Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО "Воркутауголь" Попов Михаил Михайлович

Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО
<
Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Попов Михаил Михайлович. Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО "Воркутауголь" : диссертация ... кандидата технических наук : 05.26.01.- Санкт-Петербург, 2003.- 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3876-4

Содержание к диссертации

Введение

1. Газовый режим горного массива и выработок на шахтах ОАО «Воркутауголь» 8

1.1. Характеристика горного массива и условий ведения горных работ на шахтах ОАО «Воркутауголь» 8

1.2. Технология ведения работ и формирование газового режима выработок 20

1.3. Газовый режим и аварийность на шахтах 27

1.4. Анализ способов управления газовым режимом 33

2. Исследование газовой динамики выработанных пространств на шахтах 48

2.1. Газодинамическая модель выработанного пространства 48

2.1.1. Особенности сдвижения подработанного горного массива и фильтрационные свойства пород выработанного пространства 48

2.1.2. Газовыделение из сближенных пластов в выработанное пространство 55

2.2. Исследования газодинамики и газовыделения из выработанного пространства 61

2.3. Анализ результатов натурных исследований газового режима выемочных участков 70

3. Моделирование газодинамики выработанных пространств 86

3.1. Математическая постановка задачи для моделирования аэрогазодинамических процессов в выработанном пространстве 86

3.2. Выбор методики проведения эксперимента 92

3.2.1. Условия аэродинамического подобия и их реализация при физическом моделировании 92

3.2.2. Выбор материала для осуществления физического моделирования аэрогазодинамических процессов 99

3.2.3. Описание экспериментальной установки и оборудования 104

3.2.4. Методика проведения исследований аэродинамических процессов в выработанном пространстве 108

3.3. Обработка результатов физического моделирования 111

4. Исследование эффективности способов управления газовым режимом выработок добычных участков 121

4.1. Рациональные способы управления газовым режимом выработок добычных участков 121

4.2. Исследование способов управления газовым режимом выемочных участков на моделях 128

4.3. Шахтные исследования систем управления газовым режимом 140

4.4. Экономическая оценка систем управления и использования газа .153

Заключение 165

Библиографический список 171

Введение к работе

В Печорском угольном бассейне добыча угля ведется в настоящее время на трех месторождениях - Воркутском, Воргашорском и Интинском.

Наиболее сложными, с точки зрения безопасности, являются шахты, разрабатывающие Воркутское месторождение. В разрезе его угольной толщи содержится 140 газоносных угольных пластов и пропластков. В настоящее время разрабатывается пласты «Мощный», «Тройной», «Четвертый» и «Пятый», которые являются с глубины 400 м опасными или угрожаемыми по горным ударам, а пласты «Мощный», «Тройной» и «Пятый» одновременно опасны по внезапным выбросам угля и газа.

Высокая степень газоносности угольных пластов обусловлена наличием экрана из вечномерзлых пород и большой глубиной ведения горных работ (900-1000 м). Шахты «Северная», «Воркутинская» ведут работы на глубинах 900 м, а шахта «Комсомольская» - 1000 м от дневной поверхности. На этих глубинах газоносность пластов составляет 25-30 м /т с.б.м. (сухой беззольной массы), а относительная газообильность шахт достигает 60-90 м /т.

Актуальность работы обусловлена ухудшением условий ведения работ связанных с постоянной опасностью взрывов газа и пыли, подземных пожаров, а также практически исчерпанных возможностях вентиляции и дегазации, препятствующих росту нагрузок на очистные забои и внедрение высокопроизводительной техники.

На шахтах произошло 6 крупных аварий (пожаров и взрывов) с человеческими жертвами: 1964 год («Капитальная»- 56 чел.), 1980 год («Юр-Шор» - 32 чел.), 1995 год («Воркутинская» - 7 чел.), 1998 год («Центральная» - 27 чел., «Комсомольская» - 3 чел.), 2002 («Воркутинская» - 5 чел.).

Значительные усилия учёных (Ф.А. Абрамов, А.Т. Айруни, Ф.С. Клебанов, В.А. Колмаков, А.А. Мясников, М.А, Патрушев,

И.В, Сергеев, Б.Г. Тарасов, К.З. Ушаков, Ю.Н. Бессонов, Л.А. Пучков, Н.О. Каледина, О.В. Ковалёв, Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников, Ю.Н. Бессонов, и многие другие) и инженерно-технических работников ОАО «Воркутауголь» позволили внедрить высокопроизводительные схемы подготовки и отработки выемочных участков, обеспечить высокую эффективность дегазации надрабатываемой (до 80 %) и подрабатываемой (до 35 %) толщи, но не дали ответа на многие вопросы аэродинамики и газодинамики выработанных пространств, без решения которых практически невозможно разработать рациональные способы и управления газовым режимом выработок и обеспечить высокие технико-экономические показатели.

