Файл: Газообильность каменноугольных шахт..pdf

выработки участков (см. табл. 19) влияют главным образом сле­ дующие факторы: природная газоносность разрабатываемого пласта, наличие сближенных пластов, порядок разработки пластов в свите, система разработки, стадия развития горных работ, про­ изводственные процессы, колебания дебита воздуха. Влияние первых трех факторов носит неявный характер и сказывается в большей степени на величине абсолютной газообильности объекта: более высокой средней газообильности участка, как видно из табл. 19, соответствуют в основном большие среднеквадратичные отклонения. В то же время значения коэффициентов вариации на­ ходятся в противоположном соотношении с величиной средней га­ зообильности. Это можно объяснить тем, что на фоне высокого газовыделения сглаживаются даже значительные по абсолютной величине колебания, если их выразить в долях средней.величины газовыделения. При небольшой же величине газовыделения на участке даже небольшие его колебания составляют значительную часть от общего дебита газа и тем самым обусловливают увеличе­ ние коэффициента вариации [29].

Зависимость среднеквадратичного отклонения от масштабов газовыделения на участках (рис. 31) аппроксимируется в изучен­ ных условиях функцией

Oj —0,31 J0,72. ' (IV.6)

Следует отметить, что подобная же эмпирическая зависимость была получена Б. А. Анненковым [1] в условиях шахт Донбасса и Караганды при разработке тонких и средней мощности пологих пластов комбайнами ЛГД, «Донбасс», К-52м, «Горняк».

Зависимость коэффициентов неравномерности от масштабов газовыделения на участках (рис. 32) с удовлетворительной для практики точностью выражается уравнением

Из производственных процессов технологического цикла на ве­ личину колебаний газовыделения на участке наибольшее влияние оказывают выемка угля и управление кровлей. Однако в условиях шахт Кузбасса их влияние, как правило, имеет подчиненный ха­ рактер. В частности, для шахт Кузбасса характерно отсутствие за­ метного воздействия операций по выемке угля комбайнами на не­ равномерность газовыделения. Не оказывает значительного влия­ ния также отбойка угля при помощи ВВ: даже при одновременном отрыве от массива сравнительно больших количеств угля (50— 100 т и более) в условиях щитовой и комбинированной (КГП) си­ стем разработки прирост дебита газа в исходящей вентиляцонной струе участков, как показали наблюдения, не превышал 15—20%.

82

I*

Нё относится к очистным забоям, оборудованным высокопроизво­ дительными комплексами, о которых было сказано выше.

При разработке мощных пластов щитовой системой преобла­ дающее влияние на величину коэффициента неравномерности ока­ зывает газовыделение из разрабатываемого пласта. Влияние пуль­ саций струи воздуха менее существенно, так как по мере перемеще­ ния щита по падению выработанное пространство изолируется перемычками, устанавливаемыми в вентиляционных сбойках.

Неравномерность газовыделения при слоевых системах разра­ ботки с обрушением кровли, в частности при комбинированной си­ стеме с гибким перекрытием, определяется в основном объемами газовыделения из разрабатываемого пласта, преимущественно из временно невынимаемого нижнего слоя в результате его разгрузки при выемке верхнего слоя.

При слоевых системах разработки с закладкой выработанного пространства неравномерность газовыделения определяется глав­ ным образом также выделением газа из временно невынимаемой толщи угля. Как показали наблюдения на шахтах ПрокопьевскоКиселевского района, коэффициенты неравномерности в этих усло­ виях в среднем на 5—10% ниже, чем при разработке пластов с об­ рушением кровли.

Колебания дебита воздуха на участках в существенной степени обусловливают неравномерность газовыделения в тех случаях, когда в газовом балансе участка преобладает газовыделение из вы­ работанного пространства; это влияние связано с утечками воз­ духа через выработанное пространство, с которыми оттуда вымы­ вается газ.

Количественная оценка корреляционной связи между измене­ нием количества воздуха и газовым дебитом в исходящей венти­ ляционной струе участка позволила установить, что на участках, где применялись системы разработки длинными столбами по про­ стиранию и щитовая, во время полного развития очистных работ кратковременное увеличение количества воздуха в исходящей вен­ тиляционной струе на 40—50% сопровождалось повышением газо­ выделения до 30%. На таких участках коэффициент корреляции достигал 0,3—0,6. Это означает, что до 60%) величины колебаний газовыделения было обусловлено неравномерностью поступления воздуха. На участках же с незначительным газовыделением из вы­ работанного пространства (разработка одиночных пластов или применение закладки выработанного пространства) коэффициенты корреляции оказывались менее 0,3.

Колебания дебита воздуха определяют в сущности неравно­ мерность выноса метана, скопившегося в выработанном простран­ стве. Ввиду того что этот дополнительный объем газа удаляется с участка вместе с вымывающим его воздухом, концентрация ме­ тана в исходящей вентиляционной струе при этом не повышается.

Неравномерность газовыделения по источникам. Для решения ряда инженерных задач необходимо знать величину максимально

84

возможного газовыделения не только в целом по участку, но и по отдельным основным источникам газа (разрабатываемый пласт, выработанное пространство, отбитый уголь и др.).

