автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Структура газового баланса и обоснование параметров активной дегазации выработанных пространств выемочных полей для их интенсивной отработки

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ УГЛЯ

На нрлплх рукописи

. /МАЗИКИН Валентин Петрович

УДК 022. 831

СТРУКТУРА ГАЗОВОГО БАЛАНСА И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ АКТИВНОЙ ДЕГАЗАЦИИ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ ДЛЯ ИХ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКИ

Специальность 05.15-11 — физические процессы горного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1092

Работа выполнена в Кузбасском полнтсхннчсском институте п на шахтах Кузбасса.

Научный руководитель — заслуженный деятель пауки п

техники РФ, доктор технических наук, профессор Колмаков В. А.

ОфицпалыГые оппоненты: —доктор технических паук, профессор Мясников А. А.; кандидат технических наук Шахматов В. Я.

Ведущая организации — концерн «Севсрокузбассуголь»

Защита состоится « & » ^ 1992 года в № часов па заседании специализированного совета Д 003.57.01 при Институте угля СО АН РФ.

((650610, г." Кемерово, Рукавишникова, 21, конференцзал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

Автореферат разослан » 1992 г.

Ученый секретарь специализированного сопстп, доктор технических наук,

профессор В. Н. ВЫЛЕГЖАНИН

иЕГЛЯ XAPAICTEFí'CTiníA PnEGIú

Актуальность работы. Увеличение глуpanps. jT~tf угсльиих пластов, потл1С1"ле нагрузок на забой, ropsrux работ

и рост объемов выработанных пространств сбуалоггл.-.-: наличие pl jí:c.. газообильнссти гахт. В Кус бас с в сулестьолксе ел:::;;п:с на peer газо-обнлг.ностм гш раб о то к о пази;.'an-1 в$/езагс#г псреди г. пласги-сгутни:"!, язлл!Х!иеск главным коллектором ¡.-.стана. D плгтогг;.-^ яргия болоэ £0?5 шахт бассейна относится " езеохк гегор::1,-/ по ■'зт;л-гу, где упра^лени^ газовой обстановкой. в выработках достигается с о в ел {;: :с т г о зли:: м ;! созданием новых средств управления вентил-г:;':^ :: де:азг1Г"",Л сах?. Несмотря на оти изрц, зопрссы с1пглс::иг; :: о '.'а: б; ■ л ь н с о т: i зурлбет.г/ для обеспечения нормальной галозо;! обатдисп.*:: г. ллхтах еггл^т^л весьма проблема ТИЧШЛС1. Свидетельством a ve го является етлгод'кя регистрация различат бидон г газирозак.;."! атмосферу на га« т х Кузбасса. При определсшп/х условля . загазПрспамил я^чбо' я реализуется во всгтьплси,- взрывы, привод:-? к аласпяи и тразкатнзму, что резко сгсгтает уровень безопасности я гзеизгз грензкед ства на угольных ггахтах.

Опит работы сахт Кузбасса показзжает. что наряду с певигеиис;'. эффективности мер борьбу с г аз о и сра-стзагл! zcan тлях^г.-' постоянно распиряется область применения способов н сгсм дегаза^гл плаетиз-спутнкков и выработанных пространств.

. Суть известных пркмеплеют мер иорьбы с неггновйделзнием из r/j-работанкых пространен а сгодилась к осузеегзгю::» аэрод^пгз^г.'ескс.". связи этих пространств с газоотсас:та-г;н.\г* устройств а.\г! Сзз анг.гзнз-го регулирован!:- объема каптируемого метана. Сдкано уггличениз добычи угля, рост концентраций горнтх работ tí фэр",ирсг;аннз болнгтх площадей виработэ"нъгя про с jühctb приводят к пнтснслзнгс-

ти и масштаба метансвидгтенил, еннх добычу угл.т л тенлм проза -

дения под^отови j."bHinc вкрабс >::.

Поэтому задача разработки новых с^ентисылс cr.cccfor» :: с;:зм управления метановыдэ^еннем в пахтах лвляетсл лсс'-иа гитуалы-оЛ.

В осксзу нссертацни пололега результата ^.следованн,":, лрзг-е -легкий:: в 19о5-тоЭ1 tv. в coon . гстзия - отраглзгмм": г.рог^Е.м;.»->мн н тематическим пл'чом КузПИ (" Г? С18ЭС0251£б. при г-сл-сргг.ствеч.чам участей аз то ■ .

ц.ль ьлботн - пезиление интенсивнее.":; с-р:бс":::! газе б»*л*-И:.*у акекочнах за сче" ак'-'вь-гс у1 '•.h.w/.л

дегазации выработанных просгр" гств, обеспечивающего бе;>опас. jcib . еффекттгссть процессов угл сдобь."-::;.

Клея ;;а(ютн заключает*4«: в изкенелгст структуры газового баланса посредством использования вертикальных фланговых сквашн с Управляемыми аэродинамически«;? харя::терис тиками, обзспечивас^иш; получение требуечой оффектлшгсстн дегазации выработанных пространств.

Задачи исследован?Л:

- установить структуру газового баланса горних выработок вые-точных полей uari' для выбора способа упрааасния газе ледоле!

