авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Разработка методики прогноза выбросоопасности и управления газодинамическим режимом призабойного массива при проведении подготовительных выработок.

-- [ Страница 3 ] --

Кроме этого был проведен анализ условий проявления 126 внезапных выбросов угля и газа на шахтах Донбасса, разрабатывающих пологие выбросоопасные пласты за период 1977 – 2002 г.г., с целью установления зависимости объема газовыделения от количества выброшенного угля. Определение количества метана, выделяющегося при ГДЯ и подвигании горных выработок проводилось в основном по диаграммам концентрации СН4 аппаратуры аэрогазового контроля и расхода воздуха. В ряде случаев концентрация метана превышала предельные уровни. Поэтому максимальная концентрация метана определялась аналитически и графическим методом по специально разработанной методике.

В третьей главе представлены основные результаты исследования проявления газодинамической активности при проведении горных выработок по выбросоопасным пластам. Проведение подготовительных выработок по выбросоопасным угольным пластам средней и малой мощности особенно в зонах геологических нарушений и повышенного горного давления в настоящее время осуществляется с помощью буровзрывных работ (БВР) в режиме сотрясательного взрывания в связи с практическим отсутствием горнопроходческих комбайнов для работы в прочных породах (f6 по шкале проф. М.М. Протодьяконова).

Глубина разработки, газоносность и коллекторские свойства угольных пластов совместно с параметрами паспортов БВР определяют количество газа, выделяющегося за каждый цикл проходки.

Исследование неравномерности газовыделения при ведении горных работ показывает, что объем и продолжительность газовыделения в зависимости от ряда природных и технологических факторов подвержены значительным колебаниям. Так в подготовительных забоях шахты «Западная» ОАО «Гуковуголь» на выбросоопасных пластах i3 «Суходольский» и К2н «Лисий», проводимых сечением 15,4 м2 со скоростью порядка 2,0 м/сут. с помощью БВР при нормальной структуре газовыделение составляет 113,5±42 м3 (от 41,8 до 178,3 м3) средней продолжительностью 77,2±48,0 мин. (до 188 мин) и максимальной концентрацией в пределах 2,5 % СН4. В зонах нарушенных структур пластов объем газовыделения составляет 1174±558 м3 (от 390 до 1875 м3) продолжительностью 552±179 мин. (от 330 мин до 858 мин) и максимальной концентрацией более 2,5 % СН4. В случае внезапных выбросов угля и газа объем газовыделения превышает 20000 м3 СН4 с Сmax>80%.

Распределение количества выброшенного угля и объемов выделившегося газа представлено на рис.2 а,б.

Неравномерность газовыделения при проведение выработок по выбросоопасным шахтопластам с периодическими всплесками и внезапными выбросами угля и газа наблюдаются практически на всех шахтах на глубинах ниже зон газового выветривания.

а) б)

Рис. 2. Распределение количества угля (а) и объемов метана (б), выброшенного (выделившегося) при внезапных выбросах на пологих шахтопластах Донбасса в 1977-2002 г.г.

Так, например, на шахте им. газеты «Соцдонбасс» ОАО «Донецкуголь» при проведении наблюдений за объемами газовыделения имеет место зональное расположение повышенных газовыделений, в которых официально зарегистрировано 9 внезапных выбросов угля и газа силой 40-100 т (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Неравномерность газовыделения при проходке 3-го западного штрека на шахте им. газеты «Соцдонбасс»
Рис. 4. Неравномерность газовыделения при циклах проходки бортового штрека №55 на шахте им. газеты «СоцДонбасс»

В четвертой главе представлены результаты обработки выполненных исследований.

Зависимости объемов газовыделения от количества разрушенного и выброшенного угля определялись в натуральном и логарифмическом масштабах.

На рис. 5а представлена зависимость объема газовыделения (q, м3) от количества выброшенного угля (А, т) на пологих шахтопластах Донбасса, которая в аналитическом виде имеет вид:

q=35,76А-11,89 (1),

коэффициент корреляции r=0,85.

На рис. 5б (для сопоставления) представлена зависимость объема газовыделения от количества выброшенного угля на пологих шахтопластах Кузбасса, которая в аналитическом выражении имеет вид:

q=74,19А-94,59 (2),

коэффициент корреляции r=0,92.

