автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Автоматизированный метод контроля эффективности противовыбросных мероприятий

Государственный Комитет Украины по угольной промышленности

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МАКЕЕВСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ по безопасности работ в горной промышленности

МакНИИ

На правах рукописи УДК 622.831.322.„313":622.412.13

ТКАЧУК Станислав Порфирьевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

Специальность 05.26.01—„Охрана труда и пожарная

безопасность"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Макеевка—Донбасс 1992

Работа выполнена в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ).

Научный руководитель— докт. техн. наук, проф.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. канд. техн. наук

М. И. БОЛЫШШСКИЙ

В. И. николин М. Г. ГУСЕВ

Ведущее предприятие—Донецкое производственное объединение по добыче угля „Донецкуголь"

^Защита диссертации состоится . ^ ^ * 1992 г.

в 4 С/ часов на заседании специализированного совета К-135.08.01 в Государственном Макеевском научно-исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности (339008, г. Макеевка Донецкой обл., ул. Лихачева, 60).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МакНИИ.

Автореферат разослан . ^¿¿и-^у_-[992 г.

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук

ПРИХОДЬКО в. м.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Развитие добычи угля в Донбассе свя- ' зано с ростом глубины горных работ и увеличением объема проведения горных выработок по выбросоопасным угольным пластам. Динамические явления, которые происходят на выбросоопасных пластах, создают значительную опасность для рабочих, занятых на разработке этих пластов, а также существенно ухудшают технико-зко-" номические показатели шахт.

В настоящее время для создания безопасных условий при разработке выбросоопасных угольных пластов и повышения технико-экономических показателей применяют различные способы борьбы с сы-бросами угля и газа.

Многолетний опыт применения способов борьбы с выбросами показал, что з отдельных случаях, даже при полностью выполненных противовыбросных мероприятиях, они оказываются не эффективными и не обеспечивают предотвращение выбросов. Для исключения таких случаев в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению торгах работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля,породы и газа" должен после выполнения противовыбросных мероприятий осуществляться контроль их эффективности. Применяемые в настоящее время методы контроля эффективности противовыбросных мероприятий носят субъективный характер, трудоемки, требуют остановки работ в выработках во время их выполнения и недостаточно надежны.

В этой связи для обеспечения безопасных условий труда шахтеров при разработке выбросоопасных угольных пластов и повггте-ния технико-экономических показателей шахты должен быть разработан объективный, дистанционный, непрерывный и бесконтактный метод контроля эффективности противовыбросных мероприятий.

Работа выполнялась по темплану МакНИИ в соответствии с общесоюзной научно-технической программой на 1986-1990 гг. 0.05.05 "Создать и внедрить методы и средства прогноза и предотвращения внезапных выбросов угля, породы и газа , горных ударов, взрывов метана и пыли в угольных шахтах", утвержденной Постановлением ПШТ СССР от 30.10 . 85 № 555 (№ государственной регистрации 0185.0045732, инв. №№ 0286.0088626 и 0207.0068817).

Цель работ. Установить закономерности изменения газодинамического состояния краевой части угольного пласта и газовыделения в выработку в процессе выполнения противовыбросных мероприятий для разработки параметров и методики автоматизированного контроля эффективности выполнения способов предотвращения выбросов угля и газа, обеспечивающего повышение безопасности ведения горных работ и технико-экономических показателей.

Идея работы. Оценка эффективности противовыбросных мероприятий по динамике газовыделения в выработки при выполнении противовыбросных мероприятии, регистрируемой системой АНМ, и обработка результатов определения динамики газовыделения с помощью ПЭВМ.

Защищаемые новые научные положения, разработанные лично диссертантом:

- критерием оценки эффективности способов предотвращения выбросов является газоносность призабойной зоны пласта, оставшаяся после выполнения противовыбросных мероприятий, которая не должна превышать газоносности пласта на минимальной глубине проявления выбросов, или 8 м3Ут с.б.м. для пластов различной степени метаморфизма с выходом летучих веществ более 9*;

- газовыделение в выработку в процессе выполнения локальных способов предотвращения выбросов происходит по параболической зависимости, максимум которой соответствует стадии интенсиз-ной разгрузки и дегазации пласта, а общее количество выделивве-гося в выработку газа является показателем, характеризующим оставшуюся после выполнения противовыбросных мероприятий газоносность призабойной зоны пласта;

- изменение содержания метана по длине тупиковой выработки в процессе выполнения способов предотвращения выбросов опт» сывается экспоненциальной зависимостью, определяемой, в основном, количеством выделяющегося газа, расходом и скоростью воздуха. Это позволяет установить оптимальное место размещения датчиков аппаратуры АКМ в конкретных горно-геологических условиях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверлшется обоснованностью исходных науч£шх предпосылок я -принятых методов аналитических и экспериментальных исследований, значительным объемом лабораторных и горно-экспериментальных работ, сходимостью результатов теоретических и горно-экспериментальных исследований.

