Файл: Проходка шахтных стволов в условиях выбросоопасных пластов..pdf

где

рпл

— д а в л е н и е газа

в

пласте,

кгс/м 2

(мм

вод.

с т . ) ;

Ѵ*л

— приведенный к давлени ю

в пласте объем выде­

лившегося

газа,

м 3 ;

5

— сечение ствола,

м2 ;

V « — д л и н а рассматриваемого

участка

ствола,

м;

к—показатель

а д и а б а т ы

(для

метана

и = 1 , 3 ) .

П р и н я в длительность выноса угля в выработку при выбросе &

среднем

2 с

[17], согласно з а к о н а м

д в и ж е н и я воздуха

по

в ы р а б о т ­

к а м [18],

имеем

hB =

~f,

(I.3>

где R — аэродинамическое

сопротивление

ствола,.

L

кгс/с 2 /м 2 ;

— объем выделившегося

газа,

приведенный

к

а т ­

мосферному давлению, м3 .

Сопротивление

воздуха,

поступающего

в

ствол

д л я

его

п р о ­

ветривания,

определяется из

в ы р а ж е н и я

A„p =

/?Qn

2 p ,

'

(І.4>

где

QnP —количество

воздуха,

необходимое

д л я

проветри ­

вания ствола, м 3 /с .

/

Приняв,

что

на конечной

стадии расширения газа

выполняется

соотношение

РпЯКі

=

Р*гкК,

(1.5)

и подставив

его

и

(1.3-й 1.4)

в

( I . I ) , имеем

( s i ) *

V

4

;

v

'

К а к

видно из

в ы р а ж е н и я

( I .

6),

величина

АР

определяется

в

основном объемом газа, выделившегося при выбросе.

Известно, что

количество

газа,

которое

может

быть

з а к л ю ч е н о

в угле, равно сумме количества

газа,

сорбированного

углем

и

объема

свободного газа :

.ха

= хс + Ѵ„,

(1.7)

Хц — суммарное

(полное)

количество

газа в

угле,

хс

см3 /г;

— количество

газа, сорбированного

углем,

см 3 /г ;

Ѵюв — объем свободного газа,

см3 /г.

Количество

сорбированного

газа

определяется

из

у р а в н е н и я

Л э н г м ю р а

X c

= _ ^ L -

( І .8>

Т а б л и ц а

3

Шахта

Пласт

а

ь

«Коксовая»

14,63

0,275

13,33

0,129

15,38

0,114

19,29

0,100

15-, 93

0,156

18,31

0,282

16,49

0,211

14,27

0,155

20,57

0,083

11,32

0,433

21,50

0,068

16,97

0,081

19,78

0,215

16,91

0,111

20,92

0,120

12,17

0,319

10,87

0,261

10,37

0,351

14,02

0,110

23,96

0,109

Им .

Ворошилова

15,96

0,171

18,69

0,073

•

16

0,184

Количество свободного

г а з а в условиях

приведенного оценочно­

го расчета м о ж н о принять

равным 10% от общего количества

газа .

С учетом того, что уголь

и после

разрушения

(давление 1 кгс/см 2 )

•содержит газ, м о ж н о определить

разность г а з о с о д е р ж а н и й

угля при

д а в л е н и и

газа

в массиве

и эффективную

метаноемкость

х3ф при

атмосферном

давлении . Р е з у л ь т а т ы

расчетов

при давлении

газа

5;

10; 20; 30; 40 кгс/см 2 дл я углей Прокопьевского района

К у з б а с ­

с а

сведены в табл . 4.

Т а к и м образом, по величине эффективной метаноемкости

угля

представляется в о з м о ж н ы м оценить

количество газа,

участвующе ­

го в выбросе, если известна

сила

выброса по углю . Пр и этом

н у ж н о

заметить,

что в ы б р а с ы в а е м ы й уголь

дробят неравномерно

и

поэто­

му не весь газ успевает десорбироваться

из угля за время

выброса .

С. А.

