автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт

На прайса рукописи

Колесниченко Игорь Евгеньевич

УДК 622.4: 622.82

АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕТАНОБЕЗОПАСНЫХ РЕЖИМОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Специальность 05.26.03 — «Пожарная и промышленная безопасность» (в горной промышленности)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Южно-Российском юсударствеином техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Научный консультант доктор технических наук, профессор Кузнецов Юрий Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Красюк Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор Айруни Арсен Тигранович, доктор технических наук, профессор Клебанов Феликс Семёнович

Ведущая организация: ФГУП НТЦ «Промышленная безопасность» Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору» (г. Москва)

Защита состоится «23» декабря 2005 г. в 13 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д -212.128.06 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета.

Автореферат разослан « 73-» ноября 2005 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Королёва Валентина Николаевна

г 25942.2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Рентабельность предприятий, добывающих подземным способом коксующиеся угли наиболее ценных марок, зависит от результативности решения взаимосвязанных проблем. Во-первых, необходимо значительно увеличить нагрузку на очистной забой, которая продолжает ограничиваться газовым фактором, и, во-вторых, обеспечить взрывобезопасность метановоздушных смесей, объёмы которых с ростом интенсивности выемки будут возрастать.

В настоящее время на шахтах применяют различные способы снятия ограничений нагрузки по газовому фактору. В основу этих способов заложен принцип предотвращения попадания метана из выработанного пространства в призабойное и частичного отвода метана из выработанного пространства. Наиболее безопасным считается способ отвода метана по дегазационной системе на поверхность при дегазации пластов-спутников. Более низким уровнем безопасности отличаются способы частичного отбора и отвода метановоздушной смеси через выработанные пространства или по газодренажным выработкам. Происходящие взрывы метановоздушных смесей свидетельствуют о низкой надежности этих способов. Основные причины: отсутствие контроля за концентрацией метана и управлением газовоздушными потоками в системе дегазации; для отвода метановоздушной смеси используются утечки воздуха, объёмы которых недостаточны для разбавления метана. Эти способы увеличивают степень риска взрыва в местах скопления метана и, как следствие, не способствуют решению проблемы интенсификации выемки угля.

Проблема предотвращения взрывов и возгораний метановоздушных смесей носит глобальный характер, так как взрывы метановоздушной смеси продолжаются не только в России, но и в Китае, Украине, Казахстане, Вьетнаме и других странах. Взрывобезопасность метановоздушных смесей зависит от дебита метана и расхода воздуха. Недостаточное количество свежего воздуха является одной из основных причин взрывоопасности. Кроме того, в настоящее время отсутствуют работоспособные методики получения достоверной информации об изменении природной метаноносности впереди забоя.

Для решения проблемы кратного увеличения нагрузки на очистной забой при обеспечении безопасных условий выполнения рабочих процессов необходимо рассматривать выемочный участок как интегрированную систему, объединяющую во времени и пространстве процессы подвигания линии очистного забоя вследствие выемки угля, выделения метана и разбавления его до концентрации, допустимой правилами безопасности в угольных шахтах (ПБ). В условиях повышенного выделения метана аэродинамическое обеспечение метанобе-зопасных режимов вентиляции должно базироваться на прогрессивных топологических решениях, соответствующих эффективным схемам проветривания выемочного участка.

Таким образом, исследования, направленные на аэродинамическое обеспечение метанобезопасных схем и режимов вентиляции высокопроизводительных участков угольных шахт путем определения рациональных параметров

технологических схем, могут объективно квкф^фидадоядоод щня^туальные.

БИБЛИОТЕКА.

«Э Щ) V

Целью работы является выявление закономерностей изменения режимов газовыделения и формирования метановоздушных потоков в шахтной атмосфере для обоснования параметров вентиляционных систем выемочных участков, обеспечивающих интенсивное и взрывобезопасное освоение высокогазоносных угольных месторождений.

Основная идея работы заключается в представлении режимов формирования метановоздушных потоков в вентиляционной системе выемочного участка как регулируемых процессов, реализующихся в многомерном поле воздействий природных, технологических и организационных факторов при интенсивном освоении высокометаноносных угольных месторождений.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач задействован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение, аналитические методы, методы математической статистики, имитационное моделирование, численную реализацию на ЭВМ с использованием специально разработанных программ, шахтные эксперименты.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительного выемочного участка должно осуществляться на основе технологических и пространственно планировочных решений, способствующих поддержанию взрывобезопасной концентрации метана в пределах каждого его пространственного элемента;

• при обосновании режимов формирования взрывобезопасных метановоздушных потоков в вентиляционной системе выемочных участков необходимо учитывать закономерности распределения природной метаноносности угля впереди движущегося очистного забоя;

• при определении количества воздуха для проветривания очистного забоя необходимо учитывать распределение интенсивности и направления утечек воздуха по длине лавы, что позволит обеспечить возможность регулирования процесса поступления метана в призабойное пространство;

• эффективное регулирование параметров распределения воздушных потоков в вентиляционной сети выемочного участка обеспечивается только при прямоточном проветривании объектно-ориентированным изменением параметров его технологической схемы;

• имитационная математическая модель процесса метановыделения в лаву, учитывающая снижение метаноносности пласта в результате естественной дегазации, режимы выемки угля и параметры системы разработки, обеспечивает возможность выявления закономерностей формирования и регулирования параметров метановоздушных потоков в очистных выработках;

• длина лавы является основным параметром, определяющим изменение структуры газового баланса очистного забоя и перераспределение метановоздушных потоков. Максимальная нагрузка на очистной забой по газовому фактору обеспечивается применением очистных забоев длиной не менее 250-300 м;

• эффективное проветривание горных выработок выемочного участка осуществляется путём реализации рекомендуемых схем вентиляции, позво-

ляющих на пологих высокометаноносных угольных пластах любой мощности обеспечить метанобезопасную и высокопроизводительную эксплуатацию очистных механизированных комплексов при подаче до 5-6 тыс. м3/мин свежего воздуха и разбавлении 50-60 м3/мин выделяющегося метана до допустимой концентрации в газовоздушной смеси.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса регулирования распределения воздуха в выемочном участке (расхождение не более 10 %);

- положительным опытом внедрения результатов исследований по эффективному регулированию газовоздушных потоков в экспериментальных лавах длиной до 300 м при отработке запасов высокометаноносного пласта Вор-кутского месторождения;

- представительным объёмом шахтных исследований на выемочных участках при отработке запасов угольных пластов мощностью от 1,45 до 3,2 м и длинах лав от 160 до 300 м.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснована приоритетность технологических и пространственно-планировочных решений для аэродинамического обеспечения метанобезопас-ных режимов вентиляции при интенсивной выемке угля;

- разработана имитационная математическая модель вентиляционной системы выемочного участка, учитывающая режимы выемки угля, выделения метана из источников в лаве, движения потоков воздуха в рабочем и выработанном пространстве и формирования концентрации метана в исходящих потоках воздуха;

- установлена количественная зависимость снижения метаноносности пласта в зоне выемки от характеристики пласта, длины лавы и интенсивности выемки угля;

- установлены закономерности изменения режима выделения метана и структуры газового баланса в лаве при увеличении её длины;

- выявлены связи между параметрами системы разработки и вентиляционной системы выемочного участка: длиной лавы, площадью поперечного сечения выработки за лавой, рабочей скоростью выемочного комбайна, нагрузкой на очистной забой, природной метаноносностью пласта, расходом воздуха и интенсивностью его утечек в выработанное пространство, а также концентрацией метановоздушной смеси в рабочем пространстве лавы;

- установлены факторы и количественные зависимости, определяющие объёмы утечек воздуха из рабочего пространства лавы при прямоточной схеме проветривания в выработанное пространство, регулирование интенсивности утечек воздуха по длине лавы, которые влияют на эффективность работы высокопроизводительного очистного оборудования и концентрацию метана в мета-новоздушном потоке;

- предложен аналитический метод определения допустимой нагрузки на очистной забой при отработке запасов высокогазоносных пластов по концен-

трации метана в исходящей метановоздушной смеси из лавы и выемочного участка в целом;

- обоснован критерий взрывобезопасности метановоздушной смеси в выработанном пространстве выемочных участков, ограничивающий концентрацию метана до 2 % в выработанном пространстве в результате его проветривания за счёт общешахтной депрессии обособленным потоком свежего воздуха.

Научное значение работы заключается в разработке методологической базы аэродинамического обеспечения безопасности добычи угля с учетом выявленных закономерностей газовыделения и формирования взрывобезопасных метановоздушных потоков в пределах выемочных участков при интенсивном освоении высокогазоносных угольных месторождений.

Практическое значение работы:

- разработаны схемы вентиляции выемочных участков, обеспечивающие взрывобезопасные условия при интенсивной выемке угля, определены их рациональные параметры;

- определены приоритеты обеспечения взрывобезопасности при выборе параметров технологических схем и вентиляционных систем выемочных участков при освоении высокометаноносных месторождений угля;

- разработано программное обеспечение для имитационного математического моделирования вентиляционной системы выемочного участка с учётом естественной дегазации пласта в процессе выемки угля комбайном, закономерностей утечек воздуха из рабочего пространства и формирования концентрации метановоздушной смеси в лаве:

- разработана методика определения максимально допустимой нагрузки на очистной забой и расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка.

Реализация результатов работы. Разработанная «Методика расчёта рациональных параметров вентиляции выемочного участка, обеспечивающих максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистной забой» была утверждена Минуглепромом СССР и внедрена на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь» при отработке экспериментальных лав №1215-Ю длиной 291-244 м и №513-Ю длиной 292-235 м на высокометаноносном участке пласта «Четвёртый».

Методика также внедрена при разработке метаноносного пласта "Нижний" на шахте №1-5 рудника "Баренцбург" государственного треста «Арктик-уголь» и на шахтах ОАО «Ростовуголь».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях технико-экономического совета ОАО «Воркутауголь» (Воркута, 1989); на научно-практических конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в 1997-2005 гг.; на заседаниях кафедры «Промышленная и экологическая безопасность» Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) в 2005 г., на заседаниях техсовета государственного треста «Арктикуголь» (Москва, 19971998); на научно-практических конференциях «Неделя горняка», проводимых

МГТУ и ИПКОН РАН (Москва, 2001-2005), на VII научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 30.08 - 02.09. 2005), на научном семинаре кафедры «Аэрология и охрана труда» МГТУ (Москва) 2005).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 48 научных работах, в том числе в 4 монографиях, 11 статьях, опубликованных в издательствах, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы (204 наименования), содержит 51 рисунок, 35 таблиц, 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ эффективности и безопасности разработки метаноносных пластов угля. В России более 40 % всех запасов угля характеризуются сложными горно-геологическими условиями. К этим запасам относятся и высокоме-таноносные пласты угля наиболее ценных марок К, Ж, КС, ГЖ и др. Разработка таких пластов оказывается нерентабельной из-за низкой нагрузки на очистные забои. Однако нагрузка на очистной забой является важнейшим фактором, влияющим на величину капитальных и эксплуатационных затрат, и, в конечном счёте, определяющим рентабельность предприятия. Основной проблемой при разработке метаноносных пластов является образование загазированных пространств, в которых концентрация метана ограничивает технические возможности выемочной техники. В то же время для повышения технико-экономических показателей шахты необходимо увеличить нагрузку на очистной забой в несколько раз.

Однако коксующийся уголь отличается от энергетического своими химико-технологическими свойствами и является незаменимым технологическим сырьём для металлургической, химической и других отраслей промышленности. В силу своих свойств и отсутствия альтернативных заменителей он пользуется спросом в России и на зарубежных рынках. Балансовые запасы его в Кузбассе и в Воркутском месторождении превышают 33 млрд т, а промышленные запасы действующих предприятий - 6,9 млрд т. Учитывая объективные долговременные тенденции, складывающиеся в мировой экономической системе, Россия может добывать коксующийся уголь в объёмах, необходимых для обеспечения сырьевой независимости и увеличения экспортных поставок в другие страны.

При отсутствии выделений метана проблема увеличения нагрузки на очистной забой решается применением высокопроизводительной выемочной техники нового технического уровня отечественного и зарубежного производства с рабочей скоростью от 10 до 20 м/мин и сокращением потерь времени. Так, на шахте «Распадская» в лаве длиной 400 м на пласте мощностью 4,5 м суточная нагрузка составила более 20 тыс.т. На шахте им. Кирова при разработке пологого пласта мощностью 4,5 м среднесуточная добыча энергетических углей марки Д, ДГ и Г достигала 12 тыс.т. Высокие показатели были достигнуты также в отдельных лавах на шахтах «Есаульская», ОАО «Шахта Заречная». Однако

на шахтах «Октябрьская», «Комсомолец», «Чертинская» и «Томская» на пологих пластах с углом наклона от 2° до 10° мощностью 2,4-4,0 м и в лавах длиной 120-150 м нагрузка на лаву была 630-1630 т/сут. На шахте им. Волкова и «Южная» на пластах «Кемеровский» и «Владимирский» мощностью более 4,15 м с природной метаноносностью 8-15 м3/т при длинах лавы 90-100 м нагрузка была от 300 до 670 т/сут. Принятая длина лав значительно меньше рациональной для мощных комплексов. Опыт работы шахт России и зарубежных стран показал, что высокопроизводительные выемочные комплексы работают с большей интенсивностью при длине лавы более 200-250 м.

При разработке метаноносных пластов продолжает оставаться высокий риск формирования и взрыва метановоздушных смесей с большими человеческими и экономическими потерями. За период с 01.01.1999 г. по 01.10.2005 г. в шахтах угледобывающих бассейнов России произошло 56 взрывов метановоз-душной смеси, в том числе 46 в Кузбассе. Взрывы метановоздушной смеси в Кузбассе в основном происходят в шахтах, опасных по внезапным выбросам (ОВВ) и сверхкатегорийных. Но в настоящее время стали происходить и в шахтах III, И и I категории по газу (табл.1).

Таблица 1

Данные о категоричности и взрывах метановоздушной смеси в шахтах Кузбасса

Категорийность ша\т по метану Количество

шахт1 взрывов метана шахт взрывов метана шахт j взрывов | метана шахт взрывов метана

2002 г 2003 г 2004 г. 2005 г

Опасные по внезапным выбросам (ОВВ) 16 4 15 4 15 4 14 5

Сверхкате! орийные 18 - 19 4 [19 1 19 4

111 категории 11 - 11 - 12 2 14 f

1! категории 1 категории 15 1 15 - 14 - 19 -

9 - 10 - 11 1 10 -

Всего '69 5 70 8 71 | 8 76 10

Анализ показал, что во всех шахтах России, разрабатывающих метано-носные пласты угля, формирование и взрыв метановоздушной смеси происходит в 4 локальных местах (табл.2), главным образом при использовании воз-вратноточной схемы вентиляции в комбинации с различными способами управления газовыделением. Взрывы чаще происходят в забоях подготовительных выработок, но по тяжести последствий наиболее опасными являются взрывы метановоздушной смеси в выработанном пространстве лав. Там, где выделяется метана и не осуществляется его разбавление до неопасной концентрации, а также при движении метановоздушной смеси опасной концентрации по выработкам или выработанному пространству, были зафиксированы взрывы этой смеси. В ЗАО «Шахта Антоновская» взрыв метановоздушной смеси произошёл 02.04.2002 г. в выработанном пространстве лавы № 30-29 длиной 100 м на пласте 30 мощностью 3,4 м и углом наклона 9°. Схема проветривания лавы - воз-вратноточная с восходящим направлением движения воздуха по лаве. В лаву

подавалось за счёт общешахтной депрессии 215 м\'мин свежего воздуха. Взрыв произошёл в результате выделения метана из 2 пластов угля нерабочей мощности, расположенных на расстоянии 10-30 м ниже разрабатываемого пласта, и постепенного разбавления до взрывоопасной концентрации утечками воздуха из рабочего пространства в сторону фланговой выработки. На шахте «Есаульская» в 2005 г. взрыв в выработанном пространстве произошёл при отводе исходящей метановоздушной смеси на поверхность при помощи специальных вентиляторов.

Таблица 2

Места образования опасной концентрации и взрывов метана на угольных шахтах (с 01.01.1999 г. по 06 09.2005 г.)

Место возникновения взрывов метановоздушной смеси Количество взрывов на угольных шахтах

Всего в России Кузбасс Печорский бассейн Дальний Восток Урал Восточный Донбасс

1. Взрывы метановоздушной смеси в выработанном пространстве лав 10 5 2 - 1 2

2. Взрывы и возгорания метановоздушной смеси в забое выработки 25 22 1 1 1 -

3 Взрывы метановоздушной смеси в выработке 12 10 1 - 1 -

4. Взрывы метановоздушной смеси у скважин, пробуренных с поверхности для дегазации выработанного пространства лавы 9 9 - - - -

Всего: 56 46 4 1 3 2

В Печорском бассейне взрывы метановоздушной смеси в выработанном пространстве произошли в шахтах «Комсомольская», «Воркутинская» и «Центральная». Условием развития пожара явилось формирование локальных скоплений метана в выработанном пространстве при фильтрации утечек воздуха из очистного пространства. Причиной этих взрывов является недостаточное количество воздуха в утечках для разбавления метана и внезапное повышенное выделение его из подрабатываемого пласта «Тройной».

