Файл: Газообильность каменноугольных шахт..pdf

при полном обрушений кровли — в зависимости от способа вы­ емки угля: при механизированной выемке — 0,9, при работе отбой­ ными молотками или буровзрывной отбойке'—0,8.

Таким образом,

Значения коэффициента п для изученных условий получены по

экспериментальным данным в зависимости от мощности невынимаемой угольной толщи тп:

Для проверки эмпирической зависимости степени дренирования временно невынимаемой угольной толщи от мощности пласта и ско­ рости отработки верхнего слоя был применен метод моделирова­ ния на гидроинтеграторе [39]. Полученные результаты подтвердили близкое к линейному изменение остаточной газоносности угля по мощности невынимаемого слоя, которая была найдена экспери­ ментальным путем [19].

Одним из основных факторов, влияющих на интенсивность газовыделения с единицы обнаженной поверхности временно невы­ нимаемого слоя, является горное давление. При выемке первого слоя невынимаемая толща разгружается от горного давления, вследствие чего нарушается существовавшее равновесие между га­ зовыми фазами в угле. Снижение напряженного состояния массива сопровождается десорбцией метана из угля. Интенсивность газовыделения при этом зависит от газоносности, физико-механических свойств пласта и мощности оставляемого слоя. Характер движения газа через нарушенную эксплуатационными трещинами угольную толщу качественно и количественно изменяется в зависимости от интенсивности развития трещин, их зияния, времени обнажения и других факторов.

Исследования влияния горного давления на газовыделение из временно невынимаемого слоя были проведены на шахте «Коксо­ вая» по пласту IV Внутреннему на гор. •—35 м. Пласт отрабаты­ вался короткими полосами по простиранию с полной гидравличе­

пласта составлял 60°, шаг закладки 20—25 м, длина забоя 9—12 м. Методика исследований заключалась в следующем. Из лесо­ спускных скатов оборудовались наблюдательные станции, из кото­ рых в массив угля бурились скважины глубиной 4,5 м. В скважи­ нах при помощи деревянной пробки закреплялся стержневой репер. На расстоянии 1 м от него устанавливался анкерный репер, состоя­ щий из анкера и трубы, внутри которой пропускался стержень

50

I»

забитого в пробку репера. Деформаций угольного массива опреде­ лялись по относительному перемещению концов стержневого и ан­ керного реперов. Замер осуществлялся с точностью ±0,01 мм*.

Газовыделение с обнаженной поверхности временно невынимаемого слоя определялось двумя методами: прямым — замером при помощи щитков и косвенным — по газоносности угольных пластов. Для замера газовыделения участок поверхности невынимаемого слоя пласта изолировался от окружающей среды щитком* прост­ ранство под которым проветривалось при помощи эжекторного 1аспиратора при заданном расходе воздуха 10—20 д/мин. Концен­

где Q — расход воздуха под щитком, л/мин; си — концентрация ме­ тана в исходящей из-под щитка струе воздуха, %; св— то же, во входящей под щиток струе воздуха, %; 5Щ— площадь щитка, рав­ ная 0,1 м2.

Косвенный расчет газовыделения с 1 м2 обнаженной поверхно­ сти по газоносности производился по формуле

(11.57)

Интенсивность газовыделения с единицы обнаженной поверхно­ сти пласта IV Внутреннего изучалась в тех же очистных забоях, в которых определялась остаточная газоносность временно невынимаемой угольной толщи. Наблюдения проводились в течение времени, соответствующего периоду выемки угольной полосы на величину шага закладки 20—25 м.

Результаты замеров деформаций временно невынимаемого слоя и наблюдений за изменением интенсивности газовыделения из него показывают (рис. 14), что впереди линии очистного забоя уголь­ ный массив находился в сжатом состоянии под влиянием опорного давления. Деформации сжатия достигали максимального значения в 4—6 м впереди линии очистного забоя. При обнажении нижнего слоя резко возрастали деформации растяжения, которые после достижения некоторой экстремальной величины начинали медленно затухать, и по прошествии 5—6 мес почти полностью восстанови­ лось напряженное состояние угольного массива невынимаемого слоя.

