Спосіб визначення допустимого навантаження на очисний вибій

Реферат: Спосіб визначення допустимого навантаження на очисний вибій, згідно з яким вимірюють довжину очисного вибою, товщину пласта, газоносність вугілля, витрату повітря в очисному вибої, площу поперечного перерізу очисного вибою, визначають критично небезпечну концентрацію газу у вибої, ефективну пористість і щільність вугілля, ефективний коефіцієнт дифузії і залишкову газоносність вугілля, ширину захвата виконавчого органу виїмкового комбайна, швидкість звуку в газовій атмосфері, швидкість посування вибою, час роботи комбайна по видобутку за добу, швидкість руху скребкового ланцюга вибійного конвеєра, приведений розмір фракції зруйнованого вугілля, коефіцієнт завантаження устаткування. Розраховують значення стаціонарної концентрації газу C в очисному вибої і порівнюють його з критично небезпечною концентрацією газу Cкр . Якщо C  C кр , розраховують час досягнення небезпечної концентрації газу t кр . UA 105870 C2 (12) UA 105870 C2 UA 105870 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до гірничорудної і вугільної промисловості і може використовуватися при плануванні максимально допустимого навантаження на очисний вибій для газоносних шахт. Відомий спосіб визначення допустимого навантаження на очисний вибій для діючих шахт (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. ДНАОТ 1.1.30-6.09.93: Утв. приказом Государственного комитета Украины по надзору за охраной труда 20.12.1993 № 131 / Раздел 7. Максимально допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору. - К.: Основа, 1994. - 311 с.). Основна розрахункова формула в цьому керівництві базується на обліку фактичної багатогазовості лави-аналога і включає: фактичний видобуток лави-аналога, середнє фактичне газовиділення у виїмковій ділянці проектованої лави, допустиму концентрацію газу у вентиляційному струмені на вході і виході лави, проектну і фактичну довжину очисного вибою. Основним недоліком існуючого способу оцінки допустимого навантаження на очисний вибій є використання усереднених значень визначального параметра газовиділення очисного вибою. Усереднені значення включають газовиділення з вугільного масиву при руйнуванні його виконавчим органом і зруйнованого вугілля, що транспортується скребковим і стрічковим конвеєрами. В цілому це призводить до визначення середнього значення необхідного об'єму повітря для провітрювання виробок при заданому об'ємі вугілля, яке здобувається, і граничної (небезпечної) концентрації газу в повітрі (Скр) = 1 %. Також відомий спосіб визначення допустимого навантаження на очисний вибій по газовому фактору, який описаний у RU 2332573 С1; 27.08.2008. Згідно з цим способом вибирають багате на газ вироблення, подають до нього початкову витрату повітря, заміряють початкову абсолютну газоносність і вибирають спосіб видобутку вугілля. Додатково визначають початкову відносну газоносність, визначають умови співвідношення початкової і відносної газоносності. Після цього встановлюють у вихідному перерізі очисного вибою максимальну витрату повітря і початкову інтенсивність видобутку вугілля. Потім збільшують інтенсивність видобутку вугілля від початкової до допустимої, коли концентрація газу у витікаючому струмені очисного вибою досягне допустимої межі. При цьому одночасно заміряють абсолютну, відносну газоносність, їх початкові значення і показники ступенів зміни. З урахуванням цього визначають допустиме навантаження на очисний вибій по газовому фактора при початковій інтенсивності видобутку вугілля, змінних значеннях абсолютної, відносної газоносності і показників їх зміни по приведеній авторами формулі. До недоліків даного способу можна віднести так само той факт, що оцінка допустимого навантаження на очисний вибій проводиться по середніх значеннях інтенсивності навантаження і абсолютної і відносної газоносності. У разі локальної зміни (збільшення) газоносності пласта, обумовленої природними чинниками (геологічне порушення