Определение газообильности очистных выработок

И выемочных участков

 

10.3 Среднее фактическое газовыделение в очистной выработке при обособленном проветривании рассчитывается по формуле, м³/мин:

, (10.1)

 

где – средний дебит газа в вентиляционной выработке на расстоянии 10 – 15 м от очистного забоя, м³/мин;

– средний дебит газа в выработке с подсвежающей струей (при схемах проветривания с подсвежением) в 10 – 15 м от очистного забоя, м³/мин;

– средний дебит газа, поступающего на выемочный участок, м³/мин.

 

При последовательном проветривании очистных выработок расчет производится по формуле, м³/мин:

, (10.2)

 

где – средний дебит газа, поступающего в данную очистную выработку из других очистных выработок этого же выемочного участка, м³/мин;

–средний дебит газа, поступающего на выемочный участок с основной и подсвежающими струями, проходящими через данную очистную выработку, м³/мин.

 

10.4 Среднее фактическое газовыделение на выемочном участке рассчитывается по формуле, м³/мин:

, (10.3)

 

где – средний дебит газа в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе, м³/мин.

 

Для шахт Подмосковного бассейна – это средний дебит углекислого газа, поступающего на выемочный участок с поверхности шахты с атмосферным воздухом.

 

10.5 Средний дебит газа в пунктах замеров определяется по формуле, м³/мин:

, (10.4)

где – дебит газа в данном пункте при отдельных наблюдениях, м³/мин;

– число наблюдений.

 

При использовании данных лабораторных анализов и замеров концентрации переносными приборами, м³/мин:

, (10.5)

 

при использовании данных лабораторных анализов и телеинформации, м³/мин:

, (10.6)

 

где –количество воздуха в пункте замера, м³/мин;

– концентрация газа по данным лабораторного анализа проб воздуха, %;

– концентрация газа по замеру переносным прибором, %;

– концентрация газа по данным телеинформации, выдаваемой аппаратурой АМТ-3, %;

– число лабораторных определений концентрации, приходящихся на данный замер количества воздуха;

– число определений концентрации переносными приборами;

– число определений концентрации по данным аппаратуры АМТ-3.

 

В формулы (10.5) и (10.6) подставляется не менее 10 значений концентрации. Значения концентрации и отбираются по одному за сутки. При этом 4 – 5 значений концентрации берется до замера количества воздуха и 4 – 5 после него следующим образом: в первые сутки – результат первого замера из выполненных в эти сутки, во вторые – второго, в третьи – третьего и т. д. При использовании телеинформации показания отбираются со сдвигом во времени 2 – 3 ч, например, если замер количества воздуха выполнен 20-го числа в 10.00, то значения отбираются за 16-е на 1 ч, за 17-е на 3 ч, за 18-е на 5 ч, за 19-е на 8 ч, за 20-е на 10 ч, за 21-е на 13 ч, за 22-е на 15 ч и т. д. Если одновременно с замером количества воздуха производился отбор проб, то вместо за эти сутки следует использовать .

Средний дебит углекислого газа, поступающего на выемочный участок с атмосферным воздухом, рассчитывается, но формуле, м³/мин:

, (10.7)

 

где – концентрация углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты, %;

– количество воздуха, поступающего на выемочный участок при отдельных замерах, м³/мин.

 

10.6 Расчет ожидаемого среднего метановыделения в очистной выработке и на участке по фактическому, м³/мин:

 

, (10.8)

 

, (10.9)

 

где – длина очистной выработки, для которой рассчитывается ожидаемое метановыделеиие, м;

– длина очистной выработки, для которой определено фактическое метановыделеиие, м;

– планируемая добыча угля, т/сут;

– средняя добыча угля, при которой определялось фактическое метановыделеиие, т/сут;

– коэффициент, учитывающий изменение системы разработки; рассчитывается по формулам, приведенным в таблице 10.1;

– коэффициент, учитывающий изменение метанообильности очистных выработок с глубиной; при ведении работ на глубинах до 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным 1 при разности глубин разработки до 20 м, а при большей разности глубин определяется по формуле (10.10); при ведении работ на глубинах более 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным 1 при разности глубин разработки до 50 м, а при большей определяется по формуле (10.10).

