автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Выбор параметров технологии выемки угля и вентиляции при высокой метанообильности выемочного участка

РГБ ОД

и; г а ■

На правах рукописи КОЛЕСНИЧЕНКО Игорь Евгеньевич

УДК 622.272.6:622.411.33

ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫЕМКИ УГЛЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ВЫСОКОЙ МЕТАНООБИЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА

(для условий Воркутского месторождения)

Специальность 05-15.02 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1995

Работа выполнена в Новочеркасском государственном техническом университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, до-

.цент Заблудин И. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сергеев Иван Владимирович; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Кузнецов Георгий Григорьевич

Ведущее предприятие: АО «Гуковуголь» государственной компании «Росуголь»

Защита состоится « £ » уд 1995" г. в /3 час. мин. на заседании диссертационного совета Д.063.30.02 при Новочеркасском государственном техническом университете по адресу: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132, к. 107.

Автореферат разослан « 29 » СХ-^К^С-_1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В. С. БАРАНОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

Важным условием улучшения технико-экономических показателей является увеличение нагрузки на очистной забой. Опыт работы шахт показал, что при разработке метаноносных пластов нагрузка не только не увеличивается, но и снижается. С увеличением глубины разработки угольных пластов возрастает их метаноносность. Это характерно для горно-геологических условий Печорского, Донецкого, Карагандинского и других угольных бассейнов.

Научными и проектными институтами предложены и исйытаны различные способы, позволяющие в значительной мере поднять нагрузку на забой. Однако уровень ее еще значительно ниже эксплуа -тационной производительности применяемых дорогостоящих выемочных комплексов.

Основньми источниками выделения метана в пределах выемочного участка являются лава и выработанное пространство, проветриваемые единой системой выработок. При высокой метанообильносги участка во время выемки угля возникают большие затруднения из-за недостатка свежего воздуха в очистном пространстве. При • этом эффективность использования поданного в лаву воздуха очень низ -кая, так как до 80 % его уходит в виде утечек в выработанное пространство.

Ранее исследованиями установлено, что многие параметры технологии выемки угля влияют на метанообильность лавы. Вместе с тем совместное влияние параметров технологии выемки на уменьше -ние меганообильности и повышение эффективности проветривания лавы недостаточно изучено.

В связи с этим выбор параметров технологии выемки угля и вентиляции при высокой метанообильносги выемочного участка, обеспечивающих существенное повышение нагрузки на очистной забой по газовому фактору по сравнению с достигнутой в этих условиях, является актуальной научно-технической задачей. 4

ЦЕ)1Ь РАБОТЫ.

Установить закономерности и зависимости, которые должны быть использованы при выборе параметров технологии выемки угля и

-г-

аэродинамической сети при высокой меганообильноети вгемечного участка, что позволит увеличить нагрузку на очистной забой ло газовому фактору.

ВДЕЯ РАБОТЫ.

Заключается в использовании естественной дегазации пласта и перераспределении потоков воздуха для одновременного уменьшения интенсивности выделения метана во время выемки угля и утечек воздуха из очистного пространства.

ЗДЦАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ:

- установить зависимости утечек воздуха из очистного забоя от длины лавы и параметров вентиляции;

- разработать математическую модель и методику имитационного моделирования процесса выемки угля, выделения метана из источников, расчета концентрации метана и нагрузки на очистной забой по газовому фактору;

- определить параметры очистного забоя и вентиляции для исследуемых условий;

- провести промышленные испытания методики расчета нагрузки на очистной забой по газовому фактору и выбора параметров вентиляции.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Применен комплексный метод, включающий:

- шахтные измерения и статистическую обработку данных;

- физическое моделирование на аналоговой машине;

- имитационное моделирование на ЭВМ процессов выемки угля, вьщеления метана и формирования концентрации метана по ходу вентиляционного потока;

- промышленное внедрение результатов исследования.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

- обоснована методика выбора параметров технологии выемки угля (длина лавы, схема работы выемочного комбайна, про-

должительности цикла выемки угля) и параметров Еентиляции (площади поперечного сечения подготовительных выработок, расхода подаваемого воздуха для проветривания выемочного участка) при высокой абсолютной меганообильности лавы и выработайного пространства;

