Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта
Рассмотрен вопрос контроля эффективности после выполнения противовыбросных мероприятий. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по оценке изменения концентрации метана в исходящей струе воздуха в процессе выполнения противовыбросных мероприятий при ведении горных работ и при выемке угл...
Збережено в:
| Дата: | 2013 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2013
|
| Назва видання: | Геотехнічна механіка |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87404 |
| 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: | Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 231-241. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-87404 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-874042015-10-18T03:02:40Z Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта Минеев, С.П. Потапенко, А.А. Рассмотрен вопрос контроля эффективности после выполнения противовыбросных мероприятий. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по оценке изменения концентрации метана в исходящей струе воздуха в процессе выполнения противовыбросных мероприятий при ведении горных работ и при выемке угля. Установлено, что выполнение локальных противовыбросных мероприятий сопровождается значительным увеличением концентрации метана в исходящей из забоя струе воздуха. Величина и динамика концентрации метана достаточно полно характеризуют факт и продолжительность выполнения противовыбросного мероприятия, а применение соответствующих датчиков позволяет автоматизировать контроль его выполнения. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают вывод о том, что газоносность пласта является одним из информативных показателей эффективности применения противовыбросных мероприятий. Розглянуто питання контролю ефективності після виконання противикидових заходів. Розглянуті результати експериментальних досліджень оцінки зміни концентрації метану у витікаючому струмені повітря в процесі виконання противикидових заходів при веденні гірських робіт і під час виїмки вугілля. Встановлено, що виконання локальних противикидових заходів супроводжується значним збільшенням концентрації метану у витікаючому із вибою струмені повітря. Величина і динаміка концентрації метану достатньо повно характеризують факт і тривалість виконання противикидового заходу, а вживання відповідних датчиків дозволяє автоматизувати контроль його виконання. Проведені експериментальні дослідження підтверджують висновок про те, що газоносність пласта є одним з інформативних показників ефективності вживання противикидових заходів. Problems of controlling effectiveness after implementation of outburst prevention measures are considered. Results of experimental research on estimating changes in methane concentration in the outgoing air stream in process of implementation of outburst prevention measures during mining operations and coal extraction are considered. It is stated that the implementation of local outburst prevention measures is accompanied by a considerable increase of methane concentration in the outgoing air stream flowing from the coal face. Level and dynamics of the methane concentration adequately characterize the fact of implementetion of and duration of the outburst prevention measures, and application of appropriate sensors automates monitoring of their implementation. The experimental results support a conclusion that gas content in the coal seam is one of the informative indicators of effectiveness of the outburst prevention measure implementation. 2013 Article Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 231-241. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87404 622.831.322:622.411.3 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрен вопрос контроля эффективности после выполнения противовыбросных мероприятий. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по оценке изменения концентрации метана в исходящей струе воздуха в процессе выполнения противовыбросных мероприятий при ведении горных работ и при выемке угля. Установлено, что выполнение локальных противовыбросных мероприятий сопровождается значительным увеличением концентрации метана в исходящей из забоя струе воздуха. Величина и динамика концентрации метана достаточно полно характеризуют факт и продолжительность выполнения противовыбросного мероприятия, а применение соответствующих датчиков позволяет автоматизировать контроль его выполнения. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают вывод о том, что газоносность пласта является одним из информативных показателей эффективности применения противовыбросных мероприятий. |
| format |
Article |
| author |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. |
| spellingShingle |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Минеев, С.П. Потапенко, А.А. |
| author_sort |
Минеев, С.П. |
| title |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| title_short |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| title_full |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| title_fullStr |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| title_full_unstemmed |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| title_sort |
вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2013 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87404 |
| citation_txt |
Вопросы контроля за выполнением противовыбросных мероприятий по газовыделению из угольного пласта / С.П. Минеев, А.А. Потапенко // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2013. — Вип. 112. — С. 231-241. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT mineevsp voprosykontrolâzavypolneniemprotivovybrosnyhmeropriâtijpogazovydeleniûizugolʹnogoplasta AT potapenkoaa voprosykontrolâzavypolneniemprotivovybrosnyhmeropriâtijpogazovydeleniûizugolʹnogoplasta |
| first_indexed |
2025-07-06T14:59:50Z |
| last_indexed |
2025-07-06T14:59:50Z |
| _version_ |
1836910107372290048 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
231
УДК 622.831.322:622.411.3
С.П. Минеев, д-р. техн. наук., профессор
(ИГТМ НАН Украины)
А.А. Потапенко, магистр
(«Донецкая угольная энергетическая компания»)
ВОПРОСЫ КОНТРОЛЯ ЗА ВЫПОЛНЕНИЕМ
ПРОТИВОВЫБРОСНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ГАЗОВЫДЕЛЕНИЮ ИЗ
УГОЛЬНОГО ПЛАСТА
С.П. Мінєєв, д-р техн. наук, професор
(ІГТМ НАН України)
О.О. Потапенко, магістр
(«Донецька вугільна енергетична компанія»)
ПИТАННЯ КОНТРОЛЮ ЗА ВИКОНАННЯМ ПРОТИВИКИДОВИХ МІР
ПО ГАЗОВИДІЛЕННЮ З ВУГІЛЬНОГО ПЛАСТА
S.P. Mineev, D. Sc. (Tech.), Professor
(IGTM NAS of Ukraine)
A.A. Potapenko, M.Sc. (Tech.)