Целью диссертационной работы является повышение безопасности и эффективности добычи угля на выемочных участках глубоких шахт на основе рациональных способов управления газовым режимом выработок выемочных участков.

Идея работы заключается в определении рациональных способов управления газовым режимом выработок выемочных участков шахт на основе учёта нестационарного процесса газовыделения из увеличивающейся по мере отработки пласта зоны фильтрующего выработанного пространства.

Основные задачи, решаемые для достижения поставленной цели:

изучение и анализ газового режима выработок выемочных участков шахт ОАО «Воркутауголь»;

обоснование физической модели для изучения процессов газовыделения и газовой динамики выработанных пространств шахт ОАО «Воркутауголь»;

исследование газодинамических процессов в выработанных пространствах шахт;

разработка методики прогноза газовыделения из выработанных пространств в горные выработки выемочных участков;

исследование эффективности способов управления газовым режимом на выемочных участках.

Защищаемые научные положения, обосновывающие научную новизну работы:

I. Газовыделение в выработанное пространство добычных участков угольных шахт Воркутского месторождения определяется суммарным эффектом угольных слоев подрабатываемых и надрабатываемых толщ, находящихся в зоне разгрузки, имеющих газодинамические связи по техногенным трещинам, формирующимся в единую систему, увеличивающую нестационарно свой объём по мере роста площади выемки.

И. Динамика газовыделения в вентиляционные выработки добычных участков носит закономерный характер нормального закона распределения по длине выработки с максимумом на расстоянии 150-200 м позади забоя, периодическими всплесками при осадках основной кровли и экспоненциальными зависимостями суммарного газовыделения от площади выемки пласта по простиранию и падению.

III. Максимальная эффективность управления газовыделением в вентиляционные выработки добычных участков при выемке защитного пласта «Четвертого» достигается путём создания в выработанном пространстве аэродинамических сопротивления на пути движения утечек воздуха линейно по простиранию или интервально по падению пласта на расстояниях близких к размеру вторичного шага обрушения основной кровли.

Научная новизна результатов исследований:

обоснованы критерии подобия для моделирования аэрогазодинамических процессов в выработанных пространствах выемочных участков шахт;

установлены закономерности формирования газового режима выработанных пространств и газовыделения в выработки участков в зависимости от горно-геологических и технологических параметров (свойств массива и способов управления газовыделением).

Объектом исследований являются процессы аэрогазодинамики, происходящие в выработанном пространстве и выработках выемочных участков угольных шахт, в условиях Воркутского угольного месторождения.

В работе использован комплексный метод исследований, включающий обоснование теоретических и экспериментальных работ, с применением шахтных наблюдений, теорий вероятности и математической статистики, теорий геомеханики и аэрогазодинамики, математических гидродинамических моделей.

Достоверность полученных результатов доказана значительным объёмом результатов анализа фактических данных (многолетние наблюдения на четырёх шахтах в нескольких десятках лав), моделированием на физических имитационных моделях и соответствием результатов контрольных прогнозов натурным данным.

Практическая значимость работы:

установлен механизм процессов формирования газового режима выработанных пространств и выработок выемочных участков шахт;

разработана методика прогноза и оценки способов управления газовыделением;

предложен новый способ управления газовыделением и обоснованы его рациональные параметры;

установлены рациональные параметры способов управления газовыделением с использованием аэродинамических сопротивлений;

Личный вклад автора:

разработана методика прогноза газовыделения в выработки выемочных участков;

предложен новый способ управления газовыделением и обоснованы его рациональные параметры;

выполнен анализ и математическая обработка результатов натурных наблюдений на шахтах ОАО «Воркутауголь»;

разработаны критерии и обоснованы физическая и математическая модели;

разработана методика прогноза газовыделений в выработки выемочных участков;

проведены эксперименты на моделях и установлены рациональные параметры способов управления газовыделением.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 6 печатных работах.

Объём и структура работы.

Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения, изложенных на 181 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 33 таблицы, список литературы из 116 источников.