- tjanp 0отатх> ьатекатнч^ску» ¿эдиль газоперзнаса в мас( ше выработан;:!»: пространств с учетом влияния фильтрационного сопротивяе-ния доформипованного массива пород;

- установить закономерности влияния параметров дегазация при различных схемах расположения скважин на величину дебита каптируемого гада;

- разработать способ дегазации вцработанних пространств выемочных поле»; вертикальными флан^овк^и сг'ваг^гнани управляема.! расходом га&овоадушних смесей дг** обеспеченил т^збус-^ой эффективности газоуп-раьленнл.

i¿aтс ды исследований:

- инструментальные наблюдения по замерный станциям в шахте и на поверхности для установления структуры газового оаланса гыработок uucirj'iü.'ix полей;

- математическое иоделировант'о на ЭВМ газодинаютеского сопрс-TKj-ленчя выработанного пространства для определения величины газопереноса из деформируемого массива i: скпажшюА!;

- пгх-лше замеры параметров дегазационных систем при различных схемах расположения сичахин для количественной оценки деб'.!та каптируемого газа;

- преектко-кокгтрухторекке разработки по создании нового способа дегазации вь'рабошпи-тс пространств . ih повьпения о^фектявности гаэсуправления в г-!.ч,кучкнх полгх

Н,-.у;к!.е когокснил, Бкьаотг.-'е на ча^пту:

- струптуро ¿оркя^свою'ч газового бтаись гчеиочннх пегей су~ cccrrf.ffic sí-F'/сит от г.цбгнк зеды:гя горнкх tai'oT, rtcutwci гости напру:..;." ¡-а ьлбок, повода врс:/еик отработки с?олба, иьчгасивностк дс'лг-т у:.-,л и пл^дч рцраЯлгашого лр -страисгга;

- катечатическач модель газопсреноса з гмссиве выработанного пространства »клзчяет: дебит г ас . стш&тянн и с о про—пленив вирабо -данного пространства, псзссллиг^е учесть регяи фяяьтрации ъ кем га-па К СКВ£гЗПб а СЕЯЙ!! о длиной его путп, скорость» подвчгалиц члбоя, данной зысмогного поля по протирая:'*), пористостью, газопроницаемость а обрученных пород п свойствалгч гадя;

- сф?--. лттжость -огазгщип определяет-гя иэчвпекиен газообялнос-'-ГП гчрабо'.'анного пространства в ¡увисгтдас'.'п от гелкч регулч [:</■» 4-ига» расхода гг->а екзшяпга для хсяхр&пшх аэродяншепьетх гаранте -рнстак выработанного пространства;

- технологическая схема п геометрия зало;. ешш стаааин в в и работнике пространства ъксг.очних полоЛ сусеспдоаю пхяя»? иа ой ':м газо;осгс коллектора, ирс'«л ого кстояеняя, концск'Ургщпа яаптиругаого газа п интенсивность газовндолания яз ста;;'"» гир^Зогмпт;« простр-лшга в сб5«о ходят*"з струи гир-досгол яил'-г'иого поля;

- активная дегаэпцяя выработанных пространств с управяяемии пз

iрасходом газа позволяет повесить гс!гс;:с!глность отра£отхя пммздч-н!,"3 паааЛ п. удучуять технико-эяоиошгоесгсиа полаз?/зли работы пахт.

Достоверность каудопг голеагплЯ обося»" -аьн:

- прздетапятелып'и объемои иохтних элспор:!!:гптор ч низтру«он-тадьгах чабл^дг-тшЛ п 29 яиеулчтк полях на б пахтах Ленинского рг.йо-на Кузбагсз;

- 1'доглс?эортгельной сходдгостм расчаггих г фактических аагл:-х'згактеркеупя ьиекочшх полей при различных ехз'-ах и способ«

дзгагацпм (пог^с£Г.ост;> 1?о <<олса -102);

- внедрением результатов п горное произведет.«, увеличение.'.! нл-успсягиосте отраооткн виспочныж полсЛ п егтагвинеа опасности по газогену фактору.

Научная нопнпна -рабс-ч! эаклочае'\:я з слздут;ем:

- установлена ноеыо пр^с лпления в фориированни ст{ -ктуры 1'а-г:орого баланса виеиочголс полей при активней до1 азпцни выработанных пространств я евлли с роцисналыл.ад располозс пси схза.-я;н;

- разрабс; па и обоснована математическая модель газопер<"Носа е выработанном г -острчлстпе, о', тчьяча"- -я учотом релкма распг-долз-ш сопроя! вябшг м.чесива двизени» газа к сх^ляиле;

- устаноглены аакошжерносги т -няняя парапет. в дегазации на велкч:'."-' дебита хап?"Ау«;:мго гчяа, отличаъ /лес я учетом глубкии рогу-лировавПл г»адги*исиям ь /.еглл'и^сги.?--'. гкйл-иилх;

- г.богача тсх>'сясриасс!{а{5 определи» гсоуст^Г:! ••.•.••

.гокения вертикальных фланговых екважнк в выработанное пространство ¿смачных столбс , узктывгшзиа расположенно газоиого коллектора для ieci:ei:cHHÄ требуемой сф^ехтньности газоуправления в выемочных по-.:>:х сахт.

Д:1"ный в то; ад автора состоит:

- в формулировке задач и обосновании истодов исследований;

~ в установлении зависимостей гадоввдсления из выработанных

грострачст в скпачкан с учетом азродика^тческого сопротивления массива при разлтии:: рентах фильтрация газа;

- г, pnopaCoTbj гателк-тичссноЯ модели гдзопереноса в выработанной пространстве выензчних полой;

- в установлении зависимости изменения гздообпльностя, расхода воздуха и концентрации газа в очистном сабов от s епнчкиы рзгулиро-вшгая аадликзк дегазационных сквасик;

- в разработке технологической схеиы п параметров залоиения вертикальных фланговых сквапин в выработанное пространство, вксхочныг поле?,.