(«Donetsk coal-energetic company»)
CONTROL OVER IMPLEMENTATION OF THE OUTBUST
PREVENTION MEASURES ON GAS EMISSIONS FROM THE COAL SEAM
Аннотация. Рассмотрен вопрос контроля эффективности после выполнения противо-
выбросных мероприятий. Рассмотрены результаты экспериментальных исследований по
оценке изменения концентрации метана в исходящей струе воздуха в процессе выполнения
противовыбросных мероприятий при ведении горных работ и при выемке угля. Установлено,
что выполнение локальных противовыбросных мероприятий сопровождается значительным
увеличением концентрации метана в исходящей из забоя струе воздуха. Величина и динами-
ка концентрации метана достаточно полно характеризуют факт и продолжительность выпол-
нения противовыбросного мероприятия, а применение соответствующих датчиков позволяет
автоматизировать контроль его выполнения. Проведенные экспериментальные исследования
подтверждают вывод о том, что газоносность пласта является одним из информативных по-
казателей эффективности применения противовыбросных мероприятий.
Ключевые слова: угольный пласт, выбросоопасность, газовыделение, выработка, кон-
центрация метана.
Контроль за выполнением противовыбросных мероприятий, как правило,
осуществляется техническим надзором периодически путем визуального
ознакомления с состоянием обрабатываемого забоя. При таком контроле
неизбежны значительные нарушения в технологии выполнения
противовыбросного мероприятия и соответственно не всегда обеспечивается
достаточная надежность применяемого способа и безопасность дальнейших
горных работ.
© С.П. Минеев, А.А. Потапенко, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
232
Кроме того, имеют место значительные потери рабочего времени, уходящие
на посещения и осмотр работы забоя лицами надзора. Одной из методик оценки
эффективности выполнения конкретного противовыбросного мероприятия в
забое выработки является известный способ по количеству выделяющегося из
пласта газа, оцениваемого по изменению концентрации метана в исходящей
струе воздуха и величине снижения газоносности пачек нарушенного угля [1 -
5]. Вместе с этим, эффективные и надежные критерии оценки снижения
выбросоопасности по изменению газоносности отсутствуют. Поэтому в данной
работе авторы попытались рассмотреть и обобщить результаты
экспериментальных исследований по изменению концентрации метана в
исходящей струе воздуха в процессе выполнения противовыбросных
мероприятий при ведении горных работ.
Известно, что как региональные, так и локальные противовыбросные меро-
приятия в основном направлены на разгрузку (снижение напряженного состоя-
ния) и дегазацию (снижение газоносности) угольного пласта, а также измене-
ние физико-механических свойств угля и вмещающих пород. Поэтому, процес-
сы выполнения противовыбросных мероприятий сопровождаются повышением
концентрации метана в выработке во время и некоторое время после их выпол-
нения, которая может регистрироваться, например, системой АКМ. Исходя из
известных закономерностей распределения газоносности угольного пласта в
его призабойной части место расположения максимально возможной естест-
венной газоносности может находиться на различных расстояниях от кромки
угольного забоя вглубь массива и составлять от нескольких сантиметров до не-
скольких кратностей мощности пласта. Особенно наглядно такая разница мо-
жет проявиться в очистных забоях по сравнению с подготовительными, а также
в неопасных по внезапным выбросам участкам выбросоопасного пласта по
сравнению с неопасными. Как считается, факт повышения (изменения) концен-
трации метана должен проявиться в случаях выполнение мероприятий в дейст-
вительно выбросоопасных зонах (как считается площадь которых приблизи-
тельно составляет 5-10% ) и на участках, где газоносность пласта увеличивает-
ся от остаточной до природной, т.е. в призабойной зоне угольный пласт уже
частично дегазирован, но не до уровня остаточной газоносности. И если глуби-
на выполнения противовыбросных мероприятий превышает зону остаточной
газоносности должно наблюдаться повышение концентрации метана в забое
выработки.