В главе 1 приведены данные о горно-геологических и горнотехнических факторах, обуславливающих формирование газового режима выработок на глубоких горизонтах шахт и дана характеристика технологии ведения горных работ.

В главе 2 приведены методика, результаты шахтных наблюдений за газовыделением выработок выемочных участков и особенности газовыделения в зависимости от технологических факторов и параметров.

В главе 3 приведены результаты моделирования газодинамических процессов в выработанном пространстве выемочных участков шахт.

В главе 4 дан анализ способов управления газовым режимом выработок и методика выбора параметров систем регулирования.

Технология ведения работ и формирование газового режима выработок

Газоносные угольные месторождения во всем мире считаются нетрадиционными источниками углеводородных газов. Угольный метан в пересчете на условное топливо занимает в мире 3-4 место после угля, нефти и природного газа и рассматривается во многих странах мира, в том числе в России, в качестве компонента топливно-энергетической сырьевой базы /10/.

Оценка ресурсов метана /11/ как попутного полезного ископаемого в угольных пластах Печорского бассейна, перспективных на извлечение и использование этого газа показывает, что прогнозные ресурсы метана в угольных месторождениях бассейна составляют 1942 млрд. м3, в том числе в угольных пластах мощностью более 0,50 м - 1575 млрд. м (89%), а в маломощных угольных пластах и пропластках - 367 млрд. м3 (11 %). Для освоенных месторождений Воркутского района - 1052, 837 и 214 млрд. м3 соответственно. Запасы и высокое качество угольного метана определяют его потенциальную привлекательность как самостоятельного полезного ископаемого.

Реально оценивая обстановку на шахтах, необходимо отметить, что ОАО «Воркутауголь» по объективным причинам исчерпало технические возможности очистной техники по увеличению нагрузок из-за значительного износа горно-шахтного оборудования и сложных условий работы забоев.

Организационные меры государственной поддержки и внешних инвестиций /12/ не исчерпывают возможностей повышения конкурентоспособности добычи угля на шахтах Печорского бассейна. Имеются внутренние резервы производственно-технологического характера, способные оказать определенное влияние на экономику производства и социальную структуру.

В частности, важным направлением является комплексное, рациональное использование углеводородного сырья месторождений /13,14,15/ на основе новых, нетрадиционных технологий извлечения ресурсов. При этом актуальными остаются вопросы концентрации горных работ и повышения производительности очистного забоя /16/, снижения массо- и энергоемкости производственных процессов /17/, обеспечивающие уровень технико-экономических показателей, близкий к уровню современных угольных шахт мира/18/.

В практике работы шахт ОАО «Воркутауголь» имеются хорошие наработки и опыт извлечения метана из свиты углесодержащих пород /19,20/, его использования в котельных для подогрева шахтного воздуха и др. целей..

В настоящее время сформулировано несколько проблем угольного метана /21/, на решение которых направлены усилия научных и производственных коллективов. Основной из них является обеспечение метанобезопасности угольных шахт при отработке высокогазоносных угольных пластов Воркутского месторождения с высокими нагрузками на очистной забой.

Горно-геологические условия залегания угольных пластов позволяют применить для их отработки средства комплексной механизации. Все очистные забои на шахтах, отрабатывающих Воркутское месторождение, оборудованы механизированными комплексами (табл. 1.7). Однако эффективное использование комплексов в ряде случаев сдерживается условиями вентиляции и опасностью пластов по динамическим явлениям. На всех шахтах применяются столбовые системы разработки с повторным использованием конвейерной выработки, прямоточной схемой проветривания с выдачей исходящей струи в сторону выработанного пространства. Направление подвигания очистных забоев - по простиранию, по падению или под углом к простиранию.

На шахтах в одновременной отработке находится два или, в отдельных случаях (шахта "Северная"), три пласта (табл. 1.5, рис. 1.3).

Очистные работы в шахтах ведутся на глубине до 800-1000 метров от поверхности, отдельные подготовительные забои расположены ниже тысячеметровой отметки. С целью предотвращения горных ударов и внезапных выбросов на Воркутском месторождении осуществляется подработка пласта «Тройного» пластом «Четвертым», который является защитным. Пласт «Мощный» отрабатывается как одиночный, так как неблагоприятные горнотехнические условия не позволяют использовать пласт «Пятый» для его защиты.