Практическая ценность работы. Результаты выполненной работа позволяй?:

- совершенствовать истоду установления cvpyxifypa газовых балон-' сов уголька* tsaxv на ссковэ учета газовцдолония из старых tbipc^ovaii-

ных пространств су.еивд выеиочных полей;

- моделировать прощ сс гсзопергиоса гшрг-ботаиных просчгракста выемочных полей в дегазациошгао енвакшы;

- пучел с >одолсн:м велшипи регулирования расхода газа поддерживать требуемый коэффициент эффективности дегазации выработанных пространств;

- пкСлригъ useva расположения вертикальных дегазационных фл^н-гог.х севалка для повшекпя нагрузки на вискс юс поло, улучшения toxi 'ко-эколоиичзских показателен работы шахт и обеспечения условий охраны тр!да горняков.

Реализация ,,або?ы. Научные результаты и г.иалтгчссучч' рехеиендь-цяи вопли составной часты? в разработанные с участие. гл-лщ "Временные рекомендации по снижения гузообилъкоети выемочных . частког шахт Кузбасса поверхностные гезоотсесывахсда'-К вентклятораии" (Кеме-роьо, ВостН/М, Ivi>3). Разработсншй способ дегазации еырпбетанных пространств признан изобретением (A.c. 1559207), апробирован при дегазации выработан^:* пространств двух сиевных выемочных голей J? 3 к К '2 лл.Брдегсгого яа п."К<жсомс.,г<;ц"' Леикнсаого района Кузбассе, *лоз-ьогтег полутать яг'Сч r'vn дегазация. Реалыгчй окококучсс-

кий эффект от внедрения разработанного способа по одному среднестатистическому выемочному полю составляет 120 тес.руб.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на технических советах "Денинскуголь", "Беловуголь" (г..Ленинск-Кузнецкая, г.Бзлово, 1990 г.) научном сеипннре кщредры аэрологии, охраны труда л природы КузПМ (г.Кемерово, 1991 г.), на Всесоюзной научной конференции "Управление вентиляцией i газодина -кичезкими явлени."'«: в шахтах" (г.Новосибирск, 19Э1 г.), на 7 Всемирном конгрессе по механике горних пород (г.Аахен, Германия,1991 г.,

Публикации. По результатам выполненных исследования опубликовано 5 печатных работ, получено авторское свидетельство из. кзобрете -

и. д.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, вести глаз,заключения и содержит 170 страниц машинописного текста, 27 таблиц, 32 рисунка, список использованной литературы из 70 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Увеличение добычи угля связано с внедрением высокопроизводительной добывавшей техники, совершенствованием технологии и изысканием новых способов снижения газообильности горных выработок. С увеличением глубины разработки задача повышения добычи угля за счет увеличения нагрузки на забои и выемочные поля находится в прстмво -речии с ростом метановыделения в шахтах. Трудность реаекил этой задачи состоит в гом, что высокая газообильность выработок с общей исходящей струей из выемочных полей является одерживающим фактором в увеличении добычи угля, в то время как добычные участки и подготовительные выработки еще имеют резерв „:ста дос'ччн угля и скорости проходки выработок по газовому фактору. Действующие выемочные поля имеют также аэро,г. :нашческую с ¡зь со смежными полыми, которые являются источниками поступления газа. Таким образом возникает необходимость управлять режимом газовыделения за счет средств вентиллции выработок с общей исходящей струёй, как из действующих, так и из смежных выемочных полей, что свидетельствует об актуальности разра ' угы -ваемой темы.

На шахтах Кузбасса рост газообильности выработо определяется увеличением гаэовыделения из выработанных пространств за счет поступления газе чз пластов-спутников и вмещающих пород. В ^езулг 'aTi

анализа источников газовыделения на шахтах применяются ра/ ;ичныс способы и схемы дегазации выработанных пространств, иногда без достаточной оценки коэффициента эффективности работы дегазационной системы.

В настоящее вреия насчитывается более 50 различных схем и способов дегазации разрабатываемых угольных пластов, пород л пластов-спутников. На шахтах Кузбасса применяются лишь некоторые способы дегазации разрабатываемого пласта, пластов-спутников и выработанных пространств. Наибольшее распрост^нение в последние годы получили способы дегазации выработанных пространств вертикальными скважинами, пробуIюти..л в купола обручения пород кровли. Теоретически^ и практически« вопросы дегазации угольных шахт наоли своё решение в тру -дах академических, отраслевых, учебных и проектных институтов /ИКОН РАН, ИГД им. А.А.Скочинского, ВостНИИ, ЫакНИИ, ИУ СО РАН, МГИ, ЛГИ, КузПИ, 1СарПТИ, ПечорНШ и др. Исследованиями многих отечественных ученых, например. \.А.Скочинского, Г.Д.Лидина, А.Т.Айруни» Б.Д.Алид-заева, А.С.Бурчакова, Г.И.Грицко, В.Н.Вылегжанина, А.Ы.Карпова, В.А. Колмакова, А.А.Мясникова, В. Н. Мурашов а, А.М.Морева, В.Н.Пузырева, И.Ы.Печука, А.Э.Петрог"на, А.С.Рябченко, Г.П.Стекодьщикова, Б.Г.Тарасова, О.И.Чернова, А.С.Цирулькикова и др., внесен существенный вклад в разработку теории и практики дегазации газоносных деформи -руеыых угольных и породных массивов. Традиционные способы дегазации шахт предусматривают бурение сква:.лн в выработанное пространство действующих выемочных столбов и обычно упускают основной источник газового баланса - старые выработанные пространства. Исследования показали, что доля этого источника в газовом балансе уклонных или бремсбергов! полей (блоков) в Кузбассе составляет более 50-80% от общего газовыделения всех выработок блока, т.е.

