3.2. Прогноз метанообильности тупиковых выработок .
3.2.1. По природной метаноносности пласта
Метановыделение в тупиковую выработку (1п, м3/мин), проводимую по угольному пласту, определяется по формуле
I n= Inов + Iо.у.п. (3.1.)
где Inов — метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта, м3/мин; Iо.у.п. — метановыделение из отбитого угля, м3/мин.
Метановыделение с неподвижных обнаженных поверхностей пласта определяется по формуле
Inов= 2.3 * 10 –2 mnvn(x-x0)kT (3.2)
Где mn— полная мощность угольных пачек пласта, м; если в сечении выработки выше пласта, по которому она проводится, имеется угольный пропласток, то в mn следует включить
мошность этого пропластка:
vn— проектная скорость подвигания забоя тупиковой виработки, м/сут; X — природная метаноносность пласта, м3/т; определяется по формуле
X=X гkWAз (3.3)
гае Хг — природная метаноносность пласта, м3/т с.б.м; значение Хг принимается по данным геологической разведки.
При расчете метановыделения в наклонные тупиковые выработки значение Хг принимается для восстающих выработок на глубине устья выработки, а для нисходящих — на глубине проектной длины выработки;
Х0 — остаточная метаноносность угля, м3/т; для каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ Vdafоб>165 мл/г с.б.м. определяется по формуле (3.4), а для антрацитов с Vdafоб от 100 до 165 мл/г с.б.м. — по формуле
(3.34);
Хо = Xо.г k WAз ; (3.4)
Хо.г — остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м.; принимается по табл. 3.1 в зависимости от выхода летучих веществ или определяется по формуле
Хо.г = 18,3 (Vdaf) –6 ;
Vdaf — выход летучих веществ, %;
k WAз — коэффициент пересчета метаноносности пласта на уголь, (доли ед.) находим по формуле
k WAз = 100-W-A3 (3.6)
100
W,A3- соответственно пластовая влажность и зольность угля, %;
kT — коэффициент, учитывающий изменение метановы-деления во времени, доли tд.; зависит от времени Тnp, прошедшего от начала выработки до момента определения I пов
принимается по табл.3.2 или рассчитывается по формуле
kT = 1 - 0,91 охр (- 0,022 Тпр). (3.7)
Таблица 3
Остаточная метаноносность углей
|
Выход летучих веществ, %
|
2-8
|
8-12
|
12-18
|
18-26
|
26-35
|
35-42
|
42-50
|
|
Остаточная мета ноносность углей Xoj , м3 /т с. б. м.
|
12,1-5,3
|
53-41
|
4,1-3,2
|
3,2-2,6
|
7 6-2,2
|
2,2-1,9
|
1,9-1,7
|
Таблица 3.2
Значения коэффициента kT в зависимости от Тпр
|
Тпр, с. 1
|
kT |
Тпр, сут
|
kT |
Tnр, сут.
|
kT |
|
1
|
0,11
|
15
|
0,35
|
75
|
0.83
|
|
2
|
0,13
|
20
|
0,41
|
90
|
0,87
|
|
3
|
0,15
|
25
|
0,47
|
105
|
0,91
|
|
4
|
0,17
|
30
|
0,53
|
120
|
0,94
|
|
5
|
0,18
|
45
|
0,66
|
150
|
0,97
|
|
10
|
0,27
|
60
|
0,76
|
200
|
0,99
|
|
|
|
|
|
> 200
|
1,00
|
При определении метановыделения из неподвижных обнаженных поверхностей пласта остановленной выработки
I остпов в формулу (5.2) подставляется величина kT, определяемая
как разность между значениями этого коэффициента, рассчитанными для времени Тпр + Тост и Тост, где Тост — время, прошедшее с момента остановки работ по проведению выработки до их возобновления, сут.