- впервые разработана математическая модель расчета нагрузки на очистной забой по газовому фактору, отличающаяся тем, что при расчете моделируются в динамике процессы выемки угля, выделения метана в лаве и движения воздушного потока по лаве и через вьфаботанного пространство;

- выявлены закономерности утбчок воздуха из очистного забоя в выработанное пространство и распределения воздуха в пределах выемочного участка.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА исследований состоит в следуощем:

- впервые установлена зависимость величины утечек воздуха от длины лавы, площади поперечного сечения подготовительных выработок и расхода воздуха, подаваемого в лаву и для подсвежения, при применении прямоточной схемы проветривания на выработанное пространство, позволяющая обоснованно выбрать их рациональные параметры для увеличения нагрузки на очистной забой;

- впервые установлено, что длина лавы должна определяться с учетом ее влияния на естественную дегазацию пласта и утечки воздуха из очистного пространства, что позволит уменьшить интенсивность вняеления метана при высоких нагрузках на очистной забой. С повышением природной метаноносности пласта эффективность увеличения длины лавы возрастает;

- установлено, что при увеличении длины лавы изменяется структура газового баланса' в исходящей лавы: удельный вес постоянной составляющей метана растет, а переменной -уменьшается, что приводит к уменьшений вероятности зага -зований во время колебаний расхода подаваемого в лаву воздуха.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧШИЕ РАБОТЫ.

При разработке одиночных или свиты метаноносных пологих

-А-

пластов разработанная методика позволяет выбрать рациональную длину лавы, поперечное сечение подготовительных выработок, схему работы выемочного комбайна, а также определить необходимый расход воздуха для участка, распределить его для проветривания лавы и подсвежения исходящей из лавы. Выбор этих параметров обеспечивает значительное увеличение нагрузки на забой по газовому фактору и повышает безопасность работ. Методика может применяться' для действующих и проектируемых выемочных участков.

При разработке угольных пластов с природной метаноносностыо более 25 м 3Л и высокой метанообильноегью выработанного пространства разработанный метод рационального распределения воздуха на участке является одним из основных способов увеличения нагрузки на забой и обеспечения безопасности работ.

Применение рекомендуемых параметров позволяет в этих условиях применять экономически рациональную длину лавы при высоких нагрузках на очистной забой, повысить концентрацию работ и снизить затраты на вентиляцию.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫВОДОВ И

РЕКОМЕНДАЦИЙ.

Научные пологкения установлены в результате большого объема шахтных измерений, которые проводились в течение 10 лет на трех шахтах в 15 лавах при подвигании очистных забоев по падению и простирании пласта, физического моделирования на аналоговой машине, математического моделирования на ЭВМ, достаточного аналитического обобщения. Отклонения результатов аналитических расчетов и шахтных измерений не превышают 10 %. Полученные параметры были апробированы во время промышленных испытаний в эксперимен -тальных лавах длиной до 300 м.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ.

Выводы и рекомендации были использованы на шахтах "Ворку -тинская" и "Северная" АО "Воркутауголь" (технический акт по НИР № 3847 от 21.12.1984 г., акты о о внедрении НИР от 1.01.1985г., 2.11.1985 г., 20.02.1988 г.). Промышленные испытания проводи -лись по разрешению технического директора объединения и главного инженера Управления Печорского округа Гоегортехнадэора СССР.

-s-

За время отработки экспериментальных лав № 1215, "> 513-Ю и !,' 522-Ю длиной 240-300 м среднесуточная нагрузка на лаву достигала 2175...2500,т. За весь срок отработки этих лав производительность горнорабочих очистного забоя была на 62,7 % выше, а себестоимость I т угля по лаве на 15,5 % ниже, чем в остальных лавах на пласте Четвертом.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные положения и результаты работы были доложены на технико-экономических советах шахт "Воркутинская" и "Северная" •АО "Воркутауголь", на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Новочеркасского государственного технического университета.

ПУБЛИКАЦИИ.

По результатам выполненных исследований автором опубликовано 6 работ, в том числе 2 методики расчета нагрузки на забой по газовому фактору и параметров вентиляции, утвержденное Минуглёпромом СССР.

ОБЪЕМ РАБОЙ.

Диссертация объемом 191 с. состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы из 103 наи -менований, содержит 21 рисунок, 40 таблиц и 3 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ.