В процессе рассмотренных выше наблюдений учитывались только колебания суммарного дебита газа в исходящей струе. В действительности же эти колебания обусловлены изменением во времени выделения метана из различных источников, в первую оче­ редь из разрабатываемого пласта и выработанного пространства, под действием различных, а не одних и тех же факторов;

Прямое раздельное исследование неравномерности газовыделе­ ния по источникам является весьма трудной задачей, так как во многих случаях слияние потоков газа из выработанного простран­ ства и из разрабатываемого пласта происходит постепенно по ходу вентиляционной струи. Решить эту задачу можно косвенным пу­ тем, пользуясь материалами газовых съемок. В частности, диспер­ сию газовыделения из выработанного пространства (которое в пер­ вую очередь обусловлено притоком газа из сближенных пластов) можно вычислить из уравнения L48]

2

где Ов.п =Db.п— дисперсия газовыделения из выработанного про­

странства, м3/мин; Опл=Ппл — то же, из разрабатываемого пласта. Чтобы проверить, действительно ли колебания газовыделения из разрабатываемого пласта и из выработанного пространства не­ зависимы друг от друга, были проведены газовые съемки в шахтах. Выбирались такие участки, которые позволяли как можно точнее разграничить объемы' газовыделения из указанных источников. Разность между дисперсией по участку и суммой дисперсий по источникам ни в одном случае не превышала 0,05. Это означает, что колебания газовыделения из отдельных источников газа не зависят друг от друга. Следовательно, для определения дисперсии газовыделения из источников (при отсутствии возможности осу­ ществить прямые замеры) вполне допустимо использовать расчет­ ный метод, основанный на использовании формулы (IV. 8) . Средне­ квадратичные отклонения значений газовыделения как из разра­ батываемого пласта, так и из выработанного пространства груп­ пируются около одной и той же кривой (рис. 33). Эта кривая сов­ падает с графиком зависимости величины Oj от средней газообиль-

ности участка (см. рис. 31).

Отсюда следует, что коэффициенты неравномерности газовыде­ ления, установленные для участка в целом и зависящие от его средней абсолютной газообильности, применимы также по отноше­ нию к среднему газовыделению из отдельно взятых основных источников — разрабатываемого пласта и выработанного простран­ ства.

85

Это не распространяется на газовыделение из отбитого угля. Однако, как показали наблюдения, влияние колебаний газовыделения из этого источника на неравномерность газовыделения в це­ лом с участка в изученных условиях на действующих горизонтах шахт было незначительным. По мере внедрения высокопроизводи­ тельной выемки (агрегаты, комплексы, струги и др.), когда доля газовыделения из отбитого угля в газовом балансе существенно возрастет, необходимо будет накопить данные для дополнитель­ ных выводов по этому вопросу.

Рис. 33. Зависимость среднеквадратичного отклонения га­ зовыделения от объема газовыделения по источникам:

Следует отметить, что в инженерных расчетах по выявлению максимально возможной газообильности участка нельзя учитывать коэффициенты неравномерности газовыделения отдельно по каж­ дому источнику газа с последующим их суммированием, так как это приводит к завышенным конечным результатам по сравнению с фактическими. Другими словами, в реальных условиях не встре­ чается такой газообильности участка, которая складывалась бы из арифметической суммы экстремальных газовыделений по источ­ никам.

§ 10. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДОБЫЧИ УГЛЯ

На участках с гидравлической добычей наблюдения за неравно­ мерностью газовыделения и обработка полученных данных произ­ водились так же, как и на участках с механической технологией,

86

Был изменен только интервал между отдельными замерами: для выявления фактического колебания газовыделения во время про­ ветривания забоев (после взрывания шпуровых зарядов) и смыва угля он составлял 1—2 мин, а во время прочих операций — 10— 20 мин.

В период наблюдений исследовались колебания количест­ ва газа в исходящих струях как отдельных забоев, так и участка в целом.

Наблюдениями, проведенными на исходящих вентиляционных струях гидроучастков в период их подготовки и на различных ста­

близко к нормальному закону. При этом величина критерия согла­ сия К. Пирсона изменялась в диапазоне от 0,0464 до 0,1786, а ве­ роятность соответствия по критерию согласия А. Н. Колмогорова достигала величин 0,624—0,983.

Установление нормального закона распределения абсолютной газообильности дает возможность сделать заключение о примени­ мости формулы (IV.3) для гидроучастков. При этом достаточно представительным и надежным показателем неравномерности га­ зовыделения является коэффициент, рассчитанный на основании наблюдений за 6—8 дней.

По данным наблюдений на гидроучастках шахт «Красногорская» и «Коксовая», с ростом средней газообильности гидроучастка не­ равномерность газовыделения закономерно убывает. В то же время в литературе имеются сведения [58] об отсутствии тесной корре­ ляционной связи между этими двумя параметрами.

Из табл. 20 следует, что при одной и той же средней газообиль­ ности гидроучастка коэффициенты неравномерности газовыделения могут иметь разные значения. И наоборот, количественно один и тот же коэффициент может соответствовать разным величинам средней газообильности. Разброс значений коэффициентов kza при одной и той же средней газообильности обусловлен не отсутствием взаимосвязи между этими параметрами, а главным образом тем, что их истинные значения могут отклоняться от величин, найден­ ных по ограниченному числу наблюдений в пределах доверитель­ ных границ.

Принимая во внимание изложенное, зависимость коэффициен­ тов неравномерности газовыделения от средней газообильности гидроучастков построена по максимальным величинам коэффи­ циентов с учетом доверительных границ обоих параметров (см. рис. 32). Такой принцип построения графика позволяет обеспечить в ы с о к у ю надежность (0,99) и представительность коэффициентов.

87