V йп '

где , Кз - коэффициент загрузки вентиляционной струи газом;

X, У} - соответственно аб олютная газообильность поля и суммарная газообильность всех источников газоввделенич за исключением старых выработанных пространств, м3/мин.

Установлено, что дегазация старых выработанных пространств позволяет более чем в два раза увеличит^ нагрузку на выемочный блок.

Исследогания показали, что изменение газообильности выработанных пространств в зависимости от площади добычи угля и времени отработки пласта происходит по следующей зависимости:

.7, = а: ^-¿¿ ¿пХ;, {г,

гдэ «X' - абсолютная газообильности выработанного пространства, tP/mn; L = 1,2,3 - индексы, соответствующие пара^трам плецади вы

о

работаиного пространства, добыче угля и времен:-; сг/, Ь[ - -

ческие коэффициенты; - соответственно значения площади вы,.:6о танного пространства, добычи угля и времени.

С другой стороны, определено, что при дегазации выработанных пространств схваг.инаки.1 газовыделение в ш"* изменяется от времени отработки угольного пласта по завие .мести

Cf*a + i£nt+cA t, (3)

где Cf - расход газа скважины, м3/иин; - вреля от ничали работы скгажини, сут ; а , ё , С - эмпирические кес-^ициънти.

Слетая по характеру зависимость выделения газа из выработанных пространств d выработки и скважины привела к необходимости угравла -нич дега^-дией пырзботанних пространств, как основного c;jöi;ctp,i 5орьбы с газом из этого источника гаяовчдзл-'нич,

В последние годы наметилась тенденция к дегазации старых выработанных пространств наклонными и вертикальными скважинами, пробу -репными в выработанное пространство верхнего отработанного выемочного столба. Недостаток известных способов дегазация старых выработанных пространств состоит в том, что они не учитывают поступление из них газа в действующие выработки и скважякы При отой поступлении газа в действующие выработки зависит jt объема газа, который нахо -дится э частично сохранившихся и изолированных выработках, едкнччных и смежных выемочных блоках, а неравномерность поступления газа в скважины зависит о? сопротивления массива и рехкчов фильтрации газа через обрушенные поводы к скважинам, по которым каптируется гаг.

Поэтоцу для повышения ^ффективноч. /и дегазации старых выработанных пространств рекомендуется переходить на дегазацию с управляемым регулированием j ^схода газа (рте Л). Таким образом, решение проблемы повышения концентрации, интенсификации горных _абот, увеличения объемов добычи угля и снижения его себестоимости зависит от аффек -

ивнисти дзг'азацг'и выработанных пространств, а ( ,киы из важнейших направлений з этой об :асти явлг^тся дегазация старых выработаннк. пространств для '/даления газа как опасного v вредного производственного фактора и как дополнительного энергетичэског- и химического

сь'рья.

Лрпним'л ао рнимание, что ч. "Комсомол'"'," ЛС "Ленинскуголъ" и г/, е-

а

Рис Л.' Способ дегазации выработанного ..ростраиства вертикально-горизонтальными скважинами с управляемым дебитом газа: а - вид в плане; б - вид сбоку; 1,2,^,4 - устройства регулирований расхода г за; 5,6 -

еквакины

ет высокую газо^ильность, большие площади старых выработанных пространств и достигаемые нагрузки на один очистной забой - боле-з 6000 т/сут , она была принята в качества базгюй вахты для проведения исследований. Данная шахта разрабатывает пологопадающие плзстч средней мощности, которые сопровождаю? по толще пласты-спутники.При этом на шахте разрабатываются высокогазообильные сменные выемочные блоки со значительный! площадя).:и старых выработанных пространств, ■ которые дегазировались традиционные вертикальными фланг чыми скьа-жинами. Анализ ха аист ера газовыделеичя в скважины побудил к разра -ботке нового более оперативного способа управления дегазацией выработанных пространств для получения тр?бу?мой активности.

Реализация цели и задач работа предусматривала два направления исследований: повышение расхода каптируемого газа путей учета режимов его фильтрации к скважине в выработанном пространстве и повышение эффективности работы дегазационной системы скважины со средст -вами регулирования, что отражает зависимость

(4>

где Ос - расход газа скважины, ы3/мин; Н - закуум у скважины, Па/м; - газодинамическое непротивление мае с и ь^, па' с; 'Ум ^1 . т- показатель режима фильтрации газа в обрушенных породах; £ -площадь фильтрации , м .

Решение задач первого направления предусматривало разработку способа регулирования дегазации выработанных пространств путем учета режимов фильтрации в них газа.

На основании проведенных исследований, по данном проф. Е.А.Кол-макова, получена формула для определения газодинамического сопрот з-ления движению газа через выработанное пространство к дегазационной скважине з зависимости от длины пути Фильтрации:

"к^Гс/Ы, К*,) , „,41.п

где - газодинамическое сопротивление Па"с /м " ;

И -'-градиент падения давления, Па/м;

С - длина пути фильтрации, м;

I) - скорость подгигалия забоя,.м/еут;

V - время подвиггнил заб^я оч мои-, ажной камеры , сут;

Ц - (••гсст-.^ние от сж;; ны до забоя ¡.о с си у. м;

Х- - .""¡¡на «ыечрчнет о столба, м; г.