На рис. 5в представлено сопоставление зависимости объема газовыделения от количества выброшенного угля на шахтах Донбасса, Воркуты, Егоршино (платы крутого падения), Караганды и Кузбасса (в логарифмическим масштабе).

Из графиков наглядно видно весьма тесную зависимость объема газовыделения от количества выброшенного угля.

Если использовать приведенные зависимости для практического анализа, то можно с высокой вероятностью допустить, что при фиксированных газовыделениях (для Донбасса более 150-250 м3 за цикл проходки) имели место внезапные выбросы угля и газа, но они не были официально зарегистрированы.

а) б)
в) Рис. 5. Зависимость объема выделившегося газа (q) от количества выброшенного угля(A) на пологих пластах Донбасса (а) и Кузбасса (б); на шахтах Донбасса, Воркуты, Егоршино, Кузбасса и Караганды (в) в логарифмическом масштабе.

Обработка и анализ результатов наблюдений позволили разработать методику определения максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля.

На рис. 6 приведены:

- эскиз ситуации после внезапного выброса угля и газа в забое конвейерного штрека (к/ш) 14.07.2000 г. на шахте «Западная» ОАО «Гуковуголь» силой 481 т с дальностью отброса угля на 20 м;

- диаграмма концентрации метана (нижняя часть – характерные точки А,Б,В,Г) и схема расчета максимальной концентрации метана Сmax по данным аппаратуры аэрогазового контроля.

Исходными параметрами для расчета Сmax являются координаты точек А,Б,В, и Г на диаграмме (в логарифмическом масштабе). Линию АБ роста концентрации метана (С,%) во времени (t, мин) можно аппроксимировать уравнением вида:

lgC=0,398+0,851lgt (3).

Линия ВГ снижения концентрации метана во времени аппроксимируется уравнением:

lgC=4,742+1,599lgt (4).

Рис. 6. Эскиз ситуации после внезапного выброса на шахте «Западная» (а) и схема расчета максимальной концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля (б).

Совместное решение уравнений (3) и (4) позволяет определить максимальную концентрацию Сmax, равную 80,65 об.% СН4. Зная площадь фигуры АБСmaxВГ (%*мин) и количество воздуха на исходящей струе конвейерного штрека, получаем значение 20638 м3 СН4 – количество метана, выделившееся при рассматриваемом внезапном выбросе. Вместе с тем, зная координаты точек А,Б,В,Г графически получаем Сmax=80%.

Исследование взаимосвязей параметров диаграмм концентрации метана по данным аппаратуры аэрогазового контроля было проведено при 97 циклах проходки выработок с помощью БВР в 16 выработках 6-ти шахт Донбасса, при которых было официально зарегистрировано 19 внезапных выбросов угля и газа, 26 выбросов не было зарегистрировано и в 52-х случаях забои проходились в неопасных зонах. К числу информативных параметров диаграмм относятся:

tАГ – время газовыделения над фоновым уровнем (между точками А и Г), мин;

tБВ – время газовыделения с концентрацией С>2,5% (между точками Б и В), мин;

Cmax – максимальная концентрация метана, %;

Ссут - среднесуточная концентрация метана, %;

Сф - фоновая концентрация метана, %;

q – количество выделившегося газа за время tАГ, мин;

In – абсолютная газообильность выработок, м3/мин.

Уравнения взаимосвязи параметров диаграмм концентрации метана приведены ниже.