* Работы выполнялись с участием Сибирского отделения ВНИМИ.

4* 51

Интенсивность газовыделенйя из невынимаемых слоев дости­ гала максимального значения в первый период времени (0,3— 1 сут) после обнажения слоя вследствие снятия деформаций сжа­ тия (разгрузки угольного массива); при этом резко возрастала фильтрация газа вследствие увеличения пористости и проницаемо­ сти угля и соответственно увеличивалось газовыделение. По мере подвигания линии очистного забоя газовыделение снижалось, что объясняется восстановлением давления боковых пород на угольный

Рис. 14. Изменение деформации угольного массива и интенсивности газовыделенйя с 1 м2 обнажаемой поверх­ ности при подвигании очистного забоя

массив нижнего слоя. В зоне стабилизации деформаций растяже­ ния газовыделение устанавливается практически на том же уровне, который наблюдался по прошествии 5—6 сут после обнажения, что соответствует величине шага закладки (20—25 м).

венная зависимость между остаточной газоносностью временно невынимаемой угольной толщи, интенсивностью газовыделенйя с еди­ ницы ее обнаженной поверхности и ее деформацией во времени.

52

Газовый баланс участков при слоевой выемке. Изучение газо­ вых балансов участков проводилось при разработке мощных уголь­ ных пластов тремя системами: комбинированной с гибким пере­ крытием (КГП) с обрушением кровли, наклонными слоями с вы­ емкой в восходящем порядке и отработкой слоев короткими полосами по простиранию с закладкой выработанного пространст­ ва, комбинированной с применением комплекса КТУ. Целью изу­ чения газовых балансов являлось определение фактической газообильности выемочных участков в целом и по источникам газовыделения, а также ее сопоставление с расчетной, определяемой по газоносности угольных пластов (табл. 15).

Анализ данных газовых съемок показал, что при разработке мощных угольных пластов с разделением на слои и управлением кровлей полным обрушением газообильность выработок первого (монтажного) слоя в большинстве случаев превышает газообиль­ ность выработок второго слоя, иногда даже в 2—3 раза. Только при весьма малых значениях общей газообильности выемочного участка газообильность нижнего слоя оказывалась практически одинаковой с газообильностью верхнего слоя в абсолютном выра­ жении или даже превышала ее.

Неравномерность распределения газовыделения между слоями в существенной мере зависит от опережения горных работ по верх­ нему слою по отношению к нижнему и мощности временно невынимаемой угольной толщи: чем больше опережение линии очист­ ного забоя и больше мощность нижнего слоя, тем меньше газо­ обильность горных выработок последнего (например, пласт III шахты «Усинская» и пласт III Внутренний шахты «Центральная»),

При разработке мощных угольных пластов комбинированными системами газообильность горных выработок зависит от длины очистных забоев. При длине их 30—40 м (шахта «Центральная», пласты Горелый, Мощный; шахта «Северный Маганак», пласт Го­ релый) вследствие значительного дренирования угольного массива подготовительными выработками газообильность ниже по сравне­ нию с газообильностью участков, где угольный пласт отрабаты­ вается длинными забоями (шахта «Усинская», пласт III).

В отдельных случаях оказывает влияние различная продолжи­ тельность дренирования угольных массивов верхнего и нижнего слоев подготовительными выработками. Рассматриваемые системы разработки характеризуются густой сетью подготовительных вы­ работок, особенно по нижнему слою, время проведения которых до начала ведения очистных работ на различных участках колеб­ лется от 1,5 до 0,5 года. Различная длительность подготовки очист­ ного блока к выемке, а отсюда и разный период дренирования массива обусловливают перераспределение газообильности горных выработок первого и второго слоев.

Иное распределение газообильности горных выработок по слоям отмечается при разработке мощных угольных пластов слоевыми системами с закладкой выработанного пространства. При отра-

53