НПАОП 10.0-7.08-93 Керівництво щодо проектування вентиляції вугільних шахт

Фактическое метановыделение из обнаженных поверхно­стей пласта1пов фопределяется по специальной методике. В действующей тупиковой части выработки не ближе 10-15 м от ее устья производится измерение расхода воздуха и отбор не менее 5 проб воздуха. Одновременно отбирается не менее 3 проб воздуха перед ВМП, проветривающим данную выра­ботку. Пробы отбираются «мокрым» способом или же в рези­новые камеры и должны характеризовать среднюю по сечению выработки концентрацию метана в пунктах отбора. Отбор проб производится с интервалом в 5—10 минут.

Отбор проб следует начинать после выгрузки угля извыботки, но не ранее чем через 2 часа после окончания работ по выемке угля и выполнения противовыбросных ме­роприятий. По данным наблюдений значение Iпов фопределяется по формуле

_ _

Iпов ф= 0,01(Cи -C ),

(3.27)

гдеQn — расход воздуха в тупиковой выработке в 10-15 м от ее устья, м3/мин;

_

Си— средняя концентрация метана в исходящей струе тупиковой выработки в 10-15 м от ее устья, % (по объему)*;

_

С— средняя концентрация метана пород ВМП, %.

Наблюдения для определения1пов фдолжны проводиться при длине тупиковой выработки не менее 75 м, участок вы­работки, для которого определяется1пов ф, должен проводиться без остановок (перерывы в выходные и праздничные дни не следует считать остановками).

При содержании метана в исходящей из выработки струе 0,5% и более вместо отбора проб допускается измерение концентрации интерферометром.

Отбор проб или измерение концентрации метана интер­ферометром выполняются участком ВТБ или ГВГСС.

При проведении наклонных выработок по угольным пла­стам сверху вниз в тех случаях, когда разность высотных отметок устья и забоя выработки превышает∆ Hм, следует периодически определять значение (х — х) по фактическому метановыделению из обнаженных поверхностей пласта и про­изводить корректировку расчета расхода воздуха по мере из­менения длины выработки.

Для "выработок, проводимых на глубине до 300 м ниже

верхней границы метановой зоны, принимается∆ H= 20 м;

для выработок, проводимых на большей глубине,∆ H= 50 м.

Первая корректировка производится при длине выработки

l 1, определяемой по формуле

l 1= (∆ H/sina в)+ 60 (3.28)

* Далее по тексту вместо % (по объему) будем писать %.

где∆ H— разность высотных отметок устья и забоя выработки, м;

a в — угол наклона выработки, град.

Для этого по описанной выше методике в 60 м от забоя выработки и у ВМП производятся наблюдения для определения (х —х ) , а затем по новому значению (х — х) определяется ожидаемое метановыделение и корректируется расчет расхода воздуха.

Вторая корректировка производится при длине выработке

L1= (2 ∆ H / sina в ) +60. (3.29)

Длина выработки, при которой необходимо выполнять третью и последующие корректировки, определяется аналогич­ным образом

L1= (3 ∆ H / sina в ) +60. и т.д. (3.30)

Если разность между проектной длиной тупиковой выработки1при длиной, при которой должна производиться корректировка, менее 60 м, то корректировку можно не выполнять.

Для горизонтальных выработок, проектная длина которых

не превышает 70 м, корректировку значения (х -х ) по фактическому метановыделению также производить не следует.

После корректировки значения (х -х ) по фактическомуметановыделению следует, в случае необходимости, произвести перерасчет ожидаемого метановыделения в выработку, опре­деленного при ее проектировании по природной метаноносности пласта или по фактическому метановыделению в выработку-аналог.

Метанообильность проектируемых полевых и погашаемых выработок принимается равной фактической метанообильности действующих (или ранее пройденных) выработок, проводимых (погашаемых) в аналогичных условиях. При отсутствии выра­боток, проводимых и аналогичных условиях, метанообильность указанных выработок определяется по рекомендациям МакНИИ.

3.3. Прогноз метанообильности выемочного участка

3.3.1. По природной метаноносности пласта

Источниками выделения метана в выработки выемочного участка являются разрабатываемый угольный пласт, сближен­ные угольные пласты (спутники) и вмещающие породы.