Взрывы метановоздушной смеси при её отводе через выработанное пространство и скважины, пробуренные с поверхности, происходили на шахте «Центральная» ОАО «Челябинскуголь», в Кузбассе на шахтах «Полысаевская», «Есаульская», «Распадская», «Тайжина». Взрывы в выработанном пространстве на шахте «Распадская» и дважды на шахте им. Кирова были инициированы с поверхности по скважинам.

В России около 40 % шахт являются опасными по внезапным выбросам и сверхкатегорийными по метану. Перспектива их работы продолжает зависеть от решения проблем обеспечения взрывобезопасности и повышения интенсивности добычи угля.

Большой вклад в становление методов исследования и проектирования горных предприятий внесли учёные A.C. Бурчаков, П.З. Звягин, В.М. Зыков,

А.П. Килячков, Ю.Н. Кузнецов, A.M. Курносов, K.K. Кузнецов, Л.А. Ликальтер, A.C. Малкнн, A.M. Митейко, М.И. Устинов, И.Л. Черняк и др. Были сформулированы научные основы и методы оптимизации основных параметров шахты и выемочного участка.

Значительный вклад в изучение закономерностей выделения метана и разработку способов управления газовыделением сделан учёными А.Т. Айруни, Ф.С. Клебановым, Н.О. Калединой, H.H. Красюком, Г.Д. Лидиным, Н.Г. Матвиенко, A.A. Мясниковым, С.Н. Осиповым, ИМ. Печуком, А.Э. Петросяном, Л.А. Пучковым, И.В. Сергеевым, Н.И. Устиновым, К.З. Ушаковым и др.

Анализ результатов применения выполненных ранее исследований показал, что они обеспечили значительное увеличение интенсивности выемки угля. Однако непрекращающиеся взрывы метановоздушной смеси в шахтах позволяют сделать следующие выводы. Исследования метановыделения в выработки и проветривания выемочных участков осуществлялись при невысокой интенсивности выемки угля. Из-за большого количества действующих лав на шахте и небольшой поперечной площади горных выработок возможности вентиляции были ограничены и поэтому изучены не в полной мере. Недостаточно изучены закономерности формирования и движения метановоздушных потоков. Применяемая методика расчёта нагрузки на очистной забой по газовому фактору на основе относительной метанообильности лавы или участка не позволяет определить пути увеличения нагрузки, так как не учитывает закономерностей выделения метана и формирования газовоздушной среды в рабочем пространстве во время выполнения производственных процессов. Также не учитываются законы аэродинамики при расчёте расхода воздуха для разбавления выделившегося метана на участке. Таким образом, проблема увеличения нагрузки на очистной забой является актуальной для угольной отрасли и может быть решена в результате разработки геотехнологических решений на основе комплексного подхода к изучению природных и технологических процессов.

Для реализации сформулированной в диссертации цели необходимо решение следующих задач:

- установление закономерностей изменения природной метаноносности угля в пласте угля;

- выявление закономерностей выделения метана в рабочее пространство лавы во время выполнения рабочих процессов в зависимости от длины очистного забоя;

- установление закономерностей распределения воздушных потоков в вентиляционной сети выемочного участка;

- разработка и обоснование параметров топологии вентиляционной сети выемочного участка для обеспечения взрывобезопасности метановоздушной смеси;

- разработка методических принципов комплексного определения параметров технологической схемы и вентиляционной сети выемочного участка, обеспечивающих взрывобезопасность метановоздушной смеси при интенсивном освоении высокогазоносных месторождений угля;

- разработка имитационной математической модели технологии выемки угля, учитывающей закономерности выделения метана, движения потоков воздуха в рабочем и выработанном пространствах лавы и формирования концентрации метана в газовоздушной смеси;

- разработка программного обеспечения для реализации на ЭВМ методики моделирования рабочих процессов и вентиляционных режимов в выемочном участке;

- разработка методики определения нагрузки на очистной забой по фактору безопасной концентрации метана в рабочем пространстве лавы;

- разработка прогрессивных технологических схем и пространственно-планировочных решений, обеспечивающих взрывобезопасность атмосферы в выемочном участке при интенсивном освоении высокогазоносных угольных месторождений.

Методология обоснования направлений повышения взрывобезопасно-сти при интенсивном освоении метаноносных месторождений угля.

Решение проблем обеспечения взрывобезопасности и повышения нагрузки на забой происходило с приоритетом последней. По мере увеличения производительности выемочных машин и необходимости улучшения технико-экономических показателей разрабатывались способы увеличения нагрузки на лаву по газовому фактору. Предварительная искусственная дегазация пласта впереди забоя из-за низкой проницаемости оказалась неэффективной. Получили широкое распространение на шахтах Кузбасса способы отвода метановоз-душной смеси из выработанного пространства подземными газоотсасывающи-ми и дегазационными установками, по газодренажным выработкам или выработанному пространству на поверхность. Однако все эти способы имеют следующие недостатки: неуправляемость функционирования и отсутствие контроля взрывоопасности. Взрывы метана в шахтах показали, что основными условиями для образования, воспламенения и взрыва метановоздушной смеси являются:

- отсутствие достоверного прогнозирования дебита метана в лаву и выработанное пространство;

- недостаточное количество воздуха для снижения концентрации метана в лавах и выработанном пространстве выемочных участков;

- отсутствие объектно-ориентированного распределения свежего воздуха для снижения концентрации метана до безопасных пределов в вентиляционной сети выемочного участка.

Первоочередные меры обеспечения безопасности должны предотвратить создание условий для возникновения аварий. В связи с этим, выбор способов обеспечения безопасности должен иметь приоритет перед выбором технологических параметров и интенсивности выемки. По нашему мнению, существующая концепция проветривания выемочного участка, отражённая в нормативных документах, заключается в обеспечении минимально достаточным количеством воздуха планируемой добычи угля. Контроль концентрации метана осуществляется только в зоне работы выемочной машины и в исходящих потоках мета-

новоздушной смеси из лавы и выемочного участка. Такой подход не соответствует требованиям действующего законодательства в стране и системы стандартов по взрывобезопасности, по которым должны быть обеспечен принцип приоритета безопасности жизни и здоровья людей при выборе технологических схем добычи угля и исключено образование взрывоопасной среды.

Нами предлагается следующая концепция взрывобезопасного проветривания:

- технологические и вентиляционные параметры выемочного участка должны обеспечить разбавление метана, выделяющегося в шахтную атмосферу из всех источников, до концентрации ниже минимального предела воспламеняемости;

- проветривание рабочего пространства лавы и выработанного пространства выемочного участка должно осуществляться обособленными потоками свежего воздуха, что может быть реализовано только при прямоточных схемах вентиляции;

- расход воздуха для проветривания лавы необходимо принимать по максимальной природной метаноносности, определённой для этого пласта;

- расход свежего воздуха для активного проветривания выработанного пространства должен рассчитываться по максимально прогнозируемому дебиту метана из вмещающего горного массива.

Исследование пространственного распределения мепшносодержания в угольных пластах. Исследования производились в забоях подготовительных выработок на особо выбросоопасном участке пласта «Мощный» на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь». На этом участке пласта произошёл 31 внезапный выброс метана и угля. Таким образом, были обозначены локальные зоны аномальной метаноносности. Задача была исследовать метаноносность пласта между этими зонами. Угольный пласт состоял из 3 слоёв. В верхнем и нижнем слоях залегал крепкий полублестящий полосчатый уголь. Коэффициент крепости угля по шкале проф. М.М. Протодьяконова в нижнем слое был равен I, а в верхнем слаботрещиноватом —1,5. Внезапные выбросы метана и угля происходили из среднего слоя меньшей прочности. Для предотвращения внезапных выбросов метана впереди забоя вымывали 7 опережающих полостей длиной 15 м.

Петрографический состав угля определяли по пробам, взятым в забоях выработок из выбросоопасного слоя. Содержание «чистого» угля в пробах было от 79 до 97 %. При этом витринита было от 49 до 82 %, а фюзинита - от 13 до 39 %. На участках пласта, граничащих с полостями ранее произошедших 5 внезапных выбросов, зольность выбросоопасного слоя была значительно меньше, чем в прочных слоях. Отмечены слоевые и пространственные изменения зольности и микрокомпонентного состава угля при подвигании забоев выработок. Метановыделение из прочных и выбросоопасного слоёв угля определялось в забоях штреков 1021-е, 11121-е и 1221-е. Во время вымывания серии опережающих полостей по выбросоопасному слою замерялась длина дегазированной части полости от забоя до начала выделения метана. Во время работы комбайна определялся объём угля из прочных слоёв за 1 цикл подвигания за-

боя. Одновременно по методике ВостНИИ определялся объём выделившегося метана из этого угля. В это время из вымытых полостей метан практически не выделялся. После подвигания забоя во время вымывания новой серии полостей замерялась длина полости от забоя выработки до начала выделения метана. Во время вымывания полостей по методике ВостНИИ определяли объём выделившегося метана и рассчитывали метаноносность угля в выбросоопасном слое. Этот метан выделялся из разрушаемого струёй воды угля в полости и целиков выбросоопасного слоя, разрушаемых горным давлением. После расчёта объёма разрушенного и дегазированного угля в среднем слое определялась его метаноносность.

В штреке 1021-С замеры производились на участке длиной 92 м. На пятьдесят втором метре в забое произошел внезапный (№ 28) выброс 10 т угля и 2760 м3 метана. До внезапного выброса метаноносность выбросоопасного слоя изменялась от 15,2 до 53,8 м3/т, а крепких слоев угля - от 1,7 до 15,6 м3/т. Средняя метаноносность пласта на исследуемом участке была 12,9 м3/т. Дебит метана из угля увеличился на расстоянии 7 м от полости выброса. На участке за выбросом метаноносность в выбросоопасном слое изменялась от 7,9 до 40,7 м3/т, а в прочных пачках - от 0,9 до 11,7 м3/т. Среднее значение метаноносности пласта было 11,3 м3/т.

В штреке 1121-С метаноносность выбросоопасного слоя изменялась от 4,9 до 28 м3/т, а крепких пачек - от 1,6 до 12,3 м3/т. Исследуемые участки находились на значительном расстоянии от мест внезапных выбросов.

В штреке 1221-С замеры производились на участке длиной 301 м до пересечения со штреком 1121-С, где ранее произошли 2 внезапных выброса. Метаноносность выбросоопасного слоя изменялась на соседних участках от 2,0 до 103,5 м3/т, а крепких слоев - от 1,9 до 39,3 м3/т.

Замеры интенсивности выделения метана в лаве производились на пласте «Четвёртый» мощностью 1,45 м и природной метаноносностью 30 м3/т. Лава длиной 275 м была оборудована комплексом КМТ с комбайном 1ГШ-68. Выемка угля осуществлялась по односторонней схеме. Около 60 % угля загружалось комбайном на конвейер. Остальной отбитый уголь загружался во время зачистки комбайновой дороги. Для проветривания лавы по вентиляционной выработке подавали 1100 м3/мин с концентрацией метана 0,4 %. По конвейерной выработке для подсвежения исходящего потока из выработанного пространства подавали 900 м3/мин воздуха с концентрацией метана 0,1 %. Часть объёма воздуха, подаваемого по вентиляционной выработке, за счёт общешахтной депрессии уходила в выработанное пространство. На расстоянии 15 м от вентиляционной выработки в лаве расход воздуха составлял только 516 м3/мин. Замеры показали, что по ходу движения воздушной струи концентрация метана увеличивается в результате его выделения до комбайна из пласта, а за комбайном - из угля, лежащего на машинной дороге и на конвейере. Возле комбайна концентрация увеличилась по всему сечению рабочего пространства. Во время зачистки лавы комбайном в исходящем потоке из лавы происходило увеличение концентрации метана на 0,4 %, или в это время увеличивался дебит метана на 2 м3/мин за счёт выделения из зачищаемого угля.

Таким образом, при расчёте расхода воздуха для обеспечения взрывобе-зопасности в рабочем пространстве лавы необходимо учитывать неравномерность природной метаноносности пласта, а также неравномерность выделения метана по лаве в зависимости от выполняемых рабочих процессов.

Исследование закономерностей распределения воздушных потоков в вентиляционной сети выемочного участка.

Анализ применяемых вариантов схем проветривания показал, что прямоточная схема проветривания на выработанное пространство может быть базовой для решения проблем обеспечения взрывобезопасности метановоздушной смеси при интенсивной выемке угля. При этой схеме создаётся устойчивое разделение потоков из лавы и выработанного пространства за счёт общешахтной депрессии. Способ вентиляции шахты должен быть всасывающий. Опыт показал, что недостатками этой схемы являются:

- значительные объёмы утечек воздуха из рабочего пространства лавы, которые не участвуют в разбавлении выделяющегося метана во время выемки угля;

- объёмы утечек воздуха недостаточны для эффективного разбавления выделяющегося метана в выработанное пространство и могут образовывать с метаном взрывоопасную смесь.

В лаве проблема обеспечения взрывобезопасности при интенсивной выемке угля может быть решена в результате уменьшения объёмов утечек воздуха при сохранении их направленности. Для этого необходимо знать факторы, влияющие на обьёмы утечек. Однако в настоящее время на шахтах применяют «Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт», в котором величина утечек зависит только от прочностных свойств пород кровли. Но геологические характеристики пород кровли по площади вынимаемого столба непостоянны. Поэтому фактические утечки значительно отличаются от расчётных Отсутствует даже понятие о возможности регулирования утечек воздуха.

Для установления факторов, влияющих на распределение воздушных потоков при прямоточной схеме проветривания, были проведены исследования в Воркутском месторождении на шахтах «Комсомольская», «Юр-Шор», «Ворку-тинская» и «Северная» ОАО «Воркутауголь». Замеры проводились на пластах «Мощный», «Тройной» и «Четвёртый». В соответствии с методикой производились изменения и перераспределения объёмов воздуха для проветривания лавы и подсвежения. Чтобы определить эффективность использования свежего воздуха для разбавления выделившегося метана в лаве, был введён показатель -коэффициент эффективности Кэф, показывающий отношение расхода воздуха в исходящем потоке из лавы к расходу, подаваемому к лаве. Значения исследуемых параметров приведены в табл. 3.

Во всех исследуемых лавах выемка угля осуществлялась узкозахватными комбайнами по односторонней схеме. Крепление рабочего пространства осуществлялось гидрофицированной крепью. Конвейерная выработка поддерживалась за лавой для повторного использования и отвода метановоздушных потоков из лавы и выработанного пространства. Несмотря на усиленную крепь,

устанавливаемую на сопряжении с лавой, выработка деформировалась в результате повышенного опорного давления.

Таблица 3

Статистическая характеристика исследуемых факторов на экспериментальных участках

Исследуемые факторы Значения параметров

на пласте «Мощный» на пласте «Тройной» на пласте «Четвёртый»

пил тах Ш1П шах 1ШП шах

Ь, м 98 105 100 120 145 285

Бл.м2 6,1 13,4 3,6 4,5 3,2 3,8

Бв, м2 4,4 7,3 6,7 9,4 4,85 9,0

Ооч, м3/мин 680 2000 250 1050 175 1430

Опопсв, м3/мин 180 1220 480 920 210 2330

Оподсв/ Ооч 0,31 1,17 0,58 2,34 0,23 3,33

С>2, м3/мин 450 1100 120 890 160 720

Оз, м3/мин 300 720 100 770 60 570

Ол, м3/мин 180 390 90 540 40 700

Кэф = Ол/ Ооч 0,13 0,38 0,29 0,55 0,125 0,63

Кут = Ооч / Ол 2,63 7,7 1,8 3,4 1,59 8,0

В таблице обозначено- Ь - длина лавы, Бв, - площадь поперечного сечения соответственно выработки за лавой дайной 100 м и поперечного сечения рабочего пространства лавы, <Зоч, Оподсв, С?2, Оз, Ол - количество воздуха соответственно подаваемого к лаве, для под-свежения метановоздушной смеси из выработанного пространства, оставшегося в рабочем пространстве лавы на расстоянии 15 м от вентиляционной выработки и в рабочем пространстве лавы на расстоянии 15 м от конвейерной выработки, в исходящем потоке из лавы; Кэф -коэффициент эффективности проветривания лавы; КуТ - коэффициент утечек воздуха в выработанное пространство

На пласте «Мощный» на выходе из рабочего пространства оставалось от 13 до 38 % подводимого к лаве воздуха. Утечки составляли от 87 до 62 %, т.е. коэффициент утечек был от 2.63 до 7,7. На пласте «Тройной» эффективность проветривания оказалась выше, чем на пласте «Мощный». Утечки воздуха были от 71 до 45 %, а коэффициент эффективности от 0,29 до 0,55. На пласте «Четвёртый», который являлся защитным для пласта «Тройной», утечки воздуха были от 87,5 до 37 %, а коэффициент эффективности от 0,125 до 0,63.