Научное значение работы. Установлено: при оставшейся после выполнения противовыбросных мероприятий в угольком пласта газоносности, не превышающей ее критическую величину, угольный пласт является невыбросоопасшм;

возыожность оценивать эффективность противовыбросных мероприятий по динамике газовняеления в выработки при осуществлении опособов борьбы о выбросами;

по мере удаления от забоя происходит "размывание" газовой волны, что накладывает по условиям достоверности ограничение на расположение пункта замера концентрации метана;

существенное различие динамики газовыделения из угольного пласта в выработки при выполнении противовыбросных мероприятий и выемке угля.

Практическое значение работы состоит в разработке автоматизированного метопа контроля эффективности противовыброошх мероприятий, позволяющего повысить безопасность работ при разработке вибросо^пасных угольных пластов и улучшить технико-экономические показатели ведения горных работ.

Реализация выводов и рекоменпачяй. Разработанный метод контроля эффективности противовыбросных мероприятий рекомендован зекциай Центральной комиссии по борьбе с внезапными выброса.1,я ггля, породы и газа по Донецкому бассейну (протокол от 23 августа 1391г. !Ь 81) к внедрению на шахтах Донбасса.

Апробация работа. Основные положения диссертационной работы покладывалиоь, обсуждалиоь и были одобрены на ученом оозете 1.!акШИ (1985, 1986, 1987,1989,1991гг.) Центральной комиооии по борьбе о выбросами (Донецк, 1987,1991гг.) и на ХХ1У международной конференции научно-исследовательских иноти-* тутов по безопасности работ в горной промышленности (г.Донецк, 1991г.).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, заключения, опиака литературы из 61 наименования, 24 рисунков, 16 таблиц и 3 приложений. Общий объем работы 105 страниц машинопианого текста.

Публикации. Результаты наследований автора изложены в 8 публикащшх,

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Повышение безопаонооти ведения горных работ и технико-ако-номичеоких показателей на шахтах, разрабатывающих выброооопао-ные уголыше плаоты, во многом определяется эффективностью проведения противовыброоных мероприятий, наличием методов и средотв контроля за изменением напряженного и газоиинамичеокого состояния угольного пласта после выполнения способов предотвращения выбросов.

В разработке теории и практики борьбы с выброоаш угля и газа большая роль принадлежит Ф.А.Абрамову, А.Д.Алексееву, А.Т.Айруни, И.В.Боброву, М.И.Большинскоцу, В.Е.Забигайло, А.Н.

Зорину, Б.М.Иванову, В.И.Николину, А.Е.Ольховичанко, А.Э.Патро-аяку, И.М.Петухозу, А.А.Скочинакому, В.В.Хопоту, С.А.Христкано-вичу и другим кос ледова талям.

Большинство теоретических и практических разработок по борьбе с выбросами угля и газа оснозываются на высказанных акад. А.А.Скочинским положения:* о том, что выбросоопасноать угольных пластоз опрадаляотся горным давлением, газоносностью, физико-ме-ханическиш свойствами угольных пластов, л ка энергетической теории, разработанной проф.В.В.Ходотом.

Как показала практика разработки выброооопасных угольных пластов, контроль за напряженным и газодинамическим состоянием угольного плаота должен производиться до выполнения протавознб-росных мероприятий для прогноза выбрососпаскых зон и пооле выполнения способов предотвращения выбросов для опенка зффектзвнос-тя против овыбросных мероприятий.

Анализ современных представлений о природа и механизма выбросов показал, что выбросоопаснне зоны представляют собой участки в угольных пластах с нарушенной1 структурой углей вследствие тектонического воздействия на них, что и является основной причиной существенного изменения физико-механических свойотв и газодинамического состояния угля в этих зонач. На существенном отличии физико-механических свойств и газодинамического состояния угля в выброооопасных зонах от неопасных зон в основном базируется современные способы текущего прогноза, а именно на определении начальной скорости газовыпеленля ( (|и ) и показателях скорости десорбшш газа из угля ( а Р , У< ) .

В наотоящее время для предотвращения выбросов угля и газа применяются, как правило, локальные способы. Локальные споообы предотвращения выбросов базируютоя на разгрузке и дегазашш при-забойной части угольного плаота. Чаотичная разгрузка и дегазация угольного плаота после выполнения противовыброоных мероприятий могут не повлиять на значения показателей , дР и ,

поэтому показатели, применяемые для контроля напряженного и газодинамического состояния плаота при прогноза выброооопааных зон, на могут быть применены для оценки выбросоопасности угля после выполнения споообов борьбы о выбросами.