Относительная метанообильность выемочного участка опре­деляется как суммарное метановыделение из разрабатываемого пласта (q пл, м 3 /т), сближенных угольных пластов (qпл , м 3 /т),

и вмещающих пород (q пл, м 3 /т),, т.е. можно записать, что

q уч=q пл +qсп +qпор(3.31)

3.3.1.1. Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ (V dafоб) больше 165 мл/г с.б.м. от­носительное метановыделение из разрабатываемого пласта оп­ределяется по формуле (3.32), а из высокометаморфизованных антрацитов с объемным выходом летучих веществ от 100 до 165 мл/г с.б.м — по формуле(3.33)

q пл =qоп+ q о.у+ kэ.п (х-х )(3.32)

q пл =kпл + (х-х1 ) + kэ.п (х-х )(3.33)

где kэ.п — коэффициент, учитывающий эксплуатационные потери угля в пределах выемочного участка; принимается по проекту;

х — остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и т.д., м3/т; определяется, кроме высокометаморфизованных антрацитов, по формуле (3.4), а для высокометаморфизован­ных антрацитовх принимается равной х1; х1— остаточная

метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного уча­стка, м3/т; определяется по формуле

х 1 =kW,Aз (0,15 V dafоб - 13,6)(3.34)

Природная метаноносность пластах определяется по формуле (3.3) при соответствующих значенияххг ,Wи А3.

При отработке пласта длинными столбами по восстания (падению) или полосами по простиранию захг принимается максимальная, а при других системах разработки — средняя природная метаноносность пласта в пределах этажа (подэтажа, яруса). При разработке подработанных (надработанных) уголь­ных пластов в расчетные формулы вместохподставляется х’,

значение которого определяется по формуле (3.54).

Относительное метановыделение из очистного забоя при разработке каменных углей, кроме высокометаморфизованных антрацитов, определяется по формуле (3.35), а для высокометаморфизованных антрацитов — по формуле (3.36)

qo . n= 0,85xkпл ехр(- п ); (3.35)

qo . n= 0,75kпл( x-x 1 ); (3.36)

где kпл— коэффициент, учитывающий влияние системы раз­работки на метановыделение из пласта;

kпл= ( L оч±2 b з.д)/L оч(3.37)

п— показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя ( υ оч , м/сут), выхода летучих веществ из угля (Vdaf,%) и глубины разработки (Н, м);

п= а1 υ оч ехр (- 0,001 Н +b 1 Vdaf )(3.38)

а.1,b 1— коэффициенты, значения которых принимаются: для углей с выходом

летучих веществVdaf ≤ 22 %

а.1= 1,435,b 1= - 0,051; приVdaf> 22 %

а.1= 0,152,b 1= 0,051.

1ОЧ — длина очистного забоя, м.

Примечание. 1. При отработке пласта на глубине Н более 1000 м при расчетеппо формуле (3.38) значение Н принимается равным 1000 м.

2. При выемке крутонаклонных и крутых пластов щитовыми агрегатами q nл,q o.nопределяется соответ­ственно по формулам (3.32), (3.35). При этом скорость подвигания очистного забоя υ оч определяется как от­ношение ширины полосы (см. рис. 6.1г) ко времени ее отработки в пределах этажа.

Значение bз.допределяется по табл. 3.5 в зависимости от выхода летучих веществ.

Таблица 3.5

Значение bз.дв зависимости отVdaf

В формуле (3.37) знак «плюс» принимается, когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейерного) штреков расположен массив угля (коренная лава), а также при системе разработки парными штреками (прямой ход), а «минус» — когда выше вентиляционного и ниже откаточного (конвейер­ного) штреков разрабатываемый пласт отработан при системе разработки «парные штреки» (обратный ход) или когда вы­емочное поле оконтурено подготовительными выработками (столбовая система разработки).

При оплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана (выработанное пространство выше вентиля­ционного штрека), а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходит вслед за лавой, а также при отработке крутонаклонных и крутых пластов щитовыми агрегатами типа АЩ, АНЩ k пл= 1.

Если по формуле (3.37) значение k пл< 0,5, то к расчету принимается k пл= 0,5.