В последние годы было выполнено большое количество исследований, посвященных совершенствованию технологии разработки метано -носных пластов.

Значительный вклад в становление методов исследования, совершенствование технологических схем разработки и схем вентиляции внесли отечественные ученые Г.Д.Лидин, А.Э.Петросян, И.В.Сергеев, А.С.Пурчаков, К.З.Ушаков, Н.П.Устшюв, К.Ф. Салицкий, B.C. За -бурдяев, A.C. Малкин, М.А. Патрушев, Ю.И. Налимов, Д.Е. Разва-рин, В.А.Колмаков и др.

На шахтах, разрабатывающих угольные пласты Воркутского место-

ролухения, проблему увеличения нагрузки на очистной забой решали за счет высокомеханизированных комплексов КМ-87ДНПС и КМТ, перехода на столбовую систему разработки и внедрения прямоточной схемы вентиляции на выработанное пространство с подсвежением исходящей лавы. Все это позволило довести нагрузку на очистной забой до 800. ..1100 т/суг'ки. Основной причиной сдерживания дальнейшего увеличения нагрузки является высокая концентрация метана в исходящей лавы или выемочного участка.

Закономерности выделения метана во время выемки угольных пластов достаточно полно исследовано. Вместе с' тем применяемая на шахтах методика расчета расхода воздуха имеет существенную погрешность. Она не учитывает динамики движения воздушной струи по лаве и изменения параметров аэродинамической сети выемочного участка. Не определены способы уменьшения утечек воздуха через выработанное пространство. На пласте Четвертом утечки воздуха достигают 80 % от расхода, подаваемого в лаву.

Таким образом, имеющиеся резервы эксплуатационной производительности выемочных машин, низкая фактическая нагрузка на очистной забой, высокая метанообильносгь лавы и выработанного пространства, необеспеченность достаточным количеством свежего воздуха позволили сформулировать перечисленные выше задачи исследования.

В качестве объекта наблюдения принят выемочный участок в горно-геологических условиях Четвертого пласта Воркутского месторождения.

Выемочный участок рассматривается как система выработок с обособленной вентиляцией, включающая очистной забой, вентиляци -онные и откаточные выработки и' выработанное пространство.

Схема работы выемочной машины, совокупность рабочих процессов в лаве и продолжительность их выполнения, режим работы забоя характеризуют технологию выемки угля.

Горные работы на пласте Четвертом производятся на глубине 750...800 м. Мопрюсгь пласта от 1,45 до 1,65 м. Природная метано-носность пласта по блокам от. 25 до 39 м^/т. Абсолютная метано-обильность шахт от 250 до 300 м^/шн. При этом в шахтную атмосферу попадает от 124 до 176 м^/мин метана. Остальной метан выдается дегазационной системой. Длина очистных забоев на пласте 145...165 м, площадь поперечного сечения проводимых подготови -

о

тельных выработок 10,5 м . Выемка угля осуществляется узкозах -ватными комбайнами.

Физическое моделирование производилось на аналоговой машине ЭЫВС-б. Для исследования аэродинамической схемы выемочного участка были использованы 84 сопротивления. Основная задача моделиро -вания заключалась в изучении влияния длины лавы и расхода воздуха на утечки его из очистного пространства.

На модели длину лавы изменяли от 140 до 300 м, расход воздуха в лаву - от 600 до 1200 л^/мин, расход воздуха для подсвеже -ния исходящей лавы был равным 30 и 50 % от подаваемого в лаву.

В связи с тем, что для проветривания очистного пространства необходимо знать расход оставшегося там воздуха, нами введено понятие "коэффициент эффективности расхода воздуха" /Сэф- Значе- " ние этого коэффициента равно отношению расхода в исходящей лавы Qa к расходу подаваемого в лаву воздуха Q0z и обратно пропор -ционально коэффициенту утечек воздуха.

В результате моделирования установлено, что утечки воздуха увеличиваются, если подавать его больше в лаву Qc& или для под-свекения Qnojd . Так, при Qn= 600 г?/тн 0,38, а при

Qoz = 1200 м^/мин 0,27. Однако в первом случае в исходя -

щей лавы будет = 228 м^/мин, а во втором - Qa = 324 м^/мин.

