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

Главным в анализе внешней динамики газовыделения из разрабаты­ ваемого пласта является вопрос соотношения между дебитами газа че­ рез плоскость обнажения пласта и из отбитого угля.

Одновременность процессов выделения газа с обнаженной плоскости забоя и из отбитого угля делает практически невозможным прямое экс­ периментальное разделение этих двух составляющих газового дебита.

Соотношение между ними оценивается на основе уравнений внешней ди­ намики газовыделения из разрабатываемого пласта и известных экспе­ риментальных данных о числовых значениях газодинамических парамет­ ров пласта и отбитого угля.

делью, отражающей закон уменьшения удельного дебита газа со време­

личины и темп, или скорость, с которой происходит ее уменьшение. Чис­ ловым показателем этой скорости служит постоянная времени.

Зная величину гаэоотдаюшей поверхности S, можно выразить форму­ лой средний в интервале от 0 до t дебит газа

Если величины, относящиеся к поверхности обнажения пласта в лаве, пометить индексом 1, а к внешней поверхности кусков отбитого угля - индексом 2, то соответствующие средние дебиты газа будут определять­ ся формулами

где tj - время обнажения поверхности забоя в лаве; tg - время нахожде­

ния отбитого угля в выработках, омываемых свежей вентиляционной струей.

26

Выражая величину t2 через величину tj

0,37;

и принимая во внимание, что интервал времени tj обратно пропорцио­ нален нагрузке на лаву, т,е#

где А - нагрузка на лаву, тыс. т/сут; L - длина лавы, м; m - мощ­ ность пласта, м; Ь - ширина захвата выемочной машины, м; у —удель­ ный вес угля, т/м 3.

Из формул (1,38) и (1,39) следует, что суммарный дебит газа из разрабатываемого пласта, обусловленный, выемкой угля, не возраста­

Такой характер зависимости общего дебита газа из разрабатываемо­ го пласта от интенсивности выемки угля дает основание поставить подругому вопрос о связи между газовым уровнем в лаве и ее произво­ дительностью. Обычно это. сводится к определению максимально допус­ тимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой. Учитывая су - , шествование предела, к которому стремится общий дебит газа из раз­ рабатываемого пласта при возрастании нагрузки на лаву, и непрерыв­

27

ное уменьшение приращения газового дебита с ростом нагрузки, можно поставить вопрос об определении минимально предельной нагрузки, до которой наблюдается еще практически заметная связь между произво­ дительностью лавы и величиной соответствующего дебита газа. Если будет возможность обеспечить соблюдение установленных газовых и вентиляционных норм для указанной минимально предельной нагрузки, то это будет означать одновременно, что в данных условиях любое еще большее увеличение нагрузки на лаву не вызовет практически замет­ ного увеличения газового дебита.

На основании формул (1,38) и (1,39) отношение дебита газа с плос­ кости обнажения пласта к дебиту газа с суммарной внешней поверх­ ности кусков отбитого угля будет

А - , со gQ2S2

Рис.7, Графики изменения соот­ ношения между величина­ ми Gj и ’С2 в зависимос­ ти от величины А при различной глубине захва­ та выемочной машины (длина лавы L =125 м, мощность пласта ш = 1м, удельный вес угля

У=114 т/м®)

1 Z 3 £ 5 В 7 8 9 10

А, тыс. т/сут

28

Данные о величинах gQl Т^и S и формула (1,42) приводят к чис­ ловой оценке соотношения между дебитами газа через поверхность об­ нажения пласта и из отбитого угля, которая графически отражена на рис. 7.

Результаты изложенного выше анализа приводят к следующим выво­

дам.

1. Дебит газа в лаве не возрастает беспредельно с увеличением на­ грузки на забой, а стремится к некоторому конечному пределу, причем, чем выше нагрузка на лаву, тем меньше становится приращение деби­ та газа при дальнейшем ее увеличении.

2. В общем дебите газа из разрабатываемого пласта большую долю составляет газ, выделяющийся через плоскость обнажения пласта в ла­ ве, причем отношение между двумя составляющими дебита газа из раз­ рабатываемого пласта не остается постоянными при изменении скорос­ ти выемки угля. С увеличением скорости выемки относительная доля отбиваемого угля возрастает, а поверхности обнажения пласта умень­ шаются; в интервале 0 < А<°» это отношение изменяется b Tj /Т 2 раз.

3. Уменьшение ширины захвата выемочной машины при прочих рав­ ных условиях приводит к увеличению дебита газа через плоскость за­ боя по сравнению с дебитом газа из отбиваемого угля.

6.Внешняя дпяамира выделения газа из отбиваемого угля

Истечение газа из отбиваемого угля представляет собой затухаю­

цесс выделения газа из кусков отбитого угля, может быть принята

О

Согласно (1,46) максимальный объем газа, который может выде­ литься через единицу поверхности угля за достаточно большое время

29

В числовых оценках с помощью зависимостей (1,45)—(I, 47) зна­ чение постоянной времени можно принимать равным ~ 1/3 этого ин­ тервала времени, в течение которого процесс выделения газа из угля почти полностью (на 95-97%) заканчивается.

Известно, что отбитый уголь тех фракций, которые образуются при работе выемочных машин, почти полностью истощается от содержащего ся в нем газа в течение 90-150 мин. Это означает, что постоянная времени имеет величину порядка 30-50 мин.

Имея в виду формулу (1,47), поставим вопрос о том, как влияет размер кусков угля на выделение газа из него.

Будем сравнивать один большой кусок угля с некоторым числом более мелких кусков того же суммарного объема, что и один круп­

где F и Г - площади внешней поверхности соответственно одного боль­ шого и одного малого кусков угля; ,п -число кусков угля меньшего размера, образуемых из одного большого куска; £0 и т -начальный удельный дебит и постоянная времени для малых кусков угля.

^Очевидно, что

так как

где D и d - линейные размеры (диаметры) большого и малого кусков угля; Kq - начальное удельное газосодержание отбитого угля по отно­ шению к площади внешней поверхности и линейному размеру кусков угля.

Определим дебит газа из отбиваемого угля. Если отбитый уголь присутствует в шахте (в выработке) в течение некоторого периода t,

30