Установлены следующие закономерности утечек воздуха из рабочего пространства. По длине лавы имеются три участка или зоны с различной интенсивностью (рис.1). Наибольшая интенсивность утечек наблюдалась на концевых участках лав. Длина этих участков на основании анализа результатов замеров принята одинаковой для всех пластов и равной 15 м. Интенсивные утечки воздуха на участке лавы со стороны вентиляционной выработки происходят в результате низкого аэродинамического сопротивления выработанного пространства. На увеличение интенсивности утечек воздуха при приближении к конвейерной выработке оказывают влияние низкое аэродинамическое сопротивление выработанного пространства и подсвежение исходящего потока из лавы.

В средней части лавы наблюдались три возможных варианта утечек: утечки, произошедшие в первой зоне, возвращались в лаву; утечки воздуха от-

сутствовали; интенсивность утечек была равномерной.

Для предотвращения поступления метана из выработанного пространства необходимо обеспечивать проветривание по третьему варианту.

Ь, м

Рис 1. Изменение расхода и интенсивности утечек воздуха по длине лавы а), а?, а3 - соответственно интенсивность утечек воздуха на первом участке лавы на расстоянии 15 м от вентиляционной вырабо1ки на втором участке в средней части лавы (15<Х<(/-15)) и на третьем участке в 15 м от сопряжения с конвейерной выработкой ((/-15)<Х<0

В результате обработки результатов исследований были получены зависимости для определения расхода воздуха в конце каждой зоны утечек: на пласте «Мощный»

д: = - 7,75+1,650от-О,ОЗО20.,- I] = 0,78;

д3 = - 4,98+1,052^1/ - 0,02ц = 0,67;

О» = - 5,6+1 ,ОЗОоч- 0,022 (¿оч\ П = 0,6; (1)

на пласте «Тройной»

д2 = - 0,42 + 0,86 д0ч; Я = 0,88;

& = -1Д + 0,72 Од,,-, Я = 0,96;

0„ = - 0,65 + 0,52 Я = 0,97; (2)

на пласте «Четвёртый»

д, = 0,237 + 0,536 доч; я = о,96;

д3 = 0, 393 + 0,395 доч; II = 0,88;

^ = 0,5+ 0,294 Оо,,, Я = 0,67, (3)

где £>0</~ количество воздуха, подаваемое в лаву, м3/с.

Пределы изменения факторов см. табл.3.

Для расчёта расхода воздуха в любом месте лавы по ходу движения воз-

духа интенсивность определяется по формулам:

где 15, (/ — 30) - длина участков лавы с различной интенсивностью утечек воздуха, с*л - усреднённая интенсивность утечек воздуха по лаве

Количество воздуха, оставшегося в рабочем пространстве лавы, определяется по формулам:

научастке (0<Х<15) Qx = Q04 expi-а,- Л); научастке(15 <Х<(/- 15» & = Q2exp(-a}X); научастке ((/-15)<Х</) Qx = Q3 ехр(-а3- X),

где X - расстояние по лаве от начала участка с соответствующей интенсивностью утечек

Расчётные значения по формулам (1), (2), (3) отличаются от фактических. Для повышения точности расчётов и учёта различных факторов, которые существенно влияют на величину утечек воздуха в лавах, принят поправочный коэффициент, значение которого определяется по формуле

а = 1,188 + 0,0032 I - 0,492 + 0,16 SBbip - 0,07 Qn0ÄCB / Ооч - 0,00246 Оподсв,

где / - длина лавы, м; 8 л - минимальная площадь поперечного сечения рабочего пространства лавы, м2, 8Выр - площадь поперечного сечения выработки, поддерживаемой за лавой, м2, Оподсв - количество воздуха для подсвежения метана, поступающего из выработанного пространства, м3/с

Корреляционное отношение ц = 0,69.

С учётом поправочного коэффициента количество воздуха в исходящем потоке из лавы, коэффициенты утечек и эффективности проветривания лавы определяются по формулам:

Из приведённых формул (4) видно, что утечки воздуха из рабочего пространства можно регулировать. Кроме прочностных характеристик кровли пласта, которые не поддаются регулированию, на величину утечек влияют длина лавы, площадь поперечного сечения выработки поддерживаемой за лавой, количество воздуха, подаваемое в лаву и для подсвежения метана, поступающего из выработанного пространства. Регулирование этих параметров приводит к изменению аэродинамического сопротивления и депрессии в параллельных потоках вентиляционной системы выемочного участка.

Анализ шахтных замеров и моделирования показал, что в выработанном пространстве могут образовываться застойные зоны, в которых отсутствует движение воздуха. Эти зоны расположены в районах вентиляционной выработки и за лавой в средней части выработанного пространства. При поступлении метана из газоносных пластов-спутников в выработанное пространство в застойных и в соседних с ними зонах формируется взрывоопасная метановоз-душная смесь. На расстоянии 50-70 м от лавы в выработанном пространстве за крепью выработки во многих местах процент концентрации метана превышает предельно допустимую величину по ПБ. Высокая концентрация метана наблю-

воздуха.

(4)

дается даже при активной работе дегазационных систем. Поступление метана из пластов-спутников рассредоточено, и поэтому эффективность дегазации выработанного пространства дегазационными системами в среднем составляет 50 %. Около половины дебита метана, поступающего в выработанное пространство, может участвовать в формировании взрывоопасной смеси в неконтролируемых зонах выработанного пространства, а затем поступать в исходящую струю участка.

Методические рекомендации по формированию безопасной метано-воздушной смеси в рабочем пространстве очистных забоев. Теоретический метод, основанный на математическом описании закономерностей выделения метана из всех образующихся источников во время выполнения рабочих процессов и закономерностей перемещения воздушного потока, применяем для исследования закономерностей формирования метановоздушной смеси по всей длине лавы.

Повышение нагрузки на очистной забой связано с увеличением интенсивности отбойки угля от массива, что приводит к увеличению дебита метана. Следовательно, на высокометаноносных пластах для увеличения интенсивности выемки необходимо уменьшить метаноносность в призабойной зоне угольного пласта до отбойки его рабочим органом выемочной машины.

Исследованием закономерностей выделения метана в лаве занимались российские учёные Г.Д. Лидин, Ф.С. Клебанов, С.Н. Осипов, И.В. Сергеев, А.Э. Петросян, A.A. Мясников и др. Было установлено, что значительную долю в газовом балансе лавы составляет метан, выделяющийся из обнажённой поверхности пласта. И.В. Сергеев и А.Э. Петросян установили, что выделение метана из пласта зависит от времени обнажения и удельная объёмная скорость с 1 м2 площади пласта со временем уменьшается. Ф.С. Клебановым показана неравномерность удельного дебита газа по длине лавы в конкретный момент времени. Однако установленные закономерности выделения метана из пласта и отбитого угля комбайном не нашли применения на практике, так как стали использовать упрощённый метод расчёта расхода воздуха для проветривания очистных забоев. Расчёт расхода воздуха по относительной метанообильности лавы и участка не учитывает закономерностей выделения метана и формирования метановоздушной смеси.

Для имитационного математического моделирования вентиляционной системы выемочного участка, учитывающего режимы выемки угля, выделения метана из источников в лаве, движения потоков воздуха в рабочем и выработанном пространстве и формирования концентрации метана в исходящих потоках воздуха были определены основные закономерности и параметры модели. На основании шахтных замеров было установлено, что коэффициент снижения интенсивности выделения метана на пластах Воркутского месторождения из обнажённой поверхности пласта равен ß, = 0,0082 (1/мин). Суммарное выделение метана из обнажённой поверхности пласта в лаве будет

где qm - интенсивность выделения метана из свежеобнажённой поверхности пласта, ß - коэффициент снижения интенсивности выделения метана из обнаженной поверхности пласта в зависимости от пройденного расстояния комбайном от места обнажения, 1/м; ß, - коэффициент снижения интенсивности выделения метана с поверхности пласта в зависимости от времени обнажения, 1/мин, Тц - продолжительность цикла выемки одной полосы угля, мин; I - длина лавы, м.

Метаноносность пласта в результате естественной дегазации в большей степени снижается в лавах большей длины. В лавах одинаковой длины при челноковой схеме выемки метаноносность пласта в зоне работы комбайна будет больше, чем при односторонней. Кроме того, при челноковой схеме в краевых зонах лавы время для естественной дегазации пласта практически отсутствует. Максимальный дебит метана будет во время выемки угля, но он зависит от естественной дегазации призабойной зоны пласта.

На рис.2 приведено распределение интенсивности выделения метана в лаве во время выемки угля комбайном (рис.2,а) и зачистки комбайновой дороги (рис.2,б).

а)

О

tat

х

Ч

L

Рис 2 Закономерности выделения метана в лаве при односторонней схеме выемки угля. 9гт 9з - максимальная и минимальная интенсивность выделения метана из «свежеобнажённой» поверхности пласта угля во время работы комбайна, м3/см2; д-|, дг - максимальная и минимальная интенсивность выделения метана из «старообнажённой» поверхности пласта угля, м3/с-м2; дк, д^ - максимальная интенсивность выделения метана из угля соответственно на конвейере и на машинной дороге, м3/с, вр - интенсивность выделения метана из отбитого угля комбайном, м3/с; —14 — продолжительность выемки угля и спуска комбайна на участках лавы; ^ - (4 - продолжительность выемки угля на участках лавы; 15, ^ - продолжительность концевых операций в лаве

Интенсивность выделения метана из отбитого угля комбайном при односторонней схеме выемки равна

= дпр ■ ехр (-/? Г), где дПр - природная метаноносность пласта угля, м3/!.

t_J g2 Gp 9к 9шт

t6

■ß

Вентиляционный штрек б) ^

О

* п и

Y

г А

Ns

ts

Конвейерный штрек

ч

'4

6 -91

7- ^

'-с.

15 »2

9 к 9 и

Свежий воздух, войдя в рабочее пространство лавы, при движении на элементарном участке лавы разбавляет метан, который выделился на этом участке, и формирует метановоздушную смесь. Часть метановоздушной смеси на этом участке в виде утечек уходит в выработанное пространство. Утечки воздуха уносят метан из очистного пространства. Оставшаяся часть метановоздушной смеси переходит на следующий элементарный участок лавы и разбавляет выделившийся на этом участке метан. Концентрация метана в призабой-ном пространстве повышается. Из этого элементарного участка также часть смеси уходит в выработанное пространство. Такие утечки метановоздушной смеси продолжаются по всей длине лавы (рис. 3).

О

Рис 3 Расчищая схема определения концентрации метана в рабочем пространстве лавы при моделировании процесса формирования ме1ановозд>шной смеси во время выемки угля с учётом установленных закономерностей выделения ма ана и утечек воздуха

В точке сопряжения лавы с вентиляционной выработкой дг = 0, а на сопряжении с конвейерной выработкой х = I (см. рис.3), где / - длина лавы, х,„ -расстояние от вентиляционной выработки до комбайна.

Длина лавы разделена на три участка с различной интенсивностью утечек воздуха из очистного пространства в выработанное (см. рис.3).

Количество газа, выделяющегося по лаве в элементарной точке х, будет равног/[х). С учётом утечек метановоздушной смеси количество газа, находящегося в точке дг лавы, будет равно

С(х) = \{т^/(х)еа(х-'')Ах,, (5)

"лТо

где к = шах Дх,; Ах, = х,- х,.,\ х, - точки, делящие отрезок [0, х] на п частей;

В результате 'утечек воздуха из рабочего пространства количество газа в метановоздушной смеси при прохождении пути Ах уменьшится на величину

Рассмотрим вариант, когда комбайн по выемке угля движется от конвейерной выработки к вентиляционной. Комбайн находится на расстоянии не более 15 м (0 <х < 15) от вентиляционной выработки на первом участке, на котором интенсивность утечек воздуха а/. На участке 15<х</-15 интенсивность утечек воздуха а2, а на участке лавы 1-\5<х<1 интенсивность утечек а3, тогда с учетом (5) получим:

О

Их) = (К15)е-а^-,5> + )теа+х-1) л,

у/(х) = ц/{1 - 15)е

+

\те

-а,( хЧ)

Л.

0<х<15;

15<л</-15; (6) 1-15<х<1.

Интенсивность выделения метана из пласта на участках лавы до комбайна и после определяется по формулам:

О < ? < Хт.

Чте

хт<1<1.

Имитационное моделирование позволяет определить количество воздуха и суммарное количество метана в потоке этого движущегося воздуха по лаве на любом расстоянии от вентиляционной выработки. Это количество метана представляет собой суммарный объём выделившегося метана из всех источников до места определения с учётом утечек метана вместе с воздухом. В этом месте лавы определяется и концентрация метана. При моделировании можно разбить длину лавы на п участков с различными значениями природной метаноносно-сти, рабочей скорости комбайна, площади поперечного сечения лавы и др.

В качестве примера ниже приведены формулы для определения количества метана, воздуха и концентрации метана в исходящем потоке из лавы.

Количество метана в исходящем потоке из лавы определяется следующим образом:

а) при нахождении комбайна около вентиляционной выработки

Соч' 0,№ 100

Км+Ср' К эф+

я.

Як

<*-01

Соч - концентрация метана в подаваемом в лаву воздухе, %; а - усреднённая интенсивность утечек воздуха по лаве;

б) при нахождении комбайна около конвейерной выработки

в,"

Соч' &

100

К

-КЛ

Количество воздуха в исходящем потоке из лавы (м3/мин)

= 0,109 а-

Концентрация метана в исходящем потоке из лавы (%) с =100

Природная метаноносность пласта определяется в результате шахтных замеров расхода воздуха и концентрации метана в определённых точках лавы. Замеры расхода воздуха производятся по известной методике, и от этих замеров зависит точность дальнейших расчётов. Замеры выполняются со стороны вентиляционной выработки в 4 точках. По результатам замеров рассчитываются значения а, Р, и дпр.

Для исследования закономерностей формирования газового баланса в лаве было произведено имитационное моделирование выемки угля в следующих условиях: природная метаноносность угольного пласта варьировалась от 15 до 35 м3/т, длина лавы — от 160 до 280 м, нагрузка на лаву — от 700 до 2500 т/сут. Расчеты показали, что основным фактором снижения метаноносности угля в снимаемой стружке является увеличение продолжительности цикла в результате увеличения длины лавы.

Установлено, что снижение метаноносности в вынимаемой стружке угля происходит в большей степени с увеличением природной метаноносности пласта. Отсюда следует, что увеличение длины лавы позволяет эффективнее использовать естественную дегазацию призабойной части на высокометано-носных пластах угля. Эта естественная дегазация происходит и в то время, когда выемка угля не производится. Дебит метана из отбиваемого комбайном угля в основном зависит от нагрузки на лаву. При этом с увеличением нагрузки до 1400 т/сут происходит значительное увеличение дебита метана, а свыше 1400 т/сут интенсивность выделения метана стабилизируется. Установленные закономерности позволяют сделать вывод, что абсолютная метанообильность лавы зависит от метаноносности угля в пласте, нагрузки на очистной забой и длины лавы.

Увеличение длины лавы приводит к изменению структуры газового баланса в исходящем потоке из лавы. Удельный вес метана из обнаженной поверхности пласта увеличивается, а из отбиваемого угля комбайном - уменьшается (рис.4). Так, при увеличении длины лавы от 160 до 280 м на метаноносном пласте 30 м3/т удельный вес метана из обнаженной поверхности пласта увеличивается от 58,5 до 70,7 % при нагрузке на лаву 1000 т/сут. Из отбитого комбайном угля уменьшается от 35,8 до 25,6 %. При нагрузке на лаву 2500 т/сут удельный вес из обнажённой поверхности пласта увеличивается от 42,9 до 59,5 %, а из отбитого угля уменьшается от 38,7 до 29,5 %.

Расчёты показывают, что при небольшой нагрузке на забой удельный вес метана из пласта в исходящей из лавы метановоздушной смеси значительно выше, чем при высокой нагрузке.

В результате моделирования, а шахтными замерами подтверждено, что при перемещении комбайна по лаве во время выемки угля, происходит измене-

ние концентрации метана не только по длине лавы, но и в исходящем потоке из лавы.