Относительное метановыделение из отбитого угля опре­деляется по формуле

qо.у= q’о.у+q”о.у (3.39)

где q’о.у— относительное метановыделение из отбитого угля в лаве, м3/т;

q’о.у= xkпл[l -85ехр (- п ) ] (b 2 k my+b 2 k’my (3.40)

q”о.у — относительное метановыделение из отбитого угля в конвейерном (откаточном) штреке, м3/т;

q”о.у = xkпл[l -85ехр (- п ) ]b 2 k”my (3.41)

гдеb 2 , b 3— коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого напочве в лаве, доли ед.; значенияb 2= 0,6, аb 3- 0,4 при

односторонней схеме выемки угля;b 2= 1, аb 3=0 придвухсторонней схеме выемки угля в лаве;

k my,k'my k"my— коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого от массива угля соответственно в очистной выработке на конвейере (k my), на почве в лаве (k'my) и на

конвейере в выработке выемочного участка (k"my), доли ед.;

k my =aT в т.л;(3.42)

k ' my = aT в т.п.л;(3.43)

k " my = aT в т.к - aT в т.л;(3.44)

Т т, л — время нахождения отбитого от массива угля на конвейере в лаве, мин;

Т т, л = lоч / 60v к.л. ; (3.45)

v к.л— скорость транспортирования угля в лаве, м/с;

Т т. п. л — время нахождения отбитого от массива угля на почве в лаве при односторонней выемке угля,мин; принимается ориентировочно равным времени работы комбайна по выемке полосы угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции. При выемке крутонаклонных и крутых пластов вре­мя нахождения угля в лаве принимается по проекту;

Т т. к — время нахождения отбитого от массива угля в конвейерном (откаточном) штреке в пределах выемочного уча­стка, мин; определяется по формуле

пl

Т т. к=( ∑) / 60 vmi (3.46)

i-1

гдеп l — число участков длиной lmi с различной скоростью движения угля;

lmi— протяженность выработки с i -м видом транспорта, м;

vmi— скорость транспортирования угля на участке lmiм/с.

При транспортировании угля в пределах выемочного уча­стка в вагонетках значение времени нахождения его на участке принимается по проекту, но не более 120 мин.

Значения коэффициентоваи b , входящих в формулы (3.41), (3.42), (3.43), принимаются в соответствии с пунктом 3.2.1.

При отработке высокометаморфизованных антрацитов значение

q'о.у =0,15 k nл ( x-x 1 ),а q " о.у =0,10k nл ( x-x 1 )

3.3.1.2. Метановыделение из сближенных угольных пластов (спутников)

Относительное метановыделение из спутников определя­ется по формуле

qсп= Σq сп.пі+ Σq сп.ні(3.47)

Относительное метановыделение как из подрабатываемогоq сп.пі, так и из надрабатываемогоq сп.ніпласта (спутника) определяется по формуле

qспі = 1,14υ оч –0,4mcni/ mв(х спі– х0і )(1- (Мспі / М р і ))(3.48)

гдеmcni — суммарная мощность угольных пачек отдельного

( і -го) спутника, м; для спутника, состоящего из углистосланцевых пород,т спіпринимается равной половине его дейст­вительной мощности;

xcni— природная метаноносность і -го спутника, м3/т;

xi— остаточная метаноносность угля і -го спутника, м 3 /т; определяется так же, как х;

тв— вынимаемая полезная мощность разрабатываемого пласта, м;

Mcni— расстояние по нормали между кровлей разрабатываемого и почвой сближенного (при подработке) пластов имежду почвой разрабатываемого и кровней сближенного (принадработке) пластов, м;

М р — расстояние по нормали между разрабатываемымисближенным пластами, при котором метановыделение из последнего практически равно нулю, м.

Если природная метаноносность спутника не определена при разведке месторождения, то она принимается равной метаноносности ближайшего рабочего пласта с поправкой на зольность и влажность спутника, т.е.

хcni =x(100 –Аз.с -Wс) /(100- Аз .-W) (3.49)

гдеАз.с , Wc — соответственно зольность и пластовая влажностьспутника, %.

Величина Мрпри подработке пологих и наклонных пластовопределяется по формуле (3.50), а при подработке крутона­клонных и крутых пластов — по формуле (3.51)

МР =1,3Lочk у.к.k л √ m в.пр(cosa пл + 0,05kл );(3.50)

МР = k у.к m в.пр(1,2 +cos aпл );(3.51)

гдетв.пр — вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м;

k у.к— коэффициент, учитывающий влияние способа уп­равления кровлей; принимается в формуле (3.50) при полном обрушении — 1,0; при частичной закладке, плавном опускании и удержании на кострах — 0,8; при полной закладке — 0,4; а в формулах (3.51) и (3.53) соответственно равен 60,45 и 25;

kл — коэффициент, учитывающий влияние степени мета­морфизма на величину свода разгрузки; определяется по фор­муле (3.52) или принимается по табл. 3.6.

kл = 1,88 ехр (- 0,018Vdaf );(3.52)

Таблица 3.6

Значение коэффициента kл

При определении М р для лав длиной более 220 м в формулу (3.50) подставляется значение

1ОЧ = 220 м.