Метановыделение из отбитого угля зависит от способа выемки и определяется следующим образом. При выемке угля комбайнами, буровым способом (выбуриванием) или отбойными молотками по формуле
Iо.y.n=Jkmy(X-X0) (3.8)
где j — техническая производительность комбайна, бурового станка или суммарная производительность проходчнхов по выемке угля, т/мин. Принимается для комбайнов по табл.5.3. ,для буровых станков — по их техническим характеристикам. а при выемке угля отбойными молотками определяется по формуле
j = n np N в(3.9)
60 Т см
где n np — число проходчиков, одновременно работающих в смене по выемке угля;
Nв — норма выработки одного проходчика по выемке угля отбойным молотком, т/смену;
Тсм — время работы проходчиков в смене по выемке угля,ч.
kmу — коэффициент, учитывающий степень дегазации отбитого угля, доли од.; находим по формуле
kmу =аТв у(3.10)
где Ту — время нахождения (дегазации) угля в призабойном пространстве, мин;
a, b — коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимаются при дегазации отбитого угля (время транспортирования угля)
Ту <6 мин. соответственно равными 0,052 и 0,71, а при Ту > 6 мин а = 0,118, а в = 0,25.
Значение Ту рассчитывается по формуле
Ty = S угLцγ (3-11)
j
где S уг — площадь сечения выработки по углю в проходке, м2;
Lц — подвигание забоя за цикл непрерывной работы комбайна бурового станка, отбойных молотков, м: принимается для комбайнов при мощности пласта, меньшей диаметра резцовой коронки (барабана), равным длине коронки (барабана), а при мощности пласта, большей диаметра резцовой коронки, — расстоянию между арками (ранами), но не менее одного метра, при выбуривании пласта — подвиганию забоя за цикл,
а при выемке угля отбойными молотками — шагу установка крепи.
Таблица 3.3
Техническая производительность нарезного и проходческих комбайнов
|
Тип комбайна
|
ЧПП2Щ
|
ЧПП2М
|
КН78
|
ЧПП5
|
ЧПУ
|
ПКЗР
|
гпксн, ЧПП2
|
гпкс, ггжсп, гпксв
|
|
Техническая производительность комбайна
|
0,5
|
0,7
|
0,8
|
1,0
|
1,2
|
1,4
|
1,5
|
1,8
|
При проведении выработок буровзрывным способом Iо.у.п. определяется по формуле
Iо.у.п. = 9 * 10 –3 Sуг L взγ (X-X0) (3.12)
где L вз— подвигание угольного забоя за взрывание, м;
γ — плотность угля, т/м3.
Максимальное метановыделение в призабойное пространство при ведении буровзрывных работ по углю определяется по формуле
Iз.п. max = 0,05Sуг Lв.з γ (Х-Х0) (3.13)
Метановыделение в призабойное пространство тупиковой выработки (Lв.з) при выемке угля комбайнами, отбойными молотками или выбуриванием определяется по формуле (3.1).
В этом случае при определении Iпов по формуле (3.2) длина призабойного участка выработки принимается равной 20 м при нагнетательном способе проветривания и 50 м — при нагнетательно-всасывающем с применением пылеулавливающих установок. Время проведения участка выработки Тпр рассчитывается как частное от деления длины призабойного участка на скорость проведения выработки, Io.у.п и коэффициент kmy определяются соответственно по формулам (3.8), (3.10), а Ту — по формуле (3.11).
Метановыделение в параллельные тупиковые выработки определяется по формулам:
при одновременном подвигании забоев
I п.пар= 2 (I пов+ I о.у.п.); (3,14)
при проведении второй выработки после окончания проведения первой
I п.пар = I пов +I остпов +Iо.у.п (3.15)
Значения Іпов, I остпов, Iо.у.п рассчитываются как для одиночных выработок по формулам, приведенным выше.
При пересечении угольных пластов ожидаемое метановыделение в тупиковые выработки определяется по формуле (3.1). При этом в формуле (3.2) коэффициент kT определяется для времени
T np =m в.пр + √S cos a пл + 8/V n
Vn sin a пл (3.16)
где m в.пр — полная мощность угольного пласта с учетом породных прослоек, м;
апл -угол падения пласта, град.
Если выработка пересекает несколько угольных пластов, то ожидаемое метановыделение в выработку определяется как сумма метановыделений из последнего пересекаемого пласта и обнаженных поверхностей ранее пересеченных пластов. Метановыделение с обнаженной поверхности ранее пересеченного угольного пласта находится по формуле (3.2), при этом значение kT, определяется как разность между значениями этого
коэффициента, рассчитанными для времени
Т пр = l у / Vn и Т = l у / Vn
Где l у — расстояние от места полного обнажения ранее пересеченного пласта до забоя, м.