Контроль зффективноати противовыброоных мероприятий в настоящее время осуществляется по пинамике начальной скорости га-вовыделения из угольного плаота, измеряемой поинтервально на различной глубине шпура, что позволяет установить величину разгруженной и дегазированной зоны в призабойной части угольного плаота. Этот способ является веоьма трудоемким и носит субъективный характер, т.е. трудно контролируемый.

В этой связи возникла необходимость в создании менее тру-поемкого и более наложного способа контроля эффективности противовыброоных мероприятий.

£ля решения этой проблемы были поставлены и решены следующие запачи:

научное обоснование и разработка показателей и методики опенки эффективности противовыброоных мероприятий;

определение критических значений показателей для опенка эффективности противовыброоных мероприятий;

исследование распределения газонооности в призабойной чаа-ти угольного пласта до и пооле выполнения противсвыброоных ме- • роприятий;

исследование закономерности газовыделения из угольного пласта при выполнении противовыбросных мероприятий;

исследование распределения концентрации метана по выработке во время внполнения противовыброоных мероприятий;

выбор и обоснование аппаратуры для контроля эффективности противовыброоных мероприятий;

разработка программ для обработки на ПЭВМ результатов наблюдений;

проверка в иахтных условиях информативности показателей, принятых для оиенки эффективности противовыброоных мероприятий, и надежности' их критериев;

технико-экономическая оценка разработанных предложений.

При разработке методики и определении показателей для . оценки эффективности противовыброоных мероприятий, а также установлении их критических значений исходили из следующих положений. Поокольку локальные противовыбросные мероприятия направлены на разгрузку и дегазацию призабойной части угольного плаота, то должны существовать, согласно положению, высказанное акад. А.А.Скочпнским о роди горного давления и газа в создании вы-бросо'опасной ситуации, такие критические значения горного давления и газоносности, при которых выбросы не могут произойти.

Еоледстаие этого в качеатве показателей эффективности протизо-¿эыбрсоных мероприятий были приняты горное давление и газоноо- .. нооть угольного плаота. Опшко учитывая наличие авязи между напряденным состоянием угольного пласта и его проницаемостью, а следовательно, и его газоносностью, в качеатва показателя эффективности против овыбросных мероприятий окончательно была принята газоносность угольного пласта в зоне, обработанной противовыб-роаными мероприятиями.

Критическое значение газоносности, т.е. такое ее значение, при котором выбросы не могут произойти, определено на основании исследований минимакьной глубины выбросов и связи ее о горным давлением, газоносностью и степенью метаморфизма углей»

Регрессионным анализом установлена зависимость минимальной глубины выбросов от степени метаморфизма угля и поатроаны доверительные границы. В качестве критической глубины выбросов, т.е. глубины, выша которой выбросы не происходят, принята верхняя доверительная граница минимальной глубины выбросов, описываемая уравнением регрессии

Н*р=Ш0+5,5\/'с/, (и

где "V - выход летучих веществ, %.

Для подтверждения достоверности принятого показателя эффективности выполнения противовыбросных мероприятий и его крити- ■ ческого значения реграссиошшм анализом проведены исследования зависимости глубины расположения границы зоны метановых газов от степени метаморфизма угля. Положение границы зоны метановых газов пля углей различной степени цетаморфизма описывается следующим уравнением регрессии:

Нт.гп=10+8,04У^; г =0,68.

(2)

Глубина расположения границы метановых газов для углей рая-пичноЯ степени метаморфизма хорошо коррелирует с положением критической глубины выбросов. Это свидетельствует о том, что полозэ-НИ8 критической глубины выбросов определяется газоносностью угольных пластов.

Определение критического значения газоносности выполнено путей построения изогэз для углей различной степени метаморфизма. Регрессионным анализом устэновлена зависимость глубины положения изогаз от степени метвморфизмэ угля. Положение изогэзы 8 м3/т с.б.м.описываотся уравнением регрессии вида

и по глубине практически совпадает с положением критической глубины выбросов. Совпадение по глубине положения изогезы 8 м3/т с положением критической глубины выбросов свидетельствует о том, что критическое значение газоносности, т.е. минимальное значение ее, при котором может произойти выброс, составляет В ы8/т независимо от степени метаморфизма угля.

Проведенными исследованиями подтверждено, что оценке эффзн-тивности противовыбросных мероприятие может осуществляться по величине газоносности угольного пласта, оставшейся после выполнения противовыбросных мероприятий.

