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

Среднее фактическое газовыделение в выработки выемоч­ного участка определяется по формуле

Ī оч. ф=Ī 'уч.ф -Ī' уч.п- Īуч.o (3.68)

гдеĪ'уч.ф— средний расход газа в исходящей из выемочного участка вентиляционной струе на расстоянии 15-20 м от ходка (уклона, квершлага), м3/мин;

Ī'уч.п— средний расход газа, поступающего на выемочный участок с подсвежающей струей воздуха, м3/мин;

Ī уч.о— средний расход газа, поступающего на выемочный участок со свежей струей воздуха, м3/мин.

При определении фактической углекислотообильности очи­стных выработок и выемочных участков по формулам (3.65), (3.66) и (3.68) средний расход газа, поступающего к очистную

выработку (Īоч. п), на выемочный участок с основной струей воздуха (Īуч. п) и подсвежающей струей (Īуч. п), определяется по формуле

пв

Ī i.о =0,01 (СаΣ Qi ) /пв(3.69)

i =1

где С а — концентрация углекислого газа в атмосферном воз­духе на поверхности шахты, %;

Qi— расход воздуха при отдельных измерениях, м3/мин; при расчете Iоч.опринимается равным Qоч, при расчете Iуч.о-Q уч. , а при расчете Iуч. n — Q уч.п ;

пв— число измерений расхода воздуха за месяц.

Средняя абсолютная метанообильность выемочного уча­стка рассчитывается по формуле

Īуч.=Īуч. ф + 0,835 Īд.с +0,451Īд.п +Īд.в +Īд.пл +Īи.от, (3.7)

где 0,835 и 0,45 — коэффициенты, учитывающие влияние дегазации на увеличение расхода каптируемого метана соот­ветственно подземными скважинами и скважинами, пробурен­ными с поверхности;

Īд.с +Īд.п +Īд.в +Īд.пл — средние расходы метана, каптиру­емого дегазационной установкой соответственно из сближен­ных пластов подземными и поверхностными скважинами, вы­работанного пространства и разрабатываемого пласта, м3/мин; определяются в соответствии с методикой, изложенной в Ин­струкции по контролю состава рудничного воздуха, опреде­лению газообильности и установлению категории шахт по метану;

Īи.от — средний расход метана, отводимого по трубопро­воду или неподдерживаемой выработке за пределы выемочного участка, м3/мин;

Īи.от= Īк.см1-Īк.см2 (3.71)

Īк.см1-Īк.см2— средний расход газа в 15-20 м за и передкамерой смешения, м3/мин.

Средний расход газа в пункте измерений определяется поформуле

п кв

Īi.= (Σ) / п кв(3. 72 )

i=1

где Іі — расход газа в г-м пункте при отдельных измерениях, м3/мин;

п кв— число определений Іі за квартал (месяц).

Расход газа, проходящего в пункте при каждом измерении определяется по формуле

Іі = 0,01Qi С i(3.73)

где Qi — расход воздуха в i -м пункте измерений, м3/мин;

С i — концентрация газа в воздухе в пункте измерений, % /

При использовании измерений концентрации газа переносными приборами средний расход газа, проходившего в пун­кте измерений в течение месяца, определяется по формуле (3.74), а при использовании телеинформации — по формуле (3.75)

пвпn

I м i .= 0,01 (ΣQKi ) /пкв · (ΣСnj ) /пn (3.74)

i=1i=1

пвпm

I м i .= 0,01 (ΣQKi ) /пв · (ΣСmj ) / пm (3.74)

i =1 i =1

где QKi — расход воздуха в пункте измерений, м3/мин;

Сnj— среднесуточная концентрация газа по измерениям переносными приборами, %;

п n— число определений среднесуточной концентрации переносными приборами за месяц;

Сmj— среднесуточная концентрация метана по данным телеинформации, выдаваемой аппаратурой АГК, %;

п m— число определений среднесуточной концентрации по данным аппаратуры АГК за месяц.

Примечание. При использовании телеинформации о расходе воздуха с записью на самопишущем приборе в формулу (3.75) подставляется средний расход воздуха по данным телеизмерений за сутки.

Значения QKi берутся из формы 2 «Вентиляционного жур­нала», значения Сnj— из «Книги замера метана...»,aСmjи QKi— из «Журнала оператора АГК».

При отработке крутонаклонных и крутых пластов щито­выми агрегатами при определении фактической метанообильности полосы1поли выемочного участка в формулы (3.74) и (3.75) подставляются значения концентрации газа, начиная с положения, когда щитовой забой находится от вентиляцион­ного штрека на расстоянии не менее 0,5Нэтпри проведении откаточного штрека по пласту и 0,6 Нэт — по породе, гдеНэт— наклонная высота этажа, м.