Исследования газодинамики и газовыделения из выработанного пространства

Газовый баланс выемочных участков складывается из трех основных составляющих: газовыделения из разрабатываемого пласта в очистном забое (5-10%), надрабатываемых пластов и газосодержащих пород (20-30%), подрабатываемых углевмещающих толщ пород, пластов и пропластков (60-70 %).

Динамика поступления газа в горные выработки, выработанное (обрушенное) пространство и из него в вентиляционые выработки главным образом определяется напряженно-деформированным состоянием окружающего массива. В условиях естественного- или пригруженного в результате перераспределения напряжений, состояния массива газовыделение в дренажные выработки (скважины и др.) происходит в незначительных количествах. Аналогичны этому и минимальные скорости фильтрации газа в неразгруженном и ненарушенном массиве.

Интенсификация процессов фильтрации газа и газовыделения в выработки-коллекторы происходит в зонах разгрузки участков массива от горного давления, развития трещиноватости и создания открытопористой структуры с протяженными каналами течения газа. Об этом свидетельствуют данные о поступлении газа в дренирующие скважины, от угла наклона и протяженности которых, а также положения относительно очистного забоя зависит дебит метана.

Шахтные наблюдения за газовым режимом выработанного пространства проводились путем замеров концентрации метана (С) вблизи от контура вентиляционных выработок, в которые он поступал вместе с утечками воздуха. В этих же выработках измерялась концентрация газа в различных точках сечения и оценивалось поступление метана по пути движения вентиляционной струи.

Измерения концентрации метана в выработанном пространстве осуществлялось по разработанной под руководством Ю.Н. Бессонова методике /66/. Для отбора проб использовались трубки длиной 1,5-2 м, заложенные в шпуры, пробуренные вблизи кровли через органную крепь в обрушенные породы и герметизированные по наружному диаметру. Пункты отбора проб устраивались через каждые 10-20 м по длине выработки с несколькими (до 3-5) трубками-пробоотборниками. На измерительных пунктах проводились измерения деформации пород, по которой рассчитывалась скорость деформации U (мм/сутки), а также измерялся расход воздуха и рассчитывалось его поступление с утечками из выработанного пространства Q на элементарном участке (между пунктами наблюдений).

Результаты 98 газовоздушных съемок в выработках добычных участков шахт, отрабатывающих пласты «Четвертый» и «Мощный» позволили установить закономерности формирования газового режима выработанного пространства и его связь с горным давлением (рис.2.8). Данные наблюдений свидетельствуют о наличии трех различных по динамическим характеристикам участков (зон) по простиранию пласта (длине вентиляционной выработки).I - зона опорного давления лавы, располагающаяся впереди очистногозабоя (увеличение интенсивности смещения боковых пород при подходеочистного забоя);II - зона активного смещения пород, распространяющаяся от очистногозабоя в сторону выработанного пространства (обрушение породнепосредственной, а затем и основной кровли, образование и обрушениеблоков пород, частичное уплотнение пород в зоне беспорядочногообрушения);III - зона стабилизации (наибольшая протяженность и незначительныевеличины смещений боковых пород ( 2 мм/сутки)).

По ранее приведенным данным /67/ при первоочередной отработке пласта «Четвертый» в свите пластов создается область разгрузки во второй зоне высотой до 180 м в сторону надрабатываемых двенадцати пластов и пропластов (т = 9,1 м), в том числе пласта «Тройной» мощностью 2,2-2,8 м на растоянии 15-17 м от кровли пласта «Четвертый», а в сторону надрабатываемых шести угольных пластов и пропластов (пт = 3,7 м) до 80 м.

Исследования метановоздушного потока, поступающего из выработанного пространства к поддерживаемой за лавой выработке позволили отметить следующие особенности.

Для выемочных столбов по пласту «Четвертый»:- средняя величина максимальной концентрации метана по пятидесяти четырем замерам составила 5,25%;- расстояние от длины очистного забоя до экстремальных значений концентраций метана изменяется в пределах от 60 до 150 м, при среднейвыработанном пространстве проявляется на расстоянии от 25 до 105 м от очистного забоя при средней величине около 60 м (/н);- опасные содержания метана от 2% и более распространяются на участках выработки длиной от 45 до 145 м, в среднем 90 м (70);- снижение содержания метана от 2% и менее отмечается на расстоянии 90-215 м за лавой при среднем значении около 150 м (4).- Для выемочных столбов по пласту «Мощный»:- по сравнению с пластом «Четвертый», в выработанном пространстве концентрация метана существенно ниже, что объясняется большой мощностью пласта (4 м) и формированием выработанного пространства, способного свободно пропустить газовоздушный поток с расходом воздуха 1200-1500 м3/мин;- средняя величина максимальной концентрации метана по 15 съемкам составила 2,6% по площади выработанного пространства;

Выбор методики проведения эксперимента

Основным вопросом при осуществлении физического моделирования является выбор и обоснование чисел подобия, характеризующих аэрогазодинамические процессы в модели и натурных условиях.