Оставшаяся газоносность в угольном пласте после выполнения противовыбросных мероприятий ( Х° ) определяется по формуле

(3)

гдэ Хф - средияв фактическая газоносность призвбойной части угольного пласта;

Хб.уЗ - количество газа, выделившегося в процесса выполнения противовыбросных мероприятий, отнесенное к тонне обрабатываемого угольного массива.

Противовыбросныэ мероприятия эффективны, если оставшаяся ' после выполнения способов предотвращения выбросов газоносность '"угольного пласта нэ превышает ое критического значения.

Следовательно, оцэнкэ эффективности противовыбросных мероприятий заключается в определении средней фактической газонос -нссти в призвбойной чести угольного пласта до выполнения проти-1 всвыброоных мероприятий, количества газа, выделившегося в про -цессе выполнения противовыбросных мероприятий и отнесенного к I тонне обрабатываемого угольного пассива,и оставшейся газоносности в приаэбойной части угольного пласта после выполнения способов предотвращения выбросов' и сравнении оставшейся газонос -ности о ее критическим значением.

Условие эффективности противовыбросных мероприятий записывается в виде следующего неравенства:

ХЧХ.р, (5)

где Хкр - газоносность на уровне верхней доверительной

границы минимальной глубины выбросов для углей данной степени метаморфизма (Хкр = 8 м3/т с.б.и,).

Выполненными исследованиями установлено, что для оценки эффективности противовыбросных мероприятий необходимо располагать данными о распределении газоносности и ее средней фактической величине в призабойной части угольного пласта; удельном гвзо-выдэлении из угольного пласта во время выполнения противовыброс-

них мероприятий; газоносности, оставшаяся в призабойной части угольного пласта, обработанной противовыбросными мероприятиями, и величине критической газоносности.

Для проверки достоверности разработанных научных полозэ-ний, разработки способов определения необходимых данных и изыскания аппаратуры для контроля эффективности противовыбрсснж мероприятий выполнены теоретические и экспериментальные исследования распределения газоносности в призабойной части угольного пласта и опрэдалониэ оэ среднего значения до и после выполнения противэвыбросных мероприятий,закономерности влияния про-тивовыбросных мероприятий на геэовыделение из угольного пласта, определенно абсолютного и-относительного газовыделеняя из угольного пласта во время выполнения противовыбросных мероприятий и распределения концентрации газа по выработка в это. время с прп-нонениеы существующей аппаратуры для измерения газодинамических покозатолэй.

Исследования распределения газоносности в призабойной части угольного пласта производились путем поинтервального измерения гэзовыделения на метровом интервала бурения шпура и выхода штыба с последующим вычислением, на каждом интервале измерения газоносности по формуле

\/_у * I 1\1 кк+ ЮО

где Хо - остаточная газоносность пласта, ы3/т с.б.>ц Ашт - масса выбуренного итыба нз метровом интервала скважины,т;

V - объем газа, выделившегося с метрового иятарва-ла скважины за время ), мэ/«ин;

Lj L - фоновое газовыделвниа до и после бурения метрового интерввлв, м3/мин; ti - продолжительность бурения метрового интервала

окважины, мин; ta - продолжительность расштыбовки скважины и измерения фонового гвзовыделения L , мин;

Ашт - аольность угля, %.

Установлено, что газоносность в призабойной зоне угольного ПП80Т8 распределена неравномерно. Она возрастает по маре удаления от забоя в глубь угольного пласта и изменяется от величины, •равной остаточной газоносности, до значения природной газоносности (рис.). Значения природной газоносности колебались, однако при этом .отклонения не превышали - lifo и соответствовали точности самого метода определения газоносности.

и^г-Ьм 13

и в 4

>1 /

ч2

3 4 Ь 6 Р.М

Распределение газоносности X в приввбой -ной части пласта до (I) и после (2) выполнения гидрорыхления угольного массиве в вентиляционном штреке ш."Красногвордейск8я" , при длине нагнетательной скважины б м

На основании полученных данных о распределении газоносности в призабойной части угольного плвста рассчитывалось средняя газоносность в прчззбойной части угольного пласта до и после вы-

полнения противовыбросных мероприятий по следующей формула: v

где а2 - газоносность пласта ео втором от ззбол интервале

измэрения;

У

Ап - газоносность пласта на конечном интервала измерения;

/м - газоносность пласта в интервалах измзрешЯ, заключенных манду Хз и Хп ; ^ - длинв скваяины. Экспериментальными исследования?™ установлено, что средняя газоносность в приззбо!'ясй части угольного пласта до выполнения противовыбросных мероприятий составляет около 50% от природной газоносности и не более 30^ - после выполнения способов борьбы с выбросами.