3.3.2.2. Определение ожидаемого метановыделения очистной выработки и выемочного участка

Ожидаемое среднее метановыделение в очистной выра­ботке (Īоч, м3/мин) и на выемочном участке (Īуч, м 3 /мин) определяется:

Īоч = Īоч.ф ( Lоч.р / L оч.ф)0,4(Ар / Аф)0,6 k с.р.k г.р.(3.76)

Ī уч=Ī уч.ф ( L оч.р / L оч.ф)0,4(Ар / Аф)0,6 k с.р.k г.р.(3.77)

где Lоч.р — длина очистной выработки, для которой рассчи­тывается ожидаемое метановыделение, м;

Lоч.р — длина очистной выработки, для которой определено фактическое метановыделение, м;

Ар — планируемая добыча угля, т/сут;

Аф— средняя добыча угля, при которой определялосьфактическое метановыделение, т/сут;

k с.р.— коэффициент, учитывающий изменение системы

Разработки; рассчитывается по формулам, приведенным в табл. 3.10;

k г.р— коэффициент, учитывающий изменение метано-обилъности выработок с глубиной; при ведении работ на глу­бинах до 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным единице при разности глубин разработки до 20 м, а при большой разности глубин определяется по формуле (3.78); при ведении работ на глубинах более 300 м ниже границы метановой зоны принимается равным единице при разности глубин разработки до 50 м, а при большей разности опреде­ляется по формуле (3.78)

k г.р =(хг.р– хо.г)/ (хг– хо.г) (3.78)

где хг.р — природная метаноносность пласта на планируемой глубине разработки, м3/т с.б.м; принимается по карте газо­носности пласта;

хг — природная метаноносность пласта, мг/т с.б.м; при­нимается на глубине, для которой определено фактическое метановыделение, по карте газоносности пласта;

хо.г— остаточная метаноносность угля, м3/т с.б.м; опре­деляется для каменного угля и антрацитов с

V daf> 165 мл/гс.б.м по табл. 3.1, а для антрацитов с V daf≤165 мл/гс.б.м — по формуле (3.34), в которойkWA3принимается равным 1,0.

Таблица 3.10

Формулы для расчетаkc.p

Примечание. 1. В приведенных формулахbз.д — ши­рина условного пояса дренирования, м; принимается по табл. 3.5. 2.

При расчете k c.p. L оч — длина очистной выработки,

для которой определяется ожидаемое метановыделе­ние.

При отработке пласта спаренными лавами с общей исхо­дящей струей воздуха, когда расстояние между ними не пре­вышает 15-20 м, т.е. когда невозможно определить фактиче­ское метановыделение из каждой лавы по результатам изме­рений, ожидаемое метановыделение из двух лав определяется по формуле (3.79), а из каждой лавы — по формулам (3.80) и (3.81)

_ _

I оч.р (1+2)= І оч.ф (1+2)• ( lоч.р1 + l оч.р2)0,4• (А р1+ А р2) 0,6•k c . p k г. p ; (3.79)

( l оч.1 +l оч.2 ) (А1+ А2)

_ _

Iоч.р1=Iоч.р (1+2) А р1+ kо.у.г

А р1+ А р2(3.80)

_ _

Iоч.р2= Iоч.р (1+2)А р2+ kо.у.г+ А р1 ( I - k o . y .г)

А р1+ А р2(3.81)

гдеІ оч.ф (1 +2)— среднее фактическое метановыделение из двух лав, м3/мин;

Ар1, Ар2— планируемая нагрузка на очистной забой со­ответственно первой и второй лавы, т/сут. Первой считается лава, расположенная по восстанию от выработки с исходящей струей воздуха при выемке пласта по простиранию, а при выемке пласта по восстанию (падению) — расположенная справа от выработки с исходящей струей воздуха, если смотреть по ходу вентиляционной струи;

kо.у.г — коэффициент, учитывающий изменение метанообильности лавы за счет выделения метана из отбитого угля, транспортируемого по выработкам участка, доли ед.; прини­мается равным 1,0, когда отбитый уголь транспортируется по своим бортовым выработкам; равным 0,87, когда уголь из одной лавы транспортируется по бортовой выработке другой лавы или по центральной выработке с исходящей струей и когда уголь из двух лав транспортируется по выработке с исходящей струей воздуха.

