Файл: Клебанов, Ф. С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях.pdf

метанообильность, обусловленная метановыделением из старых вырабо­

В свою очередь относительная метанообильность каждого выемоч­ ного участка qy в соответствии с той же инструкцией складывается из величин: относительной метанообильности, обусловленной выделением

метана из разрабатываемого пласта qj ; относительной метанообильнос- • ти, обусловленной метановыделением из сближенных угольных пластов

Ц2 I относительной метанообильности, обусловленной метановыделением из вмещающих пород q-j.

При оперировании величиной относительной метанообильности выпада­ ет из поля зрения временной фактор и в значительной мере - простран­ ственный, так как относительная г.ззэобилыгость связывается только с глубиной разработки. Однако на протяжении нескольких десятилетий по­ нятие об относительной газообильности применяется при проектировании вентиляции угольных шахт и занимает преимущественное положение во многих "газовых" вопросах. В последнее время намечается использо­ вание абсолютных величин для оценки общего уровня газовыделения в шахтах и выработках [18, 19].

Исследования второй группы - определение локальной структуры за­ газованности вентиляционной струи - получили развитие сравнительно недавно и концентрируются вокруг вопросов о так называемом расслое­ нии газа и местных скоплениях его.

Эффект расслоения газов становится заметным лишь при относитель­ но небольших скоростях движения воздуха в выработке и достаточно большой интенсивности источника газа, чем и объясняется тот факт,что практически этот эффект проявляется на более или менее значительной протяженности главным образом в подготовительных выработках.

Местные скопления газа, т.е. области с повышенными концентрация­ ми газа, обнаруживаются около работающих выемочных машин. Их изу­ чение, так же как и явление расслоения газа, представляет специальный вопрос, относящийся к малым участкам вентиляционной сети.

Висследованиях третьей группы можно выделить два направления:

водном из них рассматриваются вполне детерминированные абсолют­

ные параметры источников газа, которые изменяются во времени по то­ му или иному закону, определяемому внутренним механизмом выделе­ ния газа из угля; в другом - изучается статистическая неравномер­ ность дебита газа в связи с задачей определения коэффициента нерав­ номерности газовыделения.

В этой работе, говоря об источниках газа, везде .используются пред­ ставления об абсолютных детерминированных параметрах газовыделения. Ввиду того, что для задач аэрогазодинамики вентиляционных сетей не существен внутренний механизм выделения газа из угля (из плоскостей обнажения пласта или из отбитого угля), так как аэродинамические фак­ торы не могут влиять на этот внутренний механизм, используются па­ раметры и зависимости, описывающие внешнее проявление источников газа.

7

Все многообразие конкретных причин, определяющих источники газа, можно свести к четырем основным признакам, характеризующим внеш­ нее появление источников газа в шахтной вентиляционной сети [20]:

1) геометрические размеры источника - точечный, линейный, рас­ пределенный;

2)продолжительность действия источника - мгновенный, импульс­ ный, постоянный;

3)кинематика источника - подвижный, неподвижный;

4)направление движения по отношению к вентиляционной струепо

струе, против струи.

Под точечным источником подразумевается источник, все линейные размеры которого несоизмеримо меньше длины выработки, где дейст­ вует источник, под линейнымисточник, у которого только один из размеров соизмерим с длиной горной выработки. Примером точечного источника может служить газовыделение в окрестности рабочего орга­ на работающей выемочной машины. В зависимости от соотношения вре­ мени работы машины и длительности однократного воздухообмена дан­ ной выработки газовыделение можно рассматривать как работу мгно­ венного, импульсного или непрерывного точечного источника.

Период однократного воздухообмена в горной выработке определяет­ ся как время, в течение которого выделенный в начальном сечении вы­ работки некоторый объем воздуха достигает конечного сечения выра­ ботки, перемещаясь со средней скоростью воздушного потока.

Если время работы выемочной машины мало по сравнению с перио­ дом воздухообмена (кратковременный пуск машины), то выделение га­ за в этом случае можно представить в виде действия мгновенного то­ чечного источника. Если же это время достаточно велико, то газовы­ деление в окрестности машины в этот период можно рассматривать как работу непрерывно движущегося источника газа. Если длительность ра­ боты машины соизмерима с периодом однократного воздухообмена в лаве, но меньше него, то можно считать, что газ выделяется импульс­ ным источником.

В качестве точечного неподвижного непрерывного источника можно также рассматривать выходное сечение лавы относительно вентиляцион­ ной выработки, причем характер газовыделения из такого источника может быть описан функцией изменения концентрации газа во времени в выходном сечении лавы. Вид функции в свою очередь определяется процессами, происходящими в лаве и оказывающими влияние на форми­ рование газовой обстановки в лаве.

Примером непрерывного неподвижного точечного источника в шах­ те может служить газовыделение из опережающих частей вентиляцион­

ного и откаточного штреков в месте их сопряжения с лавой относитель­ но самих штреков.