Таким образом, увеличение расхода воздуха в исходящей проис -ходит не пропорционально подаваемому в лаву. При увеличении длины лавы изменяются аэродинамическое сопротивление и величина депрессии в ветвях сети. Вследствие этого утечки воздуха уменьшают -ся. Интенсивность выхода их из выработанного пространства нерав -. номерна по длине выработки. Максимальная интенсивность наблюдается на расстоянии 30-50 м за лавой. Суммарный выход на этом участке составляет 55-60% от всех утечек воздуха.

Основной вывод по результатам моделирования: для повышения эффективности проветривания НУЖНО увеличивать длину лавы и расход подаваемого воздуха и уменьшать расход воздуха для подсведения.

Шахтые исследования выполнены ¡J 15 лолах ни isaxrax "Всркутпн-ская", "Северная" и "Комсомольская". Мощность пласта Четвертого 1,38...1,6 м. На первом этапе замеры производились в лавах длиной от 145 до 180 м при отработке по простиранию и падению пласта.

-в-

Посло нарезки экспериментальных лав, длина которых изменялась от 300 до 240 м, замеры были продолжены. Диапазон изменения измеряемых параметров приведен в табл. I.

Таблица I

Параметры

1. Длина лавы

2. Расход воздуха, подаваемого в лаву

3. Расход воздуха, подаваемого для подсвежения

4. Отношение расходов воздуха

5. Расход воздуха

в исходящей лавы

6. Площадь поперечного сечения выработки за лавой

Условное обозначение

г

О*

ОпадсЬ С^аадсВ

<?о3

Ял &

Единица измерения

о

м /мин м^/мин

м^/мин м2

Значения

минимальное

145 175

210

0,23

42 4,7

максимальное

289 1436

2330

3,34

700 9,5

1,35

296 6,6

Результаты измерений были обработаны и получены эмпирические зависимости. Расход воздуха в исходящей лавы равен

цгог-а- О1^ , *«3/с

где С/ог, имеет размерность, м

/с;

СХ. - поправочный безразмерный коэффициент.

Корреляционное отношение = 0,84. ' Значение коэффициента ¿2. определяется по формуле

(X = -0,534 + 0,0032 и +

0,16- - 0,07 _ 0,00246-й^

где фподсй имеет размерность, м^/с.

Корреляционное отношение Ц - 0,69. Расход воздуха по длина лавы в любой точке на расстоя-

стоянии ог вентиляционной выработки равен

= • , "7с ,

где - коэффициент уменьшения количества воздуха в призабой-нсм пространстве на I м длины лавы, 1/м. Значение коэффициента оЬ определяется по формуле

Л = - ^ </М)

к - ^ Кэ9

Анализ показал, что шахтные замеры подтверждают результаты моделирования. Расчеты по приведенным формулам отличаются от результатов измерения не более чем на 10 %. Установлено, что эффективность расхода воздуха повышается при увеличении длины-лавы, . площади поперечного сечения подготовительных выработок и расхода подаваемого в лаву воздуха.

На основании шахтных замеров концентрации метана в лаве и анализа литературных источников была разработана рабочая модель выделения метана при различных технологических процессах. На рис. I и 2 представлены графики изменения интенсивности выделения метана при челноковой и односторонней схемах работы комбайна. Ин -тенсивность по длине лавы неравномерна.. Максимальная интенсив -ность выделения метана из свежеобнаженной поверхности пласта ^-т будет у. комбайна. Метан выделяется из частично дегазированного,угля. Остаточная метаноносность в зоне выемки комбайном равна

= ос • е \ м3/г

где X - природная метаноносность пласта в массиве впереди . лавы, м^/т;

/I

- коэффициент уменьшения интенсивности выделения метана ' во времени, 1/с;

Ту _ продолжительность цикла по выемке одной полосы угля

комбайном, мин.

Остаточная метаноносность пласта в результате естественной дегазации меньше природной на 1...5.5 гР/т в зависимости от длины лавы и нагрузки на забой. Расчеты показали, что более рацио -

аК и

Вент..штрек

конб. штрек

М

ДС 4

Ш

%т $-кон8

% **

0

1

Рис. I. Изменение интенсивности выделения метана из источников по длине лавы при челноковой схеме работы комбайна.

а - при движении комбайна в сторону вентиляционной выработки; ■ б - при движении комбайна в сторону конвейерной выработки.

