Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта

Установлены закономерности газовыделения с поверхности очистного забоя в зависимости от физических свойств угля и скорости подвигания лавы, в том числе в случае аварийной ситуации при прекращении проветривания....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автор:	Калугина, Н.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут фізики гірничих процесів НАН України 2010
Назва видання:	Физико-технические проблемы горного производства
Теми:	Физика горных процессов на больших глубинах
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108097
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта / Н.А. Калугина // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 79-84. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-108097
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1080972016-10-30T03:03:17Z Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта Калугина, Н.А. Физика горных процессов на больших глубинах Установлены закономерности газовыделения с поверхности очистного забоя в зависимости от физических свойств угля и скорости подвигания лавы, в том числе в случае аварийной ситуации при прекращении проветривания. Встановлено закономірності газовиділення з поверхні очисного вибою залежно від фізичних властивостей вугілля і швидкості посування лави, у тому числі у випадку аварійної ситуації пiд час припинення провітрювання. Parameters of gas evolution from a coal working face are determined depending on physical properties of the coal and longwall face speed including the case of emergency ventilation shutdown. 2010 Article Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта / Н.А. Калугина // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 79-84. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. XXXX-0016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108097 622.831:537.86 ru Физико-технические проблемы горного производства Інститут фізики гірничих процесів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах
spellingShingle	Физика горных процессов на больших глубинах Физика горных процессов на больших глубинах Калугина, Н.А. Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта Физико-технические проблемы горного производства
description	Установлены закономерности газовыделения с поверхности очистного забоя в зависимости от физических свойств угля и скорости подвигания лавы, в том числе в случае аварийной ситуации при прекращении проветривания.
format	Article
author	Калугина, Н.А.
author_facet	Калугина, Н.А.
author_sort	Калугина, Н.А.
title	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
title_short	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
title_full	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
title_fullStr	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
title_full_unstemmed	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
title_sort	влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта
publisher	Інститут фізики гірничих процесів НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Физика горных процессов на больших глубинах
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/108097
citation_txt	Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта / Н.А. Калугина // Физико-технические проблемы горного производства: Сб. научн. тр. — 2010. — Вип. 13. — С. 79-84. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Физико-технические проблемы горного производства
work_keys_str_mv	AT kaluginana vliânietemparabotydobyčnogooborudovaniânaskorostʹgazovydeleniâizugolʹnogoplasta
first_indexed	2025-07-07T20:55:38Z
last_indexed	2025-07-07T20:55:38Z
_version_	1837023089732354048
fulltext	Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 79 УДК 622.831:537.86 Н.А. Калугина ВЛИЯНИЕ ТЕМПА РАБОТЫ ДОБЫЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА СКОРОСТЬ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Институт физики горных процессов НАН Украины Установлены закономерности газовыделения с поверхности очистного забоя в за- висимости от физических свойств угля и скорости подвигания лавы, в том числе в случае аварийной ситуации при прекращении проветривания. Ключевые слова: уголь, метан, очистной забой, безопасная работа, мощность вен- тиляции, аварийная ситуация Нагрузка на очистной забой является важным фактором, оказывающим решающее влияние на технико-экономические показатели работы участка в целом. С ростом нагрузки существенно снижается себестоимость добычи угля и повышается производительность труда. Следовательно, необходимо стремиться к тому, чтобы обеспечить на забой максимально возможную нагрузку, которая, однако, может ограничиваться производительностью вы- емочных машин, нормативной нагрузкой на забой и условиями проветрива- ния по газовому фактору. На основе развитой в [1, 2] диффузионно-фильтрационной модели массо- переноса метана в угольном веществе