Для исследования распределения количества газа, содержащегося в приза-
бойной части угольных пластов, были проведены специальные исследования
путем поинтервальных измерений газоносности. Газоносность пласта на каж-
дом метровом интервале скважины определялась с помощью известного уст-
ройства УГБ [6, 8] и вычислялась по формуле:
с
штшт
o A
tItIIV
A
XX
−
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
+
−+=
100
100
2
1
221
21 , (1)
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
233
где оХ - остаточная газоносность пласта, м3/т с.б.м; штА - масса выбуренного
штыба, т; V - объем газа, выделившегося с метрового интервала скважины за
время ( )21 tt + , м3/мин; 1I , 2I - фоновое газовыделение до и после бурения мет-
рового интервала, м3/мин; 1t - продолжительность бурения метрового интерва-
ла, мин; 2t - продолжительность расштыбовки скважины и измерения фонового
газовыделения 2I , мин; с
штА - зольность угля, %. Второе слагаемое правой час-
ти уравнения (1) принято обозначать термином «эффективная газоносность
эфХ » [10].
Факт изменения газоносности в призабойной части пласта вследствие вы-
полнения противовыбросных мероприятий (сам факт выполнения и эффектив-
ность его применения) может отражаться по изменению концентрации метана
вблизи забоя выработке. Хотя, могут быть различные варианты. Например, ав-
тор работы [2], предлагает изучать концентрацию метана на исходящей струе
вентиляционной выработки независимо от протяженности. По нашему мнению
вопрос места контроля содержания метана в выработке при выполнении проти-
вовыбросных мероприятий (местоположение и количество датчиков) на исхо-
дящей струе еще требует дополнительного изучения.
В связи с тем, что из возможного множества контрольных показателей
именно содержание метана в выработках определяется технически наиболее
просто и точно, поэтому исследования были направлены на изучение законо-
мерностей динамики концентрации метана в исходящей струе во время выпол-
нения противовыбросных мероприятий. Измерения концентрации метана про-
изводили газоопределителями ШИ-10, «Спутник шахтера», «Сигнал-2» и па-
раллельно регистрировали данные датчиков аппаратуры АКМ, записанные на
диаграммную ленту стойки СПИ-1. При выполнении исследований измери-
тельные датчики находились на исходящей струе воздуха из забоя на расстоя-
нии не более 30 м от места выполнения мероприятия. Замеры концентрации ме-
тана производили периодически с интервалом 5 - 10 мин в течение всего вре-
мени осуществления мероприятия не менее чем в трех точках по сечению вы-
работки. Расход воздуха также определялся периодически с интервалом 10 – 20
мин по скорости движения воздушной струи в сечении выработки в течение
всего времени проведения мероприятия. Скорость движения воздуха определя-
ли анемометром АСО-3. Кроме того, в каждом цикле наблюдений до и после
выполнения мероприятия с помощью устройства УГБ и других приборов изме-
ряли газовыделение и выход бурового штыба при поинтервальном бурении
шпура для определения газоносности в призабойной зоне пласта и природной
газоносности пласта согласно методики [6, 7]. В качестве противовыбросного
мероприятия было принято гидрорыхление угольного пласта. Одновременно с
производством измерений концентрации газа фиксировалось время начала и
окончания бурения скважин для нагнетания жидкости в угольный пласт, рас-
ход, давление и количество воды, подаваемой в скважину.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
234
При исследовании закономерности изменения газоносности в призабойной
части пласта производили поинтервальные измерения устройством УГБ. Дан-
ные измерений газоносности пласта до глубины зоны обработки противовыб-
росными мероприятиями приведены в табл. 1.
Характер изменения газоносности в призабойной части угольных пластов
различной степени выбросоопасности, как установлено, практически иденти-
чен. Как видно из данных, приведенных в табл. 1, газоносность в призабойной
части угольного пласта на глубинах до 6 … 8 м распределена неравномерно.
Она возрастает по мере удаления от забоя вглубь массива горных пород и из-
меняется от величины, равной остаточной газоносности, до значений природ-
ной газоносности угольного пласта. Хотя абсолютные значения газоносности
на каждом из экспериментальных участков на значительной протяжении (от 30
до 60 м) колебались, отклонения не превышали ± 11 %, что вообщем то соот-
ветствует точности самого метода, т.е. этот вопрос требует дополнительного
исследования.
Удельное количество выделившегося газа составляет от 20% до 50% средней
газоносности. Для каждой конкретной выработки эти значения могут быть ус-
тановлены экспериментальным путем и в дальнейшем использоваться для
оценки эффективности противовыбросного мероприятия с установленными па-
раметрами, что позволит определить в дальнейшем критерий выбросоопасно-
сти (неопасности) угольного пласта по фактору газоносности. Аналогичными
должны быть изменения концентрации метана в исходящей струе воздуха по
сравнению с фоновыми значениями. Замеренные средние значения газоносно-
сти почти в 2 раза меньше природной газоносности пласта установленной ра-
нее, т.е. мероприятия выполнялись в частично дегазированной призабойной
части угольного пласта и глубина (длина) скважины не достигала места, где га-
зоносность пласта близка к природной.