нальной схемой работы комбайна является односторонняя. Из рис. I видно, что при челноковой схеме пласт по концам лавы до момента начала зарубки не успевает дегазироваться.

Максимальное количество метана выделяется во время выемки угля комбайном. При односторонней схеме его работы годовой' баланс лавы будет

(¡лаби ~ 5р + (*Ш , м3/мин,

где (ур - количество метана, выделившегося при разрушении угля комбайном;

(^т -'количество метана, выделившегося из обнаженной поверх -. кости пласта по всей длине лавы;

(¡КШ ~ количес,гво метана, выделившегося из угля, лекащего на конвейере и за конвейером. .

При прямоточной схеме проветривания потоко воздуха движется' по лаве навстречу работающему комбайну. Часть метана с утечками воздуха уходит в выработанное пространство. В исходящем лавы количество воздуха равно

'Э<р

а количество метана

(?д= Кэ<р' Рог ' м3/"и«.

+ §02 , м3/мин,

где (¡р - часть метана от выделившегося при разрушении комбайном1 ! угля;

($л) - часть метана от выделившегося из обнаженной поверхности пласта по лаве;

г'

Цш - часть метана от выделившегося из угля, лежащего на кон-( вейере и за конвейером;

($03 - часть метана от поступившего в лаву со свежей струей воздуха. <?Л

При этом концентрация метана Сл - " не должна превьшать I %.

Для выбора параметров технологии выемки угля и вентиляции была разработана математическая модель. Блок-схема алгоритма расчета и выбора параметров представлена на рис. 3. Исходными данными для расчета являются

М

X

М

бент. шшрек

г др

кон в. штрек

1щт

Рис. 2. Изменение интенсивности выделения метана из источников по длине лавн при односторонней схеме работы комбайна

а - при движении комбайна в сторону вентиляционной выработки; б - при движении комбайна в сторону конвейерной выработки.

- горно-геологические условия (мощность и природная метано-носность пласта);

- параметры системы разработки (длина лавы и площадь деформированного поперечного сечения конвейерной выработки, примыкающей к выработанному пространству);

- технологические параметры (максимальная и минимальная рабочая и маневровая скорости комбайна);

- вентиляционные параметры (максимальные и минимальные зна--чения расходов воздуха, подаваемого в лаву, и для подсвеже-ния, дебет метана из выработанного пространства).

Расчеты производятся на момент работы комбайна.. Определяется нагрузка на забой, продолжительность цикла, остаточная метанонос-ность пласта, суммарный дебит метана на участке и др. Если концентрация метана в исходящей лавы и участке меньше 1.%, то изменяется метаноположение комбайна и расчеты повторяются. При концентрации метана более I % уменьшается нагрузка на забой или увеличивается расход воздуха. Для вновь проектируемых лав варьируется длина лавы и площадь поперечного сечения выработки.

Выполненные расчеты позволили установить соотношение дебитов метана из различных источников в лаве. Основным фактором снижения метаноносности в зоне работы комбайна является увеличение продолжительности цикла по выемке. Эффект естественной дегазации воз -растает с увеличением природной метаноносности пласта. Так, при природной метаноносности пласта 20 \Р/г и нагрузке _ на лаву 950...990 т/сут увеличение длины лавы от 160 до 250 приводит к уменьшению метаноносности на I. ..1,6 м^/т, а при нагрузке 2250... 2450 т/сутки - на 2,3...3,7 м^/т. При природной'метаноносности пласта 30 м^/т остаточная метаноносность меньше природной соответственно на 1,5...2,4 и 3,4...5,5 m*Vt.

Дебит метана, выделяющегося из разрушаемого комбайном угля, в основном зависит от нагрузки на забой до 1300 т/сут. При наг -рузке более 1300 т/сут дебит увеличивается незначительно. Длина лавы почти не влияет на изменение этого дебита. Так, при природной метаноносности пласта 30 м^/т, длине лавы 160 и нагрузке на забой 700 т/сут дебит метана равен 1,06 м^/мин. При увеличе -нии нагрузки до 1400 т/сут дебит увеличивается в 2 раза. При увеличении нагрузки от 1400 до 2500 т/сут дебит увеличивается

1 I

с

В Вод данных

та

|Г-р?огг^<г т'ш * | ["Ур~ IГ/>

тах

Рис. 3. Блок-схема алгоритма расчета нагрузки на очистной забой по газовому фактору.