в работе [3] были установлены зако- номерности влияния на концентрацию метана в очистном забое параметров, определяющих взаимодействие системы уголь–метан (открытая и закрытая пористость угля, растворимость метана и коэффициент фильтрации метана в угле), а также технологических параметров выемки угля (скорость движения очистного забоя и забойного конвейера, геометрия лавы, гранулометриче- ский состав разрушенного угля). Чтобы рассчитать количество метана, поступающего в очистной забой, и спрогнозировать изменение концентрации метана в призабойной зоне, нуж- но знать скорость его выделения c боковой поверхности выработки и отби- того угля. В работе [3] было показано, что изменение средней концентрации с(t) ме- тана в выработке описывается дифференциальным уравнением  ( ) ( ) ( ) dc m t m t q c t dt    , (1) Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 80 где m(t) и q(t) – соответственно количество метана и воздуха, поступающих в выработку за единицу времени, в расчете на единицу ее объема, 1/мин. Начальное условие к уравнению (1) определяется отсутствием метана в рудничной атмосфере до начала работы очистного комбайна: c(0)= 0. (2) Если граница раздела пласт–выработанное пространство неподвижна, то метан вытекает со скоростью, зависящей от времени и определяемой следу- ющим соотношением, установленным ранее [2]: 0( ) , e fD j t t     (3) где j(t) – плотность потока метана через единицу обнаженной поверхности угля, 0 – плотность метана в фильтрационном объеме, t – время, отсчитыва- емое от момента обнажения поверхности угля, Df – коэффициент фильтра- ции метана в угле, 0 0(1 )(1 )e             – обобщенная пористость, γ0, γ – соответственно открытая и закрытая пористость, ν – коэффициент раство- римости метана в угле. Рассмотрим случай, когда граница пласт−выработанное пространство движется. Во время работы добычного оборудования происходит подвига- ние груди забоя и при этом образуется обедненная метаном зона приповерх- ностного слоя угля. Фронт x этой зоны, т.е. условная граница, отделяющая «истощенную» зону от исходного газонасыщенного пласта, движется в глубь по простиранию пласта по закону ~ fx D t (где t – время, отсчитыва- емое от момента обнажения пласта, x – расстояние от обнаженной зоны до фронта). Таким образом, толщина слоя обеднения порядка fD t и граница слоя обеднения перемещается пропорционально t . Если обозначить сред- нюю скорость подвигания через Vp, то внешняя граница пласта перемещает- ся, как Vpt. Очевидно, что через определенное время tm граница пласта (грудь забоя) «догонит» границу обедненного слоя. С этого момента граница пласта все время будет находиться в необедненной области, где плотность метана в фильтрационном объеме равна 0. При этом скорость выхода мета- на наружу будет определяться не фильтрационными процессами, а скоро- стью продвижения добычного оборудования, т.е. плотность потока по по- рядку величины будет равняться 0~m e pj V  . (4) Для нахождения tm запишем равенство f m p mD t V t . Отсюда Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 81 2 f m p D t V  . (5) Разумеется, формула (5) представляет собой оценочное равенство. При- веденные оценки позволяют записать простую интерполяционную формулу 0 1 1 ( ) e f m D j t t t           , (6) где tm по порядку определяется равенством (5). Для коэффициента фильтрации 610fD  м2/с и скорости подвигания 2 м/сут характеристическое время «обгона» tm ~ 0,5 ч. Таким образом, на начальном этапе работы добычного оборудования плотность потока метана быстро (по закону 1/ 2t ) убывает, и добыча угля практически не влияет на скорость газовыделения из пласта, а затем при t > tm выходит на постоянное значение (4). Иными словами, при t > tm добыча угля сильно увеличивает газоотдачу из пласта. В связи с этим время tm можно назвать максимальным временем без- опасной непрерывной добычи угля. Из (5) видно, что при большом коэффициенте фильтрации, т.е. для рых- лого угля, время tm становится бóльшим, поэтому добыча угля даже с высо- кой скоростью подвигания забоя (более 10 м/сут) реально не скажется на га- зоотдаче из пласта. Для расчета мощности газовыделения ms(t) из обнаженной поверхности пласта достаточно плотность потока (4) умножить на площадь этой поверх- ности и результат разделить на объем прилегающего к лаве выработанного пространства. В результате при простейших предположениях о геометрии лавы полу- чим 0 0 0 a a a 1 1 ( ) e f e f e s p m D D m t V H H t Ht t                   . (5) Здесь a – плотность метана при атмосферном давлении, H – ширина ра- бочего пространства очистного забоя. В [3] было показано, что мощность потока метана из отбитого угля mc опре- деляется физическими свойствами угля и технологическими параметрами его выемки: 012 e f p c a k c D l V m V l H     , (6) где lc – размер фракции отбитого угля, Vk – скорость движения конвейера, l – длина лавы. Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 82 Таким образом, суммарная мощность источников метана в очистном за- бое 0 0 0 a a a 12 ( ) e f e f p p k c D D l V m t V H t H V l H              . (7) Учитывая, что через небольшое время после начала работы эта мощность не зависит от первого слагаемого, т.е. m(t) становится величиной постоянной (обозначим ее m0), можем найти решение уравнения (1) при постоянных значениях количества метана m0 и воздуха q, поступающих в выработку за единицу времени в расчете на единицу ее объема. Анализ решения этого уравнения показывает, что через несколько минут после начала работы комбайна, минуя практически мгновенно достигнутое максимальное значение, устанавливается стационарная концентрация мета- на в призабойном пространстве: 0 0 s m c m q   . (8) Это соотношение позволяет определить мощность вентиляции, которая необходима для безопасного ведения работ в очистной выработке: 0 0(1 )s cr s s m c m q c c    . (9) На рис. 1 представлен расчет по расходу воздуха, необходимого для без- опасной работы в лаве в зависимости от скорости подвигания забоя, для условий 9-й южной лавы пласта k5 шахты «Краснолиманская» (Df = 10–6 м2/с, l = 0,027 м, Vk = 0,25 м/мин, γ = 0,3, площадь сечения очистного забоя 4,47 м2, длина очистного забоя 330 м, мощность пласта 2,03 м) и 9-й западной лавы пласта l1 шахты им. А.Ф. Засядько (Df = 1,8·10–6 м2/с, l = 0,02 м, Vk = 0,25 м/мин, γ = 0,3, площадь сечения очистного забоя 5,74 м2, длина очистного забоя 300 м, мощность пласта 2,05 м). Рис. 1. Зависимость мощ- ности вентиляции, необ- ходимой для безопасной работы в зависимости от скорости подвигания за- боя для условий шахты им. А.Ф. Засядько (---) и шахты «Краснолиман- ская» (–––) Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 83 Пусть в некоторый момент времени t0 произошло отключение вентиля- ции. В случае такой аварийной ситуации прекращается работа комбайна и останавливается конвейер. Тогда в уравнении (1) q = 0, а в качестве m(t) сле- дует взять 00 a 0 a 12 ( ) 1 ( ) e f p e f k k c k D V lD tV tV m t H t t Hl V l l                   , (10) где t отсчитывается от момента отключения вентиляции, т.е. t = 0 соответ- ствует моменту остановки работы. Начальное условие к уравнению (10) в этом случае выглядит следующим образом: c(0) = c(t0). На рис. 2 показано изменение концентрации метана в выработке в случае прекращения проветривания при t0 = 10 мин после начала работы (для сле- дующих представительных значений параметров ρ0/ρa = 30; Df = 10–6 м2/с; e 0,3    ; H = 5 м; Vp = 1 м/сут; l = 200 м; Vk = 1 м/с; lc = 0,01 м). Как мы видим, такое быстрое нарастание концентрации газа в вы- работке требует немедленных меро- приятий по ликвидации аварийной ситуации. Следовательно, разработанная мо- дель позволяет не только спрогнози- ровать ожидаемую концентрацию ме- тана в очистном забое при конкретных физических свойствах угольного пла- ста и технологических параметрах вы- емки, но и рассчитать такие значения этих параметров, при которых работа будет вестись в безопасном режиме. Автор выражает благодарность доктору физико-математических наук, профессору Э.П. Фельдману за ценные замечания и помощь в работе. 1. Алексеев А.Д. Диффузионно-фильтрационная модель выхода метана из уголь- ного пласта / А.Д. Алексеев, Э.П. Фельдман, Т.А. Василенко, К.В. Гуменник, Н.А. Калугина // Журнал технической физики. – 2007. – 77. – Вып.4. – С. 65–74. 2. Фельдман Э.П. Истечение метана из угля в замкнутый резервуар: роль явлений диффузии и фильтрации / Э.П. Фельдман, Т.А. Василенко, Н.А.Калугина / Фи- зика и техника высоких давлений. – 2006. – 16, №2. – С. 99–114. 3. Алексеев А.Д. Прогноз времени образования опасных концентраций метана в очистных забоях / А.Д. Алексеев, Э.П. Фельдман, Г.П. Стариков, Н.А. Калугина, И.Е. Кольчик // Уголь Украины. – 2010. – №7. – С. 29–32. Рис. 2. Изменение концентрации мета- на в выработке в случае прекращения проветривания Физико-технические проблемы горного производства 2010, вып. 13 84 Калугіна Н.О. ВПЛИВ ТЕМПУ РОБОТИ ВИДОБУВНОГО УСТАТКУВАННЯ НА ШВИДКІСТЬ ГАЗОВИДІЛЕННЯ З ВУГІЛЬНОГО ПЛАСТА Встановлено закономірності газовиділення з поверхні очисного вибою залежно від фізичних властивостей вугілля і швидкості посування лави, у тому числі у випадку аварійної ситуації пiд час припинення провітрювання. Ключові слова: вугілля, метан, очисний забій, безпечна робота, потужність венти- ляції, аварійна ситуація N.A. Kalugina INFLUENCE OF RATE OF WORK OF BOOTY EQUIPMENT ON SPEED OF GAS EVOLUTION FROM A COAL LAYER Parameters of gas evolution from a coal working face are determined depending on physical properties of the coal and longwall face speed including the case of emergency ventilation shutdown. Keywords: coal, methane, working face, safe mining, ventilation rate, mine accidents Статья поступила в редакцию 14 мая 2010 года

Влияние темпа работы добычного оборудования на скорость газовыделения из угольного пласта

Репозитарії

Схожі ресурси