Аналитические исследования влияния противовыбросных мероприятий на процесс дегазации призабойной части угольного пласта были выполнены путем решения задачи методом Фурье линеаризованного уравнения движения газа в массиве

9гЪР СГР о

%Г9хг

т аЬЯТ ГЛ-ь,

I м . — . 1

Уй к <8>

где \/р = р2 - давление газа; ГП - пористость; 8 - постоянная сорбции Ленгмюра; го=ро| ро - исходное пластовое давление;

й - газовая постоянная; Т - температура; ^Х - вязкость газа; К - коэффициент проницаемости.

Решение задачи при следующих начальных и граничных условиях

Pi =pi при Хь0

LP ,0

P^,t) = p--cor\st

siases зяд . Хб^Э =Bv/t• 8"ci, . (9)

R_K (Po-Pf) mA p.

A - величине, обратная скорости движения фронте

дегазации;

АамЗ - копичосгво выделившегося газа, ■ Ив полученного решения следует, что после воздействия по ггпбсг количество выделяющегося гозз возрастает, достигает макои-lijKa, е затем снижается вследствие дегазации массиве.

Экспериментальные исследования закономерности выделения rose иэ угольного пласта во время выполнения противовыбросных мероприятий и изменения концентрации метане л выработке проводились путей измерения концентрации газоопределитепеи ШЙ-IO но расстоянии ке более 30 м от зобоя выработки и одновременно аппаратурой AK!i о записью на диаграммную ленту. Абсолютные значения концентрации метана при гидрорыхлении в подготовительных выработках •увеличились в 1,4-6,2 раза по сравнению с фоновой, з при выбуривании пазов концентрация метана превышапэ фоновую в 2,8 рэзз. При образования разгрузочной цели по длине павы концентрация мэ-тэнз увеличивалась в 1,7-13,0 раз по сравнению с фоновой.

В связи с тем, что повышенная концентрация метане в выработке мояэт быть при различных видах работ по углю, выполнены исследования динамики концентрации метана при выемке угля. К анализу принимались максимальные значения концентрации мотана при выполнении

гидрорыхления и при выемке угля после выполнения противовыбросных мероприятий. Регрессионным анализом были определены средние значения концентрации мзтэна при выполнении противовыбросных мероприятий и выемке угля и их доверительные интервалы. При

этом средние значен;?.! концентрации метана э выработке во время

выполнения противовыбросных мероприятий окйзалксь значительно больше, чем при выемке угля, э нижний доверительный интервал средних значений концентрации мэтэна в выработке при выполнении противовыбросных мероприятий и верхний доверительный интервал границы средних значений концентрации метано при выемка угля на перекрываются, что свидетельствует о существенном рэзличии значений концентрации метана при выполнении противовыбросных мероприятий и выемка угля.

Исследования абсолютной и относительной величины газоЕнде-ления из зоны обработки угля противовыбросныш мероприятиями осуществлялись путем измерения концентрации мэтпнэ но расстоянии 30 м от места выполнения способов предотвращения выбросов на исходящей струе воздуха непрерывно аппаратурой АКМ и через каждые 5-10 мин гэзоопределителем ШИ-Ю и количества воздуха, подаваемого з выработку. Абсолютное гвзозыделениа определялось

нения противовыбросных мероприятий,!?; .оз - количество подаваемого в выработку воздуха, мэ/мин;

1. - время, затрачиваемое на выполнение противовыбросных мероприятий, мин.

по формуле

где

Сл - концентрация метана, измеренная во время выпол-

Расхождение величин абсолютного гэзовыдэпания, полученных на основании данных по система АКМ и газоопредалителя ШИ-Ю,составило 6-8%. Удельное количество гэзэ, выделившегося вследствие выполнения противовыбросных мероприятий, определялось по динамике концентрации метана в выработке, записанной на диаграммной лепта оистены АКМ, по формуле

V/ и$ V й-Со +

где О - скорость движения воздуха по выработке, м/мин;

5 - поперечное сечение выработки в свету,' м^;

М - масса угля, обрабатываемая противовыбросными мероприятиями, т;

СЧ - концентрация матэна, в объемных долях,в и - ом интервале времени, %;

Со - фоновая концентрация метана,

1.1 - продолжительность С - го интервала, мин, а также путем поинтервэльного определения газоносности в приза-, бойной части угольного пласта до и после выполнения противовыбросных мероприятий устройством УТЕ.

Проверка надежности определения удельного количества газе, выделившегося во время выполнения противовыбросных мероприятий, аппаратурой систеш АКМ выполнена путем исследования тесноты корреляционной связи между значениями удельного количество газа, выделившегося во время выполнения противовыбросных мероприятий, определенными по результата« измерения устройством УГБ и аппаратурой АКМ. В результате выполненного регрессионного анализа получено уравнение регресс/,и вида

Х£УТ=0,728 та 4-0,299; г=(ЗД)0±0,02,

уАКМ

где /\&.уЭ • - удельное количество Еыдаляз?:сагося газа по данным систеш АКМ;

уУГ5

ЛЬ.уЭ - удельное количество выделявшегося газа по данным прибора ЛБ.