 

Таблица 10.1 – Определение коэффициента, учитывающего изменение системы разработки

Система разработки	Формулы для расчета коэффициента
для которой определено фактическое метановыделение	для которой определяется ожидаемое метановыделение
Сплошная	Столбовая, парные штреки (обратный ход)
Парные штреки (прямой ход)
Столбовая, парные штреки (обратный ход)	Сплошная
Парные штреки (прямой ход), сплошная (коренная лава)
Парные штреки (прямой ход), сплошная (коренная лава)	Сплошная
Столбовая, парные штреки (обратный ход)

Примечание. В приведенных формулах – ширина условной зоны дренирования пласта, м; принимается согласно таблице 10.2.

 

Таблица 10.2 – Определение ширины условной зоны дренирования пласта

Время, прошедшее с момента обнажения пласта подготовительной выработкой до начала очистной выемки, сут	Значение при марках угля
А	ОС	К	Ж	Г	Д
	6,5	9,0	9,0	11,5	11,5	11,5
	7,4	10,5	10,5	13,0	13,0	13,0
	9,0	12,4	12,4	16,0	16,0	16,0
	10,5	14,2	14,2	18,0	18,0	18,0
	11,0	15,4	19,7	15,4	19,7	19,7
	12,2	16,9	16,9	21,5	21,5	21,5
	13,0	18,0	18,0	23,0	23,0	23,0

 

Значение произведения может быть определено по номограмме (рисунок 10.1). При использовании номограммы предварительно следует вычислить величины и .

Величина коэффициента рассчитывается по формуле:

, (10.10)

где –природная метаноносность пласта на планируемой глубине разработки, м³/т горючей массы;

– остаточная метаноносность угля, м³/т горючей массы; определяется по таблице 10.3;

– природная метаноносность пласта на глубине, для которой определено фактическое метановыделение, м³/т горючей массы.

 

 

 

Рисунок 10.1 – Номограмма для определения величины

 

Значения и рассчитываются по формуле:

, (10.11)

 

где – глубина разработки, для которой рассчитывается метаноносность, м;

– глубина расположения границы метановой зоны, м;

– выход летучих веществ, %;

– угол падения пласта, градус;

– коэффициент, учитывающий влияние температуры пород;

 

, (10.12)

где – температура пород на глубине H, °С.

 

Для облегчения расчетов формула (10.11) может быть представлена в виде, м³/т горючей массы:

, (10.13)

 

Значение в этой формуле определяется по графику (рисунок 10.2), а значение – по номограмме (рисунок 10.3).

 

Таблица 10.3 – Определение остаточной метаноносности угля

Бассейны	Значение (м3/т горючей массы) при выходе летучих веществ, %
2 – 8	8 – 12	12 – 18	18 – 26	26 – 35	35 – 42	42 – 50
Донецкий, Карагандинский и другие с аналогичными условиями	12 – 8	8 – 7	7 – 6	6 – 5	5 – 4	4 – 3	3 – 2
Кузнецкий и другие с аналогичными условиями	3,5	3,0	2,5	2,0	2,5	2,5	–

 

Рисунок 10.2 – График для определения величины

Рисунок 10.3 – Номограмма для определения величины в формуле (10.13)

10.7 Ожидаемое выделение углекислого газа для шахт Подмосковного бассейна принимается равным фактическому, для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрациты, м³/мин, определяются по формулам (10.14) и (10.15), а для прочих условий – по формулам (10.16) и (10.17)

, (10.14)

 

, (10.15)

 

, (10.16)

 

, (10.17)

 

Для упрощения расчетов по формулам (10.16) и (10.17) значения приведены в таблице 10.4.