Числа подобия обычно устанавливаются путем приведения дифференциальных уравнений, описывающих движение метано-воздушной смеси в выработанном пространстве и безразмерному виду. Выполненные нами масштабные преобразования системы дифференциальных уравнений (3.2-3.6) позволили установить, что в качестве основных чисел подобиямогут быть выбраны критерии: Рейнольдса - Re V L Пекле - Ре = -і—?-, безразмерной интенсивности выделения метана ввыработанное пространство I = —, а также безразмерные симплексы: Ьл/Ьвп,-І2К-, //LBn. Коме того, должна быть обеспечена адекватность законовизменения проницаемостей пород и макрошероховатости по длине выработанного пространства в натуре и модели.Рассмотрим особенности обеспечения подобия более подробно.

Число Рейнольдса является основным критерием динамического подобия, соблюдение которого автоматически приводит к соблюдению условия Эйлера. Это объясняется тем, что в условиях малых скоростей сопротивление струи обусловлено, в основном, силами трения и инерции.

Для обеспечения подобия процессов диффузии в натуре и модели необходимо дополнительно добиться равенства коэффициентов диффузии в сходственных точках газовоздушных потоках модели и натуры, т.е. DM = DM.

В этом случае подобие стационарных полей концентрации метана при фильтрации газовоздушной смеси в выработанном пространстве С(я) С(»)Таким образом, подобие полей концентраций метана обеспечивается при соблюдении условий (3.10) и (3.11).

Коэффициент диффузии является комплексным параметром, который, в свою очередь, зависит от скорости фильтрации и аэродинамических характеристик к(х) и /(х).Если выполняются условия аэродинамического подобия фильтрационных потоков, то при равенстве соотношений kM/k„ = Ак; /M//u = А/, автоматически имеет равенство отношений коэффициентов диффузии в сходственных точках фильтрационного потока, т.е. DM/DH = AD. Здесь AD -масштаб моделирования коэффициента диффузии. Очевидно, что при равенстве чисел Рейнольдса и аэродинамических характеристик среды к и / масштаб AD=1, т.е. в модели будет выполняться равенство коэффициентов диффузии в рассматриваемой области течения.

Соблюдение идентичности пространственной динамики интенсивности поступления метана в выработанное пространство из пластов-спутников, а также проницаемости и макрошероховатости в модели и натуре обеспечивается за счет заполнения модели материалом, характер изменения к и 1 которого по длине выработанного пространства идентичен натуре. Это достигается за счет ступенчатой апроксимации зависимостей j(x), k(x) и /(х) геометрического подобия (рис.3.2).

В связи с тем, что использование в процессе моделирования метана является достаточно сложным вследствие необходимости соблюдения повышенных мер безопасности, то в качестве газа заменяющего метан была выбрана двуокись углерода (С02).

При выборе подаваемого в модель газа нами учтен тот факт, что метан и двуокись углерода имеют близкие характеристики в турбулентном воздушном потоке. При этом, однако, необходимо учитывать следующие обстоятельства:1. Метан приблизительно на 50% легче воздуха (точнее, удельный вес обоих газов по отношению к воздуху составляет соответственно 0,55 и 1,52). Таким образом, образующийся в нижней части модели слой СОг является почти зеркальным отражением подкровельного слоя метана.2. Доказано /58/, что метан и двуокись углерода имеют один и тот же коэффициент поперечной турбулентной диффузии независимо от того, что они являются газами совсем различной плотности, ввиду чего они с одинаковым успехом могут быть использованы при изучении газовыделений в пределах выемочного участка на аэродинамической модели. Наряду с этим применение ССЬ накладывает некоторые особенности в моделировании, в частности:а) при исследовании изменения газовыделений в зависимости от углападения пласта применяется обратная зависимость расположенияоткаточного и вентиляционного штреков выемочных участков;б) эпюра поля коцентраций двуокиси углерода при моделированиипроцессов газовыделений получается обратной эпюре содержания метана вгазовом облаке натурных условий.