вугілля, дрібноамплітудні геологічні порушення пласта) за інших рівних умов (довжина вибою, темп виймання вугілля, кількість повітря для провітрювання, ширина привибійної зони, фракційний склад вугілля), концентрація газу може різко зрости і досягти небезпечних значень, при яких реалізується спалах або вибух газоповітряної суміші. Слід підкреслити, що при зменшенні газоносності виникає невідповідність між допустимим і фактичним навантаженнями на очисний вибій. При цьому можна збільшувати навантаження пропорційно рівню зниження газовиділення, обумовленого газоносністю пласта. Проте допускати такі зміни в існуючих нормативних документах не передбачено. Для обліку фактичної багатогазовості і міри її нерівномірності необхідно здійснювати безперервний моніторинг за параметрами, які визначають масоперенесення газу з вугільного масиву і зруйнованого вугілля в атмосферу привибійної зони пласта. Для цього необхідно розраховувати значення небезпечної концентрації газу Скр і визначати час досягнення небезпечної концентрації (1 %), і з урахуванням цих параметрів допускати можливість корегування навантаження на очисний вибій як у бік збільшення, так і зменшення. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу визначення допустимого навантаження на очисний вибій шляхом використання параметрів, які визначають масоперенесення газу в атмосфері привибійної зони і урахування часу формування небезпечної концентрації газу. Це дозволить оптимізувати навантаження на очисний вибій в процесі видобутку вугілля і забезпечити безпеку робіт в очисних виробках. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в способі визначення допустимого навантаження на очисний вибій, що включає вимір довжини очисного вибою, товщини пласта що розроблюють, газоносності вугілля, витрату повітря в очисному вибої, площу поперечного перерізу очисного вибою, визначають критично небезпечної концентрацію газу у вибої, згідно з винаходом, додатково визначення ефективну пористість і щільність вугілля, ефективний коефіцієнт дифузії і залишкову газоносність вугілля, ширину захвату виконавчого органу виїмкового комбайна, швидкість звуку в газовій атмосфері, швидкість посування вибою, час роботи комбайна по видобутку за добу, швидкість руху скребкового ланцюга вибійного 1 UA 105870 C2 конвеєра, приведений розмір фракції зруйнованого вугілля, коефіцієнт завантаження устаткування, розраховують значення стаціонарної концентрації газу С в очисному вибої за I формулою: C  0 , де: I0 - інтенсивність джерела газовиділення, a q - обернений час I0  q 5 10 провітрювання об'єму виробки, який розраховується за формулою: q  Q , де: LS Q - витрата повітря в очисному вибої, L - довжина очисного вибою, S - площа поперечного перерізу в очисному вибої, порівнюють значення стаціонарної концентрації газу С з критично небезпечною концентрацією газу Скр і, якщо С > Скр, розраховують час досягнення небезпечної концентрації газу t кр по наступній формулі:  Cкр (I0  q)  1 In 1  , I0  q  I0  інтенсивність джерела газовиділення I0 визначають як: t кр    2b 2b 2  60 V , I0   1   A2  L  A1   де A 1 - параметр, який характеризує відносну швидкість руху газу в очисному вибоїв 15 20 A1  86,4  10 3 Vs / Vn ; де: Vs - швидкість звуку в газовій атмосфері Vn - питома швидкість посування очисного вибою, Vп / t доб , Vп - швидкість посування вибою, t доб - час роботи комбайна по видобутку за добу, A 2 - параметр, який характеризує відносну швидкість руху ланцюга скребкового конвеєра в очисному вибої, A 2  Vs / Vк ; де: Vк - швидкість руху ланцюга скребкового конвеєра, b 1 - параметр, який характеризує надходження газу із вугільного пласта при його руйнуванні видобувним механізмом та розраховується по формулі:  eD f Lm , Vs S rзах де: g - газоносність вугілля,  y - щільність вугілля, b1  g  y 25 30  e - ефективна пористість вугілля, D f - ефективний коефіцієнт дифузії газу у вугіллі, m - товщина пласта який розроблюють, rзах - ширина захоплювача виконавчого органу