V - кинематическая вязкость газа, м"/с;

К - газопроницаемость выработанного пространства, ¡/";

Р),- пористость б . гботанного пространства; - плотность газа, кг/м3;

/7) - показатель режима движения газа (при = 1/2 - турбу-' ливтныП; т- 1 - ламинарный; I >/¡7 > 1/2 - промежуточный рекиц).

На рис.2 для примера показаны графики зависимости сопротквде -нин. выработанного пространства при фильтрации через него газа соот-«отственнс к передней и задней фланговым скважинам при ламинарном, промежуточном и турбулентном режимах фильтрации.

Из приведенных данных видно, что величина газодинамического сопротивления выработанного пространства движению газа существенно зависит от режима его фильтрации и от времени существования выработанного пространс' а, в результате чего происходит изменение характера зависимости сопротивления от прямолинейного к криволинейному. Практическое значение провеаенных исследований состоит в том, что, учитывая режим-фильтрации газа, время существования выработанного пространства, скорость подвигания забоя, длину выемочного столба, расстояние от очистного забоя до скважины, пористость и проницае -мость выработанного пространства, а также состав газовоздушной смеси, можно управлять величиной газодинамического опротивления выработанного пространства. Подставляя величину сопротивления в формулу (4) при заданном разрежении в нижней части скважины, определяем расход газа, его концентрацию и получаем требуемый коэффициент эффективности , згазации по формуле

где коэффициент эффективности дегазации;

- расход газа, выделяющегося в выработку из выраоотанного пространства, кфмин;

О; - расход газа, удаляемого из выработки дегазационной скважиной, м3/мин;

Кн~ коэффициент неравномерности расхода газа скважины.

Решение задач второго направления предусматривало разработку нового способа регулирования дегазации выработанных пространств смежных выемочных полей, примыкающих к скважине путем установки регулируемых задвижек в дегазационной системе для получения требуемой

Я-ь-с

ла'с М*

О, O?

ь ,но 0,39 0,30

u ,21

0,12

и /

/

/ / 1

Па-с4^ 0,23

0,19 0,ló

0,11 0,07

0,03

у

л

/

/ /

/

1-4

I

IoÜ 200 3CC 400

400 M 100 200 300 400 ^ M 100 200 300 400 ^ i

Рис.2. л^афик зависимости сопротивления Rt и от расстояния ^ скваккны до забоя при ^а.-?. :чных ^ехимах фильтрации raua: а - ламинарном; б - промежуточном; в - ?yp6.yj. лтном рем.ме

сффективности дегазации. В результате исследований установлено, что за счит изменения величины р^режения на скважине - 760 до 820 даПа удалось повысить расход воздуха в 1,1 раза, расход газа и его кон -центрацию - в 6,2 раза. Огоеделено, что режим движения воздуха,поступающего по вентиляционным выработкам, сохраняемый в выработанной пространстве,- турбулентный, а режим движения газа метана, фильтрующегося через выработанное пространство к скважине,- ламинарный и промежуточный. Установлено, что величина аэродинамического сопротивления выработанного пространства для исследуемых условий составила 5'„0-?00 Па'с^/м", а величина общего газодинамического сопротивления составила гг)00 Па'с^/м при длине пути фильтрации газа по гчработан-ному пространству к скв тане 1500 м. Проверка разработанного способа дегазации выработанных пространств показала, что он позволяет повысить к зффициент эффективности дегазации до величин Каф=0,Ь4 и более против значений Кэф»0,2-0,5 при традиционных способах удале -ния газа из выработанных пространств. Разработанной способ позволяет путем регулирования величины разрежения и расхода газовоздушной смеси, рассчитанной по формулам (4) и (5), при известном аэрогазо -динамическом сопротивлении выработанного пространства по формуле (6) определять и подде. .;ивать требуемый коэффициент эффективности дегазации газа и его концентрации в горных выработках выемочных полей в значительных пределах (рис.3). Определено, что расход воздуха в исходящей струе из выемочного с-лаба изменяется в 1,1-2 раза быстрее, чем расход воздуха, проходящего через выработанное пространство, а расход газа и концентрация газа наоборот - к выработанному пространству возрастают.

С учетом неравномерности характера газовыделения (6) в дегазационные сквалсины произведены исследования по оценке изменения газовыделения прй различных способах дегазации выработанных пространств для получения постоянных во Бремени величин коэффициентов эффективности дегазации.

Исследования проводились при четырех различных способах дега -зьции в сравнении с предлагаемым.