Христианович

[19], например,

принимает, что в

процессе

выброса

участвует 20%

десорбирующего

газа, В. В.

Ходот

рас­

с м а т р и в а е т коэффициент'десорбции

г а з а

з а время выброса

равным

Т а б л и ц а

4

Сорбцнонная

Потенциаль­

Давление

ная общая

Эффективная

метаносмкость

метано-

метаноемкость

газа, к г с / с м 2

угля л'с ,

емкость

* з ф , см Ѵ г

с м 3 / г

угля хп, с м 3 / г

5

7,7

8,5

6,9

10

10,4

11,5

9,9

20

12,5

13,7

12,1

30

13,5

14,8

13,2

40

14,1

15,5

13,9

не более 0,5. П р и м е м дл я расчета

наиболее известные

условия, ког ­

да

в выбросе

участвует

половина

с о д е р ж а щ е г о с я

в угле газа . Тогда

количество

газа, участвующего в

выбросе

Ѵ0

= О,50х э ф ,

м3 ,

(І.9>

где

G — сила

выброса по углю, тс.

З а д а в ш и с ь

р е а л ь н ы м значением силы

выбросов,

м о ж н о

оценить

и реальное

количество газа

(табл . 5).

Т а б л и ц а 5

Количество газа ( м а ) , участвующего в выбросе

силой,

тс

Давление газа,

к г с / с м 1

10

50

100

500

1000

5

34,5

172

345

1720

3450

10

49,5

232

495

2320

4950

20

•

60,5

300

600

3000

6000

30

66,0

330

660

3300

6600

40

70,0

350

700

3500

7000

Исходя

из данных табл . 5, дл я этого

количества

газа

произве ­

ден

расчет

избыточного

д а в л е н и я ' г а з а

при разной длине

рассмат ­

риваемого

участка

ствола.

Р а с ч е т избыточного

д а в л е н и я

произведен

по

в ы р а ж е н и ю

(1.6).

Исходные

д а н н ы е

д л я

расчета:

DCTTI

— 7

м;

а =

100-10- 4

к г с - с 2 / м 4

(с

учетом

сопротивления

проходческих

полков);

Qnp=10 м 3 /с ;

Рпл=

154-20 кгс/см 2 .

Р е з у л ь т а т ы

расчетов

сведены в табл . 6.

К а к

видно

из д а н н ы х т а б л . 6, при углубке

стволов

с ш а г о м уг -

лубки

100 м

выброс силой

более

20 тс угля

и 100 м 3

газа

м о ж е т

в ы з в а т ь опрокидывание

струи воздуха д а ж е

при

в с а с ы в а ю щ е й

схеме проветривания . Практически все у г л у б л я е м ы е

воздухоподаю -

Т а б л и ц а 6

Избыточное давление (мм вод. ст . ) на выходе

Сила выброса

Количество

газа,

из ствола

глубиной, м

по у г л ю , тс

участвующего

в выбросе,

м 3

•10

80

100

150

До

10

50

115

45

35

19

20—30

100

290

114

49

100

500

2,3.103

900

670

360

200

1000

5,6.103

2,2.103

1,6.103

0 , 8 - Ю 3

500

3000

2,2.10-»

8 , 3 - Ю 3

6,0 . 10 3

2,6.103

Около

1000

5000

4,3-10'

1,6.10*

1,1.10*

4,2.103

П о данным

табл . 6 т а к ж е м о ж н о сделать вывод о влиянии в ы б ­

роса в случае углубки воздухоподающих

стволов.

Строгое решение задачи о дальности

распространения

г а з о ­

воздушного потока по в ы р а б о т к а м действующего горизонта

весьма

затруднительно

ввиду динамичности

х а р а к т е р а

газопроявления и

непостоянства

его во времени. К тому

ж е дл я разделения стволов

на группы вполне достаточно оценки возможности

распространения

метана в прилегающие к стволу выработки околоствольного

д в о р а

Так,

ориентировочные

расчеты,

проведенные

дл я

случая разделе ­

ния

газо-воздушного

потока

по стволу

с

D = 7

м и

в ы р а б о т к е

S = 20 м 2 с атмосферным

давлением на

действующем

горизонте

100 мм вод. ст. показали,

что давление на фронте

газо-воздушного

Ч т о касается

стволов,

нейтральных в отношении вентиляции,

они д о л ж н ы

быть

отнесены

к одной

группе с

воздухоподающими

стволами . В

то ж е время

в

о з м о ж н о

отнесение

их т а к ж е к группе

циальными

перемычками .