виїмкового комбайна, b 2 - параметр, який характеризує надходження газу з відбитого вугілля, що розміщується на вибійному та штрековому конвеєрах: b 2  g0  y 35 40  eD f L 6k 0 Vn , Vs 3600 rпр Vk де: g 0 - залишкова газоносність вугілля, k 0 - коефіцієнт завантаження устаткування, rпр - приведений параметр фракції зруйнованого вугілля Прогноз допустимого навантаження на очисний вибій привибійної зони пласта проводиться по обліку часу формування небезпечної концентрації газу в атмосфері, розраховується по формулах отриманих авторами і включає визначення гірсько-геологічних, фізичних і технологічних параметрів. Використовуючи вищенаведені параметри, розраховують: багатогазовість вугільного пласта при його руйнуванні виконавчим органом комбайна; багатогазовість зруйнованого вугілля при транспортуванні скребковим конвеєром; сумарну інтенсивність газовиділення з урахуванням посування лінії очисного вибою (об'єму видобутку). На основі цих значень прогнозують час формування небезпечної концентрації газу залежно від 2 UA 105870 C2 5 10 15 об'єму видобутку вугілля з очисного вибою. За наслідками розрахунку концентрації газу і часу його формування будують графіки залежності концентрації газу від ефективного коефіцієнта дифузії C(Df) і часу формування небезпечної концентрації tкр від ефективного коефіцієнта дифузії t кр (Df) і проводять їх подальший аналіз. Для перевірки можливості при існуючій витраті повітря в лаві збільшити навантаження приймається до розрахунку декілька варіантів швидкостей посування очисного вибою. На основі встановлених значень будують залежність концентрації газу в атмосфері очисної виробки від швидкості посування лінії очисного вибою (об'єму видобутку), і прогнозують оптимальне навантаження на очисний вибій, яке виключає формування небезпечних концентрацій газу. Наводимо приклад розрахунку часу утворення небезпечних концентрацій метану в очисному вибої. На фіг. 1 приведені умови для розрахунку часу утворення небезпечної концентрації метану. На фіг. 2 показана залежність концентрації метану С в очисному вибої від ефективного коефіцієнта масоперенесення метану у вугіллі Df. На фіг. 3 приведена залежність часу утворення небезпечної концентрації метану t кр в лаві від коефіцієнта масоперенесення метану в вугіллі Df. Проведемо розрахунок часу утворення небезпечної концентрації метану для наступних умов (див. таблицю). b1  14  1.33 20 b 2  6  1.33 0,3  0,6  10 8 210  1,65  0,001967 ; 3,14  386 4,5 0,63 0,3  0,6  10 8 ( 210  0 ) 6  0,8  0,24  1,80837  10 6 ; 3,14  386 3600  0,02  1,25    6  2  0,001967 2  1,808  10  60  386 I0     0,0002 1/ хвил.;  3600  386  210 386   0,24 1,25   0,0002  100  1,004 % 0,0002  0,02 1  0,01 (0,0002  0,02 )   In 1    296, хвил. 0,0002  0,02  0,0002   C t кр 25 Виходячи з цього, можна зазначити, що при чотирьох добувних циклах за добу Vn  2,52 30 м/доб. і при ефективному коефіцієнті масоперенесення метану в вугіллі D f  0,6  10 8 , концентрація метану в лаві перевищить 1 %, проте відбудеться це лише після 296 хвил. роботи. Проведемо розрахунок концентрації метану С для двох і трьох добувних циклів за добу. Результати розрахунків приведені на фіг. 2. Залежність концентрації метану С в очисному вибої від коефіцієнта масоперенесення метану в вугіллі D f : 1; 2; 3 - відповідно, при двох Vn  1,26 м/доб. трьох Vn  1,89 м/доб. і чотирьох Vn  2,52 м/доб. добувних циклах за добу. I0 показує, що концентрація метану С у виробці на I0  q рівні, що перевищує 1 % при швидкості посування очисного вибою 1,26 м/доб не буде перевищений (фіг. 2), при швидкості посування 1,89 м/доб при тій же інтенсивності . -8 провітрювання і при коефіцієнті масоперенесення більшому ніж 0,8 10 м /с, досягне 1 %. А при швидкості посування 2,52 м/доб. очисні роботи при будь-якому значенні коефіцієнта масоперенесення D f при відмічених межах виконуватимуться при загрозі загазовування лави. Результати розрахунку часу утворення небезпечної концентрації метану t кр по формулі для