Получанное значение коэффициента парной корреляция свидетельствует о тасной связи между исследуемыми параметрами я достоверности данных, получанных с помощью системы АКМ.

Масса угля, дегазирующаяся пря выполнения протявовыброскых мзропряятяй, определялась на основании параметров способа по

- расстояняа между крайнимя скважянамя пря гид-рорыхлания или пазами, м;

- радиус эффективного влияния скважины, равный , 0,8 2г - глубяна герметизации скважины); при пазах-половяна расстояния между ним, м;

- глубяна участка, на котором выполняются протя-вовыбросные мероприятия, м;

- мощность пласта, м;

- плотность угля, т/м3.

Глубина участка, который эффективно обрабатывается протя-Еовыброснымя мероприятиями ( £ ), определялась путем поинтер-вальяого измерения газоносностя после выполнения способов предотвращения выбросов. Пря наличии данных о средней фактической газоносностя в пряэабойной частя угольного пласта я удельном количества газа, выделявшегося пря выполнения протя-вовыбросных мероприятий, оставшаяся газоносность в прязабойной частя угольного пласта после выполнения противовыбросных ма-

формуда

гда'

В

т

.ропраягяй опрвдаляатся как разность мзгду средней фактячаскоЗ газоносностью я удельным количеством газа, выделившегося при вплелианяд проквовыбросньк мероприятий.

В результате проведанных шахтных экспериментальных ясследо-ьаняй установлено, что для определения средней фактической газоносности когнат быть приманено устройство ЛБ, для регистрация дй.на;шка концентрация мотана в выработка при выполнения протяво-шбросншс мэрэпряятяй - аппаратура системы АКМ.

Для расчета величины удельного газошделеняя во время вы» _пелнанял прптяБогцбросхщх мероприятий по данным АКМ, определения останься газоносности в прязабойной частя угольного пласта, обработанной способами предотвращения выбросов, я сопоставления so с грятячаским значзняом газоносности прл оценка эффективности протдвог^брссных меропряятяй созданы программы .для ПЭЕМ.'

По результатам выполненных доследований разработана методика оцзягя. эффективности протявовыбросных мероприятий, которая заключается в следующем. Перед началом проведения выработка по вабросооиаспому угольному пласту экспериментальным путам опрвдаляатся средшя фактическая газоносность в прязабойной зона угольного пласта до выполнения противоьыброспых мероприятий; масса угля, обрабатываемого противошброеннш мероприятиями; критвчас-коа значенье газоносности а площадь сеченая выработки. Значения ■ указанных показателей являются постоянными на определенном от->ззко проведения выработки и вводятся в ПЭВМ заранее. Их определенна повторяется через казкдне 150 м подваганяя выработки.

Скорость воздуха, поступающего б выработку ( У ^намеряется непрерывно аппаратурой ИСВ-I, а показатели Со, Ci и t-l регистрируются схстзмоЯ АКН и автоматически вводятся в память

гл.:'..

На диаграммную ланту системы АКМ одновременно о запксью кэнценярацва метана записывается время включения а еыклэчзн?.я оборудования для выполнения протяговыбросных мероприятий.

Заключение об оффзктивностл протавовибросных мероприятий выдается в вида распечатка, выполненной на принтера ПЭЕМ.

По мара удаления по выработка от источника газовиделоняя разность меяду текущим значением концентрации метана а фоновым может стать сколь угодно малой, т.о. нерегистряруемой. Следовательно, объективно существует ограничение по дачьяостя места расположения пункта измерения концентрация метана (пункта установка датчиков аппаратуры систем! АИЛ).

Аналитические исследования определения места установки датчика выполнены путан решения уравнения одномерного конвективно-диффузионного переноса

ас п е*е ..ас , ,

прл следующих начальных я граничных условиях:

С(х,0)=Со х>0 с(0,1)=ф(1) ф(0]=Со eimC(x(t)=Co t>o,

где Со - (фоновая концгнтрация метана;

С - средняя концентрация метана;

X - расстояние; "Ь - время; D - коэффициент турб -лентной диффузии; "li - скорость воздуха. В общем случае решение задачи получено в виде

сил)=Со4#)-Со]в(^М. (12)

где

- спецфункцяя; х \ JC\f

Я=Ш 1 V= 4D '

Решением уравнения относительно дс можно получить его предельные значения.