на 13,3 %. С увеличением длины лавы до 280 м дебит метана'уменьшается всего на 10...II %.

Дебит метана из обнаженной поверхности пласта увеличивается как при увеличении нагрузки на лаву, так и ее длины. Это объясняется уменьшением времени на естественную дегазацию пласта и увеличением площади источника выделения метана. При длине лавы 150 м и увеличении нагрузки на лаву от 700 до 1400, а 'затем до 2500 т/сут дебит метана из обнаженной поверхности пласта увеличивается от 2,02 до 2,44, а затем до 2,62 м^/мин, т.е. увеличивается вначале на 20,8 %, а затем на 8,6

С увеличением длины лавы от 160 до 280 м при -нагрузке 700 т/сут дебит метана увеличивается от 2,02 до 2,69 м^/мин (на 33 %), а при нагрузке 2500 т/сут - от 2,65 до 4,28 м^/мин (на 61,5%).

Суммарная метанообильность всех источников в ¿аве зависит от метаноносности пласта, нагрузки на очистной забой и длины лавы". При метаноносности пласта 30 м^/т и длине лавы I6C л с увеличением нагрузки от 700 т/сут в 3,75 раза метанообильность увеличивается в 2,17 раза. При длине лавы 280 м и таком же увеличении нагрузки метанообильность увеличивается в 1,92 раза.

Таким образом, при увеличении длины лавы создаются более благоприятные условия для повышения нагрузки на очистной забой, так как уменьшаются утечки воздуха и удельный вес переменной части структуры дебита метана - из разрушаемого комбайном угля.

■ Приложенная методика расчета параметров была внедрена на шахте "Воркутинская" АО "Воркутауголь" при отработке трех лав на пласте Четвертом, которые располагались в одном блоке. Средняя мощность пласта 1,46 м. Система разработки столбовая с прямоточ -ной схемой проветривания на выработанное пространство. Выемка угля в лавах производилась по односторонней схеме комбайнами 1ГШ-68.- Поддержание кровли в лавах механизированной крепыо М-87УМН или КМТ.'

Лава № 1215-Ю бнла нарезана длиной 294 м, которая после отработки столба длиной 740 м уменьшилась до 232 м. Средняя длина лавы 257 м. Природная метаноносность пласта около 30 и?/т. Абсолютная метанообильность участка 15,5 м^/мин. В лаве работала бригада ГРОЗ, которую в полном составе перевели из. лавы длиной 150 м,

I 1

где среднесуточная нагрузка была 585 тонн. В лаве № 1215-Ю в первом месяце минимальная среднесуточная нагрузка была 1050 т. Мак-• симальная среднесуточная нагрузка в течение месяца составила 1754 т, а в отдельные дни достигала 2500 т. Концентрация метана не превышала предельнодопустимой величины.

Лава № 513-Ю была нарезана длиной 295 м. В процессе отработки длина ее сократилась до 160 м (рис. 4). Это позволило прово -дить все измерения в одних горно-геологических условиях при различной длине лавы. Мощность пласта 1,48 м, угол падения 10°, природная метаноносность 36 м^/т. Абсолютная метанообильность участка после дегазации составляет 20...22 м^/мин. Структура кровли изменялась как по простиранию, так и по падению пласта.

Фактическая нагрузка на очистной забой в первый месяц работы была от 750 до 2490 т/суг., во втором - от 510 до 2315 т/сут, в третьем - от 990 до 2060 т/суг., в четвертом - от 870 до 2175 т/сут. После того, как длина лавы уменьшалась до 160 м, нагрузка не превышала 1100 т/сут.

Лава № 522-Ю длиной 270 м располагалась в южном блоке пласта Четвертого ниже отработанной лавы № 1215-10. Абсолютная - метанообильность участка составляла 49,8 м^/мин. Эффективность дегаза -ции 36,6 %. В шахтную атмосферу поступало 40,8 % выделившегося метана, т.е. 20,3 м^/ыин. Среднесуточная нагрузка за 9 месяцев работы составила 1524 тонны, изменяясь от 1224 до 1850 тонн. При этом скорость подвигания лавы была от 63 до 89,9 м/мес.