При надработке пологих и наклонных угольных пластов значение М р принимается равным 60 м, а при надработке крутонаклонных и крутых пластов определяется по формуле

M p= k у.кmв.np(1,2-COSa пл )(3.53)

Если угольный пласт до его разработки или сближенный пласт был ранее подработан (надработан), то в расчетные формулы вместохподставляется остаточная метаноносностьх', величина которой определяется по формуле

х'=х + (х-х ) М' спi/Мпp , (3.54)

где М' спi— расстояние по нормали от сближенного до раз­рабатываемого пласта, который ранее подработал (надработал) его, м.

Если велась заблаговременная дегазация пласта (углепородной толщи), то в формулу (3.54) вместохподставляется x (l— kд). Значение kдпринимается в соответствии с Руко­водством по дегазации угольных шахт.

Расстояние М п р при расчетех' определяется по горно­техническим параметрам выемочного участка (1ОЧ ,т в.пр ,k л,k у.ки др.) для пласта, который подработал (надработал) пласт-спутник.

Если х ≤ х илих' ≤ х , то считается, что метан из пласта не выделяется.

3.3.1.3. Метановыделение из вмещающих пород

При наличии данных по метаноносности вмещающих по род относительное метановыделение из них определяется поформулам:

пп

q пор = 1,14 υ–0,4 оч(q пор1+Σ qпорі )(3.55)

і=1

q пор = (3m в.пр х пор γ пор ) / γ mв (3.56)

q порі = ((3m в.пр γ порх порі ) / γ m в )( mni/27 m в.пр) (1-(М пі ) / 30m в.пр )(3.57)

где q пор 1 — относительное метановыделение из вмещающихпород, попадающих в зону интенсивного дробления, принятую равной3м в.пр, м3/т;

q порі — относительное метановыделение из вмещающих пород, попадающих в зонутрещинообразования, равную27 м в.пр мЗ/т;

хпор — средняя метаноносность пород в 30-кратной выни­маемой мощности пласта (М р - 30 м в.пр, м 3 /т);

х порі— метаноносность і -го слоя вмещающих пород, м3/т;

γ пор— средняя плотность пород в зоне 3 м в.пр, т/м3;

Ynopi — плотность і -го слоя вмещающих пород, т/м3;

Mni— расстояние по нормали между кровлей разрабаты­ваемого пласта и почвой метаноносного слоя пород, м;

тп — мощность і -го метаноносного слоя породы, м;

пп — число метаноносных слоев пород в 30 м в.пр.

При отсутствии данных по метаноносности вмещающих пород применяется формула

q пор = 1,14 υ–0,4 оч (х-х)k c . n(Н-Н)(3.58)

где k c . n — коэффициент, учитывающий влияние способа уп­равления кровлей и литологический состав пород, доли ед.; значения ого берутся из табл. 3.7;

Но— глубина верхней границы зоны метановых газов, м;

Н — глубина разработки, м.

Таблица 3.7

Значения коэффициента k c . n при различныхспособах управления кровлей

3.3.1.4. Определение ожидаемого метановыделения из очистной выработки и выемочного участка

При применении дегазации сближенных угольных пластов и вмещающих пород скважинами, изолированного отвода ме­тана из выработанного пространства за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающей установки, а также дегазации разрабатываемого пласта, ожидаемое метановыделение из очистной выработки ( qоч) и выемочного участка(Qуч) определяется:

• при схемах проветривания выемочных участков без обособ­ленного разбавления метана по источникам (схемы типа 1-В, 1-К, 1-М) по формулам:

qоч= ( qо.п+ q 'о.у + q"о.у )(1-k д.пл )+ k в.п .q 'в.п ;(3.59)

qоч= ( qо.п+ q 'о.у) (1- k д.пл ) + q 'в.n ;(3.60)

•при схемах проветривания выемочных участков с обособ­ленным разбавлением метана по источникам выделения (схемы типа 2-В, 3-В) qочопределяется по формуле (3.61),qоч— по формуле (3.60)

qоч= ( qо.п+ q 'о.у) (1-k д.пл )+ k в.п .q 'в.п ; (3.61)

где k д.пл— коэффициент эффективности дегазации разраба­тываемого пласта, доли од.;

k в.п— коэффициент, учитывающий метановыделение извыработанного пространства в призабойное, доли ед.