lg q=1,2586 lg t-0,5326; r=0,879 lg t=0,6941 lg q+0,8413 (5)
lg q=1,1901 lg Cmax+1,7107 r=0,872 lg Cmax=0,6391 lg q-0,9713 (6)
lg q=1,8159 lg Cср,сут+2,9473 r=0,920 lg Cср,сут=0,4665 lg q-1,4279 (7)
lg q=0,5002 lg tБВ+2,4099 r=0,823 lg tБВ=1,3549 lg q-3,3246 (8)
lg q=1,9759 lg In+2,6030 r=0,909 lg In=0,4184 lg q-1,114 (9)
lg Cmax=0,741 lg t-1,168 r=0,706 lg t=0,6732 lg Cmax+4,921 (10)
lg Cmax=0,4247 lg tБВ+0,5883 r=0,954 lg tБВ=2,1421 lg Cmax-1,2768 (11)
lg Cmax=1,3013 lg In+0,6979 r=0,817 lg In=0,5131 lg Cmax-0,4061 (12)
lgCmax=1,2956 lgCср,сут+0,9591 r=0,896 lgCср,сут=0,6198 lgCmax-0,6628 (13)
lg tБВ=1,517 lg t-3,620 r=0,644 lg t=0,2733 lg tБВ+2,315 (14)
lg tБВ=2,7593 lgCср,сут+0,7723 r=0,850 lg Cср,сут=0,2617 lg tБВ-0,2985 (15)
lg tБВ=2,714 lg In+0,2075 r=0,759 lg In=0,2122 lgtБВ-0,1053 (16)
lg Cср,сут=1,038 lg In-0,1968 r=0,942 lg In=0, 8556 lg Cср,сут+0,1522 (17)
lg Cср,сут=0,576 lg t-1,651 r=0,794 lg t=1,094 lg Cср,сут+2,644 (18)
lg In=0,536 lg t-1,357 r=0,813 lg t=1,2338 lg In+2,4428 (19)

Как следует из формул (5)-(19) между анализируемыми параметрами существует тесная корреляционная связь.

Многофакторный анализ показывает, что значение lg q зависит, прежде всего, от lg t, lg Cmax и lg tБВ.

В пятой главе приведены методики:

- по определению максимальной концентрации метана (Cmax) по данным аппаратуры аэрогазового контроля, основной смысл которой заключается в использовании координат точек А, Б, В и Г диаграмм концентрации метана. По координатам точек А (СА, % - концентрации метана в т. А и tA, мин – время в т. А) и Б (СБ, % - концентрации СН4 в т. Б и tБ – времени в т. Б) рассчитывается уравнение восходящей линии концентрации (в логарифмическом масштабе)

lg CАБ = a1 + blgtАБ (20)

Для нисходящей линии концентрации СН4 уравнение имеет вид

lg CВГ = a1 + blgtВГ (21)

Cmax находится в точке пересечения восходящей и нисходящей линий концентрации, когда lg CАБ = lg CВГ, что реализуется при совместном решении уравнений (20) и (21).

- опережающей оценки выбросоопасной ситуации при проходке подготовительных выработок с помощью БВР по данным аппаратуры аэрогазового контроля (рис. 7в) по времени газовыделения и С>2,5%;

- определения выбросоопасных (1) и неопасных (2) циклов проходки: (рис. 7б) по массе выброшенного угля; (рис. 7а) по объему газовыделения. То есть для конкретного случая (рис. 7а,б,в) равновероятность появления (или не появления) ГДЯ имеет место при q=65 м3; А=11 т и tБВ=7,5 мин. Величины q, А, tБВ следует считать минимальными значениями критериев определяющих вход забоя в выбросоопасную зону.

По графикам (рис. 7а,б,в) с вероятностью 0,95 при q90 м3; А13 т и tБВ12,5 мин следует считать, что при данном цикле проходки произошел внезапный выброс угля и газа.

а) б)
в) Рис. 7. Графики определения выбросоопасных (1) и неопасных (2) циклов проходки: (а) по объему газа; (б) по массе выброшенного угля; (в) по времени газовыделения с концентрацией С>2,5%.

Разработанные методики позволяют количественно определять максимальную концентрацию метана (Сmax) аналитически и графически по данным диаграмм концентрации метана аппаратуры аэрогазововго контроля, используя координаты характерных точек А,Б,В,Г.

Выполнять графическое определение выбросоопасных и неопасных циклов проходки по массе выброшенного угля (А, т), объему газовыделения (q, м3) и времени газовыделения (tБВ) с концентрацией метана С>2,5% при равновероятных значениях А, q, tБВ.

Количественные значения критериев входа забоя в выбросоопаные зоны для рассмотренных горно-геологических условий и технологии отработки с вероятностью 0,75 равны: q80 м3; А11,5 т; tБВ10 мин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой на основании результатов исследования газодинамических режимов призабойного массива даны научные и практические рекомендации по эффективному управлению газовыделением и выбросоопасностью при проведении подготовительных выработок на угольных шахтах.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Дано научное обоснование использования объемов газовыделения по данным аппаратуры аэрогазового контроля метана в качестве универсальной характеристики изменения газодинамического состояния выбросоопасного призабойного массива, учитывающей природные и технологические факторы.

