Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 19.06.2024
Просмотров: 127
Скачиваний: 0
Тогда выражение |
(1.50) запишется в |
виде |
|
|
|
|
||||
|
|
Е = — |
mp2t2. |
|
|
|
(1.51) |
|||
|
|
|
2 |
|
0 |
|
|
|
|
|
Если принять процесс расширения газа на стадии выноса угля |
||||||||||
адиабатическим, энергия расширения газа |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
к— 1 |
|
|
|
(1.52) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где ро — атмосферное давление, |
кгс/см2 ; |
|
|
|
|
|||||
Ѵ0 |
— объем газа, участвующего |
в выбросе, м 3 ; |
|
|
||||||
Рвыо |
— н а ч а л ь н о е |
давление |
газа |
в волне выброса, |
кгс/м 2 ; |
|
||||
к |
— показатель |
адиабаты для |
метана. |
|
|
|
|
|||
Величину рвыб можно оценить, используя данные С. А. Христи- |
||||||||||
ановича |
[19]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начально е давление волны выброса |
(кгс/см2 ) |
для четырех |
ис |
|||||||
ходных |
величин давления газа в пласте (кгс/см2 ) |
равно: |
|
|||||||
Исходное давление газа в пласте, кгс/см2 |
. 1 0 |
20 |
30 |
40 |
|
|||||
Начальное давление волны выброса, |
кгс/см 2 . 9,8 |
19,4 28,4 37,1 |
|
|||||||
При |
выносе раздробленной |
горной |
массы |
не |
вся |
энергия |
газа |
|||
идет на вынос, а часть ее теряется на движение газа в пустотах
между кусками угля. Если принять коэффициент разрыхления |
раз |
||||||||||||||
дробленной |
массы |
равным 1,4 и естественную пористость |
угля 5%, |
||||||||||||
то полезная |
энергия |
расширения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
А' = |
0.69Л. |
|
|
|
|
|
(1.53) |
|
П р и р а в н я в |
А' |
к Е и заменив |
ѵср |
на ѵЕ, |
определим объем |
газа, |
|||||||||
необходимый для |
выноса угля и породы |
при |
вскрытии |
|
пласта |
||||||||||
стволами диаметром |
от 3 д о 8 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Результаты |
расчетов |
по формуле |
(Г.52) приведены в |
табл . 17. |
|||||||||||
• Если |
принять, |
что' в |
первый |
момент выброса |
в |
нем |
участвует |
||||||||
20% |
сорбированного |
углем газа |
[19], то с учетом |
свободного |
газа |
||||||||||
(10% |
от общего) |
можн о предположить, что в первый момент в |
|||||||||||||
выбросе участвует 28% всего находящегося в угле газа. |
Расчет |
||||||||||||||
количества |
газа, |
участвующего |
в выносе |
угля |
в |
первоначальный |
|||||||||
момент |
выброса, |
с ч и т а я - п о эффективной |
метаноемкости |
|
угля, |
||||||||||
приведен в табл . 18. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Н а рис. 28 представлены графики зависимости объема |
газа, |
||||||||||||||
необходимого |
для |
выноса угля и породы в ствол, |
а т а к ж е |
объема |
|||||||||||
газа, |
выделяющегося |
в процессе |
выброса, |
от его давления |
в |
уголь |
|||||||||
ном пласте.