Рис.4. Изменение удельного веса метана из источников в исходящем потоке в зависимости от длины лавы, природной метаноносности и нагрузки на очистной забой' - - удельный вес метана из обнаженной поверхности пласта, %. - — - удельный вес метана из отбитого комбайном угля, %, 1,2- нагрузка на очистной забой соответственно 1000 т/сут и 2500 т/сут, 15 20, 25, 30, 35 - природная мета-ноносность угля, м3/т

Ь, м

На рис.5 приведены результаты расчёты при следующих условиях: природная метаноносность угля в массиве 30 м3/т, длина лавы 160 и 240 м, расход подаваемого воздуха в лаву 1200 м3/мин, расход воздуха для подсвежения исходящего потока из выработанного пространства 840 м3/мин, нагрузка на очистной забой 2300 т/сут. Показано изменение объёмов выделившегося метана из различных источников и суммарный объём в исходящем потоке из лавы (рис.5,а). Комбайн движется от конвейерной в сторону вентиляционной выработки навстречу метановоздушному потоку (к точке 0 на рис.5). Количество метана и его концентрация в исходящем потоке (рис.5,б) вначале увеличивается, а затем начинает уменьшаться.

В лаве длиной 240 м несмотря на увеличение дебита метана концентрация его в исходящем потоке будет меньше, чем в лаве длиной 160 м. Например, при увеличении длины лавы с 200 до 240 м дебит метана в лаве увеличится на 7,7%, а расход воздуха в результате уменьшения утечек - на 10,6 %.

Взрывобезопасность метановоздушной смеси при достижении высоких нагрузок на очистной забой может быть обеспечена в результате применения имитационного моделирования при выборе длины лавы и расхода воздуха для проветривания выемочных участков.

Рис 5 Зависимость концентрации и количества метана, оставшегося в исходящем потоке, от местоположения работающего комбайна в лавах длиной 160 и 240 м, Хт- расстояние от вентиляционной выработки до работающего комбайна, м. 1, 2. 3 - часть метана, оставшаяся от выделившегося из отбиваемого угля комбайном, из пласта на расстоянии от вентиляционной выработки до комбайна, из пласта от комбайна до конвейерной выработки соответственно, 4 - часть метана газового баланса, оставшаяся в исходящем потоке метановоздушной смеси из лавы, 0 - точка сопряжения лавы с вентиляционной выработкой

Рекомендуемые технологические решения и эффективность их реализации при интенсивной и безопасной отработке запасов высокометанонос-ных угольных пластов. В результате имитационного моделирования доказана возможность увеличения длины лав на высокометаноносных пластах угля до экономически рациональных. Для условий Воркутского месторождения было установлено, что область экономически рациональной длины лавы находится в пределах 200-240 м при нагрузке на забой 1000 т/сут, 240-280 м - при нагрузке 2000 т/сут и 280-320 м - при нагрузке более 3000 т/сут. Промышленные внедрения результатов имитационного моделирования производились на шахте «Вор-кутинская» ОАО «Воркутауголь» на пласте «Четвёртый». Природная метано-носность пласта 39 м3/т, мощность пласта 1,45 м, угол наклона - 10-15°. Были отработаны экспериментальные лавы № 1215-ю, № 513-ю, № 522-ю длиной соответственно 290, 295 и 270 м. Выемка угля производилась комплексами КМ-87УМН с узкозахватными комбайнами 1ГШ-68. Пласт отрабатывался как защитный выбросоопасного пласта «Тройной» с природной метаноносностью 39 м3/т.

Во время отработки выемочного столба лавы № 1215-ю длиной 740 м в лаву подавали 1020 м3/мин, а для подсвежения - 1040 м3/мин свежего воздуха. Среднесуточная добыча угля в лаве была значительно больше, чем в других лавах. При этом производительность труда также была выше, а себестоимость добываемого угля ниже. Среднесуточная нагрузка составила 1429 т. В отдельные дни нагрузка на лаву была более 2500 т. При этом концентрация метана в исходящей из лавы и выемочного участка была в пределах допустимой ПБ. В это время в лаве длиной 150 м среднесуточная нагрузка была 605 т.

В лаву № 513-ю подавали 1100 м3/мин, а для подсвежения - 900 м3/мин воздуха. Среднесуточная нагрузка на очистной забой в первый месяц работы лавы была от 730 до 2490 т, во второй - от 510 до 2315 т, в третий - от 990 до 2060 т, в четвертый-от 870 до 2175 т.

Результаты отработки лав № 1215-ю и № 513-ю показали, что при большом дебите метана в лаве необходимо увеличивать её длину до 240-280 м и более. В лавах такой длины нагрузка на очистной забой значительно больше, чем в лавах длиной до 200 м, а производительность горнорабочих очистного забоя -выше. В течение нескольких лет в лавах длиной 240-270 м нагрузка на очистной забой была в 1,5-1,8 раза больше, чем в остальных лавах (табл.4).

Таблица 4

Средние показатели эффективности работы лав увеличенной длины на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь»

Показатели Длина лав менее 160 м Длина лав более 236 м Изменение показателя, %

1 Диапазон изменения среднесуточной нагрузки на лаву, т/сут 469-1628 1224-1850 -

2 Средняя нагрузка на лаву за весь период работы, т/сут 1)72 1501 +28,1

3 Среднеквадратическое отклонение нагрузки на лаву, т/сут 293 165 -

4 Диапазон изменения длины лавы, м 142-158 236-291 -

5 Средняя себестоимость добычи 1 т угля по участку, % 100 84,5 -15,5

6 Диапазон изменения производительности труда на выход ГРОЗ, т/выход 3,4-23,7 22-28 -

7 Среднее значение производительности труда на выход ГРОЗ, т/выход 16,1 26.2 +62,7

8 Среднеквадратическое отклонение производительности труда на выход ГРОЗ, т/выход 4,7 1,78 -

На рис.6 показано уменьшение нагрузки на лаву при её уменьшении по фронту отработки выемочного столба. С увеличением длины лавы «газовый барьер» повышается по сравнению с более короткими лавами. При увеличении длины лавы необходимо увеличивать расход воздуха, подаваемого в лаву.

Таким образом, при высокой природной метаноносности пласта правильно выбранные параметры вентиляции определяют и нагрузку на лаву, и экономические показатели работы шахты.

На основании анализа применяемых на шахтах схем проветривания выемочных участков, количества и мест возгорания и взрывов метановоздушной смеси, а также полученных закономерностей распределения воздуха, предложен новый концептуальный подход к обеспечению взрывобезопасности метановоздушной смеси на метанообильных участках при интенсивной выемке угля.

А,

т/сут 1100

900

700

500

300

100

140 160 180 200 220 240 /, М

Рис 6 Зависимость нагрузки на лаву от её длины на высокометаноносном пласте угля

Концепция взрывобезопасности заключается в следующем:

• при выборе технологических и вентиляционных параметров приоритетным является разбавление метана, выделяющегося в шахтную атмосферу из всех источников, до концентрации ниже минимального предела воспламеняемости;

• проветривание рабочего пространства лавы и выработанного пространства выемочного участка должно осуществляться обособленными потоками свежего воздуха;

• при расчёте расхода воздуха для проветривания лавы необходимо принимать максимальную природную метаноносность, определённую для этого пласта;

• количество свежего воздуха, подаваемого для активного проветривания выработанного пространства, должно быть достаточно для разбавления максимального прогнозируемого дебита метана из вмещающего горного массива.

В выработанном пространстве образуется сложная газовая смесь, которая будет невзрывоопасна, если объём горючих газов в её составе меньше 2 %. Однако измерить концентрацию метана и других опасных газов в выработанном пространстве невозможно.

Поэтому критерием взрывобезопасности метановоздушной смеси принят показатель, который возможно определить при расчёте расхода воздуха и выдерживать на практике: отношение расхода воздуха, подаваемого в выработанное пространство £?выр к максимальному прогнозируемому дебиту метана в выработанное пространство ^выр должно обеспечить концентрацию метана не более 2 %:

Овш^ 50 Явь*

!п !Лава;

1132-С 61 з-к:

----

Ч

Г

г I

При этом по правилам безопасности концентрация метана' в исходящих потоках из лавы и выемочного участка не должна превышать 1%, В исходящем потоке из участка концентрация определяется по формуле:

Суч<

тЧпг+Я) О +0+0

< 1%,

где - дебит метана в лаве, м3/мин; <2оч - расход воздуха для проветривания лавы, м3/мин; <2„оос« - расход воздуха, подаваемого на участок для подсвежеиия исходящих метановоздуш-ных смесей из лавы и выработанного пространства, м3/мин

Снижение концентрации метана в выходящем потоке из выработанного пространства с 2 до 1 % производится подсвежением. Количество воздуха для подсвежения не должно быть меньше объёма, подаваемого в выработанное пространство.

Для реализации концепции обеспечения взрывобезопасности разработаны схемы вентиляции с активным проветриванием выработанного пространства (рис.7 и рис.8). Свежий воздух поступает на участок по спаренным выработкам 2 и 6 (рис.7).

Рис.7. Схема объектно-ориентированного распределения воздуха с активным проветриванием выработанного пространства на высокометаноносных пластах угля

По конвейерной выработке 2 воздух подаётся в лаву, а по дополнительной воздухоподающей выработке 6 и через сбойки 5 поступает в выработанное пространство и за счёт общешахтной депрессии фильтруется через выработанное пространство (см. рис.7). По спаренным вентиляционным выработкам 1 и 7 подаётся подсвежающий воздух, который разбавляет исходящие потоки ме-тановоздушной смеси из лавы и выработанного пространства. Для снижения

аэродинамического сопротивления сети выработок участка в целике между спаренными выработками выбуриваются вентиляционные скважины 8 или проходятся выработки по пласту угля. Исходящая метановоздушная смесь из участка выходит через фланговые выработки 12 и, если это необходимо, разбавляется свежим воздухом.

На рис.8 приведена схема вентиляции выемочного участка с подсвежени-ем метановоздушной смеси в лаве и активным проветриванием выработанного пространства.

Рис 8. Схема объектно-ориентированного распределения воздуха с активным проветриванием выработанного пространства и подсвежением метановоздушной смеси в лаве на высокометаноносных пластах угля

Свежий воздух подаётся по параллельной выработке 6 к сбойкам 5, по которым поступает к выработанному пространству, по которому по фильтрационным распределённым каналам рассредоточено за счёт общешахтной депрессии движется в сторону вентиляционных скважин 8 и 9 и вентиляционной выработки 7.

Топология горных выработок позволяет применять дегазацию пластов-спутников с отводом метана по дегазационной системе на поверхность.

Система подготовительных выработок и схема распределения свежего воздуха технически осуществимы на пластах пологого падения при любой мощности пласта. При работе высокопроизводительных очистных комбайнов на участок можно подать до 5-6 тыс. м3/мин свежего воздуха и разбавить до 5060 м3/мин выделившегося метана. Это позволит исключить взрывоопасные скопления метановоздушной смеси в пределах выработанного пространства вы-

емочного участка. Например, на шахте «Алардйнская» в лаву 21-1-50 подавали по одинарной выработке 2900 м3/мин воздуха. Пропускная способность фланговой выработки с площадью сечения 15 м2 при максимально допустимой скорости воздушной струи 6 м/с составляет 5400 м3/мин метановоздушной смеси.

Если по газовому фактору скорость воздуха приближается к максимально допустимой величине (6 м/с), то должны осуществляться мероприятия по обеспыливанию воздуха.

На пластах, угли которых склонны к самовозгоранию, активное проветривание выработанного пространства обеспечит пожароопасность в результате повышения интенсивности отвода тепла и охлаждения угля. В то же время система горных выработок позволяет производить комплекс мер по профилактике, обнаружению, локализации и тушению эндогенных возгораний. При необходимости можно продувать азотом выработанное пространство, устанавливая га-зификационные установки в параллельной выработке 6. Азот предотвращает возгорание метановоздушной смеси в выработанном пространстве и за счёт общешахтной депрессии выводится в исходящую струю участка, минуя очистную выработку.

Методика расчёта расхода воздуха по концентрации метана заключается в следующем. Исходными условиями являются мощность и природная метано-носность пласта, длина лавы и площадь поперечного сечения лавы и поддерживаемой выработки за лавой. Задаётся любое максимальное значение нагрузки на лаву, например, 20 тыс. т. Задаются диапазоны изменения рабочей скорости комбайна и количества воздуха для проветривания лавы и подсвежения исходящих потоков. Начальным положением являются максимальные значения рабочей скорости комбайна и количества воздуха для подсвежения и минимальное значение количества воздуха для проветривания лавы.

Моделирование процессов выемки угля и формирования метановоздуш-ных потоков начинается при положении комбайна около вентиляционной выработки. Определяются дебиты метана по источникам, проверяется концентрация метана в исходящей участка. Если концентрация больше 1 %, то увеличивается расход воздуха для проветривания лавы и повторяется расчёт, а если меньше 1 %, то проверяется концентрация метана в исходящем потоке из лавы. Если эта концентрация меньше 1 %, то комбайн перемещается на 20 м от вентиляционной выработки. В том случае, если изменением расхода воздуха не удаётся снизить концентрацию до 1 %, то уменьшается рабочая скорость комбайна, и расчёты повторяются. В случае обеспечения безопасной концентрации метана в исходящих потоках рассчитывается нагрузка на очистной забой.

Ниже приведён пример выходного документа, на котором показаны результаты моделирования и расчета на ЭВМ параметров вентиляции и нагрузки на очистной забой на пласте мощностью 4 м с природной метаноносностью 25 м3/т.

В результате расчёта определено, что в лаве длиной 300 м при максимальной нагрузке на забой концентрация метана в исходящих потоках из лавы и выемочного участка будет безопасной при расходе воздуха для проветривания лавы 2700 м3/мин и для подсвежения - 1200 м3/мин.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Мощность угольного пласта, м.............. т = 4.00

Метаноносность угольного пласта, м3/т ............................... х = 25.0

Плановая суточная нагрузка на очистной забой, т.................... А = 9500

Длина лавы, м .............................. Ь = 300

Площадь поперечного сечения выработки за лавой, м2 Яв =15 0

Площадь поперечного сечения в лаве, м2.............. ..... Боч.тт = 50

Плотность угля, т/м3...... Яо = 1 35

Ширина захвата, м......................................... ..... г = 0.80

Скорость конвейера, м/с ............................................ Уконв= 1.80

Рабочая скорость комбайна, м/мин минимальная .... ...... Ур.тт = 2.0

максимальная Ур шах =10 0

Маневровая скорость комбайна, м/мин Ус = 10 0

Коэффициент машинного времени

при выемке угля минимальный ... Кр тт = 0 10

максимальный...... ...... Кр.тах = 0.80

при спуске комбайна минимальный.. . . ... Кс тт = 0.10

максимальный . Кс.тах = 0.80

Расход воздуха, м3/с

поданный в лаву . Ооч = 45

для подсвежения исходящей струи (}п = 20

Количество метана из выработ пространства, куб м/мин Овыр = 20 0

Количество метана, м3/мин

в свежей струе........ ........ воч = 0.00

в подсвежающей струе вп = 0 00

Затраты времени на концевые операции мин

в верхней нише 1н = 12

в нижней нише- Ш = 12

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА

Рабочая скорость комбайна, м/мин ... . . Ур = 8 9

Коэффициент машинного времени при выемке угля Кр = 0 70

Продолжительность цикла по выемке одной полосы, мин. Тц= 147

Метаноносность пласта в зоне отбойки, м3/т Хд= 15 1

Длина лавы, м...................................................... Ь = 300

Суммарный дебит метана по участку. м3/мин...... вуч = 39.02

Суммарный дебет метана с поверхности пласт а, м3/,\шн ... ........ вм =52

Суммарный дебит метана из отбитого угля , м3/мин ....... вр= 9.3

Суммарный дебит метана на конвейере, м3/мин Ок = 4 5

Суммарный дебит метана в лаве, м3/мин вл= 19.0

Суммарное количество метана в исходящей из лавы. ... Ол'=13.16

Расчетная суточная нагрузка на очистной забой, т............... А = 9500

Расход воздуха поданный в лаву, м3/мин ....................... Ооч = 2700

Расход воздуха в лаве, м3/мин ........ .......... Ол = 1453

Расход воздуха для проветривания участка, м3/мин ... Оуч = 3900

Расход воздуха для подсвежения исходящей струи <3п = 1200

Концентрация метана в исходящей из лавы струе, % Сл = 09

Концентрация метана в исходящей струе участка, %....... Суч = 1,0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены актуальные научно обоснованные технологические и пространственно-планировочные решения по аэродинамическому обеспечению метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт на базе выявленных закономерностей формирования взрывобезопасных метановоздушных потоков, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, сводятся к следующему:

1. Высокий уровень взрывоопасное™ метана в угольных шахтах является следствием несовершенства применяемых для повышения нагрузки на лаву по газовому фактору способов, основанных на отводе метановоздушной смеси из мест её формирования при помощи специальных вентиляторов по газодренажным выработкам или через выработанное пространство выемочных участков на поверхность. Взрывы метановоздушной смеси происходят в выработанных пространствах выемочных участков и в горных выработках шахт.

Взрывобезопасность метановоздушной смеси при интенсивной выемке угля должна обеспечиваться приоритетным выбором технологических и пространственно-планировочных решений, исключающих образование взрывоопасной среды в пределах каждого пространственного элемента выемочного участка.