При зкспернмантальных исследованиях концентрация метана в выработка измерялась на различных участках выработки одновреман-ио гвзоопределателем ШИ-10 я датчиком АКМ. Результаты, язмвреавй сравнивались между собой.

Расчетами, выполненными на ЭВМ, установлено в экспериментальными исследованиям подтверждено, что првдальноа удаление пункта замара составляет 256-477 м, а оптимальным местом установи датчика метана, пврадающаго информацию на стойку аппаратуры АКМ, является расстояние от места вшюляаняя про тп во выбросных мероприятий, равное 20-30 м.

Опытно-промышленные «опыталия разработанного метода контроля протаю выбросных мероприятий о помощью аппаратуры систбш АКМ проводились в пят л подготовительных выработках яа чатырвх выбросоопасных пластах шахт им.Засядько ПО "Донецкуголь" и им. Кэрля .Маркса ПО "Орджояикядзвуголь". Контролировалась эффективность одного противовыбросного мероприятия - гидрорыхлендя угольного пласта, наиболее распространенного на шахтах Донбасса и характеризующегося относительно низкой интенсивностью газогы-даления в процесса его выполнения, чем, например, при образовании пазов или щелей. На шахте им.Засядько эффективность гидрорыхления на основа данных, поступающих со стойки СПИ-1 системы АКМ, оценивалась ЭВМ по специально разработанному алгоритму. На шахте им.Карла Маркса, где ЭВМ отсутствовала, оцонка эффективности производилась расчетным путем с использованием тех жв дан-то:. На всех объектах испытаний в местах установки датчиков АКМ и ИСВ-1 во время гицрорыхленяя пласта чвроз интервалы 5-10 мин производилась контрольные измерения концентрации метана а расхо-

,~з воздуха пзранссныма праборама. Заключанаэ ей эффзктавноста з каждом цакяа выполнаная гадрорыхленая сравнлЕалось с результатами контроля по нормативному мзтоду л фактзчеекзм состоянием празабоЕноИ часта пласта.

'На участках яспытанаЗ общей протя«анаосгнв 783 и енполнён 161 цаил по оцзнка эффектаЕноста способа предотвращения Еыбро-сов - гядрорыхланая угольного масса гз - с прамзкзнаом аппаратура система АКМ, в т.ч. ЗЭ цаклоз (545 м подвяганая забоев) о е.2то матя з я ро в а ннс 5 ныдачзЗ закяючэнгд на ЭВМ. 3 13 цаклах оцз.ч-ха было выдано заштчаняе "назффектяЕНо" воладотваа некачественного екполнзкяя способа. В остальных случаях, пра качественном выполнении протаЕОЕкброс.чых марояраямЗ, по яспытуемому методу выдавалась заклвчзняя "эффективно".

Испытания подтвердила правильность предложенного нратэрдя сффактапноста протдвовыбрсснсй обработка угольного массам, достаточную надежность мэтода я его практическую прагодкость для установления факта выполнаная мзропряятая я оценка его эффектаэ-носта. Метод менее трудоемок, более технологячзн а на' трабуат больсах стоямосткых затрат по сраЕненаю с прякенязмкм норматаз-ним методом контроля. Тэхняко-экономдчэскай расчат показал, что эффект от внедрения автоматязярованкого метода контроля 1 аффзк-тяеностя протявовыбросных мзроприятай с применением аппаратуры АИЛ на I и содваганая забоя составляет 5,59 руб. (в ценах 1990г.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основаняи исследований газодинамического состояния пра-забойной частя угольного пласта, динамики концентрации метана в выработках а бляянил на них протявовыбрссных мероприятий раз-

работая способ контроля выполнения я еффактлвности противовыб-росных мероприятия.

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

положение минимальной глубины выбросов определяется газоносностью угольных пластов;

газоносность угля на минимальной глубина выбросов является критической по энергетическим условиям их возникновения. Газоносность прязабойной части угольного пласта, оставшаяся после выполнения протявовыбросных мероприятий, может быть принята в качестве основного показателя для оценки вффективностя способов борьбы с выбросами;

при газоносности в призабойной частя угольного плаота, оставшейся посла выполнения протявовыбросных мероприятий, менее критической, обработанная часть угольного пласта является невы-бросоопасной, а выполнение протявовыбросных мероприятий - эффективным;

газоносность в прязабойной частя угольного пласта распределена неравномерно и изменяется по мере удаления от забоя в глубь массива горных пород от величины, равной остаточной газоносности, до значений природной газоносности. Поэтому для оценки эффективности противовыбросных мероприятий должна приниматься средняя величина газоносности в призабойной частя угольного пласта, оставшейся после выполнения способов предотвращения выбросов угля я газа. Средняя газоносность в прязабойной частя угольного пласта не превышает 50$ от природной газоносности, а после эффективного выполнения протявовыбросных мероприятий - 30%;