Результаты определения влияния противовыбросных мероприятий на газо-
динамическое состояние призабойной части угольного пласта приведены в
табл. 2.
Как видно из приведенных в ней данных, выполнение противовыбросных
мероприятий существенно повлияло на газодинамическое состояние призабой-
ной части угольного пласта (рис. 1). В результате выполнения противовыброс-
ного мероприятия газоносность в призабойной части угольного пласта значи-
тельно снизилось на участке от линии забоя до глубины 6 м, т.е. на такую глу-
бину оказали влияние противовыбросные мероприятия.
Изменение содержания метана в исходящей из очистной выработки струе
воздуха при гидрорыхлении наблюдения производились во 2-й восточной лаве
пл. 10h шахты им. 60-летия Советской Украины, 5-й восточной лаве пл. 6h шах-
ты им. А.А. Скочинского, а также в уступной части 6-й лавы пл. 7k шахты «Уг-
легорская».
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
235
Таблица 2 – Значения средней газоносности в призабойной части пласта ( срХ ) до и по-
сле выполнения противовыбросных мероприятий и удельного количества выделившего-
ся газа
Средняя газоносность
срХ , м3/т с.б.м. Шахта, пласт,
выработка до меро-
приятия
после меро-
приятия
Удельное коли-
чество выде-
лившегося газа,
удвХ . , м3/т с.б.м.
Природная га-
зоносность пла-
ста Х ,
м3/т с.б.м.
1 2 3 4 5
Красногвардейская, 10,94 7,52 3,42
1l , вент. Штрек 11,65 8,23 3,42 21
–,,– 8,32 6,62 1,70
–,,– 8,14 5,51 2,63
«Чайкино», 3т , 7,13 4,74 2,44
3 сев. вент. штрек 7,29 4,94 2,35 15
–,,– 7,50 5,02 2,48
им. К.М. Поченкова, 1l , 9,14 6,47 2,67
Зап. конвейерн. штрек 10,16 7,13 3,03 20
–,,– 7,66 5,81 1,85
–,,– 10,77 5,78 4,99
им. В.М.Бажанова, 3т , 11,35 5,97 5,38
вент. штрек 11,22 6,08 5,14 17
–,,– 10,69 6,43 4,26
–,,– 10,54 5,25 5,29
А б
Рисунок 1 – Распределение газоносности Х в призабойной части пласта 3т до (1) и по-
сле (2) выполнения противовыбросных мероприятий в вентиляционных штреках на шахтах
им. В.М. Бажанова (а) и «Красногвардейская» (б): l - глубина измерительной скважины
На пологих угольных пластах в очистных выработках обработка пласта в
одну смену осуществлялась на участке не более, чем пяти смежных скважин,
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
236
причем допускалось нагнетание воды через одну скважину. А в уступной лаве в
течение одной смены обработка велась на участке только одной скважины.
Длина скважины и глубина герметизации соответственно составляли: 7 и 5 м; 8
и 6 м; количество воды, закачиваемой в одну скважину: 1,5 м3; 2,8 – 3,2 м3 и 1,5
– 1,9 м3. Давление воды составляло 19 – 22 МПа.
Концентрацию метана измеряли газоопределителем ШИ-10 на расстоянии не
более 3 м от места выполнения гидрорыхления и одновременно аппаратурой
АКМ с записью на диаграммную ленту. Датчики аппаратуры АКМ располага-
лись в 20 – 30 м от «окна» лавы на вентиляционном штреке. Характер измене-
ния концентрации метана в исходящих струях воздуха при выполнении проти-
вовыбросных мероприятий приведен на рис. 2.
а Б в
Рисунок 2 – Изменение концентрации метана С во времени t в исходящей струе воздуха
при гидрорыхлении угольного массива в забоях при расходе воздуха Q = 723 м3/мин: а - 2-
ой восточной лавы пл. 10h шахты им. 60-летия Советской Украины; б - 5-ой восточной лавы
пл. 6h′ шахты им. А.А. Скочинского; в - лавы пл. 7k шахты «Углегорская»; 1 – результаты
измерений газоопределителем; 2 – данные аппаратуры АКМ; 3 – отметки времени
гидрорыхления
Как видно, при гидрорыхлении концентрация метана в исходящей из очист-
ной выработки струе воздуха увеличивалась в 1,2 – 2,4 раза по сравнению с фо-
новой, а количество выделившегося газа в результате обработки пласта для ка-
ждого забоя, соответственно, составляло 107 – 247 м3, 150 – 723 м3 и 160 – 363
м3.