2. Установлены закономерности формирования газового баланса лавы в процессе ведения очистных работ с учетом полученных количественных зависимостей изменения метаноносности пласта в зоне выемки от времени обнажения. Интенсивность и объёмы выделения метана из отбиваемого угля комбайном с обнажённой поверхности пласта и угля, находящегося на машинной дороге и на конвейере, зависят от схемы выемки угля и рабочей скорости комбайна. длины лавы и природной метаноносности пласта.

3 Установлено наличие неравномерности распределения утечек воздуха из рабочего пространства лавы по её длине, что при отсутствии регулирования распределения потоков воздуха приводит к возвращению метановоздушных потоков из выработанного пространства, создавая условия ограничения производительности очистных механизированных комплексов по газовому фактору. Наибольшая интенсивность утечек происходит на концевых участках лавы длиной по 15 м. Факторами, влияющими на объёмы утечек воздуха из рабочего пространства, являются длина лавы, площадь поперечного сечения выработки за лавой и расход воздуха для подсвежения исходящего потока из лавы.

4. Показано, что увеличение длины лавы должно сопровождаться увеличением количество воздуха, подаваемого в лаву. Для оценки эффективности вентиляции рабочего пространства предложен коэффициент эффективности Кэф, показывающий отношение расхода воздуха, оставшегося в исходящей струе из лавы, к расходу, который был подан к лаве по вентиляционной выработке.

5. На основании результатов шахтных экспериментов при ведении горных работ на пластах «Тройной» и «Мощный» Воркутского месторождения

выявлена природная пространственная неравномерность метаносодержания в сложноструктурном угольном массиве. Так, на шахте «Комсомольская» в слоях пласта «Мощный» с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодья-конова /=1-2 природная метаноносность по простиранию пласта изменялась от 1,7 до 15,6 м3/т, а в непрочном выбросоопасном слое с коэффициентом крепости /< 0,6 - от 15,2 до 53,8 м3/т. Установлены закономерности, позволяющие повысить точность прогноза метанообильности выработок.

6. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая имитационная модель технологии интенсивной разработки высокогазоносного угольного пласта. Модель учитывает естественную дегазацию пласта при ведении очистных работ, интенсивность выемки угля, длину лавы и площадь поперечного сечения подготовительной выработки за лавой, и позволяет выявить условия и параметры рационального формирования воздушных потоков по условию обеспечения метанобезопасных концентраций в вентиляционной системе выемочного участка.

7. Разработана методика обоснования параметров вентиляционной системы выемочного участка и максимально-допустимой нагрузки на очистной забой по концентрации метана.

При варьировании природной метаноносности пласта от 15 до 35 м3/т и длины лавы от 160 до 280 м основным фактором, обеспечивающим снижение метаноносности призабойной части пласта в результате естественной дегазации является длина лавы. С увеличением последней изменяются режим газовыделения и структура газового баланса лавы.

8. Регулирование формирования метановоздушных потоков рекомендовано осуществлять путём реализации прогрессивных пространственно-планировочных решений, обеспечивающих прямоточные схемы проветривания выемочных участков. Подготовка выемочного участка осуществляется параллельными выработками. Проветривание лавы и выработанного пространства производится обособленными потоками свежего воздуха. Свежий воздух в лаву подаётся по откаточной выработке, а для проветривания выработанного пространства - по параллельной откаточной выработке и по сбойкам в целиках угля. Для компенсации утечек воздуха из рабочего пространства в лаву может подаваться дополнительный объём свежего воздуха. Проветривание выработанного пространства осуществляется за счёт общешахтной депрессии. Исходящая из выработанного пространства метановоздушная смесь перед выводом на фланговую вентиляционную выработку разбавляется свежим воздухом, подводимым по параллельной вентиляционной выработке. Для уменьшения аэродинамического сопротивления вентиляционной сети в целике между выработками выбуриваются технологические скважины или проходятся выработки по пласту угля.

9. Обоснована область эффективного применения разработанных решений по аэродинамическому обеспечению метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков. Практическая реализация этих решений позволит на пологих высокометаноносных угольных пластах при любой их мощности обеспечить метанобезопасную и высокопроизводительную

эксплуатацию очистных механизированных комплексов при подаче до 5-6 тыс. м3/мин свежего воздуха и разбавлении 50-60 м3/мин выделяющегося метана до допустимой концентрации в газовоздушной смеси.

10. Предложенные рекомендации по обоснованию параметров вентиляционной системы выемочного участка по фактору безопасной допустимой концентрации в газовоздушной смеси внедрены на шахтах «Воркутинская» и «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь». Внедрение результатов исследований в лавах № 1215-ю, № 513-ю и № 522-ю длиной соответственно 290, 295 и 270 м на пласте «Четвёртый» с природной метаноносностью 30 м3/т, который являлся защитным для опасного по внезапным выбросам пласта «Тройной», обеспечило повышение нагрузки на забой в 1,5-1,8 раза по сравнению с лавами длиной 160 м.

Себестоимость добычи угля в лавах увеличенной длины снизилась на 15,5 %, а производительность труда горнорабочих очистного забоя увеличилась на 62,7 %.

Установлено, что эффективное регулирование газовоздушных потоков в выемочном участке позволяет увеличить на высокометаноносных пластах угля длину лавы до экономически рациональной длины, которая находится в пределах 250-320 м.

Социальный эффект от внедрения рекомендаций автора был получен за счёт снижения риска возникновения взрыво- и пожароопасных ситуаций, повышения уровня безопасности труда при управляемом распределении потоков воздуха в вентиляционной системе выемочного участка.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Закономерности утечек воздуха из очистного пространства в лавах большой длины Ч Угольная промышленность СССР: реф. на картах/ ЦНИЭИуголь. - М., 1988. - Вып. 5. - Kapia№ 141 (777).

2. Экгардт В.И. Методика расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка, обеспечивающих максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистной забой (для условий Печерского угольного бассейна) / В.И. Экгардт, Е.А. Колесниченко, В.А. Цупко, И.Е. Колесниченко. - Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1988. - 35 с.

3. Орешкин A.B. Инструкция по расчету количества метана, выделившегося из выработанного пространства в шахтную атмосферу / A.B. Орешкин, Е.А. Колесниченко, В.И. Экгардт, И.Е. Колесниченко. - Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1989. - 7 с.

4. Экгардт В.И.. Методика расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка и максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой (в условиях Печорского угольного бассейна) / В.И. Экгардт. Е.А. Колесниченко, В.А. Цупко, И.Е. Колесниченко. - Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1988. - 28 с.

5. Колесниченко И.Е. Исследование влияния длины лавы и параметров проветривания на дебит метана из выработанного пространства // Совершенство-

вание разработки угольных месторождений: сб. науч. тр. - Шахты: Ростовское научно-производственное изд-во «Недра», 1994. - С. 201-202.

6. Колесниченко И.Е. Исследование влияния длины лавы и интенсивности выемки угля на метанообильность очистного пространства // Совершенствование разработки угольных месторождений: сб. научн. тр. - Шахты: Ростовское научно-производственное изд-во «Недра», 1994. - С. 203-204.

7. Колесниченко И.Е. Применение метода имитационного моделирования для расчета нагрузки на забой при высокой метанообильности выработок // Ресурсосберегающие методы и средства разработки угольных месторождений: Тезисы докладов на научной конференции Шахтинского института НГТУ. - Новочеркасск: НГТУ, 1995. - С. 3-4.

8. Колесниченко И.Е. Условия эффективного и безопасного применения прямоточной схемы проветривания на выработанное пространство // Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1996. - С. 53-54.

9. Колесниченко И.Е. Определение расхода воздуха для проветривания лавы при прямоточной схеме на выработанное пространство с подсвежением // Вопросы совершенствования учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1996. - С. 55-56.

10. Колесниченко И.Е. Технология интенсивной выемки метаноносных пластов / Новочерк. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: НГТУ, 1996. - 100 с.

11. Колесниченко И.Е. Определение газового баланса выемочного участка при прямоточной схеме проветривания по шахтным замерам // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997. - С. 3-5.

12. Колесниченко И.Е. Методика расчета расхода воздуха по концентрации метана для проветривания очистных забоев // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.-С. 5-6.

13. Колесниченко И.Е. К расчету расхода воздуха по максимальной скорости в очистном пространстве при прямоточной схеме проветривания // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997. - С. 6-8.

14. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ петрографического состава выбросоопасного слоя пласта «Мощный» // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса- сб. науч. и метод, тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.-С. 18-19.

15. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Расчеты расхода воздуха для проветривания выемочного участка / Шахт, ин-т НГТУ. - Ростов-н/Д: Пегас, 1997. -56 с.

16. Колесниченко Е.А., Орешкин А.В., Колесниченко И.Е. Управление дегазацией пласта при очистных и подготовительных работах. - Ростов—н/Д: Изд-во «Пегас», 1998.-184 с.

17. Колесниченко Е. А., Колесниченко И.Е. Методика расчета нагрузки на очистной забой по концентрации метана: информ. листок /МАНЭБ. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1998.- № 1-98. - 7 с.

18. Колесниченко И.Е. Методика распределения воздуха при прямоточной

схеме проветривания выемочного участка: информ. листок /МАНЭБ. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1998.- № 3-98. -3 с.

19. Колесниченко И.Е. Обоснование возможности регулирования утечек воздуха из очистного пространства при прямоточной схеме проветривания // Сб. науч. и науч.-метод, тр. / Донское отд. Межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт, ин-т НГТУ, Ростов-н/Д, 1998. - С. 19-21.

20. Колесниченко И.Е. Новый метод применения корреляционного анализа для повышения точности эмпирических зависимостей // Сб. науч. и науч.-метод. тр./Донское отд. Межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт, ин-т НГТУ. - Ростов-н/Д, 1998. - С.21-22.

21. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ горно-геологических условий в зонах внезапных выбросов на шахте «Западная» АО «Гуковуголь» // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод. тр. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997. - С. 38-40.

22. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Шахтные исследования расположения локальных коллекторов метана в угольном пласте // Сб. науч. и науч.-метод.тр. / Донское отд. Межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт, ин-т НГТУ. - Ростов-н/Д, 1998. - С. 22-24.

23. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Теоретическая концепция природы и механизма внезапных выбросов метана и угля // Сб. науч. и науч.-метод.тр./ Донское отд. Межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт. ин-т. НГТУ. - Ростов-н/Д, 1998. - С. 3-10.

24 Коровинский В.В., Колесниченко И.Е. Основы методики расчета воздуха при выемке метаноносных пластов // Технология горного производства и социально-экономические проблемы регионов Восточного Донбасса: сб. науч. тр. / Шахт, ин-т НГТУ. - Шахты: Изд-во ЮРО АГН, 1998. - С. 20-22.

25. Колесниченко И.Е. Методика расчета расхода воздуха и нагрузки на очистной забой по концентрации метана при прямоточной схеме проветривания с подсвежением. - Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1999.-32 с.

26. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Формирование физико-химической структуры угольного вещества с аномальными свойствами в очагах внезапных выбросов угля и газа // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2000. - №5. - С.199-200.

27. Колесниченко И.Е. Исследование петрографического состава и зольности выбросоопасного слоя угля // Современные проблемы развития науки и техники в горной промышленности: сб. науч. тр. / Шахт. ин-т. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.-С. 39-41.

28. Колесниченко И.Е. Технологические основы управления газовыделением на высокометаноносных пластах угля с целью увеличения нагрузки на забой по газовому фактору // Состояние и перспективы развития Восточного Донбасса: сб. науч. тр.: -2ч./ Шахт, ин-т ЮРГТУ. - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. -ч.1.-С. 30- 34.

29. Колесниченко И.Е. Регулирование воздушных потоков при выемке метаноносных пластов угля // Горная промышленность. - 2000. - №4. - С. 10-12,15.

30. Колесниченко И.Е. Перспективы рентабельной выемки высокометаноносных угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. -М.: МГТУ, 2001 .-№ 6. - С.154-156.

I РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА ^ СПетНИ*

* 99 Ш яет „

31. Колесниченко E.A., Колесниченко И.Е. Физико-химические расчеты максимального давления метана в угольном пласте // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2001. -№ 6. - С. 140-141.

32. Колесниченко И.Е. Методология выбора параметров системы разработки и проветривания выемочного участка с целью увеличения нагрузки на забой по газовому фактору на высокометаноносных пластах коксующегося угля // Научно-технические и технологические проблемы угледобывающего производства Восточного Донбасса: сб. науч. тр. - Ростов-н/Д: СКНЦ ВШ, 2001. - С. 58-62.

33. Колесниченко И.Е. Исследование закономерностей газовыделения при очистной выемке угля // Научно-технические и технологические проблемы угледобывающего производства Восточного Донбасса: сб. науч. тр. - Ростов-н/Д: СКНЦ ВШ, 2001. - С. 76-79.

34. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Ventilation parameters for high -output faces in coal mines. Russian mining. -2003. - № 2. - P. 36-44.

35. Колесниченко И.Е. Основы интенсивной и безопасной разработки метано-носных пластов угля // Горная промышленность. - 2003. - № 3. - С. 7-10.

36. Колесниченко И.Е. Основные положения методологической базы обоснования безопасных и интенсивных технологий выемки высокометаноносных пластов угля // Промышленная и экологическая безопасность: сб. науч. тр./ Донское отд. межд. акад. наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахт, ин-т ЮРГТУ. - Ростов-н/Д: Изд-во НМД «Логос», 2003. - С. 78-84.

37. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России // Горная промышленность. - 2004. -№ 1. - С. 5-11.

38. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Активное проветривание подземного пространства - основной способ обеспечения взрывобезопасности в шахте // Уголь. -2004. -№4. - С. 34-37.

39. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Принципы обеспечения взрывобезопасности шахтной атмосферы при интенсивной выемки угля // Горная промышленность. - 2004. -№ 6. - С. 44-48

40. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ причин и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России // ГИАБ. -2004. - № 8. - С. 130-137.

41. Колесниченко И.Е. Технология интенсивной и безопасной выемки метано-носных пластов угля // ГИАБ. - 2004. - №8. - С. 179-181.

42. Черечукин В.Г., Колесниченко И.Е. Ликвидация пожаров на ленточных конвейерах // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №8. - С. 32-35.

43. Колесниченко И.Е. Интенсивное и безопасное освоение высокогазоносных месторождений угля. - Ростов н/Д: Изд-во «Логос», 2004. - 174 с.

44. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Внезапные выбросы и взрывы метана: прогнозирование и предотвращение. - Ростов-н/Д: Изд-во «Логос», 2005. -248 с.

45. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Геолого-генетические основы предотвращения взрывов метана в шахте // Горная промышленность. - 2005. -№1.-С. 42-45.

46. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Взрывы метана в шахтах: первопричина и следствия // Уголь. - 2005. - №5. - С. 46-48.

47. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Предотвращение взрывов метана в шахтах Н Безопасность труда в промышленности. - 2005. - №6. -С.16-17.

48. Колесниченко Е.А. Природно-техногенные условия формирования метано-опасности в шахтах. Энергетическая безопасность России // Новые подходы к развитию угольной промышленности: тр. VII межд. науч.-практ. конф. Е.А. Колесниченко, М.Е. Ставровский, А.Н. Дровников, И.Е. Колесниченко. -Кемерово: ННЦ ГП- ИГД им. A.A. Скочинского; ИУУ СО РАН; КузГТУ; ЗАО КВК «Экспо-Сибирь», 2005.-С.179- 181.

Подписано в печать 10.11.2005. Формат 60x90/16 Объем 2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 103.

Типография "ИП Чучкова И.Н.", г. Шахты, Ростовская обл., ул. Шевченко, 143.

125616

РНБ Русский фонд

2006-4 29138

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ РАЗРАБОТКИ МЕТАНОНОСНЫХ ПЛАСТОВ УГЛЯ. ф 1.1. Мировые тенденции развития технологий подземной ¡1 разработки угольных месторождений.

1.2. Эффективность и безопасность разработки метаноносных пластов в угледобывающих бассейнах России.

1.3. Анализ изученности проблемы повышения интенсивности и безопасности отработки высокометаноносных пластов угля.

Выводы.

2. МЕТОДОЛОГИЯ ОБОСНОВАНИЯ НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ИНТЕНСИВНОМ ОСВОЕНИИ МЕТАНОНОСНЫХ

• МЕСТОРОЖДЕНИЙ УГЛЯ.

2.1. Прогрессивные технологии интенсивной отработки запасов выемочных участков на высокометаноносных угольных пластах.

2.2. Основные направления обеспечения безопасности при интенсивной разработке метаноносных пластов угля.

2.3. Методические принципы обоснования приоритетных технологических решений для повышения интенсивности отработки запасов метаноносных угольных пластов и обеспечения взрывобезопасности шахтной атмосферы.

Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МЕТАНОСОДЕРЖАНИЯ В УГОЛЬНЫХ

ПЛАСТАХ.