К такому же эффекту, что и действие точечного источника, приво­ дит резкое (неплавное) изменение-расхода воздуха в горной выработ­ ке. Если расход воздуха резко изменить на очень короткое время по сравнению с периодом однократного воздухообмена данной выработки, то можно считать, что возникшее изменение в распределении концент­ рации газа в воздушном потоке обусловлено появлением (либо исчез-

8

новением) мгновенного точечного источника. При этом следует отме­

участок, можно считать, что источник появляется (либо исчезает) в начальном сечении выработки. Когда же расход воздуха изменяется на время, значительно превышающее период однократного воздухообмена, то возникший эффект равносилен появлению (исчезновению) непрерыв­ ного точечного источника.

Если указанные времена соизмеримы, то можно сказать, что в дей­ ствие вступил (прекратил работу) импульсный точечный источник.

Следующим видом источников газа являются линейные источники пос­ тоянной длины. Понятие линейный означает в данном случае одномер­ ную протяженность источника, распределенность, но не характеризует закономерность изменения удельной интенсивности газовыделения по длине источника. Источники этого типа могут быть также мгновенны­ ми, импульсными и непрерывными по режиму их действия и могут нахо диться в состоянии покоя или движения. Однако имеющиеся в шахте линейные источники газа позволяют выделить только два вида ис­ точников этого типа, а именно неподвижные мгновенные и неподвижные непрерывнодействующие.

Примером линейного мгновенного неподвижного источника может служить кратковременное повышение газовыделения в лаву из вырабо­ танного пространства в период посадки основной кровли.

В качестве линейного непрерывного неподвижного источника можно рассматривать газовыделение из обнаженной поверхности угольного пласта в ремонтную смену. Кроме того, в качестве распределенного неподвижного непрерывного источника постоянной длины можно рассмат­ ривать газовыделение из выработанного пространства, а также выделе­

ники с изменяющейся во времени длиной. За источник такого типа мож­ но принять газовыделение из вновь обнажаемой поверхности угля при

ны. В то же время при работе машины сокращается длина ранее обна­ женной поверхности угольного пласта, что соответствует случаю линей­ ного источника с уменьшающейся длиной.

Газовыделение из обнаженной поверхности угольного пласта и вме­ щающих пород в опережающих частях откаточного и вентиляционного штреков также может служить примером линейного (распределенного) источника с изменяющейся длиной.

Газовыделение в шахте можно рассматривать как результат суммар­ ного действия различного рода источников, объединенных той или иной пространственно-временной схемой и выделяющих газ в режиме, опре­ деляемом технологической, схемой разработки и проветривания.

9

2.Подготовительные выработки как источник газа

Подготовительные выработки в угольных шахтах являются обильным

готовительной выработки составляет десятки тысяч кубических метров в сутки [21], Суммарное количество метана из всех подготовительных выработок шахты достигает 40 - 50% общего количества газа, выделяю­ щегося в шахте. Эти обстоятельства делают весьма важным изучение выделения метана в подготовительных выработках, особенно при ско­ ростной проходке. Изучение этого вопроса также интересно с той точ­ ки зрения, что дает возможность выяснить общие особенности выделе­ ния метана из обнаженных поверхностей угольного пласта.

Известен ряд работ [ 16, 22-28], в которых приводятся результаты наблюдений за газовым режимом в подготовительных выработках в пе­ риод их проходки и предлагаются зависимости, характеризующие неко­ торые стороны процесса выделения метана. Остановимся на тех вели­ чинах, с которыми приходится иметь дело при рассмотрении вопроса о выделении метана в подготовительной выработке.

Это, во-первых, удельная объемная скорость выделения метана че­ рез обнаженную поверхность угля g (м /мин/м^); во-вторых, объем­ ная скорость выделения метана через поверхность угля в подготови­ тельную выработку в целом G (гл /мин); в-третьих, объем метана, вы­ делившегося в выработку от начала ее проходки до некоторого фикси­ рованного момента времени W(м^).

Удельная объемная скорость выделения метана g - величина пере­ менная, так как с течением времени однажды обнаженная поверхность угля истощается от метана. Попытки теоретического вывода зависимое ти, которая описывала бы уменьшение со временем величины g, при­ водят к сложным формулам [29, 30]. Их сложность обусловлена не столько большим числом переменных, сколько трудностью определения численных значений переменных для конкретных условий. Чтобы избе­ жать этйх трудностей, совокупное влияние множества факторов выра­ жают всего через две величины - начальную удельную объемную ско­ рость выделения метана через обнаженную поверхность угля и время, отсчитываемое от момента обнажения поверхности [30, 31, 32].

Так, Г.Д. Лидиным была предложена формула изменения удельной объемной скорости выделения метана в зависимости от времени [16]

чальных условий и устранить дробную степень времени в размерности

10