В подготовительных выработках наблюдения проводились в 5-ом западном
конвейерном штреке пл. 1l шахты им. А.Ф. Засядько [5, 10], западном вентиля-
ционном ходке шахты им. Бажанова, откаточном штреке пл. 3h шахты «Угле-
горская», вентиляционном штреке пл. 1l шахты «Красногвардейская», 3-ем се-
верном вентиляционном штреке пл. 3т шахты «Чайкино» и западном конвей-
ерном штреке пл. 1l шахты им. К.И. Поченкова.
Нагнетание воды в подготовительном забое осуществлялось через две сква-
жины, длиной 6, 7 и 8 м каждая и глубиной герметизации 4, 5 и 6 м соответст-
венно. Количество закачиваемой воды на один забой за один цикл нагнетания
составляло 2,5 – 6,2 м3, давление 19 – 30 МПа. Измерения концентрации метана
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
237
и расхода воздуха, подаваемого в забой подготовительной выработки, произво-
дились на расстоянии 20 – 30 м от забоя датчиками аппаратуры АКМ с записью
на диаграммную ленту. Характер и результаты изменения концентрации метана
в исходящей струе воздуха представлены на рис. 3 и 4. Абсолютные значения
концентрации метана при гидрорыхлении в подготовительных выработках уве-
личивались в 1,4 – 6,2 раза по сравнению с фоновой, а количество выделивше-
гося газа в результате выполнения гидрорыхления для каждого забоя соответ-
ственно составляло 36 – 82 м3; 59 – 300 м3; 56 – 95 м3; 58 – 119 м3; 30 – 59 м3;
132 – 201 м3 .
а Б в
Рисунок 3 – Изменение концентрации метана С во времени t в исходящей струе воздуха
при гидрорыхлении угольного массива: а- зап. конвейерный штрек пл. 1l шахты им. А.Ф. За-
сядько; б - зап. вентил. штрек пл. 3т шахты им. В.М. Бажанова; в - откаточный штрек пл. 3h
шахты «Углегорская; 1 – результаты измерений концентрации метана газоопределителем; 2 –
данные аппаратуры АКМ; 3 – отметки времени гидрорыхления через скв. 1; 4 – то же через
скв. 2
Рисунок 4 – Изменение концентрации метана С во времени t в исходящей струе воздуха
при гидрорыхлении (а) и выемке угля (б) в вентиляционном штреке шахты им. В.М. Бажано-
ва: 1 – отметки времени гидрорыхления; 2 – выемка угля
Данные изменения концентрации метана в целом позволяют фиксировать
факт выполнения противовыбросного мероприятия. Во всех случаях наблюда-
лось увеличение концентрации метана на исходящей струе воздуха. Факт раз-
ницы в абсолютных значениях можно объяснить различными точками замера в
сечении выработки стационарной аппаратурой и приборами эпизодического
действия. Критерии эффективного применения противовыбросных мероприя-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
238
тий могут быть установлены после дополнительных исследований всех техно-
логических процессов, происходящих в конкретном забое, режима проветрива-
ния, параметров и очередности выполнения противовыбросных мероприятий,
месторасположения и количества датчиков контроля содержания метана и объ-
ема проходившего воздуха. Результаты экспериментов показали, что выполне-
ние локального противовыбросного мероприятия сопровождается значитель-
ным увеличением концентрации метана в исходящей из забоя струе воздуха и,
соответственно, также значительным приростом газовыделения.
Количественно факт выполнения мероприятия (гидрорыхление) характери-
зуется следующим образом. Средняя за период нагнетания концентрация мета-
на в исходящей струе воздуха превышает фоновую в 1,3 – 1,6 раза для очист-
ных выработок и в 1,9 – 2,4 раза – для забоев подготовительных выработок. Ес-
тественно, еще более ярко выраженным является превышение максимальной за
период выполнения мероприятия концентрации метана над фоновой. При гид-
рорыхлении в первом периоде концентрация метана относительно равномерно
и быстро достигает максимума, во втором – медленно снижается до фоновой.
При этом, в процессе ведения горных работ, на каждом участке повышения
концентрации метана выше допустимой, согласно ПБ, все работы должны быть
прекращены, люди выведены в безопасное место, электроэнергия отключена и
приняты меры к восстановлению нормальной (неопасной) концентрации метана
в забое. Т.е. процесс выполнения мероприятий прерывается, что, в свою оче-
редь, может сказаться на его эффективности. Поэтому достаточно важной зада-
чей при выполнении противовыбросных мероприятий остается регулирование
процесса воздействия на угольный массив с целью недопущения опасных кон-
центраций метана в забое выработки.
Для выполнения сравнительной оценки содержания метана в исходящей
струе воздуха при проведении противовыбросных мероприятий и при выемке
угля в подготовительных выработках использовалась методика, предложен-
ная в работе [3]. Методика заключалась в разграничении концентрации метана
в исходящей струе воздуха при различных видах выполняемых в забое работ
(осуществление противовыбросных мероприятий или выемка угля). К анализу
принимались максимальные значения концентрации метана при выполнении
гидрорыхления ( мС ) и при выемке угля ( вС ) на экспериментальных участках
подготовительных выработок, записанные на ленту аппаратуры АКМ. Было ус-
тановлено, что при выполнении противовыбросных мероприятий содержание
метана в исходящей струе сначала увеличивается от фонового значения до мак-
симального, затем уменьшается до значения, близкого или равного фоновому.