 

Таблица 10.4 – Результаты расчетов выделения углекислого газа

0,4	0,80	1,6	1,12	3,50	1,37
0,5	0,84	1,8	1,16	3,75	1,39
0,6	0,88	2,0	1,19	4,00	1,41
0,7	0,92	2,2	1,22	4,25	1,43
0,8	0,95	2,4	1,25	4,50	1,46
0,9	0,98	2,6	1,27	4,75	1,48
1,0	1,00	2,8	1,30	5,00	1,50
1,2	1,05	3,0	1,32	–	–
1,4	1,09	3,25	1,34	–	–

10.8 Расчет среднего ожидаемого метановыделения по природной метаноносности для лавообразных выработок при разработке тонких и средней мощности пластов, м³/мин:

, (10.18)

 

, (10.19)

 

где – длина очистной выработки, м;

– планируемая скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

– объемная масса угля, т/м³;

– природная метаноносность пласта, м³/т; принимается по данным геологоразведочных или научно-исследовательских организаций или определяется согласно п. 10.12;

– остаточная метаноносность угля, м³/т; определяется по формуле:

, (10.20)

 

где – остаточная метаноносность угля, м³/т горючей массы; принимается по таблице 10.3;

– природная влажность угля, %;

– природная зольность угля, %;

– полная мощность угольных пачек разрабатываемого пласта, м;

– коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из разрабатываемого пласта; при сплошной системе разработки и отработанной выше лаве равен 1; для коренных лав и лав прямого хода при системе разработки парными штреками определяется по формуле (10.21), а для столбовой системы разработки — по формуле (10.22) (значения принимаются по таблице 10.2);

 

, (10.21)

 

, (10.22)

 

где – коэффициент, учитывающий эффективность дегазации разрабатываемого пласта; принимается согласно Руководству по дегазации;

– коэффициент, учитывающий метановыделение из отбитого угля при транспортировке по выработкам выемочного участка; при последовательном проветривании транспортной и очистной выработок принимается равным 1, а при обособленном – 0,85;

– коэффициент, учитывающий метановыделеиие из выработанного пространства в призабойное; при схемах проветривания без подсвежения исходящей из выемочного участка вентиляционной струи принимается равным 0,2, если вентиляционная выработка примыкает к выработанному пространству, и 1,0, если она примыкает к целику угля; при схемах проветривания с подсвежением равен 0, если выработка с подсвежающей струей примыкает к целику угля, и 0,5, если она примыкает к выработанному пространству;

– коэффициент, учитывающий эффективность дегазации сближенных пластов и выработанных пространств; принимается согласно Руководству по дегазации;

– суммарная мощность угольных пачек смежного угольного пласта, м; определяется по геологическим разрезам; для сближенного пласта, состоящего из углисто-сланцевых пород, принимается равной половине его мощности;

– расстояние по нормали от смежного пласта до разрабатываемого, м;

– расстояние по нормали между разрабатываемым и смежным пластом, при котором метановыделение из последнего равно 0, м; для условий подработки определяется по формуле (10.23), при надработке для пологих и наклонных пластов принимается согласно таблице 10.5, а для крутых пластов, кроме Карагандинского бассейна, рассчитывается, но формуле (10.24);

 

, (10.23)

 

, (10.24)

 

Таблица 10.5 – Определение расстояния по нормам между разрабатываемыми и смежными пластами

Бассейны	Значения при управлении кровлей	Значение при надработке, м
полным обрушением	частичной закладкой	полной закладкой
Донецкий и другие с аналогичными условиями при мощности пласта до 2,5 м
Кузнецкий и другие с аналогичными условиями при выемочной мощности пласта до 3,5 м		–
Печорский при выемочной мощности пласта до 3,5 м		–

Продолжение таблицы 10.5

Бассейны	Значения при управлении кровлей	Значение при надработке, м
полным обрушением	частичной закладкой	полной закладкой
Карагандинский при выемочной мощности пласта, м: до 3,5 более 3,5		– –

Примечание. Для Карагандинского бассейна при вынимаемой мощности пласта более 3,5 м и угле падения более 45°. = 100 м.