3.1. Метаносодержание и структура угольного вещества в пластах.

3.2. Шахтные исследования неравномерности выделения метана из угольных пластов.

3.3. Исследование выделения метана в лаве увеличенной длины при очистных работах.

А Выводы.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В

ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ СЕТИ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА.

4.1. Обоснование базовой схемы проветривания выемочного участка для исследования.

4.2. Шахтные исследования распределения воздушных потоков в

А вентиляционной сети выемочного участка.

4.3. Моделирование распределение воздуха в вентиляционной сети выемочного участка.

Выводы.

5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ФОРМИРОВАНИЮ БЕЗОПАСНОЙ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В РАБОЧЕМ ПРОСТРАНСТВЕ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ.

5.1. Методика прогнозирования газодинамического режима в лаве.

5.2. Методика моделирования процесса формирования метановоздушной смеси в рабочем пространстве лавы.

5.3. Рабочая методика определения интенсивности выделения метана из обнажённой поверхности угольного пласта.

5.4. Формирование параметров режима выделения метана в рабочем пространстве лавы в условиях различной метаноносности угля в пласте.

Выводы.

6. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ И БЕЗОПАСНОЙ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ

ВЫСОКОМЕТАНОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ. ф 6.1. Реализация комплексного подхода к определению параметров технологии очистных работ и вентиляционной сети выемочного участка.

9 6.2. Экономическая эффективность интенсивной выемки угля в лавах большой длины на метаноносном пласте.

6.3. Критериальные основы управления распределением воздуха в вентиляционной сети выемочного участка по условию ® взрывобезопасности метановоздушной смеси.

6.4. Обоснование топологии сети горных выработок и параметров распределения воздуха в пределах выемочного участка по условию взрывобезопасности метановоздушной смеси.

6.5. Методика комплексного определения параметров технологии и вентиляционной сети выемочного участка. ф Выводы.

Рентабельность предприятий, добывающих подземным способом коксующиеся угли наиболее ценных марок, зависит от результативности решения взаимосвязанных проблем. Во-первых, необходимо значительно увеличить нагрузку на очистной забой, которая продолжает ограничиваться газовым фактором, и, во-вторых, обеспечить взрывобезопасность метановоздуш-ных смесей, объёмы которых с ростом интенсивности выемки будут возрастать.

В настоящее время на шахтах применяют различные способы снятия ограничений нагрузки по газовому фактору. В основу этих способов заложен принцип предотвращения попадания метана из выработанного пространства в призабойное и частичного отвода метана из выработанного пространства. Наиболее безопасным считается способ отвода метана по дегазационной системе на поверхность при дегазации пластов-спутников. Более низким уровнем безопасности отличаются способы частичного отбора и отвода метано-воздушной смеси через выработанные пространства или по газодренажным выработкам. Происходящие взрывы метановоздушных смесей говорят о низкой надежности этих способов. Основные причины: отсутствие контроля концентрации метана и управления газовоздушными потоками в системе дегазации; для отвода метановоздушной смеси используются утечки воздуха, объёмы которых недостаточны для разбавления метана. Не способствуя решению проблемы интенсификации выемки угля, эти способы увеличивают степень риска взрыва в местах скопления метана.

Проблема предотвращения взрывов и возгораний метановоздушных смесей носит глобальный характер, так как взрывы метановоздушной смеси продолжаются не только в России, но и в Китае, Украине, Казахстане, Вьетнаме и других странах. Взрывобезопасность метановоздушных смесей зависит от дебита метана и расхода воздуха. Недостаточное количество свежего воздуха является одной из основных причин взрывоопасности. Кроме того, в настоящее время отсутствуют работоспособные методики получения достоверной информации об изменении природной метаноносности впереди забоя.

Для решения проблемы кратного увеличения нагрузки на очистной забой при обеспечении безопасных условий выполнения рабочих процессов необходимо рассматривать выемочный участок как интегрированную систему, объединяющую во времени и пространстве процессы подвигания линии очистного забоя вследствие выемки угля, выделения метана и разбавления его до концентрации, допустимой правилами безопасности в угольных шахтах (ПБ). В условиях повышенного выделения метана аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции должно базироваться на прогрессивных топологических решениях, соответствующих эффективным схемам проветривания выемочного участка.

Таким образом, исследования, направленные на аэродинамическое обеспечение метанобезопасных схем и режимов вентиляции высокопроизводительных участков угольных шахт путем определения рациональных параметров технологических схем, могут объективно квалифицироваться как актуальные.

Целью работы является выявление закономерностей изменения режимов газовыделения и формирования метановоздушных потоков в шахтной атмосфере для обоснования параметров вентиляционных систем выемочных участков, обеспечивающих интенсивное и взрывобезопасное освоение высокогазоносных угольных месторождений.

Основная идея работы заключается в представлении режимов формирования метановоздушных потоков в вентиляционной системе выемочного участка как регулируемых процессов, реализующихся в многомерном поле воздействий природных, технологических и организационных факторов при интенсивном освоении высокометаноносных угольных месторождений.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач задействован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение, аналитические методы, методы математикой статистики, имитационное моделирование, численную реализацию на ЭВМ с использованием специально разработанных программ, шахтные эксперименты.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

• аэродинамическое обеспечение метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительного выемочного участка должно осуществляться на основе технологических и пространственно планировочных решений способствующих поддержанию взрывобезопасной концентрации метана в пределах каждого его пространственного элемента;

• при обосновании режимов формирования взрывобезопасных метано-воздушных потоков в вентиляционной системе выемочных участков необходимо учитывать закономерности распределения природной метаноносности угля впереди движущегося очистного забоя;

• при определении количества воздуха для проветривания очистного забоя необходимо учитывать распределение интенсивности и направления утечек воздуха по длине лавы, что позволит обеспечить возможность регулирования процесса поступления метана в призабойное пространство;

• эффективное регулирование параметров распределения воздушных потоков в вентиляционной сети выемочного участка обеспечивается только при прямоточном проветривании объектно-ориентированным изменением параметров его технологической схемы;

• имитационная математическая модель процесса метановыделения в лаву, учитывающая снижение метаноносности пласта в результате естественной дегазации, режимы выемки угля и параметры системы разработки, обеспечивает возможность выявления закономерностей формирования и регулирования параметров метановоздушных потоков в очистных выработках;

• длина лавы является основным параметром, определяющим изменение структуры газового баланса очистного забоя и перераспределение метановоздушных потоков. Максимальная нагрузка на очистной забой по газовому фактору обеспечивается применением очистных забоев, длиной не менее 250-300м;

• эффективное проветривание горных выработок выемочного участка обеспечивается путём реализации рекомендуемых схем вентиляции, позволяющих на пологих высокометаноносных угольных пластах любой мощности обеспечить метанобезопасную и высокопроизводительную эксплуатацию очистных механизированных комплексов при подаче до 5-6 тыс. м3/мин свежего воздуха и разбавлении 50-60 м3/мин выделяющегося метана до допустимой концентрации в газовоздушной смеси.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждаются:

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований процесса регулирования распределения воздуха в выемочном участке (расхождение не более 10 %);

- положительным опытом внедрения результатов исследований по эффективному регулированию газовоздушных потоков в экспериментальных лавах длиной до 300 м при отработке запасов высокометаноносного пласта Воркутского месторождения;

- представительным объёмом шахтных исследований на выемочных участках при отработке запасов угольных пластов мощностью от 1,45 до 3,2 м и длинах лав от 160 до 300 м.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- обоснована приоритетность технологических и пространственно-планировочных решений для аэродинамического обеспечения метанобезо-пасных режимов вентиляции при интенсивной выемке угля;

- разработана имитационная математическая модель вентиляционной системы выемочного участка, учитывающая режимы выемки угля, выделения метана из источников в лаве, движения потоков воздуха в рабочем и выработанном пространстве, и формирования концентрации метана в исходящих потоках воздуха;

- установлена количественная зависимость снижения метаноносности пласта в зоне выемки от характеристики пласта, длины лавы и интенсивности выемки угля;

- установлены закономерности изменения режима выделения метана и структуры газового баланса в лаве при увеличении её длины;

- выявлены связи между параметрами системы разработки и вентиляционной системы выемочного участка: длиной лавы, площадью поперечного сечения выработки за лавой, рабочей скоростью выемочного комбайна, нагрузкой на очистной забой, природной метаноносностью пласта, расходом воздуха и интенсивностью его утечек в выработанное пространство, и концентрацией метановоздушной смеси в рабочем пространстве лавы;

- установлены факторы и количественные зависимости, определяющие объёмы утечек воздуха из рабочего пространства лавы при прямоточной схеме проветривания на выработанное пространство, регулирование интенсивности утечек воздуха по длине лавы, которые определяют эффективность работы высокопроизводительного очистного оборудования и концентрацию метана в метановоздушном потоке;

- предложен аналитический метод определения допустимой нагрузки на очистной забой при отработке запасов высокогазоносных пластов по концентрации метана в исходящей метановоздушной смеси из лавы и выемочного участка в целом;

- обоснован критерий взрывобезопасности метановоздушной смеси в выработанном пространстве выемочных участков, ограничивающий концентрацию метана до 2 % в выработанном пространстве в результате его проветривания за счёт общешахтной депрессии обособленным потоком свежего воздуха.

Научное значение работы заключается в разработке методологической базы аэродинамического обеспечения безопасности добычи угля с учетом выявленных закономерностей газовыделения и формирования взрывобезо-пасных метановоздушных потоков в пределах выемочных участков при интенсивном освоении высокогазоносных угольных месторождений.

Практическое значение работы:

- разработаны схемы вентиляции выемочных участков, обеспечивающие взрывобезопасные условия при интенсивной выемке угля, определены их рациональные параметры;

- определены приоритеты обеспечения взрывобезопасности при выборе параметров технологических схем и вентиляционных систем выемочных участков при освоении высокометаноносных месторождений угля;

- разработано программное обеспечение для имитационного математического моделирования вентиляционной системы выемочного участка с учётом естественной дегазации пласта в процессе выемки угля комбайном и закономерностей утечек воздуха из рабочего пространства и формирования концентрации метановоздушной смеси в лаве;

- разработана методика определения максимально допустимой нагрузки на очистной забой и расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка.

Реализация результатов работы. Разработанная «Методика расчёта рациональных параметров вентиляции выемочного участка, обеспечивающих максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистной забой» была утверждена Минуглепромом СССР и внедрена на шахте «Воркутин-ская» ОАО «Воркутауголь» при отработке экспериментальных лав 1215-ю длиной 291-244 м и 513-ю длиной 292-235 м на высокометаноносном участке пласта «Четвёртый».

Методика также внедрена при разработке метаноносного пласта "Нижний" на шахте № 1-5 рудника "Баренцбург" государственного треста «Арк-тикуголь» и на шахтах ОАО «Ростовуголь».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили одобрение на заседаниях технико-экономического совета ОАО «Воркутауголь» (Воркута, 1989); на научно-практических конференциях Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) в 1997-2005 гг.; на заседаниях кафедры «Промышленная и экологическая безопасность» Шахтинского института ЮРГТУ (НПИ) в 2005 г., на заседаниях техсовета государственного треста «Арктикуголь» (Москва, 1997-1998); на научно-практических конференциях «Неделя горняка», проводимых МГТУ и ИПКОН РАН (Москва, 2001-2005), на VII научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 30.08 - 02.09. 2005), на научном семинаре кафедры «Аэрология и охрана труда» МГГУ (Москва, 2005).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 48 научных работах, в том числе в 4 монографиях, 11 статьях, опубликованных в издательствах, рекомендованных ВАК РФ.

Объём и структура. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы (204 наименования), содержит 51 рисунок, 35 таблиц, 2 приложения.

ВЫВОДЫ

1. Руководство по проектированию вентиляции имеет существенные недостатки, так как не учитывает динамики формирования метановоздуш-ной смеси и расчётные нагрузки на очистной забой ниже в 2-3 раза фактических при концентрации метана не превышающей допустимые пределы.

2. На пласте «Четвёртый» мощностью 1,48 м, природная метанонос-ность которого 39 м3/т, в лаве № 513-ю длиной 295 м фактическая нагрузка на очистной забой достигала 2300-2400 т/сут при расчётной нагрузке на лаву 1150 т/сут. Расход воздуха, подаваемого в лаву, 1100 м3/мин, и для подсвежения исходящей струи из лавы - 900 м3/мин,

3. После уменьшения длины лавы № 513-ю до 160-165 м нагрузка на лаву снизилась до 1097 т/сут.

4. При уменьшении длины лавы от 295 до 160 м увеличилась интенсивность проявления горного давления в лаве и шаг обрушения пород кровли.

5. На участке пласта «Четвёртый» с природной метаноносностью

30 м3/т в лаве № 522-ю длиной 270 м, в которую подавали расход воздуха 1000 м3/мин и для подсвежения 1630 м3/мин, фактическая среднесуточная нагрузка была 2300 т. Расчётная нагрузка на лаву 1200 т/сут. Абсолютная метанообильность участка 49,75 м3/мин. В шахтную атмосферу поступало 40,8 %.

6. Опыт сравнения результатов отработки высокометаноносных пластов лавами увеличенной длины с лавами длиной 160-180 м, расположенными рядом в соседних ярусах с идентичными горногеологическими условиями, показал, что увеличение длины лавы привело к увеличению нагрузки на очистной забой. Среднесуточная добыча по группе лав увеличенной длины была больше на 28,1 %, а себестоимость угля на 15,5 % ниже. В лавах увеличенной длины более стабильная добыча угля и выше производительность ГРОЗ.

7. На основании полученных результатов шахтных экспериментов, опыта разработки метаноносных пластов и теоретических исследований рекомендуется применять новые схемы проветривания выемочного участка. Система горных выработок принимается такая, чтобы была возможность подать свежий дополнительный воздух для разбавления метана в выработанном пространстве и исключить непроветриваемые зоны.

Исходящие рассредоточенные потоки метановоздушной смеси из выработанного пространства поступают в систему вентиляционных выработок и скважин за счёт общешахтной депрессии.

8. Для добавления свежего воздуха в рабочем пространстве рекомендуется проходить диагональную выработку и выбуривать передовые скважины для подачи воздуха со стороны конвейерного или вентиляционного штрека.

9. Для реализации рекомендуемых условий разработаны двухштре-ковые схемы подготовки выемочного участка. Предлагаемые схемы технически осуществимы на пластах средней мощности и мощных пологого падения при работе высокопроизводительных машин.

Для обеспечения взрыво- и пожаробезопасности на выемочный уча2 сток можно подать до 5-6 тыс.м /мин свежего воздуха.

Для обеспечения безопасности при повышении дебита метана в выработанное пространство рекомендуется устанавливать в параллельной выработке возле сбоек газификационные установки типа ПГХКА-1,0-0,9/1,6 или другие, которые способны получать и закачивать в выработанное пространство нейтральный газ-азот.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации изложены актуальные научно обоснованные технологические и пространственно-планировочные решения по аэродинамическому обеспечению метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков угольных шахт на базе выявленных закономерностей формирования взрывобезопасных метановоздушных потоков, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие угольной промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы, полученные лично автором, сводятся к следующему:

1. Высокий уровень взрывоопасности метана в угольных шахтах является следствием несовершенства применяемых для повышения нагрузки на лаву по газовому фактору способов, основанных на отводе метановоздушной смеси из мест её формирования при помощи специальных вентиляторов по газодренажным выработкам или через выработанное пространство выемочных участков на поверхность. Взрывы метановоздушной смеси происходят в выработанных пространствах выемочных участков и в горных выработках шахт.

Взрывобезопасность метановоздушной смеси при интенсивной выемке угля должна обеспечиваться приоритетным выбором технологических и пространственно-планировочных решений, исключающих образование взрывоопасной среды в пределах каждого пространственного элемента выемочного участка.

2. Установлены закономерности формирования газового баланса лавы в процессе ведения очистных работ с учетом полученных количественных зависимостей изменения метаноносности пласта в зоне выемки от времени обнажения. Интенсивность и объёмы выделения метана из отбиваемого угля комбайном, с обнажённой поверхности пласта и угля, находящегося на машинной дороге и на конвейере, зависят от схемы выемки угля и рабочей скорости комбайна, длины лавы и природной метаноносности пласта.

3. Установлено наличие неравномерности распределения утечек воздуха из рабочего пространства лавы по её длине, что при отсутствии регулирования распределения потоков воздуха приводит к возвращению метановоз-душных потоков из выработанного пространства, создавая условия ограничения производительности очистных механизированных комплексов по газовому фактору. Наибольшая интенсивность утечек происходит на концевых участках лавы длиной по 15 м. Факторами, влияющими на объёмы утечек воздуха из рабочего пространства, являются длина лавы, площадь поперечного сечения выработки за лавой и расход воздуха для подсвежения исходящего потока из лавы.