2. Установлены эмпирические зависимости объема выделившегося газа от количества выброшенного (разрушенного) угля при внезапных выбросах в процессе проходческих работ по данным аппаратуры контроля метана на пологих шахтопластах Донбасса (с использованием в том числе и опубликованных данных) с высокой степенью корреляции (r=0,82-0,95). При сопоставлении для пологих пластов Кузбасса установлены аналогичные зависимости объема газовыделения от количества выброшенного угля при внезапных выбросах (r=0,73-0,92).

3. Результаты шахтных наблюдений показали неравномерность газовыделения при циклах проходки, приуроченную (как правило) к зонам геологических нарушений и пликативного изменения структуры угольных пластов, с выбросами от 10 до 480 т угля и 200 – 20000 м3 СН4.

4. Разработана и опробирована методика определения максимальной концентрации метана, превышающей 2,5%, по данным диаграмм концентрации метана системы аэрогазового контроля (в том числе графический вариант). Практическое использование методики при ГДЯ на шахте «Западная» позволило определить максимальные концентрации метана более 80%.

5. Установлены эмпирические критерии фиксирования внезапного выброса угля и газа с вероятностью 0,90-0,95 по количеству разрушенного (выброшенного) угля и объему газовыделения (для исследованных условий).

6. Разработаны рекомендации опережающего определения развития внезапного выброса угля и газа в период цикла буровзрывной проходки по времени газовыделения с концентрацией метана более 2,5%.

7. Уточнена методика определения абсолютной газообильности подготовительных выработок на основе данных аппаратуры аэрогазового контроля.

8. Критериями прогноза входа забоя в выбросоопаные зоны для конкретных горно-геологических условий и технологии отработки с вероятностью 0,75 следует считать А, q, tБВ критическое, количественные значения которых могут быть получены на этапе предварительной обработки данных по методике приведенной в работе.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иванов Б.М., Горин В.Н., Индыло С.В. Анализ повышенных газовыделений при проведении подготовительных забоев по выбросоопасным шахтопластам. М.– МГГУ, «Неделя горняка- 2004», с.215-222.

2. Иванов Б.М., Томилин П.И., Индыло С.В. Разрушение угля в форме внезапных выбросов при проведении на шахтах подготовительных забоев. М. Науч. сообщ. ННЦ ГП – ИГД им.А.А.Скочинского №324. 2003. с.197-205.

3. Иванов Б.М., Горин В.Н., Индыло С.В. Исследование динамики газовыделения при проведении выработок по выбросоопасным пластам различной прочности. М. Науч. сообщ. ННЦ ГП – ИГД им.А.А.Скочинского №324. 2003. с.188-196.

4. Иванов Б.М., Малинникова О.Н., Индыло С.В. и др. Анализ причин аварий, вызванных газодинамическими явлениями в угольных шахтах. М. МГГУ «Неделя горняка-2006» «Безопасность». - С.123-146.

5. Индыло С.В. Неравномерность газовыделения при ведении горных работ на выбросоопасных шахтопластах. М. МГГУ «Неделя горняка-2007» «Метан». - С.102-114.

6. Иванов Б.М., Филиппов Ю.А., Индыло С.В. Сейсмоакустическое сопровождение производственных процессов и газодинамических явлений в угольных шахтах. М. МГГУ, ГИАБ №3, 2007, с. 100-104.

7. Иванов Б.М., Харченко А.В., Индыло С.В. и др. Влияние солнечной активности на распределение ГДЯ в угольных шахтах во времени. М. МГГУ, ГИАБ №3, 2007, с.208-212

8. Индыло С.В., Вацковский Б.В. Выбор эффективных средств механизации очистных работ при отработке выбросоопасного пласта k2н шахты «Западная» ОАО Гуковуголь. М. МГГУ, ГИАБ №1. 2007. – с.238-239.

Лицензия ЛР №21037 от 08 февраля 1996 г. Подписано в печать
с оригинал-макета 14.08.2008 г. Формат 60х84 1/16. Бумага «Меga Copy Оffice». Печать офсетная. Набор компьютерный. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 151.

Издание УРАН ИПКОН РАН

111020 г. Москва, Крюковский тупик, д. 4



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.