При отработке крутонаклонных и крутых пластов щитовыми агрегатами типа АШ, АНЩ принимается, что

Iоч =Iпол

При определении ожидаемой метанообильности по при­родной метаноносности угольных пластов среднее абсолютное

метановыделение из очистной выработки (I оч, м3/мин) рас­считывается по формуле

Iоч=Аочq оч.р

1440(3.82)

гдеАоч— среднесуточная добыча из очистной выработки (вы­емочного участка), т;

Iоч =Iочυочmвyk и (3.83)

Iоч — длина очистного забоя, для которого рассчитано (рассчитывается) ожидаемое метановыделение

qоч , м; прини­мается по проекту;

vоч— скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

у— плотность угля, т/м3;

k и— коэффициент извлечения угля, доли ед.; принимается по проекту.

Для расчета среднего абсолютного метановыделения на выемочном участке (1уч, м3/мин) и из выработанного про­странства (1в.п. м 3 /мин) на участке в формулу (3.82) под­ставляется соответственно

qоч илиqвп .

3.4. Прогноз метанообильности шахты

3.4.1. По метаноносности угольных пластов

Метанообилбность шахты определяется как суммарное метановыделение горных выработок шахтопласта (qшп , м 3 /т) по формуле

пшп пшп

Σ qшпiA шпiΣ(100-A зі) (3.84)

qшпi =і=1_________________* і=1______________

пшп пшп

ΣqшпiA шпiΣ (100-A з . гі )

і=1 і=1

гдеq ш— относительная метанообильность шахты, м3/т;

q шni — относительная метанообильность выработок i - го

шахтопласта, м3/т;

A з i— зольность угля i - го пласта, %;

А з.г i— зольность горной массы при разработке i - го

пла­ста, %.

Относительная метанообильность выработок i - го

шахто­пласта определяется по формуле

пуч

Σ( q учі·А учі + kcmq учі) +1440 [Σ In(1+ kcm )+Σ In ог + Σ Iмон ]

i=1

q шni = —————————————————————————————+Σ qпод(3 . 85)

А шп

где пуч— число одновременно действующих участков в пре­делах шахтопласта;

q учі— относительная метанообильность і -г oвыемочногоучастка, м3/т; определяется в соответствии с подразделом 3 3;

А учі— среднесуточная добыча из выемочного участка, т;

kcm— коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанных пространств ранее отработанных этажей (гори­зонтов), доли ед.;

Σ In — метановыделение из тупиковых выработок,прово­димых за пределами выемочных участков, м3/мин;1п опреде­ляется в соответствии с подразделом 3.2;

Σ Inог — метановыделение из одновременно погашаемыхвыемочных участков, м3/мин; принимается для каждого вы­емочного участка в размере 50% от метановыделения действующего выемочного участка;

Σ I МОН — метановыделение из монтажных выработок

м3/мин; определяется как1пов для остановленных выработок;

Σ q под — метановыделение в поддерживаемые транспор­тные выработки из отбитого угля за пределами выемочных участков, м3/т; q под определяется по формуле (3.41).

Значение коэффициентаk cmпринимается равным 0,25 вслучае, когда вентиляционная выработка пройдена по антра­цитовому пласту, имеющему сближенные пласты (спутники), если примыкает к выработанному пространству ранее отрабо­танных этажей (горизонтов),k cm принимается равным 0,35.

3.4.2. По фактической метанообильности

Средний расход газа в исходящих из шахты вентиляци­онных струях определяется по формуле

пкв _(3 86)

Īисх=( 0,1Σ Q исхі /пкв ) С

i =1

гдеQ исхі— расход воздуха в исходящей из шахты вентиля­ционной струе в пункте измерения, м3/мин;

Ć — средняя концентрация метана в исходящей из шахты вентиляционной струе за три месяца, %; определяется по формуле:

пппп

Ć = ( ΣС mi+ΣС mj) /( пп +пт )

i =1 j =1

гдеС mi— концентрация газа в исходящей струе по данным горных мастеров участка ВТ Б, %;

С mj — среднесуточная концентрация метана по данным телеинформации, выдаваемой аппаратурой

АГК, %;

пп — число определений концентрации газа за три месяца;

пт — число определений среднесуточной концентрации метана по данным аппаратуры АГК за три месяца.

4. ПРОГНОЗ УГЛЕКИСЛООБИЛЬНОСТИ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Ожидаемая углекислотообильность горных выработок для проектируемых и новых горизонтов действующих шахт опре­деляется по степени метаморфизма угля, а для действующих шахт — по фактической углекислотообильности выработок данного шахтопласта.