4. Показано, что увеличение длины лавы должно сопровождаться увеличением количество воздуха, подаваемого в лаву. Для оценки эффективности вентиляции рабочего пространства предложен коэффициент эффективности Кэф, показывающий отношение расхода воздуха, оставшегося в исходящей струе из лавы, к расходу, который был подан к лаве по вентиляционной выработке.

5. На основании результатов шахтных экспериментов при ведении горных работ на пластах «Тройной» и «Мощный» Воркутского месторождения выявлена природная пространственная неравномерность метаносодержания в сложноструктурном угольном массиве. Так, на шахте «Комсомольская» в слоях пласта «Мощный» с коэффициентом крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова /=1-2 природная метаноносность по простиранию пласта изменялась от 1,7 до 15,6 м3/т, а в непрочном выбросоопасном слое с коэффициентом крепости /< 0,6 - от 15,2 до 53,8 м3/т. Установлены закономерности, позволяющие повысить точность прогноза метанообильности выработок.

6. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана математическая имитационная модель технологии интенсивной разработки высокогазоносного угольного пласта. Модель учитывает естественную дегазацию пласта при ведении очистных работ, интенсивность выемки угля, длину лавы и площадь поперечного сечения подготовительной выработки за лавой, и позволяет выявить условия и параметры рационального формирования воздушных потоков по условию обеспечения метанобезопас-ных концентраций в вентиляционной системе выемочного участка.

7. Разработана методика обоснования параметров вентиляционной системы выемочного участка и максимально-допустимой нагрузки на очистной забой по концентрации метана.

При варьировании природной метаноносности пласта от 15 до 35 м3/т и длины лавы от 160 до 280 м основным фактором, обеспечивающим снижение метаноносности призабойной части пласта в результате естественной дегазации является длина лавы. С увеличением последней изменяются режим газовыделения и структура газового баланса лавы.

8. Регулирование формирования метановоздушных потоков рекомендовано осуществлять путём реализации прогрессивных пространственно-планировочных решений обеспечивающих прямоточные схемы проветривания выемочных участков. Подготовка выемочного участка осуществляется параллельными выработками. Проветривание лавы и выработанного пространства производится обособленными потоками свежего воздуха. Свежий воздух в лаву подаётся по откаточной выработке, а для проветривания выработанного пространства - по параллельной откаточной выработке и по сбойкам в целиках угля. Для компенсации утечек воздуха из рабочего пространства в лаву может подаваться дополнительный объём свежего воздуха. Проветривание выработанного пространства осуществляется за счёт общешахтной депрессии. Исходящая из выработанного пространства метановоздушная смесь перед выводом на фланговую вентиляционную выработку разбавляется свежим воздухом, подводимым по параллельной вентиляционной выработке. Для уменьшения аэродинамического сопротивления вентиляционной сети в целике между выработками выбуриваются технологические скважины или проходятся выработки по пласту угля.

9. Обоснована область эффективного применения разработанных решений по аэродинамическому обеспечению метанобезопасных режимов вентиляции высокопроизводительных выемочных участков. Практическая реализация этих решений позволит на пологих высокометаноносных угольных пластах при любой их мощности обеспечить метанобезопасную и высокопроизводительную эксплуатацию очистных механизированных комплексов при подаче до 5-6 тыс. м3/мин свежего воздуха и разбавлении 50-60 м /мин выделяющегося метана до допустимой концентрации в газовоздушной смеси.

10. Предложенные рекомендации по обоснованию параметров вентиляционной системы выемочного участка по фактору безопасной допустимой концентрации в газовоздушной смеси внедрены на шахтах «Воркутинская» и «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь». Внедрение результатов исследований в лавах 1215-ю, 513-ю и 522-ю длиной соответственно 290, 295 и 270 м на пласте «Четвёртый» с природной метаноносностью 30 м3/т, который являлся защитным для опасного по внезапным выбросам пласта «Тройной», обеспечило повышение нагрузки на забой в 1,5-1,8 раза по сравнению с лавами длиной 160 м.

Себестоимость добычи угля в лавах увеличенной длины снизилась на 15,5 %, а производительность труда горнорабочих очистного забоя увеличилась на 62,7%.

Установлено, что эффективное регулирование газовоздушных потоков в выемочном участке позволяет увеличить на высокометаноносных пластах угля длину лавы до экономически рациональной длины, которая находится в пределах 250-320 м.

Социальный эффект от внедрения рекомендаций автора был получен за счёт снижения риска возникновения взрыво- и пожароопасных ситуаций, повышения уровня безопасности труда при управляемом распределении потоков воздуха в вентиляционной системе выемочного участка.

1. Клебанов Ф.С. Теория безопасности. М.: Изд-во «Институт «ИСПИН», -2005.-98 с.

2. Климов C.JL, Силютин С.А. Концепция Программы развития добычи и переработки Российских углей для коксования (программа «Кокс»). Уголь № 9, 2000. С. 36-38.

3. Соломатин А.Г. Угольная промышленность России на пороге нового тысячелетия. Уголь №1. 2000. С. 3-5.

4. Федеральный Закон РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» № 122 ФЗ от 07.08.2000 г.

5. Брабек Андреас. Добыто 20000 т каменного угля за сутки испытаний нового комбайна. Глюкауф, № 4, 1998. С. 9-11.

6. Мышляев Б.К. Состояние механизации очистных работ за рубежом. Уголь, №6, 1998. С.61-63.

7. Айруни А.Т., Клебанов Ф.С. О выделении метана из выработанных пространств/ Проблемы рудничной аэрологии. М.: Госгортехиздат, 1959.

8. Божко B.JI. О газообильности шахт Донбасса и возможном подвигании лав при новой технологии выемки угля / Дегазация угольных пластов. -М.: Госгортехиздат, 1961.

9. Куликов А.П., Айруни А.Т. Активные способы управления газовыделением при разработке угольных пластов. М.: Госгортехиздат, 1961.

10. Лидин Г.Д. Айруни А.Т., Клебанов Ф.С., Матвиенко Н.Г. Борьба со скоплением метана в угольных шахтах. М.: Госгортехиздат, 1961.

11. Прогнозы опасных явлений и меры безопасности при разработке угольных пластов на больших глубинах. Доклад на совещании по разработке угольных пластов на больших глубинах. Донецк, 1963.

12. Илынтейн A.M. Системы разработки сильно газовых пластов в Донбассе. Углетехиздат, 1947.

13. Устинов М.И. Особенности решения задач оптимизации параметров угольных шахт на ЭЦВМ. М.: ИГД им. А.А.Скочинского, 1969,- 53 с.

14. Сапицкий К.Ф. Определение рациональной длины лавы при выемке комбайном «Донбасс». -М.: Углетехиздат, 1957.

15. Зыков В.М. Длина лавы и выемочного поля при комплексной механизации очистных работ. ИГД им. A.A. Скочинского, 1963.

16. Курносов A.M., Розентретер Б.А., Устинов М.И., Чурилов A.A., Ли-кальтер JI.A., Набродов И.П., Попова Е.Г. Метод оптимизации с помощью ЭВМ проекта глубокой шахты, предназначенной для разработки одиночного пласта. ИГД им. A.A. Скочинского, 1965.

17. Курносов A.M., Набродов И.П. Метод оптимизации параметров шахт, проектируемых для разработки свиты пластов. В сб. «Научные основы проектирования угольных предприятий». М.: Недра, 1967.

18. Петросян А.Э. Закономерности выделения метана в угольных шахтах и их инженерное приложение. М.: ИГД им. A.A. Скочинского, 1972.-36с.

19. Петросян А.Э. Исследование режимов газовыделения и разработка способов управления ими при больших скоростях подвигания забоев на современных и больших глубинах разработки. М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1968.

20. Колесниченко Е.А., Сморчков Ю.П., Тихонов А.П. Определение концентрации метана в очистном забое при прямоточной схеме проветривания. В кн.: Технология добычи и обогащения углей в Печерском бассейне.-М.: Недра, 1974.- С. 124-126.

21. Мясников A.A., Павлов А.Ф., Бонецкий В.А. Повышение эффективности и безопасности горных работ. М.: Недра, 1979. 216с.

22. Осипов С.Н., Григораш A.M. Газовыделение при работе узкозахватных комбайнов и стругов. Киев: Техника, 1966.- 251 с.

23. Найдыш A.M., Котлов Э.С. Струговая выемка на пластах с большим газовыделением. -М.: Недра, 1975.

24. Лаврухин В.Н. Повышения безопасности очистной выемки газоносных угольных пластов: Обзор / ЦНИЭИуголь. -М., 1985.- 37 с.

25. Мясников A.A., Павлов А.Ф., Казаков С.П. Повышение надежности и эффективности проветривания выемочных полей газообильных шахт. М.: ЦНИЭИуголь, 1974.

26. Сергеев И.В., Забурдяев B.C. Эффективность дегазации на участках с высокой нагрузкой на лаву. М.: ЦНИЭИуголь, 1978.

27. Пучков Л.А., Каледина Н.О. Влияние режима проветривания на распределение метана в выработанном пространстве. -Изв. вузов. Горный журнал, 1980, №10, с.46-49.

28. Пучков Л.А., Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт.- М.: Издательство МГГУ, 1995. 313 с.

29. Бурчаков A.C., Воробьев Б.М. Применение математических методов и электронных вычислительных машин для решения задач в горной промышленности. В кн.: Вопросы горного дела, МГИ.: Недра,-1967.

30. Бурчаков A.C., Воробьев Б.М., Шорин В.Г., Авдулов П.В., Ливенцев

31. B.В. Технология, комплексная механизация и автоматизация подземной разработки пластовых месторождений. -М.: МИРГЭМ, 1965.

32. Бурчаков A.C., Воробьев Б.М., Авдулов П.В., Шорин В.Г., Лихтерман

33. C.С., Бусаров Ю.С. Опыт применения сетевого планирования на действующей шахте. Уголь, № 11. 1965.

34. Звягин П.З., Кузнецов К.К., Шорин В.Г., Митейко А.И., Фридман А.И. Современные методы проектирования угольных шахт. М.: Недра, 1968.

35. Звягин П.З. Проектирование и расчёты элементов разработки пластовых месторождений. ОНТИ, 1935.- 132 с.

36. Зыков В.М., Судоплатов А.П. Выемка агрегатами пологих угольныхпластов в Донбассе. ЦНИИТЭИугля, 1963.- 87 с.

37. Зыков В.М. Методика и результаты оптимизации при помощи математического моделирования основных элементов выемочного участка. ЦНИЭИугля. Экономика угольной промышленности, №3, 1967.

38. Зыков В.М. Метод комплексной оптимизации с помощью ЭВМ основных элементов очистной выемки. ИГД им. A.A. Скочинского, 1965.

39. Зыков В.М., Курносов A.M., Ликальтер Л.А. Некоторые стоимостные показатели при проектировании шахт с комплексной механизацией производственных процессов. / Проектирование и строительство угольных предприятий, 365 (5), 1964.

40. Курносов A.M., Зыков В.М., Ликальтер Л.А. Системы разработки угольных пластов лавами, оснащёнными комплексами оборудования с механизированными крепями. Уголь, №5. 1965.

41. Курносов A.M., Устинов М.И., Набродов И.П., Ликальтер Л.А. Экономико-математическое моделирование в проектировании угольных шахт. М.: Наука, 1989.

42. Кузнецов К.К. Особенности проектирования глубоких шахт в Донецком бассейне./ Вопросы горного дела.- М.: Недра, 1967.

43. Бокий Б.И. Разработка каменноугольных пластов большими выемочными полями. Горный журнал, № 7, 1902.

44. Терпигорев A.M. Разбор систем разработки каменного угля, применяемых на рудниках Юга России, в связи с подготовкой месторождения к очистной добыче. Екатеринослав, 1907.

45. Шевяков Л.Д. К расчёту основных размеров систем разработок каменноугольных пластов. Ж. Инженерный работник, № 12, 1926.

46. Шевяков Л.Д. Основы теории проектирования угольных шахт. М.: Уг-летехиздат. 1958.

47. Барановский В.И. Рациональные способы разработки угольных пластов на глубоких горизонтах. /Разработка угольных пластов на больших глубинах. Недра, 1965.

48. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. -М.: Наука, 1974. 176 с.

49. Мясников A.A., Садохин В.П., Жирнова Т.С. Применение ЭВМ для решения задач управления метановыделением в шахтах. М.: Недра, 1977.-217 с.

50. Исследование эффективности прямоточных схем проветривания. Ю.И. Калимов, Ю.П. Сморчков, Д.Е. Разварин, Е.К. Бойко. В кн.: Рудничная вентиляция и управление газовыделением. -М.: ЦНИЭИуголь, 1972.-С. 21-23.

51. Лаврухин В.Н. Научные основы повышения безопасности горных работ на газоносных пластах: Обзор / ЦНИЭИуголь. -М., 1987.

52. Теоретические и экспериментальные методы исследования газового состояния массива горных пород / И.В. Сергеев, Д.И. Бухны, А.Е. Фи-терман. -М.: Недра, 1988. -110 с.

53. Техническое перевооружение шахт комбината «Воркутауголь». М.: ЦНИЭИуголь, 1973.- 47 с.

54. Колесниченко Е.А., Сморчков Ю.П. Исследование факторов, влияющих на величину утечек воздуха при прямоточной схеме проветривания. В кн.: Технология добычи и обогащения углей в Печерском бассейне.-М.: Недра, 1974.- С. 126-128.

55. Мясников A.A., Рябченко A.C., Садчиков В.А. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. -М.: Недра, 1987. -216с.

56. Забурдяев B.C. Оценка эффективности технологических схем очистных работ по газовому фактору: -Экспресс- информ. / ЦНИЭИуголь. -М., 1979.-37 с.

57. Тарасов Б.Г., Колмыков В.А. Газовый барьер угольных шахт. М., Недра, 1978.- 200 с.

58. Колесниченко Е.А., Сморчков Ю.П., Орешкин A.B. Динамика газовыделения и интенсивность выемки угля на шахтах ПО «Воркутауголь»:

59. Обзор / ЦНИЭИуголь, -M., 1985.- 34 с.

60. Глузберг Е.И., Гращенков Н.Ф., Шалеев B.C. Комплексная профилактика газовой и пожарной опасности в угольных шахтах. -М.: Недра, 1988.-181 с.

61. Сластунов C.B. Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений. М.: МГТУ, 1996. - 441 с.

62. Айруни А.Т., Зенкович A.M., Слепцов E.H. Разработка угольных пластов в шахтах с высоким уровнем выделения метана и газодинамическими проявлениями за рубежом: Обзорн. информ. / ЦНИЭИуголь, -М., 1988.

63. Научно-технический прогноз газообильности, дегазации и проветривания шахт Печорского бассейна до 1985 г./Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне. М.: Недра, 1974. С. 105-107.

64. Борисенко A.A., Попов Г.М. Дегазация выемочных участков при одновременной отработке двух сближенных пластов. В кн.: Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне. -М.: Недра, 1974, С. 115-121.

65. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ/ И.В. Сергеев, B.C. Забурдяев, А.Т. Айруни и др. М.: Недра, 1992.-256 с.

66. Пучков JI.A. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов. -М.: МГГУ, 1996.

67. Пучков Л.А., Сластунов C.B., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. М.: МГГУ, 2002. - 383 с.

68. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений.-М.: Недра, 1979.-271 с.

69. Касимов О.И., Верзилов. Дегазация шахт при высокой нагрузке наочистной забой: Обзор / ЦНИЭИуголь, -М., 1983,- 34 с.

70. Временная инструкция по проектированию дегазации шахт Донбасса. / ЦБНТИ Минуглепрома УССР, 1981.

71. Терюнг Йоахим. Тенденции на мировом рынке кокса. Glückauf 134 (1998), Nr. 3.- С.8-9.

72. Лаврик В.Г. Проблемы эксплуатации механизированных комплексов современного технического уровня на шахтах АО УК «Кузнецкуголь». Уголь № 4, 2000. С. 20-22.

73. Устинов Н.И., Пак B.C., Тасиц Ю.П. Определение газообильности очистных забоев при новых технологических схемах выемки угля: -Экспресс-информ./ ЦНИЭИуголь, М., 1976.- 32 с.

74. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка -Донбасс, МакНИИ, 1989. 319 с.

75. Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов A.M. Гибкие технологические системы высокопроизводительных угольных шахт.- М.: 2003. -501с.

76. Бич Я.А., Пискунов Ю.Д., Толкачёв Н.И., Болынанин Н.И., Золотых С.С. Опыт отработки удароопасных мощных пологих пластов на шахтах Южного Кузбасса: обзор/ ЦНИЭИуголь. -М.: 1988, 36 с.

77. Федеральный Закон РФ «Об основах охраны труда в Российской Федерации» от 17.07.99 г № 181-ФЗ.

78. Федеральный Закон РФ «О техническом регулировании» от 27 декабря 2002 года № 184-ФЗ.