газовыделение при выполнении разгрузочных пазов и щелей происходят интенсивней, чем при гидрорыхлении. Газовыделание при

гидрорыхлении растянуто во времени и происходит не только во время выполнения противовыбросных мероприятий, но и в процессе выемки угля, поэтому при оценке эффективности гидрорыхления величина оставшейся газоносности долина приниматься на 40% ниже среднего ее значения в призабойной части угольного пласта;

оставшаяся сазоносность угольного пласта может быть определена как разность между средней газоносностью в призабойной чести угольного пласта и удельным количеством газа, выделившегося в выработку во время выполнения противовыбросных мероприятий;

количество газа, выделившегося в выработку во время выполнения противовыбросных мероприятий, определяется о помощью системы АКМ по динвмике концентрации метана, записанной на диаграммной лента;

между данными об удельном гээовыделении в выработки при выполнении противовыбросных мероприятий, полученными по результатам измерений газоносности устройством Л1 Б, и данными системы АКМ существует тесная корреляционная связь, что свидетельствует о достоверности последних;

по мере удаления от забоя выработки происходит "размывание" газовой волны, что накладывает по условию достоверности определенное ограничение на возможное удаление пункта измерения концентрации метана от границы зоны смешения. Выполненным аналитическими исследованиями динамики концентрации метана на границе зоны смешения установлено, что предельное удаление пункта измерения составляет от 256 до 477 м, а оптимальное - 20...30 м;

операции по оценке эффективности противовыбросных мероприятий могут быть записаны в виде программ, которые позволяют автоматизировать с помощью ПЭВМ контроль эффективности противовыбросных мероприятии;

проведенные огштно-промкшленные испытания подтвердили надежность автоматизированного метода контроля эффективности про-тивовыбросных мероприятий с помощью аппаратуры системы АКМ и технико-экономичесьую целесообразность его применения. Метод рекомендован междуведомственной комиссией (акт приемки и протокол испытаний от 16 мая 1989 г.) для внедрения в подготовительных выработках на шаетах Донбасса.

Экономический эффект от внедрения метода на I м подвигания забоя выработки составляет 5,59 руб. (в ценах 1990 г.).

Основные положения диссертации'одубликованы в следующих работах:

1. О создании автоматизированного способа контроля выполнения противовибросных мероприятий.П.Ткачук: Информ. письмо.-Донецк: ЦШТИ Мицуглепрома СССР, 198Э .~4с.

2. Больпшнский М.И., Ткачук С.П., Грязков B.C. и др. Для обеспечения безопасности горных работ /I Бэзопаскооть ¡.труда в промышленности. - 1989, № 6.- С. 29-31.

3. Технико-экономическая оценка эффективности мероприятий по технике безопасности J Г.В.Саенко, Л.А.Вайнштейн, Е.М.Ярославская, С.П.Ткач/к: Обзор - М.: ЦШЩуголь, 1990. - 42 с.

4. Ткачук С.П. Автоматизированный способ оценки эффективности выполнения противовыбросных мероприятий по данным аппаратуры системы АКМ (Сб. докл. 24 междунар. конф. н.-и. ин-тов по безопасности работ в горн, пром-сти, 23-28 сент. 1991 г. - Донецк, 1991 - 4.1.- С. 401-407.

5. Методические указания по классификации газодинамических явлений на угольных шахтах/А.И.Бобров, Л.А.Вайнштейн, В.Е.Зай-дэнварг, И.М.Петухов, В.Я.Привыко, С.П.Ткачук и др. - Донецк: ЦНШ Минуглепрома СССР, 1991. - 18 с.

6. Опыт разработки выброооопасных пластов у технических границ шахтного поля на шахтах ПО "Ордлюникидзеуголь"У Ю, А.Ру-сакцов, С.П.Ткачух, И.А.Новичихин, М.А.Ильяшоз: Илформ. письмо.-Донецл: ЦШТИ угольной пром-сти, 1992. - 4 с.

7. Научные основы автоматизированного метода контроля эффективности опособоз предотвращения внезапных выбросов угля я газа по данным аппаратуры АКМ УС.П.Ткачук: Кнформ. письмо. -Донецк: ЦШТИ угольной пром-сти, 1992. - 4 с,

8. Автоматизированный контроль степени дегазации угольного пласта при выполнении локальных противовыбросных мероприятий УС.П.Ткачук: Инфюрм. письмо. - Донецк: ЦШТИ угольной пром-оти, 1992. - 4 с.

РЬтапринт КакНИИ. Заказ К 232-100 экз. Подписано к печати 15.05.92г.

г, Макееэка Донецкой обл., Лихачева, 60