На больших глубинах, где бурение поверхностных дегазационных скважин экономически не выгодно, применяется способ де!азации выра-бс-т&пгых пространств встречными сквагинями, которые бурятся в купоне обручения пород кровли. В результате замерен параметров дегад^дии пр: е..особе ьа ш."Комсомолец" установлено, что характер газо-

вь'деле.-.лл е скважины во времени происходит по зависимости (3). При --

кинцентрации С , расхода воздуха .. скорости движения Сг по длине вентиле .ионного штрека С от величины регулирования

дегазационныг зкважин соответствен о: 1,2,3,4 - ди регулирования; 5,6,?,:' - мосле регулирования

- и -

■-•ем, в зависимости от пространственного положенья скгажлн средний -а -од газа скважин изменяется от I до 12 ы3/иин, концентрация газа ¡•.етана в смеси - от 20% до tío^, подсосы воздуха через породы в скважину составляют 4-16 и3/кин, а величина разрежения устьев скважин составляет от 13,6 до 68 к11а. Результаты исследований позволили сделать вывод, что рассцатриваеьшй способ дегазации выработанных пространств имеет большие возможности по управлению дебитом газа скважин, бслылую маневренность станков при бурении, высокую точ -носti буроЕых работ. Однако большая неравномерность дебита каптируемого газа вэиду переменного расстояния от наклонной части скваиины до газогого коллектора, расположенного в обрушенных породах кровли, обусловливает неравномерный и низкий коэффициент эффективности де -газации, равный в среднем 0,2-0,3. Область применения данного способа ограничивается невысокими скоростями подвиг1.тик забоя и нзоб -ходимостью совмещения буровых работ с очистной выемкой.

Способ дегазации выработанных пространств вертикальными полевыми скважинами с помощью передвииашх дегазационных установок (!ТДУ) по сравнению с предыдущий способом облсдаот рядом следующих дссто -инств: более высокой равномерностью х;ас.хода каптируемого газа, высоким дебитом и концентрацией извлекаемого газа, невысоким Еакуумом, большими расстояниями ме?*ду скзахииа.ми и мобильностью передвижения 'ЩУ в любую часть выемочного блоке.. Однако высокая стоимость буровых работ, возрастаний сопротивления массива движения газа в -ыработан-ном пространстве и рэст какуума, а также удаление скважиной газа из выработанного пространства, который бы не выделился в.действующие выработки при -обыче угля, ограничивают область применения данного способа, хотя коэффициент еГ0 эффективног-и дегазации ссстаьляе? в средней 0,3-0,4.

Способ дегазации выработанных простргшстз чеоез неподдерживаемые выработки к фланговой скванине позволяет "олу^ить высокий pao -ход т*аза в начальный период её работы, снижающийся по мере удаления забоя лав! от скважины г^ зависимости (3). Кроме того данный способ позволяет дегазн овать оольшиь площади выработанных пространств, в : вторые газ поступает из ¡.одрабатываекых и надрабатг^а.мих ^ластов-спутн .ков и вмещающих пород. Однако ввиду уплотнения лороп, возраста; -.я ^противления выработанного пространства движению газа и у. j-личения нагрузи. ta газоотсасыеающие устройс за коэффициент эффек -тивности дегазации данного способа может составлять в.начале работы скважины значение 0,6, а зат^м снижается до 0,1.

Способ дегазации выработанных пространств фланговым-.! скважинами через поддерживаемые в выработанном пространстве горные выработки позволяет при невысоком вакууме у средств ото->са газа отводить на фланг значительные объегш газозоздупных.смесей, даст ^возможность использования одной скважины па всю длину выемочного столба при невысоких затратах и коэффициентах зффекпда . сти дегазации 0,4-0,0.Особое достоинство у данного способа состоит в отводе газа от сопряжения лавы на фланг в сторону выработанного пространства v. з лредот -врал он:! и загазир ;анпя "верхних кутков" очистных забеги. 0; 'ако большие утечки воздуха п зоне выработанного пространства, увелкче -Н '.з обпей гаэосоильпостм участка за счет увеличения проветриваемой г.лсцпду, выработанного пространства, необходимость перераспределения исходяг.ой струи воздуха па две струи в месте сопряжения лали с вентиляционным штреком, а также поддержание вентиляционного птрека в выработанном пространстве и запрет на применение данного способа в условиях отработки пожароопасных пластов угля значительно ограничивают область применения данного способа дегазации выработанных пространств газоотсасываюцимн вентиляторами. При данном способе дегазации регламентируется поддерживать концентрацию "аза в отведенной струе на безопасном уровне, т.к. в случае пожара возникает опасность взрыва больших объемов газовоздушных смесей.

В результате проведенных исследований по установлению эффективности дегазации выработанных пространств при различных схемах рас -положения дегазационных скважин получены данные изменения абсолютной газообильности и концентрации газа, которые позволили сделать количественную оценку эффективности четырех наиболее распространенных в исследуемых условиях схем дегазации.

Анализ показал, что наибольший объем газа из выработанного пространства удаляется наклонными, де дэацион>'чми и фланговой скважиной через неподдерживаемые выработки, а наименьший - фланговой скважиной через i одерживаемы?, j выработанном пространстве вентиляционный штрек.

Исследования показали, что расход газа и концентрация газоз наклонных дегазационных скважин зависят от их пространственного положения и могут изменяться в 12 и более раз. Более эффективна сема дегазации выработанных пространств полеккми вертикальными еязааиин-ми. Однако расход и концентрация газа скважин завис.-; тг.-":ь от пространственного положения скважин, которые могут изменяться в Li-4 раза. Исследг ания показали, что при бурении нескольких „квяж" ' в

выработанное пространство невозможно соблюсти попрание их на од1.у линию простирания и это вызывает резкое изменение технологических режимов при одной и той хз схеме дегазации.