випадків, коли така концентрація може бути досягнута при постійній інтенсивності провітрювання, представлені у вигляді графіків (фіг. 3) 1; 2 - відповідно, при трьох і чотирьох добувних циклах за добу. Концентрація метану у виробці на рівні 1 % при швидкості посування 2,52 м/сут встановлюється залежно від ефективного коефіцієнта масоперенесення метану в вугіллі D f протягом 66-300 хв., для швидкості посування 1,89 м/доб. - протягом 98-150 хв. Максимально Результат розрахунку по формулі C  35 40 3 UA 105870 C2 5 можлива концентрація, яка може бути досягнута при швидкості посування 2,52 м/доб і витраті 3 повітря в лаві 1100 м /хв., складає 1,37 %. Виходячи з цього можна дійти висновку, що у запропонованому технічному рішенні, яке стосується визначення допустимого навантаження на очисний вибій, використовували параметри, які визначають масоперенесення газу в атмосфері привибійної зони. Авторами наведені формули, які дозволяють розраховувати час формування небезпечної концентрації газу в привибійній зоні. Отримані таким чином знання дають можливість оптимізувати і корегувати навантаження на очисний вибій і забезпечити безпеку робіт в очисних виробках. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 Спосіб визначення допустимого навантаження на очисний вибій, згідно з яким вимірюють довжину очисного вибою, товщину пласта, що розроблюють, газоносність вугілля, витрату повітря в очисному вибої, площу поперечного перерізу очисного вибою, визначають критично небезпечну концентрацію газу у вибої, який відрізняється тим, що додатково визначають ефективну пористість і щільність вугілля, ефективний коефіцієнт дифузії і залишкову газоносність вугілля, ширину захвата виконавчого органу виїмкового комбайна, швидкість звуку в газовій атмосфері, швидкість посування вибою, час роботи комбайна по видобутку за добу, швидкість руху скребкового ланцюга вибійного конвеєра, приведений розмір фракції зруйнованого вугілля, коефіцієнт завантаження устаткування, розраховують значення стаціонарної концентрації газу C в очисному вибої за формулою: I C 0 , I0  q де: I0 - інтенсивність джерела газовиділення, a q - обернений час провітрювання об'єму виробки, який розраховується за формулою: Q , q LS де: Q - витрата повітря в очисному вибої, L - довжина очисного вибою, S - площа поперечного перерізу в очисному вибої, порівнюють значення стаціонарної концентрації газу C з критично небезпечною концентрацією газу Cкр і, якщо C  C кр , розраховують час досягнення небезпечної концентрації газу t кр по наступній формулі:  Cкр (I0  q)  1 t кр   In 1  , I0  q  I0  інтенсивність джерела газовиділення I0 визначають як: 35  2b 2b 2  60 Vs I0   1  ,  A2  L  A1   де A 1 - параметр, який характеризує відносну швидкість руху газу в очисному вибої, A1  86,4  10 3 Vs / Vn , де: Vs - швидкість звуку в газовій атмосфері, Vn - питома швидкість посування очисного вибою, Vп / t доб , 40 Vп - швидкість посування вибою, t доб - час роботи комбайна по видобутку за добу, A 2 - параметр, який характеризує відносну швидкість руху ланцюга скребкового конвеєра в очисному вибої, A 2  Vs / Vк , де: Vк - швидкість руху ланцюга скребкового конвеєра, 45 b 1 - параметр, який характеризує надходження газу із вугільного пласта при його руйнуванні видобувним механізмом та розраховується по формулі:  eD f Lm b1  g  y , Vs S rзах 4 UA 105870 C2 де: g - газоносність вугілля,  y - щільність вугілля, 5 10  e - ефективна пористість вугілля, D f - ефективний коефіцієнт дифузії газу у вугіллі, m - товщина пласта, який розроблюють, rзах - ширина захвата виконавчого органу виїмкового комбайна, b 2 - параметр, який характеризує надходження газу з відбитого вугілля, що розміщується на вибійному та штрековому конвеєрах:  eD f L 6k 0 Vn , b 2  g0  y Vs 3600 rпр Vk де: g 0 - залишкова газоносність вугілля, k 0 - коефіцієнт завантаження устаткування, rпр - приведений параметр фракції зруйнованого вугілля. 5 UA 105870 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6