Результаты расчетов и работа экспериментальных лав позволили рекомен овать для условий Четвертого пласта следующие параметры. Выемка узкозахватными комбайнами по односторонней схеме. Экономически рациональная длина лавы 240-280 м. Расход воздуха в лаву 200 м /мин, для подсвежения - от 1080 до 1700 м^/мин. Максимальная нагрузка по газовому фактору при этом будет от 1940 до 3000 т/сут.

Экономическая эффективность внедренных параметров была опре -■ делена по 3 лавам. Сравнение производилось с другими действующими лавами, находящимися в од наковых горно-геологических условиях. В качестве критерия эффективности приняты фактическая нагрузка на лаву, себестоимость I т угля по выемочному участку, производительность труда ГРОЗ. Данные об экономической эффективности приведены в табл. 2.

Рис. 4. Выкопировка из плана горных работ шахты "Воркутинская" АО "Воркутауголь". Параметры лавы № 513-Ю на пласте Четвертом.

-18-

Таблица 2

Показатели Базовые лавы Экспериментальные лавы Изменение показате- Л|й, /п

I. Диапазон изменения средне- 469...1628 1224...1850 _

суточной нагрузки на лаву, т/сут.

2. Средняя нагрузка на лаву 1172 ■ 1501 +28,1

. за весь период работы, т/сут

3. Среднеквадратическое от- 293 165 -

. клонение нагрузки на лаву, т/сут

4. Диапазон изменения длины 142...158 236...291 -

лавы, ы

5. Средняя себестоимость 1т 100 84,5 -15,5

угля по участку, %

6. Диапазон изменения про- 3,4...23,7 22...28

изводительности труда на выход ГРСВ, т/вых.

7. Среднее значение произво- - 16,1 26,2 462,7

дительности труда на выход ГРОЗ, г/внх.

8. Среднеквадратическое от- 4,7 1,78

клонение производитель-

ности груда на выход ГРОВ, т/вых.

За период наблюдения в 3 экспериментальных лавах нагрузка на очистной забой была выше на 28 себестоимость I т ниже на 15, Ъ% а ' производительность труда на. выход горнорабочих очистного за боя вьше на 62,7 %. ...

-19-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи, состоящее в установлении закономерностей утечек воздуха из очистного пространства, разработке методики моделирова -ния взаимосвязанных процессов выемки угля и газодинамики в лаве, определении параметров технологии выемки угля и Еентиляции при высокой метанообильности выемочного участка, что тлеет существенное значение для совсриснствования технологии разработки высо-кометаноносных пластов, так как дает возможность увеличить наг -рузку на очистной забой по газовому фактору.

Основные научные и практические выводы и рекомендации.

1. Шахтные исследования позволили впервые установить зависимость утечек воздуха из очистного пространства от длины лавы, площади поперечного сечения выработки, примыкающей к выработанному пространству, и соотношения расходов воздуха, подаваемых в лаву и для подсвежения.

Доказана возможность уменьшения утечек воздуха с целью увеличения нагрузки на забой по газовому .фактору.

2. Установлено, что метанообильность выработанного прост -ранства от длины лавы практически не зависит.

3. Определены закономерности выделения метана из обнаженной поверхности пласта и разрушаемого угля во время выемки. Интен -сивность выделения метана пряйю пропорциональна метаноносности пласта в выемочной пачке. Эта метаноносность уменьшается за счет естественной дегазации при увеличении цикла выемки или длины лавы.

Длину лавы необходимо увеличивать при разработке пластов с высокой природной метаноносностью.

4. Разработана математическая, модель расчета максимальной нагрузки на забой по газовому фактору, основанная на имитации взаимосвязанных процессов выемки и газодинамики в пределах выемочного участка.

5. Определено, что с увеличением длины лавы утечки воздуха из очистного пространства уменьшаются в большей степени, чем ' происходит увеличение выделившегося метана. Так, при изменении

длины лавы от 160 до 200 м дебит метана в исходящей из лавы увеличился на 11,6 %, а расход воздуха - на 11,5 %, при изменении длины лавы от 200 до 240 м - соответственно на 7,7 и 10,6 %. Таким образом,.с увеличением длины лавы уменьшается концентрация метана в очистном забое и увеличивается безопасность работ. При односторонней схеме интенсивность вцаеления метана меньше, чем при челноковой.