При проведении выработок вприсечку к выработанному пространству метановыделение определяются по формуле
In = a г І пов + 0,1 I о.у.п. + I’ в.п. (3.17)
где аг — коэффициент, учитывающий газоотдающие свойства пласта; принимается равным 0,1 при расстоянии (lст, м) от ранее обнаженной стенки до стенки присечной выработки со стороны угольного массива lcm <bз.д, а при lст = b з.д — равным 0,5;
I’ в.п — метановыделение из выработанного пространстве прилегающего к тупиковой выработке, м3/мин; b з.д — ширина условного пояса дренирования уголыного массива через поверхность обнажения пласта в подготовительных выработках, м; значение b з.д принимается по табл. 3.5 я зависимости от выхода летучих веществ из угля.
Метановыделение из выработанного пространства рассчитывается после анализа распределения воздуха в вентиляционной сети района проведения присечной выработки и оценки возможности поступления метана из выработанного пространства в выработку в соответствии с типовыми вентиляционными схемами, приведенными на рис. 3.1.
Для вентиляционных схем, приведенных на рис. 3.1 (а, b), метановыделение из выработанного пространства не поступает в выработку и I’ в.п = 0.
Для вентиляционных схем, приведенных на рис.3.1 (в,г), метановыделение из выработанного пространства рассчитывается по формуле
I’ в.п= 1,1 k ocm I в.п (3,18)
где 1,1 — коэффициент, учитывающий влияние изменения барометрического давления на выделение метана из ранее отработанного выемочного участка;
I в.п — метановыделение из выработанного пространства в
пределах выемочного участка с учетом газа, извлекаемого дегазационной установкой и изолированным отводом метана за пределы выемочного участка, м3/мин.
kocm — коэффициент, учитывающий изменение метановыделения из выработанного пространства во времени, доли ед.; принимается по табл. 3.4 в зависимости от времени, прошедшего с момента окончания отработки выемочного участка (T1, мес.) до начала проведения выработки, или определяется
по формуле
k oст = ехр(-0,53T0,61) (3.19)
При T1 >8 месяцам kocm = 0,16;
Рис. 3.1. Типовые схемы проведения тупиковых выработок, проводимых, вприсечку к выработанному пространству
Таблица 3.4
Значение коэффициента kост в зависимости от времени Т1
|
Т1 , мес.
|
0,5
|
1
|
1,5
|
2
|
2,5
|
3
|
4
|
5
|
6
|
8 и более
|
|
Кост
|
0,71
|
0,59
|
0,51
|
0,45
|
0,40
|
0,36
|
0,29
|
0,25
|
0,21
|
0,16
|
Значение Iв.п для проектируемых шахт определяется по формуле (3.82), а значения коэффициентов эффективности дегазации, входящие в формулу (3.62), принимаются равными нулю; для действующих шахт 1вп — "по результатам газовом съемки, выполненной в соответствии с Руководством по про изводству депрессионных и газовых съемок в угольных шахтах
При проведении выработок по газоносным породам ожидаемое метановыделение определяется по рекомендациям МакНИИ
Метановыделение при бурении скважин (Iб, м3/мин) определяется по формуле (3.20), а при расширении скважин (Iр, м3/мин) — по формуле (3.21).
Iб= (Х-Х0)(3,27٠10 –3 d ск.б√(Lск V ск) +0.09 d 2 ск.б y 4√(Lск.с V3 б)); (3.20)
Iр= (Х-Х0)(3,27٠10 –3 d ск.б√(Lск V ск )+0.09 (d 2 ск.р - d 2 ск.б) y 4√(Lск.р V3 б)); (3.21)
где d ск.б , d ск.р — соответственно диаметры скважин при их бурении и расширении, м;
LСК — длина скважины, м;
VCK — средняя скорость проведения скважин, м/сут;
Vб — скорость подачи бурового инструмента, м/мин;
LСkС — планируемое максимальное подвигание скважины за смену, м.
При проходке вертикальных стволов, шурфов и других выработок буровзрывным способом и при пересечении ими угольных пластов ожидаемое метановыделение в призабойное пространство ствола (/3 с, м3/мин) определяется по формуле
І з.с = І пов с + Іо.у.с (3,22)
где І пов с — метановыделение из неподвижных обнаженных поверхностей пересекаемого пласта, м3/мин;
І оус — метановыделение из отбитого угля, м3/мин.
При пересечении стволом нескольких угольных пластов расчет ожидаемого метановыделения производится по каждому из них. К дальнейшим расчетам принимается наибольшее из полученных значений I з. с .