В этой связи наиболее эффективными являются фланговые сквагамы, поскольку расход газа в них и концентрация газа остается практически постоянной на протяжении всего срока существования выработанного пространства. Исследования показали, что качественная картина изменения расхода и концентрации газа при фланговых скважинах с поддергиваемыми и непг \цорживаемыми газоподводящими к ним выработками одинакова, Количественно же Солее эффективной является схема дегазации выработанных пространств с неподдерживаемыми в них выраоотками. Это объясняется тем, что через неподдерживаемые выработки резг.о уменьааюте утечки воздуха, повышается концентрация и расход газа. Приведенные данные наблюдений изменения технологических режимов дегазации в зависимости от расстояния забоя лавы до монтажной камеры показывают, что изменения расхода и концентрации газа в отведенной газовоздушной струе невысокие по сравнению с другими схемами. Это объясняется тем, что к флан овой скважине отводится значительный расход воздуха, которы • снижает концентрацию газа в 2 и более раз.

В результате исследований установлено, что наиболее эффективной для снижения концентрации газа на вентиляционных штреках у лав является схема дегазации через поддерживаемые выработки, а для использования газа в промышленных целях более эффективной является схема дегазации через неподдерживаемые выработки в выработанном пространстве.

Для исследуемых условий определения эффективности дегазации (6) рассчитаны коэффициенты неравномерности расхода газа, удаляемого дегазационными скважинами по длине выемочного поля:

(7)

где С/по*, У - соответственно максимальный и средний расход газа, удаляемого скважинами, 3/мин.

В диапазоне исследуемых расходов газа величиг • коэффициентов неравномерности составили: для встречных наклонных скважин - дн = = 3,1; полевых вертикальных скважин - К„ = 2,5; фланговых верти -кальных скважин с неподдерживаемыми газоподводящими к ним выработками - /Сн = 2; фланговых вертикальных скважин с поддерживаемыми газоподводящими к ним выработками - /С„= 1,8; фланговых вертикальных скважин, пробуренных в старые выработанные пространства по прилагав-

тщ способу дегазация - Кн « 1,4. Значение коэффициента наравно-иеряоетп расхода гзоа скваяин зячисит от сапй-лгны приточья »оэду-ха к нкц через обрупениые породы и эмребогяя, способы дегазация, схекы расположения скважины, свойств масспза я его газоносности.

В результате исследований выявлено, что э выеыочнои пояр ю дяаяь каждого столба кохно выдавить три периода времени, в течения которых изменяется добыча угля, себестоимость я п рэ и з э од и т ел: лс т I» труда горнорабочих, э зависимости от тейпа рлзз:гл1я горних работ. Зтим пвриодсл соогвотстеуа? харак ¡ор изменения расхода гада н воздуха, удаляемого кз выработанного пространства ергдеттил г,с.;'~ тияхцяя .1 дегазаци;?.

Установлена ззаикссгязь ияхху расходом каптируемого газа и ?^хнии0-з;!0К01Гг;'!сс:г::'.::з поггазателлня работы вахты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Д!тсссрт:)!Г'0!:исй работе дянэ ;юзг л рсясмяэ ппушой задачи тдореютссяого и экспериментального обоснования я разработки способа аятганого упразлвнпя структурой газового баланса п дегазацией выработанных пространств выемочшх полей угольных и-ис*.

Основныа научные и практические результаты работы оаклэтавт-ся в следухзви:

I. Установлено, что погагзндз ста'управления гаэо-

ьвделениоа прл интенсивной отработко йыеиочшх полеЯ га счо? ая-ютаюй дсгазец:!Л их выработанных пространств играе? вазнуп роль '1 ?ех5Ш5огяя горного производства на угольных сайгах. Определено, что на структур;: фэр:;ярования газового баланса выемочных полой в ус*'чз::ях В1 эких нагрузок на забоя существенно ятаяот: газоносность шгееявоя, вг^мя отр&б-тхп столбов, добыча угля, площадь выработанного пространств? и фактор аг эдяиакяки. Для одних и тех га горлотохнтесч;::::- параметров выемочного поля изменение гко^с? -' рг'* заложения еявагля» оказывав»' влилнге на газ^обильность вырабо ток за счет актирного аэродинамического рог -шровенкя. Определен-,, что в структур газового баланса выемочных поло., доля гггов;л;оле к..я ид старых р'.набеганных проетракстр составляет 50-Ш£ от о-«]»., газсоблльности г ля.

Полученные на основе шахтных "топерииентов » тематические зпзиск--ости газпсбнлънссти вырлоотаккого ^острянстза от его п*<. щади, добычи углл и пс. золям- расс •• лгнвать нагрузку яч

:!:г-нсй забой с применением активной дегазации гиемочмах полай пу-..'Л учета из ноне::. , л расхода газа скважин за счо¥ регулирования.

2. Разработана ыат(«:а*.'ичоскал модель газопореноса в выработанном пространстве, представлявшая собой зависимость расхода iaaa сквалиньг о? поропада дазлекия при различных рехиыах фильтрации, в которой учтены основные горнотехнические факторы выработанного пространства: градиент падения давления, длина пути фильтрации газа, скорость и время подвигания забоя от монтажной камеры, расстояние от сквохинк до забоя лавы, длина выемочного столба, газопроницаемость

я пористость вырабсданного пространства, плотность, вязкость газа и пезсш его движения в обруаонных породах. Учет этих факторов позволяет по заданной величине разрешения в никной части схзатаны и аэродинамического сопротивления выработанного пространства управлять расходом газа скзамины и газообильностью выработок выемочного поля.