Возможно аналогичный характер может иметь динамика концентрации метана
при выемке угля.
В дальнейшем были выполнены исследования абсолютного и относительно-
го газовыделения из зоны обработки угольного пласта при выполнении проти-
вовыбросных мероприятий. При исследованиях, на расстоянии 30 м от места
выполнения мероприятия, в исходящей струе через 5 – 10 мин проводились из-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
239
мерения концентрации метана и количества воздуха, подаваемого в выработку.
Абсолютное газовыделение рассчитывалось по формуле [3, 10]:
100
∑ ⋅⋅
=
tQCQ возi
г , м3, (2)
где iC - значение концентрации метана, измеренное в процессе выполнения ме-
роприятия, %; возQ - количество подаваемого воздуха, м3/мин; t - время, затра-
ченное на выполнение мероприятия, мин.
Удельное метановыделение определялось по формуле:
( )
M
tQCCQ возi
удг 100
0
.
∑ ⋅⋅−
= , м3/т, (3)
где 0C - концентрация метана до выполнения мероприятия, %; M - масса угля
в объеме обрабатываемой зоны.
Количественно оценить влияние мероприятия позволяет такой показатель,
как удельное метановыделение, которое дает возможность определить остав-
шуюся газоносность пласта в месте его обработки. Как видно, из данных, при-
веденных при различных параметрах гидрорыхления (количество закачивае-
мой воды изменялось от 1,1 до 3,1 м3, давление от 18 до 23 МПа, на шахте «Уг-
легорская»), величина удельного метановыделения изменялась от 0,51 до 4,33
м3/т, при этом изменялась и оставшаяся газоносность, по которой можно оце-
нить факт выполнения и эффективность применяемого мероприятия.
Выполненный авторами анализ распределения газоносности в призабойной
зоне угольного пласта имеет следующий характер. От забоя выработки в глубь
массива газоносность плавно возрастает. На участке, равном, примерно, 1 м до
глубины герметизации скважины газоносность резко возрастает. На расстоя-
нии, равном 1 м от глубины герметизации в сторону забоя выработки, газонос-
ность, примерно, на 30 % ниже, чем на глубине герметизации. При гидрорых-
лении выемка угля производится в несколько циклов, после каждого из кото-
рых происходит дополнительная дегазация призабойной зоны угольного пла-
ста. Поэтому, при оценке эффективности гидрорыхления, величина остаточной
газоносности должна приниматься на 40 % ниже средней газоносности уголь-
ного пласта после выполнения противовыбросных мероприятий. Этот факт
объясняется тем, что при гидрорыхлении выемка угля ведется до глубины гер-
метизации скважины, если гидрорыхление эффективно. Последующий цикл
гидрообработки ведется на участке фильтрирующейся части скважины, т.е. как
бы на отдельных участках от груди забоя происходит двойная обработка пласта
– в текущем цикле обрабатывается глубина фильтрирующей части, т.е. там ос-
таточная газоносность должна быть меньше, если гидрорыхление выполнялось.
Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о воз-
можности применения в качестве одного из способов контроля безопасности и
надежности выполнения противовыбросных мероприятий по изменению кон-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
240
центрации метана в исходящей струе воздуха. При этом установлено следую-
щее:
1. При выполнении противовыбросных мероприятий снижается газонос-
ность угля, а концентрация метана в струе воздуха во время выполнения про-
тивовыбросных мероприятий и при выемке угля существенно отличаются. Ве-
личина и динамика концентрации метана достаточно полно характеризуют
факт и продолжительность выполнения противовыбросного мероприятия, а
применение соответствующих датчиков позволяет автоматизировать контроль
его выполнения.
2. По увеличению концентрации метана, соответствующей времени выпол-
нения противовыбросных мероприятий, в отдельных случаях можно контроли-
ровать факт их выполнения. Так, выполнение локальных противовыбросных
мероприятий сопровождается значительным увеличением концентрации метана
в исходящей из забоя струе воздуха.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Ольховиченко, А.Е. О прогнозе выбросоопасности угольных пластов по их эффективной газо-
носности / А.Е. Ольховиченко, А.И Пантелеев, А.И. Моложан // Прогноз и предотвращение газоди-
намических явлений в угольных шахтах: Научные сообщения / ИГД им. А.А.Скочинского. – Москва,
1982.- Вып. 209.– С.54-57.
