстве.

Оценка газодинамического состояния зоны пласта выполняется следующим образом:
Зона считается выбросоопасной, если I'_о.у. > I_о.у. или I'_з.п. > I_з.п. и R_n < 0,65;
зона считается опасной по газовыделению, если I'_з.п. > I_з.п. и R_n > 0,8.

При установлении опасности работы по выдвиганию опасного забоя прекращаются и должны быть приняты меры по предотвращению опасных газопроявлений и внезапных выбросов угля и газа на протяжении не менее 5 м подвигания забоя.

Формула изобретения

Способ контроля состояния массива в призабойной части выбросоопасного угольного пласта, включающий определение критических значений газовыделения из отбитого угля и в призабойное пространство и сравнение их с фактическими величинами газовыделения при выемке угля комбайном, отличающийся тем, что дополнительно определяют критическую величину концентрации метана в призабойном пространстве и фактическую концентрацию метана при работе комбайна и при превышении фактической концентрации метана над критической определяют величину показателя газодинамической опасности по формуле

где
C_ф, C₁₅, C_м - соответственно концентрации метана в призабойном пространстве перед выемкой, через 15 минут после выемки и максимальная при выемке, %,
и при I'_о.у. > I_о.у. или I'_з.п. > I_з.п. и R_n < 0,65 зону пласта относят к выбросоопасной, а при I'_з.п. > I_з.п. и R_n > 0,8 зону пласта относят к опасной по газовыделению,
где
I_о.у. и I'_о.у., I_з.п. и I'_з.п. - соответственно критические и фактические значения газовыделения из отбитого угля и в призабойное пространство.

РИСУНКИ

Рисунок 1