6. Установлена, что с увеличением длины лавы изменяется соотношение дебита метана по источникам. При метаноносности пласта 30 м^/мин и нагрузке на очистной забой 2500 т/сут в лавах длиной 160 и 280 м дебит метана будет соответственно 6,71 и 7,1-8 м^/мин. Постоянной составляющей газового баланса в лаве является дебит метана из обнаженной поверхности пласта. В лавах длиной 160 м этот дебит составляет 2,65 м^/мин, или 42,9 % от всего дебита в лаве, а в лаве длиной 280 м - 4,28 м^/мин, или

59.6 %. Переменной составляющей является дебит метана из разрушаемого комбайном угля. Удельный вес этого источника составляет соответственно 35,6 и 29,5 %. При отклонениях расхода воздуха от расчетного значения в лавах меньшей длины больше вероятность повышения концентрации метана и снижения нагрузки на лаву. Таким образом, увеличение длины лавы способствует повышению надежности достижения высоких нагрузок на очистной забой.

7. Объем внедрения и достигнутые при этом технико-экономические показатели характеризуются следующими данными. Отработаны на пласте Четвертом с природной метаноносностью 30 м3/т три лавы длиной 236...295 м. Несмотря на дегезацию выработанного пространства, абсолютная мётаноносность участка-была более 20 м^/мин. В экспериментальных лавах в отдельные дни добыча угля достигала 2175...2500 т/сут, за весь период отработки среднесуточная нагрузка на лазу составила 1150 т/сут., что на 28 % выше, чем в остальных лавах. При этом себестоимость добычи I т угля по участку была на 15,5 % ниже, а производительность труда ГРСВ на

62.7 % выше.

8. Выполненные исследования позволили установить, что для условий Воркутского месторождения при отработке пласта Четвертого с высокой метанообильностью выемочного участка необходимо принимать длину лавы не менее 240 м, т.к. это, во-первых, будет экономически рациональная длина при высоких нагрузках на забой, а,

■ во-вторых, она обеспечит, увеличение нагрузки на забой по газовому

фактору в 2—3 раза по сравнению с достигнутой за счет изменения структуры дебита метана и уменьшения утечек воздуха. Для достижения нагрузки на забой 2800—3000 т/сут необходимо подавать в лаву воздуха 1200 м3/мин и для под-свежения 1500. ..1700 м3/мин.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Закономерности утечек воздуха из очистного пространства в лавах большой длины //Угольная промышленность СССР- Реф. на картах /ЦНИЭИуголь. — М., 1988. — Выгт. 5. — Карта № 141 (777). — 0,1 печ. л. (Соавтор Е. А. Колесниченко)

2. Методика расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка, обеспечивающих максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистной забой (для условий Печорского угольного бассейна). — Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1988. — 35 с. — 1,94 печ. л. (Соавторы В. И. Экгардт, Е. Л. Колеспнченко, В. А. Цупко).

3. Методика расчета рациональных параметров вентиляции выемочного участка и максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой (в условиях Печорского угольного бассейна). •— Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1988. — 28 с. — 2,2 печ. л. (Соавторы В. И. Экгардт, Е. Л. Колесниченко, В. А. Цупко).

4. Инструкция по расчету количества метана, выделившегося в лаве н поступившего из выработанного пространства в шахтную атмосферу. —■ Воркута: ИВЦ ПО «Воркутауголь», 1989. — 7 с. 0,4 печ. л. (Соавторы А. О. Орешкин, Е. А. Колесниченко, В. И. Экгардт).

5. Исследование влияния длины лавы и параметров проветриваппя на дебит метана из выработанного пространства //Совершенствование разработки угольных месторождении: Сб. науч. тр. — Шахты: Ростовское науч.-произв. нзд-во «Недра», 1994. — С. 201—203.

6. Исследование влияния длины лавы и интенсивности выемки угля на метапообильность очистного пространства / /Совершенствование разработки угольных месторождении: Сб. науч. тр. — Шахты: Ростовское науч.-произв. изд-во «Недра», 1994. — С. 203—204.

Подписано к печати 22.08.95 г. Объем 1,5 п. л. Тираж ¡00 экз.

Заказ 2011.

Типография ПГТУ, ул. Просвещения, 132