Для вычисления чисел подобия, определяющих процессы аэро- и газодинамики, в выработанном пространстве, были установлены фильтрационные свойства пород в натурных условиях, а также определена связь аэродинамических параметров воздушного потока в выработанном пространстве с горнотехническими условиями разработки.

Анализ данных о геологическом разрезе пород налегающей толщи пласта «Четвертый» и использование методических положений, изложенных в главе 2.1, дал возможность дифференцировать выработанное пространство угольных шахт Воркуты по зонам, имеющим различные фильтрационные параметры (рис.3.3).Так, зона беспорядочного обрушения, оказывающая превалирующее

Исследование способов управления газовым режимом выемочных участков на моделях

Одним из перспективных способов управления газовым режимом выемочных участков является использование шунтирующих аэродинамических сопротивлений в краевых зонах выработанного пространства у очистного забоя и вентиляционного штрека. Первые способны снизить значительные (до 40% от общих) утечки воздуха через погашаемую вентиляционную выработку в верхней части лавы. Вторые могут обеспечить равномерное распределение утечек по поддерживаемой вентиляционной выработке или повысить эффективность работы флангового вентилятора.

Суть способа /101/ заключается в цикличной подаче, перед посадкой непосредственной кровли, в выработанное пространство за механизированной крепью пены ограниченной устойчивости. Разлив пены предполагается вести от низа лавы вверх, на расстоянии Ln, определяемое по формуле:где ]л - длина очистного забоя, м; тп - время устойчивости пены, час; Уд - скорость подвигания лавы, м/час; Lmax - зона максимума удельных утечек или максимальной концентрации взрывчатых газов, м.

Предлагаемый способ (рис. 4.1) может осуществляться при разработке угольных пластов с полным обрушением пород непосредственной кровли за крепью 1 и прямоточным проветриванием участка (движение воздуха показано стрелками 2) по воздухоподающему штреку 3, очистному забою 4 и вентиляционному штреку 5. При этом часть воздуха в виде утечек проходит через свободную зону между крепью и обрушенными породами 6, выработанное пространство 7, поступая на вентиляционный штрек 5. В зависимости от шага обрушения непосредственной кровли ширина свободной зоны между крепью очистного забоя 1 и обрушенными породами может изменяться от десятых долей до нескольких метров. При максимальной ширине свободного пространства 6 оно заполняется эластичной, например, водовоздушной со стабилизаторами, пеной, подаваемой по гибкому шлангу с вентиляционного штрека от пеногенератора к распределительным стволам, выведенным за ограждение крепи с заданными интервалами по длине очистного забоя (5-10 м).

Заполнение пеной свободного пространства в пределах извлекаемой мощности пласта обеспечивает ее всплывание между кусками обрушающейся затем на нее непосредственной кровли, заполнение пустот и даже образующейся полости между непосредственной и основной кровлей за счет разряжения воздуха в этом пространстве. В результате этих процессов увеличивается сопротивление движению утечек воздуха и снижается их расход, вплоть до полной изоляции выработанного пространства (жесткие пены). Время устойчивости пены для воздушномеханических пен ограничено десятками часов или суток, что меньше времени движения очистного забоя на расстояние, соответствующее максимальной концентрации взрывчатых газов в утечках, часто совпадающего с максимумом удельных утечек воздуха, поступающих в вентиляционный штрек, т.е.

Время тп определяет длину зоны запенивания свободного пространства Ln в нижней части очистного забоя, обратно пропорционально относительному расстоянию устойчивого состояния пены хп-Ул, т.е.откуда

При устойчивости пены, соответствующей Lmax, длина ее полосы вдоль лавы минимальна (Ln - 0), при весьма неустойчивой пене (тп -» 0), длина ее полосы Ln соответствует длине лавы (Ln - Ьл).

Для оценки эффективности предложенного способа управления газовым режимом было использовано математическое моделирование процесса формирования утечек воздуха с помощью программы «MODEFLOW», в рамках которого было решено 12 модельных задач, в которых варьировались размеры зон повышенных сопротивлений, возникающих при запенивании соответствующих областей выработанного пространства

Похожие диссертации на Теоретическое и экспериментальное обоснование способов управления аэрогазодинамикой выработанных пространств шахт ОАО "Воркутауголь"