3. Для использования оффектиш:огс аэродингшлческого регулирования г~гообильнос^ьи выработанных пространств разработан новый способ управления расходом вертикальных газодрснагнш; cimumi путём подключения к ним в разном сочетании через задцикки горизонтальных участ ков скважин, пробуренных ж вмргботелное пространство. В зависимости от геометрии их заложения к регуляторов способ позволяет дегазировать одновременно или в сочетании ov одного до четырех выемочных полей с площадью выработанного пространства какдого поля 110-500 гас. «2 и более.

выявлено, что за счет изменения величины разрешения на сквалш-нах с 760 до 82* даПа, рациональной геометрии их заяскения и подмо-чения екваакн к вентилятору удаётся повысить расход удаляем: 'о газа из выработанного пространства, более чем и б раз. Установлено, что величина аэродинамического сопротивления Шфаб о тайного пространства для исследуемых условий составляв*/ 500-700 ria'^Vu , а газодкнахк-ческсго сопротивления - 5000-6000 Па'с/к^ при длине лутк фильтрации газа по ьы. .ботакному прс.трзнстЕу к с к l> с.тин с 1500 м.

4. Устаиовлс 'о, что «эффективность дегазчцг.и выработанных про-

с ранете выемочных пелей определяется: геометрией par-олозенчд сква-жии, а ..висячей от углов сдвижения пород в верхней части вь^кочкего пол. , г зодинешчеехкм сопротивлением де£ормируского массива, которое изменяет рао. д газа скважкии в десятки мг, и разряжением на скваюто, которое изменяет расход газа скваккьк d три-пк.^ н б'лее раз. Произведена количественная сценка эффективности дегазации выра-ботлиьего прс?р2нстг.а при четырех традиционных различных способах

дегазация в срагкснча с разработазпши. "Спредояено, что прм традиционных: способах зеличпгн ког^&цчснтоз ©.'•^е-кгавностй- д«госаа«я составляет 0,2-0,5, а. к®ргда1оя.>рносЛ1 расхода газа 1,83,1, 3 исследуемых условиях с попояьэ" продяагаеуого сиоссба удалось получлть указать:: тгос^лцтсчтоз 0,64 п 1,4.

5. Сбоснэзсли и сг.оррзгпрованн ге( -:стрпчсс!;:(с к

хие паоакэтры активной дегазация ?:*ра5оташ0.-х промраксги, псзяоляэ-сяо повиечть интенсивность отработгл ш/гдозадх полей к ¿»схт-шза добычу угля из г-ис. Л'кого поля в 1,8-2,2 роза. Раололс.лскле ,' ^гьзаци-сннкх сяпаглл з цетокп--: угля 1'-;тду сгссгга1:;) эыг^очгкк* го.:;«-'.! уп-рапленьо рг.сходс;г р.-за с погсс'/п гогл»ол-1ло

вдвое сократить число сква^нн я поснсктгь и^гтс^ипность дйгалац;к! полей.

6. Технкхо-зхокоетчесгсая оценка способа упразлслля длг^гсиягИ выработанных пространств выемочных полей с управляема: расходом позволила установить область его рацлсьалького лрнцр.нен'.'.л на пластах пологого и наклонного падения дсйстзулпнх пахт, а так-с при вскрк'тии л подготовке новых горизоятсз, когда гязогзд'.зленло :'.з старых выработанных пространств ярляетсл сдор-гпз тц«ч фактором в развитии горных работ. Прлионенкс разработанного способа стабилизирует уровень добычи при отработке гачообялъш.'х вкедачшх лолеЛ тахт Кузбасса. Реальны Г! эяонсилческий ьцоехт при дегазации едкого среднестатистического поля составит 720 тыс.руб.

Основное ссдерзан;-е длгеортгл^чи ояублкковачо в еледув^ях ро.бг>-

тах:

1. Мазгаш Б.П. Управление гаеозиделеиися Зменоччкх нолей т.оо-тккальнычи и горизонтально;.':! с!:пагг.'ка1Л! //Подготовка горл::« '.ч'г^'.е-ров :< развитие научнкх лоелидсвалий: Сб.кзуч.тр.-лузбас.пол1г~ех:'. ич-т.- Кеыерозо, 1990.- С.'.'^-Ёб.

2. Временные рекоиендецки по ензезен-ло газосбллънсстл г «¿сточных участков шахт Кузбасса пэгерэа.-стньм газоотеасив-чзяая печтсля'.ога-ми /В.И.бураков, Г.Г.Стенолыцгхсз, В.П.Масччпн и др.; ¡.'ссъК!. - Кемерово, 1988.- 29 с.

3. '¿аикни В'.П. Огсн-а возко*ногтя увсл!~?е:гл.~ кагг.упкл гг. :з.:е-мочноо доле по горнему ¿зхтоиу //Упраалсчяо г.-.зог..дсл>.: п . ояь-ных V.СМ.; ™р. ./.олчто ^"¡'"и

•1. А.;". 1Ь:■'. С7. г' :" Г^.сг 'б дегг.-; 1о7г;":;пго

П1ростр1.гстг. '/.:.Л.}'ол:"!... ¡>.Л..ча:и:к:.н '»'■ др.-,'.' ; .?аг

4.01.69.

o. ¿inorcetischcr Zutritt zur Simulation der ¡'jeoraechanischen

(In i,j/i komplizierten ter^buu^eolo^iijolicn Verhältnissen)/ Vylejzhanin V., Gritsko G., t.Iazikin V. Beiträge des 7 .Internatio-"-.clor Konc"C3cen "aber ielcrnachaniic. Ai-ohi'H, Ii1?!. X-crJ ' . p.C19-