Анализ представленных графиков подтвердил, что на этапе об нажения угольного пласта (вскрытия через породную «пробку») внезапный выброс угля и газа практически возможен по углю си лой около 50 тс и более. Минимальное давление газа, при кото-
59
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
17 |
Давление |
Диаметр |
Минимальный объем газа, необходимый |
для выноса угля (м) |
|
|||||
|
|
при |
выбросе силой |
по углю, тс |
|
|
|||
газа в |
ствола в |
|
|
|
|
|
|
|
|
пласте, |
проходке, |
|
|
|
|
|
|
|
|
к г с / с м 2 |
м |
10 |
|
50 |
100 |
|
500 |
1000 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
3 |
87 |
|
168 |
260 |
|
1310 |
4500 |
|
|
4 |
140 |
|
218 |
320 |
|
1370 |
4630 |
|
5 |
5 |
209 |
|
286 |
384 |
|
1470 |
4770 |
|
|
6 |
283 |
|
360 |
457 |
|
1560 |
4950 |
|
|
7 |
392 |
|
470 |
566 |
|
1770 |
5180 |
|
|
8 |
514 |
|
592 |
690 |
|
1850 |
5470 |
|
|
3 |
56 |
|
109 |
168 |
|
842 |
2900 |
|
|
4 |
90 |
|
141 |
206 |
|
887 |
3000 |
|
10 |
5 |
134 |
|
185 |
247 |
|
940 |
3070 |
|
|
6 |
182 |
|
232 |
295 |
|
1020 |
3180 |
|
|
7 |
252 |
|
302 |
365 |
|
1140 |
3350 |
|
|
8 |
330 |
|
380 |
443 |
|
1200 |
3520 |
|
|
3 |
46 |
|
89 |
138 |
|
685 |
2370 |
|
|
4 |
74 |
|
115 |
168 |
|
728 |
2430 |
|
15 |
5 |
ПО |
|
150 |
200 |
|
772 |
2510 |
|
|
6 |
148 |
|
190 |
240 |
|
720 |
2600 |
|
|
7 |
206 |
|
246 |
300 |
|
930 |
2730 |
|
|
8 |
270 |
|
310 |
361 |
|
973 |
2870 |
|
|
3 |
42 |
|
80 |
125 |
|
623 |
2160 |
|
|
4 |
68 |
|
105 |
153 |
|
660 |
2220 |
|
20 |
5 |
100 |
|
137 |
183 |
|
700 |
2300 |
|
|
6 |
136 |
|
173 |
220 |
|
748 |
2370 |
|
|
7 |
190 |
|
225 |
270 |
|
845 |
2490 |
|
|
8 |
248 |
|
284 |
328 |
|
890 |
2720 |
|
|
3 |
34 |
|
65 |
100 |
|
500 |
1740 |
|
|
4 |
54 |
|
84 |
123 |
|
530 |
1780 |
|
30 |
5 |
80 |
|
ПО |
147 |
|
565 |
1840 |
|
|
6 |
108 |
|
139 |
176 |
|
600 |
1900 |
|
|
7 |
152 |
|
180 |
218 |
|
680 |
2000 |
|
|
8 |
198 |
|
228 |
265 |
|
713 |
2100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
18 |
|
|
|
Количество |
газа |
( м 3 ) , участвующее в выносе |
угля и |
породы |
|
||
Сила |
|
|
при |
давлении |
газа в пласте, |
кгс/см 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
выброса, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тс |
5 |
10 |
|
15 |
20 |
|
30 |
40 |
|
|
|
|
|
||||||
10 |
19,3 |
27,6 |
|
30,1 |
33,8 |
|
37,0 |
39,2 |
|
50 |
96,5 |
138 |
|
150,5 |
159 |
|
185 |
196 |
|
100 |
193 |
276 |
|
301 |
318 |
|
370 |
392 |
|
500 |
965 |
1380 |
1505 |
1590 |
|
1850 |
1960 |
|
|
1000 |
1930 |
2760 |
ЗОЮ |
3180 |
|
3700 |
3920 |
|
|
60
а
|
50О| |
6\ |
— V л |
а" |
W\ |
\ |
|
«1 |
I |
|
т . І\ г |
* |
JOO; |
|
* Ѵ> х |
§ |
гоо |
|
|
|
wo |
|
|
|
о г—' 5 |
10 |
15 |
20 25 |
30 |
|
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
||
|
|
Условные |
обозначения. |
|
}800\ |
5< |
|
|
|
|
|
|||
|
-о— Минимальный |
объем газа., |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
необходимого для Выноса |
1100 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
угля, |
м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г~ - Количество газа,участ- |
1В00\ |
¥ |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
дующее 8 |
выбросе |
|
|
|
|
|
|
> |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
1500 |
3<ÄU |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
\ >Ш\ |
гт\\ѵ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
1300 |
• н\\ѴІ |
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
|
|
1100\ |
|
|
|
|
|
|
|
700 |
5<і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
||
|
S0O |
5\ |
|
|
|
|
|
900 |
|
|
|
|
|
|
г. |
too |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
з |
wo |
2\ |
|
|
|
|
|
800\ |
|
|
|
|
|
|
Cl} |
|
|
|
|
|
|
700 |
|
|
|
|
|
|
|
I зоо\ |
1\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
800 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