2. Нечаев, А.В. Контроль за технологическими процессами на выбросоопасных пластах по газо-
выделению в выработку / А.В. Нечаев // Прогноз и предотвращение газодинамических явлений в
угольных шахтах: Научные сообщения/ ИГД им. А.А.Скочинского. – Москва, 1982. – Вып. 209. – С.
76-81.
3. Горные работы в сложных условиях на выбросоопасных угольных пластах / С.П. Минеев,
А.А. Рубинский, О.В. Витушко, А.Г. Радченко.– Донецк: Східний видавничий дім, 2010.– 604 с.
4. Шадрин, А.В. Основы автоматизированного непрерывного ГДЯ- мониторинга на угольных
шахтах Кузбасса / А.В. Шадрин, В.А. Коваленко // Вестник КузГТУ. – 2001. – №3. – С.28-31.
5. Ольховиченко, А.Е. Прогноз выбросоопасности угольных пластов / А.Е. Ольховиченко. –
Москва: Недра, 1982.- 278 с.
6. Методика определения природной газоносности угольных пластов действующих и строящихся
шахт Донбасса. – Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1981. – 83 с.
7. Минеев, С.П. Активация десорбции метана в угольных пластах / С.П. Минеев, А.А. Прусова,
М.Г. Корнилов. – Дніпропетровськ: Вебер, 2007. -252 с.
8. Недашковский, И.В. Определение газоносности угольного пласта в призабойной зоне /
И.В. Недашковский, А.И. Пантелеев, Н.И. Воронцов // Уголь. – 1972. – №12.– С. 63-65.
9. Верховский, Е.И. Оценка содержания метана в атмосфере горных выработок после внезапного
выброса угля и газа / Е.И. Верховский, И.Р. Венгеров // Борьба с газом, пылью и выбросами в уголь-
ных шахтах: Сб. науч. тр. / МакНИИ. – Макеевка-Донбасс, 1976. – Вып. 12. – С. 100 – 102.
10. Для обеспечения безопасности горных работ / М.И. Большинский, С.П. Ткачук, В.С. Грязнов
[и др.] // Безопасность труда в промышленности. – 1989. - № 6. – С. 29 – 31.
–––––––––––––––––––––––––––––––
REFERENCES
1. Olkhovichenko, A.E., Panteleev, A.I. and Molozhan, A.I. (1982) “On the prediction of outburst coal
seam by their effective gas content”, Prognoz i predotvrashchenie gazodinamicheskikh yavleliyn v ugolnych
plastach, no. 209, pp. 54-57.
2. Nechaev, A.V. (1982) “Control of technological processes at the outburst seams by gassing in excava-
tion”, Prognoz i predotvrashchenie gazodinamicheskikh yavleliyn v ugolnych plastach , no. 209, pp. 76-81.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
________________________________________________________________________________________________
241
3. Mineev, S.P., Rubinskiy, A.A., Vituschko, O.V. and Radchenko, A.G. (2010), Gornye raboty v
slozhnykh usloviiakh na vybrosoopasnykh ugolnykh plastakh [Mining activities in difficult conditions at the
outburst coal seams], Skhidnyi vydavnychyi dim, Donetsk, Ukraine
4. Shadrin, A.V. and Kovalenko, V.A. (2001) “Basics of automated continuous GDYA-monitoring
Kuzbass coal mines”, Vestnik KuzGTU, no. 3, pp. 28-31.
5. Olkhovichenko, A.E. (1982), Prognoz vybrosoopasnosti ugolnykh plastov [Prediction of outburst coal
seams], Nedra, Moscow, Russia.
6. Metodika opredeleniai pripodnoygazoopasnosti ugolnykh plastov deystvuiushchikh i stroiashchikhsia
shakht Donbassa [Methods of determining the natural gas-bearing coal seams in operation and under mines
of the Donbass] (1981), MakSII, Makeevka-Donbass, Ukraine.
7. Mineev, S.P., Prusova, A.A. and Kornilov, M.G. (2007), Aktivatsia desorbtsii metana v ugolnykh
plastakh [Desorption activation of methane in coal seams], Veber, Dnеpropetrovsk, Ukraine.
8. Nedashkovskiy, I.V., Panteleev, A.I. and Vorontsov, N.I. (1972), ”Determination of gas content of
coal seam at the bottomhole zone”, Ugol [Coal], no.12, pp. 63-65.
9. Verkhovskiy, E.I. and Vengerov, I.R. (1976) “Assessment of the content of methane in the atmosphere
of excavations after sudden emission of coal and gas”, Borba s gazom, pyulyuy i vyuybrosami v ugolnyuykh
shakhtakh, no. 12, pp.100-102.