 

где – коэффициент, зависящий от способа управления кровлей; принимается согласно таблице 10.5;

– вынимаемая мощность пласта (общая с прослойками), м;

– угол падения пласта, градус;

– коэффициент, учитывающий выделение метана из боковых пород; принимается согласно таблице 10.6;

– суммарная ширина по падению пласта угольных целиков в пределах выемочного участка, м.

 

Таблица 10.6 – Определение коэффициента, учитывающего выделение метана из боковых пород

Способ управления кровлей
Полное обрушение	0,25
Частичная закладка	0,20
Полная закладка	0,10

 

10.9 Ожидаемое метановыделение в очистной выработке при столбовой системе разработки с применением щитовых перекрытий различных конструкций определяется по формуле, м³/мин:

, (10.25)

где – начальное метановыделение, м³/(мин·м²);

, (10.26)

где – планируемая скорость подвигания щита по падению пласта, м/сут;

– периметр углеспускной печи, м;

– число углеспускных печей под щитовым перекрытием;

– скорость проведения углеспускных печей, м/сут;

– расстояние между углеспускными печами, м;

– площадь подщитового пространства, м²; определяется как произведение длины щитового перекрытия по простиранию на толщину вынимаемого слоя угля.

 

Примечание. Формула (10.26) справедлива при ≤20 м³/т.

Метановыделение из углеспускных печей при бурении скважин определяется по формуле (10.27), а при их расширении – по формуле (11.28).

, (10.27)

 

, (10.28)

 

где и – соответственно диаметры скважин при их бурении и расширении, м;

– длина скважин, м;

– средняя скорость проведения скважин, м/сут;

– время с начала проведения скважин, сут;

– скорость подачи бурового инструмента, м/мин.

 

10.10 При комбинированной системе разработки с гибким перекрытием расчет ожидаемого метановыделения производится для очистных выработок монтажного и нижнего слоев.

Метановыделение в очистной выработке монтажного слоя определяется по формуле, м³/мин:

, (10.29)

 

где – количество угля, отбиваемого за одно взрывание, т;

– длина очистного забоя, м;

– толщина монтажного слоя, м;

– мощность пласта, м.

 

Метановыделение в очистной выработке под гибким перекрытием определяется по формуле, м³/мин:

, (10.30)

где – коэффициент турбулентной диффузии; при выемке нижнего слоя по простиранию принимается равным 1, а при выемке по падению – 0,42;

– метановыделение с обнаженных поверхностей дренированного угольного массива, м³/(мин·м²);

, (10.31)

 

где – коэффициент дренирования угольного массива, зависящий от времени его обнажения подготовительными выработками и монтажным слоем;

, (10.32)

где – время, прошедшее с момента начала подготовки участка до начала очистных работ под перекрытием, сут.

 

10.11 Ожидаемое метановыделение из гидрозабоя определяется по формуле, м³/мин:

, (10.33)

где – скорость подвигания гидрозабоя, м/сут;

– производительность гидромонитора, т/мин;

–коэффициент, учитывающий изменения объема выделяющегося газа в зависимости от температуры воды;

(10.34)

где – температура воды, °С.

 

10.12 Природная метаноносность пластов может быть определена по метановыделению в действующие подготовительные выработки на участках, проведенных не ближе 30 м от геологических нарушений, очистных забоев и выработанных пространств, а также вне зон влияния надработки и подработки пластов.

Для пластов тонких и средней мощности природная метаноносность приближенно определяется по формуле, м³/т:

, (10.35)

 

где – приведенное метановыделение в действующей подготовительной выработке, м³/мин; определяется согласно п. 10.13;

– средняя скорость проведения выработки, м/мес;

– остаточная метаноносность угля при атмосферном давлении, м³/т горючей массы; определяется по графику (рисунок 10.4);

– коэффициент, учитывающий изменение метаноносности с глубиной; при ведении работ на глубинах до 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным 1, если разность между глубиной, для которой определяется метаноносность, и глубиной залегания действующей выработки не превышает 20 м, и рассчитывается по формуле (10.36) при большей разности; на глубинах более 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным 1 при разности глубин до 50 м, а при большей разности рассчитывается по формуле:

(10.36)

где и рассчитываются по формуле (10.11).