гоо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
:оо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
|
|
|
|
|
Давление |
газа., кгс/снг |
„ . |
|
|
|
|||
Рис. 28. Графики зависимости объема |
газа, |
необходимого |
для |
выноса |
||||||||||
угля и породы |
й |
участвующего в выбросе от его давления в пласте при |
||||||||||||
|
|
различных |
силе |
выброса и |
диаметре |
ствола: |
|
|
||||||
а — 10 т; б — 50 т; в — 100 т; г — 500 т; 1—6 — при диаметре ствола 3. 4, 5, 6, 7 и 8 м
ром |
может |
развиваться заключительная |
фаза |
выброса — вынос |
|||||||||
угля |
и породы, |
для стволов |
диаметром |
3 м |
составляет |
около |
|||||||
6 кгс/см2 , |
а для |
наиболее |
распространенных |
стволов |
диаметром |
||||||||
6 м и выше — около 8 кгс/см2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
По минимальному значению давления газа можно оценить и |
|||||||||||||
минимальные глубины, с которых в обычных условиях |
залегания |
||||||||||||
могут появиться внезапные выбросы угля и газа в стволах. |
|
||||||||||||
Используя данные |
О. И. Чернова [49] |
о зависимости |
давления |
||||||||||
газа |
от глубины |
залегания |
пласта, |
имеем |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
рѵ |
= |
0,12Н |
— 22. |
|
|
|
(1.54) |
||
Тогда для стволов диаметром 6 м и более минимальной |
глуби |
||||||||||||
ной |
развития фазы выноса |
угля в стволе будет 250 |
м. |
|
|
||||||||
Д а н н ы е |
практики |
вскрытия |
угольных |
пластов |
стволами |
под |
|||||||
т в е р ж д а ю т |
этот |
вывод. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При пересечении мощных или крутопадающих угольных |
пла |
||||||||||||
стов |
наиболее выбросоопасной |
является |
область, |
прилегающая к |
|||||||||
углу |
ствола. При этом импульсом |
развития выброса может |
быть |
||||||||||
не только перепад напряжений и давления газа, но и внезапное
высыпание нависающей части угольного массива, |
особенно на |
крутых пластах. Однако минимальное давление газа |
(начальное), |
необходимое для выноса угля из ствола, будет выше, чем при об нажении пласта за счет частичного его снижения в области, при легающей к забою ствола.
Таким образом, |
на основании полученных результатов |
можно |
сделать следующие |
выводы: |
|
1. При проведении вертикальных стволов с поверхности |
шахт |
|
необходимость применения специальных мероприятий по |
борьбе |
|
с внезапными выбросами угля и газа определяется не только тре бованиями безопасности ведения горных работ, но и вопросами экономичности ведения горных работ.
2. При проведении вертикального ствола в прнзабойной части горного массива происходит перераспределение напряжений, отли
чающееся |
от |
такового при |
проведении горизонтальной |
выработки . |
||||||
В окрестности забоя ствола м о ж н о выделить три зоны |
с |
различ |
||||||||
ным характером распределения напряжений: |
|
|
|
|
f |
|||||
I — зона |
обычных деформаций . П р е о б л а д а ю щ и е |
деформации |
||||||||
радиальные . П о характеру |
распределения |
напряжений |
усматри |
|||||||
вается некоторая аналогия |
с горизонтальной |
выработкой. |
|
|
||||||
I I — переходная |
зона. |
Отличительной чертой являются мини |
||||||||
мальные деформации массива и сохранение повышенных |
н а п р я ж е |
|||||||||
ний вплоть до кромки угла |
забоя ствола. |
|
|
|
|
|
|
|||
I I I — зона разгрузки от |
повышенных напряжений . П р е о б л а д а ю |
|||||||||
щие деформации аксиальные. Р а з м е р зоны |
существенно |
|
зависит |
от |
||||||
диаметра |
ствола. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Характер распределения напряжений в окрестности |
забоя |
|||||||||
ствола от |
величины |
диаметра ствола не зависит. Д и а м е т р |
ствола |
|||||||
оказывает |
влияние |
на величину напряжений |
рассматриваемой |
ча- |
||||||
62