10. Bolshynskiy, M.I., Tkachuk, S.P. and Gryznov, V.S. (1989), “For ensure the safety of mining opera-
tions”, Bezopasnost truda v promyuyshlennosti, no.6, pp. 29-31.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Минеев Сергей Павлович, доктор технических наук, профессор, заведующий отделом управле-
ния динамическими проявлениями горного давления, Институт геотехнической механики
им. Н.С. Полякова Национальной академии наук Украины (ИГТМ НАНУ), Днепропетровск, Украина,
Sergmineev@gmail.com
Потапенко Александр Алексеевич, генеральный директор, "Донецкая угольная энергетическая
компания" (ДУЭК), Донецк, Украина
About the authors
Mineyev Sergey Pavlovich, Doctor of Technical Sciences (D. Sc), Professor, Head of Department of
Pressure Dynamics Control in Rocks, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National
Academy of Science of Ukraine (IGTM, NASU), Dnepropetrovsk, Ukraine, Sergmineev@gmail.com
Potapenko Alexandr Alekseevich, General Director, "Donetsk Coal Energy Company" (DUEK),
Donensk, Ukraine
____________________________________
Анотація. Розглянуто питання контролю ефективності після виконання противикидових
заходів. Розглянуті результати експериментальних досліджень оцінки зміни концентрації ме-
тану у витікаючому струмені повітря в процесі виконання противикидових заходів при ве-
денні гірських робіт і під час виїмки вугілля. Встановлено, що виконання локальних проти-
викидових заходів супроводжується значним збільшенням концентрації метану у витікаючо-
му із вибою струмені повітря. Величина і динаміка концентрації метану достатньо повно ха-
рактеризують факт і тривалість виконання противикидового заходу, а вживання відповідних
датчиків дозволяє автоматизувати контроль його виконання. Проведені експериментальні
дослідження підтверджують висновок про те, що газоносність пласта є одним з інформатив-
них показників ефективності вживання противикидових заходів.
Ключові слова: вугільний пласт, викидонебезпечність, газовиділення, виробка, концен-
трація метану.
Abstract. Problems of controlling effectiveness after implementation of outburst prevention
measures are considered. Results of experimental research on estimating changes in methane
concentration in the outgoing air stream in process of implementation of outburst prevention
measures during mining operations and coal extraction are considered. It is stated that the
implementation of local outburst prevention measures is accompanied by a considerable increase of
mailto:Sergmineev@gmail.com�
mailto:Sergmineev@gmail.com�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2013. №112
______________________________________________________________________________________________
242
methane concentration in the outgoing air stream flowing from the coal face. Level and dynamics of
the methane concentration adequately characterize the fact of implementetion of and duration of the
outburst prevention measures, and application of appropriate sensors automates monitoring of their
implementation. The experimental results support a conclusion that gas content in the coal seam is
one of the informative indicators of effectiveness of the outburst prevention measure
implementation.
Keywords: coal seam, outburst, gas emission, working, methaneconcentration.
Cтатья поступила в редакцию 20.08.2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук Т.В. Бунько
УДК 303.732.4:332.1
Г.В. Аверин, д-р техн. наук, профессор,
А.В. Звягинцева, канд. техн. наук, доцент
(ГВУЗ «ДонНТУ»)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛИЗА
ДАННЫХ ПРИ ОЦЕНКЕ РАЗВИТИЯ УКРАИНЫ
Г.В. Аверін, д-р техн. наук, професор,
Г.В. Звягінцева, канд. техн. наук, доцент
(ДВНЗ «ДонНТУ»)
ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛІЗУ
ДАНИХ ПРИ ОЦІНЦІ РОЗВИТКУ УКРАЇНИ
G.V. Averin, D. Sc. (Tech.), Professor,
A.V. Zviyagintseva, Ph.D. (Tech.), Associate Professor
(Donetsk National Technical University)
APPLICATION OF DATA MINING TECHNIQUES FOR THE ASSESSMENT
OF UKRAINE DEVELOPMENT
Аннотация. Показана возможность применения методов интеллектуального анализа
данных (ИАД), отличающихся высоким уровнем понимания информации, для изучения со-
циально-экономического развития стран мира. В качестве исходной информации использо-
вана для анализа база данных Программы развития ООН. Построена модель развития стран
мира на основе применения метода многомерного шкалирования по атрибутивным индика-
торам системы и алгоритмов ИАД для вычисления статистической вероятности распределе-
ния наблюдаемых в совокупности показателей развития стран. Предложен метод определе-
ния энтропии и потенциала развития объектов. Проведены вычислительные эксперименты и
определены ранги развития стран мира, а также ранги темпов развития. Выполнена оценка
развития Украины по сравнению с основными странами мира. Полученные результаты могут
быть использованы при стратегическом прогнозировании и планировании развития страны.
Ключевые слова: интеллектуальный анализ данных, модели развития стран, стратегиче-
ская оценка, ранги стран мира, темпы развития Украины.
© Г.В. Аверин, А.В. Звягинцева, 2013
|