79. Бурков В.Н., Грацианский Е.В., Дзюбко С.И., Щепкин A.B. Модели и механизмы управления безопасностью. Серия «Безопасность». -М.: СИНТЕГ, 2001.- 160 с.

80. Исследовать закономерности формирования метановоздушного потока при прямоточной схеме проветривания с целью повышения нагрузкина очистной забой по газовому фактору. Отчёт / НПИ, инв. № 0285 0012372, № Гос. регистрации 01830083326, 1984. 104 с.

81. Колесниченко Е.А. Исследование закономерностей формирования ме-тановоздушных потоков в пределах выемочного участка. Рук. деп. ЦНИЭИуголь, 20.07.84, №3073/32.

82. Стекольщиков В.Г., Иванов В.Н., Беляев В.И. Аэрогазодинамические параметры выемочных участков при изменении режимов работы газо-отсасывающих вентиляторов/ Сб.: Технология отработки пожароопасных пластов. Кемерово: Изд. ВостНИИ, 1987. С. 103-123.

83. Проблемы разработки метаноносных пластов в Кузнецком угольном бассейне/ Ю.Н. Малышев, Ю.Л. Худин, М.П. Васильчук и др. М.: Издательство АГН, 1997.-463 с.

84. Абрамов Ф.А., Бойко В.А., Фролов H.A. Моделирование вентиляционных сетей шахт. М.: Госгортехиздат, 1961.- 220 с.

85. Аммосов И.И. Петрографические особенности и свойства углей. М.: Изд-во АН СССР, 1963. -380 с.

86. Жемчужников Ю.А. Общая геология каустобиолитов. Ленинград, Москва. Главная редакция геологоразведочной и геодезической литературы. 1935.- 548 с.

87. Степанов Ю.В. Печорский каменноугольный бассейн/ Петрология палеозойских углей СССР. М.: Недра, 1979.- (VIII Международный конгресс по стратиграфии геологии карбона). С. 144-154.

88. Сарбеева Л.И. Схема зонального распространения углей различных марок в Печорском угленосном бассейне. Фонды. Тр. «Печоруглегео-логия», 1944.-24-27.

89. Сарбеева Л.И. Петрографическое изучение углей и угольных пластов Воркутского месторождения. Изв.гл.упр.геол. фонд., 1947.С. 18-21.

90. Сарбеева Л.И. О восстановленности углей и типах витринита. Вопросы метаморфизма углей и эпигенеза вмещающих пород. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1968. -С. 37-45.

91. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.З. Печорский угольный бассейн и другие месторождения угля Коми АССР и

92. Ненецкого национального округа. М.: Недра, 1965. 491 с.

93. Аммосов И.И. Основные направления и главные задачи развития петрологии углей в СССР. / Петрология палеозойских углей СССР. М.: Недра, С.7 23. (VIII Международный конгресс по стратиграфии геологии карбона).

94. Эттингер И.Л. Физическая химия газоносного угольного пласта. М.: Наука, 1981.- 104 с.

95. Оренбах М.С. Реакционная поверхность при гетерогенном горении. — Новосибирск, Наука, Сиб. отд., 1973. 68 с.

96. Непомнящий Л.Б. Исследование структуры каменных углей методом рентгенографии и электронной микроскопии. Автореф. дисс. на со-иск. учён, степени канд. техн. наук. - М., 1954 (ИГИ).

97. Ходот В.В. Внезапные выбросы угля и газа. М.: ГНТИ, 1961. 363 с.

98. Эттингер И.Л, Ерёмин И.В. Диффузионно-генетическая классификация пустот в ископаемых углях. Химия твёрдого топлива. 1973, № 1. -С. 57-61.

99. Коган Г.Л., Яновская М.Ф. О модели пористой структуры ископаемых углей. Химия твёрдого топлива. 1968, № 5.-С. 26-32.

100. Айруни А.Т. Прогнозирование и предотвращение газодинамических явлений в угольных шахтах. М.: Наука, 1987.- 310 с.

101. Колесниченко Е.А., Орешкин A.B., Колесниченко И.Е. Управление дегазацией пласта при очистных и подготовительных работах. Ростов -н/Д: Изд-во «Пегас», 1998. -184 с.

102. Орешкин A.B., Колесниченко Е.А. Предотвращение внезапных выбросов в подготовительных выработках / Новочерк. гос.техн. ун-т-Новочеркасск: НГТУ, 1996.-91 с.

103. Комаров В.Б., Фомичев В.И. О неравномерности газовыделения в пределах выемочного участка. Записки ЛГИ им. Г.В. Плеханова,т. 27, вып. 1. Рудничная вентиляция, Госгортехиздат, 1962.

104. Сергеев И.В., Петросян А.Э. Начальный удельный дебит метана из угля/ Газообильность каменноугольных шахт СССР, т.Н. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

105. Мясников A.A. Проветривание горных выработок при различных системах разработки, Госгортехиздат, 1962.

106. Колесниченко И.Е. Технология интенсивной выемки метаноносных пластов/Новочерк.гос.техн. ун-т,- Новочеркасск: НГТУ, 1996. -100 с.

107. Колесниченко И.Е. Методика расчета расхода воздуха по концентрации метана для проветривания очистных забоев // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов -н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.- С. 5-6.

108. Колесниченко Е.А. Изыскание эффективных систем разработки и рационального соотношения параметров шахты при выемке пологих пластов комбината «Ростовуголь». Автореф. соиск. уч. ст. канд. техн. наук, Новочеркасск, 1969.

109. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. Т.7. Кузнецкий, Горловский бассейны и другие угольные месторождения Западной Сибири. М.: Недра, 1969. 912 с.

110. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Закономерности утечек воздуха из очистного пространства в лавах большой длины//Угольная промышленность СССР: реф. на картах/ЦНИЭИуголь, М.: 1988. Вып.5.-Карта № 141 (777).

111. Колесниченко И.Е. Определение газового баланса выемочного участка при прямоточной схеме проветривания по шахтным замерам // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов -н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.- С. 3-5.

112. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Разработка быстротвердеющих растворов для герметизации вентиляционных перемычек // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов -н/Д: Изд-во «Пегас», 1997. С. 8-9.

113. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ петрографического состава выбросоопасного слоя пласта «Мощный» // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов-н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.- С. 18-19.

114. Колесниченко И.Е. Определение параметров конструкции насадки длярезания крепкого угля (f=2) // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов -н/Д: Изд-во «Пегас», 1997.-С. 19-21.

115. Колесниченко Е.А., Пашков А.И., Колесниченко И.Е. Результаты исследования пучения почвы в полевом штреке // Совершенствование учебно-научно-методического комплекса: сб. науч. и метод, тр.- Ростов н/Д: Изд-во «Пегас», 1997. - С. 52-54.

116. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Расчеты расхода воздуха для проветривания выемочного участка. Шахтинский институт Новочерк. техн. ун-та. Ростов н/Д: Пегас, 1997. 56 с.

117. Колесниченко Е. А., Колесниченко И.Е. Методика расчета нагрузки на очистной забой по концентрации метана: информ. листок /МАНЭБ -Ростов н/Д: Изд-во «Пегас», 1998.- № 1-98.- 7 с.

118. Колесниченко И.Е. Методика распределения воздуха при прямоточнойсхеме проветривания выемочного участка: информ. листок /МАНЭБ -Ростов н/Д: Изд-во «Пегас», 1998,- № 3-98.-3 с.

119. Колесниченко И.Е. Методика расчета расхода воздуха и нагрузки наочистной забой по концентрации метана при прямоточной схеме проветривания с подсвежением. -Ростов- н/Д: Изд-во «Пегас», 1999. -32 с.

120. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Формирование физико-химической структуры угольного вещества с аномальными свойствами в очагах внезапных выбросов угля и газа//Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ. 2000. - № 5.-С. 199-200.

121. Колесниченко И.Е. Исследование петрографического состава и зольности выбросоопасного слоя угля.// Современные проблемы развития науки и техники в горной промышленности: сб. науч. тр. / Шахт. ин-т. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000,- С. 39-41.

122. Колесниченко И.Е. Регулирование воздушных потоков при выемке ме-таноносных пластов угля// Горная промышленность. -2000.- № 4.- С. 10-12, 15.

123. Колесниченко И.Е. Основы интенсивной и безопасной разработки ме-таноносных пластов угля//Горная промышленность.- 2003.-№3.-С.7-10.

124. Колесниченко И.Е. Перспективы рентабельной выемки высокометано-носных угольных пластов // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2001. - № 6.- С.154-156.

125. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Физико-химические расчеты максимального давления метана в угольном пласте// Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2001.- № 6.-С. 140-141.

126. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России// Горная промышленность. 2004. -№ 1. - С. 5-11.

127. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Активное проветривание подземного пространства основной способ обеспечения взрывобезопас-ности в шахте// Уголь. -2004. -№ 4. - С. 34-37.

128. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Анализ причин и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России. ГИАБ №8. -2004.- С. 130-137.

129. Колесниченко И.Е. Технология интенсивной и безопасной выемки ме-таноносных пластов угля// ГИАБ. -2004.- №8. С. 179-181.

130. Орешкин A.B. Инструкция по расчету количества метана, выделившегося из выработанного пространства в шахтную атмосферу / A.B. Орешкин, Е.А. Колесниченко, В.И. Экгардт, И.Е. Колесниченко. -Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1989. 7 с.

131. Колесниченко И.Е. Исследование закономерностей газовыделения при очистной выемке угля // Научно-технические и технологические проблемы угледобывающего производства Восточного Донбасса: сб. науч. тр. Ростов-н/Д: СКНЦ ВШ, 2001. - С. 76-79.

132. Красюк H.H., Решетов С.Е. Технологические решения по повышению эффективности отработки свит пологих высокогазоносных угольных пластов. М.:МГГУ, ИАЦ ГН, 1992. 88 с.

133. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Принципы обеспечения взры-вобезопасности шахтной атмосферы при интенсивной выемки угля// Горная промышленность. 2004. -№ 6. - С. 44-48.

134. Черечукин В.Г., Колесниченко И.Е. Ликвидация пожаров на ленточных конвейерах// Безопасность труда в промышленности. 2004.-№8. -С. 32-35.

135. Колесниченко И.Е. Интенсивное и безопасное освоение высокогазоносных месторождений угля. -Ростов н/Д: Изд-во «Логос», 2004.-174 с.

136. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Внезапные выбросы и взрывы метана: прогнозирование и предотвращение.- Ростов н/Д: Изд-во «Логос», 2005.-248 с.

137. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Геолого-генетические основы предотвращения взрывов метана в шахте// Горная промышленность. -2005.-№ 1.- С. 42-45.

138. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Взрывы метана в шахтах: первопричина и следствия // Уголь. 2005. -№5. - С. 46 - 48.

139. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Предотвращение взрывов метана в шахтах // Безопасность труда в промышленности. 2005.- № 6. - С.16-17.

140. Ярембаш И.Ф., Слепцов Е.И. Меры предупреждения взрывов метана вугольных шахтах: Обзор/ЦНИЭИуголь. М., 1985. - 66 с.

141. Харев A.A. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами. Изд. 2, перераб и доп. М.: Недра, 1978. 253 с.

142. Малинникова О.Н. Смирнова Г.Г. Влияние глубины горных работ на изменение условий проявления внезапных выбросов//Вопросы предотвращения внезапных выбросов: науч. сообщ./ Ин-т горн, дела им. A.A. Скочинского. М., 1987.-С. 14-21.

143. Клебанов Ф.С. и др. Воздух в шахте. 1995. 575 с.

144. Альтшуль Л.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (основы механизма жидкости). Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975. -323 с.

145. Айруни А.Т., Бессонов Ю.Н., Духовный Е.И. и др. Газовая динамика подрабатываемых и надрабатываемых угольных пластов.- ЦНИЭИ-уголь, -М., 1978.-31 с.

146. Абрамов Ф.А. Рудничная аэродинамика. -М.: Недра, 1972,- 274 с.

147. Борзяк В.Е., Гарбер И.С., Гольцев Н.Т., Заблудин И.И., Колесниченко И.Е. и др. Угольная промышленность Дона. Южно-Российское отделение АГН. М.: Изд-во Московского гос. горн, ун-та, 1995.- 249 с.

148. Борзяк В.Е., Гарбер И.С., Жигунов Л.Э., Колесниченко И.Е. и др. Диверсификация угольных предприятий Российского Донбасса. Новочеркасск: Новочерк. гос. техн. ун-т, 1995. 84 с.

149. Временные инструкции по снижению газообильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин / ВостНИИ. Кемерово: Изд. ВостНИИ, 1988. - 30 с.

150. Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Рудаков Е.Б. Выбор рациональной технологии выемки угля в газообильных шахтах: -Обзор / ЦНИЭИуголь, -М., 1985.-39 с.

151. Красюк H.H. Классификация угольных пластов по уровню метанодо-бываемости. М.: Уголь, № 10, 2004.- Стр. 43-46.

152. Калмыков В.А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. М.: Недра, 1981,134 с.

153. Карагодин JI.H., A.A. Мясников. Современные способы проветривания и борьбы с газом на шахтах: Обзор /ЦНИЭИуголь, -М., 1981.- 37 с.

154. ПБ-05-618-03. Правила безопасности в угольных шахтах. Зарегистрировано в Минюсте РФ 19 июня 2003 г. № 4737

155. Логинов А.К. ОАО «Воркутауголь» состояние и пути повышения эффективности производства// Уголь. - 2003. - №8. - С. 12-15.

156. Малышев Ю.Н., Зайденварг В.Е., Зыков В.М. и др. Реструктуризация угольной промышленности. (Теория. Опыт. Программы. Прогноз). М.: Компания «Росуголь», 1996. 536 с.

157. Обеспечение высоких нагрузок на очистные забои по газовому фактору: Экспресс информ. / ЦНИЭИуголь. -М., 1983.- 36 с.

158. Определить основные газодинамические показатели угольных пластов Воркутского месторождения с целью совершенствования прогноза их газообильности. Отчет / ПечорНИИпроект, инв. №1531. Воркута, 1980.

159. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ/ И.В. Сергеев, B.C. Забурдяев, А.Т. Айруни и др. М.: Недра, 1992.-256 с.

160. Петухов И.М., Линьков A.M. Теоретические основы борьбы с выбросами угля, породы и газа// Уголь. 1975. № 9. - С.9-15.

161. Рудничная вентиляция. В.Б. Комаров, Ш.Х. Килькевич. Изд. 2-е, пере-раб. и доп. М.: Недра, 1969. 416 с.

162. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гращенков, А.Э. Петросян, М.А. Фролов и др. Под ред. К.З. Ушакова. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Недра, 1988,-440с.

163. Сергеев И.В., Забурдяев B.C. Особенности дегазации на шахтах с новой технологией угледобычи. В кн.: Вопросы вентиляции и борьбы с газом и внезапными выбросами в угольных шахтах. Научн. сообщ. Вып. 157. М., ИГД им. A.A. Скочинского, 1977. С. 17-20.

164. Колесниченко И.Е., Колесниченко Е.А. Закономерности утечек воздуха из очистного пространства в лавах большой длины//Угольная промышленность СССР: реф. на картах/ ЦНИЭИуголь, 1988. Вып.5. Карта № 141 (777).

165. Экгардт В.И., Веселов А.П., Рыбкин В.К., Смирнов М.И. Уголь топливо будущего// Уголь. - 2000. - № 1. - С.25-27.

166. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Углекислый газ в угольных шахтах. -М.: Недра, 1987.-416с.

167. Цырульников A.C., Рыженко И.А. Определение продольной длины очистных механизированных забоев по фактору газовыделения// Уголь Украины. 1957 - № 9,- С. 17-18.

168. Черечукин В.Г., Колесниченко И.Е. Ликвидация пожаров на ленточных конвейерах// Безопасность труда в промышленности. -2004. №8.- C. 32-35.

169. Morris J.H. Walher G. Changes in the approach to ventilation in recent geats. Mining Engineer, 1982, №244, 401-417.

170. Wastell E.R., Robson J. Remote Monitoring of Underground Fans. Mining Engineer, 1976, №182, May, 463-472.

171. Grubengasabsaugung, Verlag Gluchauf GmbH, Essen, 1980.

172. Guntau: Verringerung der Grundausgasung durch Vorabsaugen von Methan aus dem Bauflor, Gluckauf, 6 Nov. 1980, № 21.

173. KojiecHHHeHKO H.E., KojiecHHHeHKo E.A. Longwalles borehole technology of thin coal-bed extraction. Russian mining. Special issue №1. 2003. P.44-45.

174. KojiecHHHeHKo H.E., KojiecHHHeHKo E.A. Ventilation parameters for highoutput faces in coal mines. Russian mining. -2003.- № 2.- P. 36-44.

175. CaHKO to xoaH. Mining and Safety.- 1984, № 30, №4. P. 160 - 177.

176. CaHKO to xoaH. Mining and Safety.- 1984, № 30, №2. P. 75 - 80.