Таким образом, по степени опасности

последствий

возможного-

внезапного

выброса все стволы можно

разделить

на три

группы:

I — вновь проходимые при строительстве

или

реконструкции

шахт;

I I — у г л у б л я е м ы е

воздуховыдающие;

I I I — у г л у б л я е м ы е

воздухоподающие

и нейтральные

по отноше ­

нию к вентиляции действующей шахты .

Выбор способов борьбы с выбросами и обоснование объема ил.

применения

д о л ж н ы

производиться с учетом

разделения

стволов

ризонтными к в е р ш л а г а м и

и вертикальными стволами с э т а ж н ы м и

к в е р ш л а г а м и .

Основными отличиями

этих схем с позиций рассматриваемого

ных пластов, которые,

кроме

числа

пересекаемых пластов, зависят

в первую очередь от числа

принятых

в схеме

вскрытия

стволов.

Анализ факторов, о п р е д е л я ю щ и х выбор

способа вскрытия,

воз­

м о ж н ы е

способы

вскрытия

и рациональное

число

стволов

д л я

р а з л и ч н ы х горнотехнических

условий приведены в табл . 7.

Анализ

данных т а б л .

7 показывает,

что

число стволов,

а следо­

вательно,

и

п р и м е н я ю щ а я с я

схема

вскрытия

зависят

в

основном

•от мощности шахты, размеров шахтного поля и глубины

разработ ­

ки. П р и

вскрытии

незначительного числа пластов на ш а х т а х малой

мощности проводят обычно один ствол при

незначительной глубине

р а з р а б о т к и

и

не

более двух

центрально - сдвоенных при разработке

пластов

на

большой

глубине. Главный

скиповой ствол

при

этом

-служит д л я отвода исходящей струи

воздуха.

На

ш а х т а х

большой

производственной

мощности

существую­

проводят третий

ствол, обычно скипо-клетевой. Он ж е

служит

д л я

вскрытия и подготовки новых горизонтов. Часто д л я

изолирован ­

ного вскрытия и

подготовки нового горизонта проводят

новые

ство­

число

стволов достигает 4—5 и более.

П р и

значительных,

р а з м е р а х

шахтного поля ,

а т а к ж е

при

вскрытии

большого

числа

сближенных

интенсивно

нарушенных

л л а с т о в число проходимых

стволов

достигает 8 и более. Так, на

ш а х т е

«Коксовая» (Кузбасс)

вскрытие осуществлено

т р е м я верти­

к а л ь н ы м и

стволами

в центре шахтного поля и пятью

вентиляцион ­

ными,

пройденными

д л я облегчения

вентиляции в к а ж д о м

из

бло­

ков шахты, выделенных по геологическим

п р и з н а к а м .

З а р у б е ж н ы й

опыт р а з р а б о т к и

т а к ж е

п о д т в е р ж д а е т

необходи­

мость

большого числа стволов. Так,

на

ш а х т а х П Н Р

производст­

венной мощностью 6000 т/сут проводят обычно б—8

стволов

р а з ­

личного назначения [8].

В

общем случае

д л я

ш а х т с

блоковой

подготовкой

шахтного

поля

и секционным

проветриванием

число

стволов

равно

/ г + 2 ,

где п — число отдельных

блоков.

П р и пологом залегании пластов

стволы практически

всегда

рас ­

п о л о ж е н ы в пределах угленосных свит и пересекают

целый

ряд

угольных

пластов.

В

проектах

шахт

будущего, р а з р а б а т ы в а ю щ и х пологие

пласты,