Ожидаемое метановыделение из выработанного простран­ства на выемочном участке — q 'в.п,м3/т;определяется по формуле

q 'в.п,= [ kэ.п(х-х)(1- k д.пл ) + (Σqсп.п i + qпор ) (1-k д.с.п ) +Σqсп.н i(1-k д.сн )](1- k‘д.в.п )(1- k д.в.о ) (3.62)

где k д.с.п— коэффициент, учитывающий эффективность де­газации подрабатываемых сближенных пластов и пород, до­ли ед.;

k д.с.п— коэффициент, учитывающий эффективность де­газации надрабатываемых сближенных пластов, доли ед.;

k д.в.о— коэффициент, учитывающий эффективность де­газации выработанного пространства, доли ед.;

k‘д.в.п— коэффициент, учитывающий эффективность изо­лированного отвода метана, доли ед.; принимается в соответ­ствии с пунктом 6.2.3.

Значения k д.пл’ , k д.с.пи k д.с.нпринимаются в соответствии

с Руководством по дегазации угольных шахт.

Коэффициент, учитывающий метановыделение из выра­ботанного пространства в призабойное, зависит от схемы про­ветривания выемочного участка, способа охраны (поддержания) вентиляционной выработки. Для схемы проветривания вые­мочного участка 1-М k в.ппринимается равным единице, а для

других схем проветривания принимается по табл. 3.8 в зави­симости от коэффициента, учитывающего поступление (при-течки) воздуха из выработанного пространства в призабойное ( k y т.л, доли ед.), и средневзвешенного расстояния (Мср, м) от разрабатываемого пласта до сближенных, или рассчитывается по формуле

k в.п= k y т.л (0,06 М1,23 ср)ky т.л-1 (3.63)

псп

Σтспі М спі (М р - M cni )

і=1

Мср=—————————:(3.64)

псп

Σm cni ( M p - Mcni)

i=l

Таблица 3.8

Значение коэффициента kв. nв зависимостиот М ср и k y тл

Примечание. При определенииq полпо формулам (3.59), (3.61) значение kв. nпринимается равным 0,8.

Значения коэффициента k y т.лзависят от схемы провет­ривания выемочного участка и способа поддержания венти­ляционной выработки.

Для возвратноточной схемы проветривания и прямоточной с подсвежением и без подсвежения при примыкании исходящей струи воздуха в пределах выемочного участка к выработанному пространству (схемы типа 1-В, 1-К, 2-В, 3-В (рис. П.2.3)) и поддержании вентиляционной выработки кострами, бутокострами, бутовой полосой с окнами (каналами) или сплошной бутовой полосой шириной до 5 м выделение метана из выра­ботанного пространства в лаву не происходит т.е, kв. n= 0.

Если для поддержания вентиляционной выработки выкла­дывается сплошная бутовая полоса шириной более 5 м, то k y т.лв зависимости от ее ширины принимается по табл. 3.9.

Таблица 3.9

Значениеk y т.лв зависимости от bп

3.3.2. По фактической газообильности

3.3.2.1. Определение фактической газообильности очистных выработок и выемочных участков

Среднее фактическое газовыделение в очистной выработке при обособленном проветривании рассчитывается по формуле

Īоч.ф=Īоч.ф–Ī n .с.–Īоч.п, (3.65)

где Ī оч.ф — средний расход газа в вентиляционной выработке на расстоянии 15-20 м от очистного забоя, м3/мин;

Īп.с — средний расход газа в выработке с подсвежающей струей (при схемах проветривания с подсвежением) в 15-20 м перед очистным забоем, м3/мин;

Ī оч. п— средний расход газа, поступающего в очистную выработку со свежей струей воздуха, м 3 /мин;

_ _

Īоч. п=0,01Qоч C (3.66)

_

Qоч— средний расход воздуха в вентиляционной выработки на расстоянии 15-20 м от очистного забоя, м3/мин;

_

С— средняя концентрация газа, поступающего на вы­емочный участок со свежей струей воздуха, %.

Примечание. Здесь и далее под газом подразумевается как метан, так и углекислый газ.

При последовательном проветривании очистных выработокĪоч. фрассчитывается по формуле

Ī оч. ф =Ī оч. ф -Ī оч. п- Īn.c(3.67)

гдеĪ оч. п — средний расход газа, поступающего в данную очистную выработку из другой очистной выработки этого же выемочного участка, м3/мин;Ī оч. попределяется по результа­там измерений на вентиляционном штреке в 15-20 м перед последовательно проветриваемой лавой.