Для расчета ожидаемой углекислотообильности по степени метаморфизма необходимые исходные данные предоставляются в соответствии с подразделами 1.1 и 3.1.

Фактическая углекислотообильность горных выработок оп­ределяется по методике, изложенной в пункте 3.3.2.

4.1. Прогноз углекислотообильности тупиковых выработок

4.1.1. По степени метаморфизма угля

Абсолютная углекислотообильность тупиковых выработок определяются интенсивностью выделения углекислого газа из обнаженных поверхностей угля.

Для шахт, разрабатывающих каменные (кроме высокометаморфизованных антрацитов) и бурые угли, при обнажении пласта на полную мощность ожидаемое выделение углекислого газа в равномерно подвигающиеся и остановленные тупиковые выработки определяется по формуле

In.yг=0,58*10-2 ū 25 kт.мkn.c mnvn (T0,75 в.с- T0,75 ост) (4.1)

гдеū 25— константа, характеризующая химическую актив­ность угля на данном горизонте по отношению к кислороду воздуха, см3/г.ч;

kт.м ,kn.c — коэффициенты, учитывающие влияние на

выделение углекислого газа температуры массива угля на глу­бине проведения выработки и петрографического состава угля; определяются по формулам

kт.м = exp(0,025 (tn– 25); (4.2)

kn.с= 0,54 + 6,47/(F+1), (4.3)

где tn — температура пород на глубине проведения выработ­ки,oС;

F — содержание в угле компонентов группы фюзинита, %;

mn — полная мощность угольных пачек пласта, м;

vn — скорость подвигания забоя тупиковой выработ­ки, м/сут;

Тв,с — время существования выработки, сут;

Тост — время, прошедшее с момента остановки выработки (для проводимых выработок Тост=0), сут.

При обнажении пласта выработкой на неполную мощность в формулу (4.1) вместо тп подставляется значение полупе­риметра выработки по углю.

Константаū 25принимается по каталогам пластов, склонных к самовозгоранию.

При стадиях метаморфизма углей от Ш2 до IV3 при степени окисленности менее 9% значение константы может быть определено по данным петрографического анализа угля

ū 25= 7,7 • 10-3(1 + 3,6 • 10-2F + 8,31 • 10-3F2), (4.4)

а при большей окисленности

ū 25= 2,65 • 10-3(1 + 5,55 • 10-2F + 3,66 • 10-3F2). (4.5)

Для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрацитовые пласты, ожидаемое выделение углекислого газа определяется по формуле

In.yг= 2LnmnI’уд.угkвод(4.6)

где Ln— длина тупиковой выработки, м;

Гуд.уг— удельное выделение углекислого газа с обнажен­ной поверхности пласта в тупиковой выработке, м3/(мин*м2);

Гуд.уг= (9*1qρ-0,7)10-5(4.7)

kвод— коэффициент, учитывающий выделение углекис­лого газа из подземных вод; принимается для выработок, проводимых на откаточных горизонтах, равным 1,45, а на вентиляционных — 1,17.

4.1.2. По фактической углекислотообильности

Ожидаемое выделение углекислого газа в тупиковые вы­работки рассчитывается по фактической углекислотообильно­сти выработок данного шахтопласта.

Для шахт, отрабатывающих бурые угли, ожидаемое вы­деление углекислого газа в тупиковые выработки определяется по формуле

Īn,уг=0,25 Īn,уг.ф(3 + ln.p/ ln) , (4.8)

где Īn,уг.ф— среднее фактическое выделение углекислого газа в действующую тупиковую выработку, м3/мин;

Īn,уг.ф= ∑ Īn,уг.i/ nв(4.9)

ln.p — проектная длина тупиковой выработки, для которой

ведется расчет ожидаемого газовыделения, м;

1п — средняя длина действующей выработки за период, в

течение которого измерялось газовыделение, м;

ĺn=∑ ĺni/ nв(4.10)

ĺni— длина действующей выработки при отдельных за­мерах расхода воздуха и содержания газа, м. Значение Īn,уг.iопределяется по формуле

Ī n,угi = 0,01Qni(C-Ca), (4.11)

где Qni — расход воздуха в тупиковой выработке в 10-15 м

от ее устья, м3/мин;

С, Са — концентрация газа соответственно в исходящей из выработки вентиляционной струе и в поступающей струе перед ВМП, %; значение С определяется по данным горных мастеров участка ВТБ, а Са принимается равным концентра­ции углекислого газа в атмосферном воздухе на поверхности шахты.

При отработке каменных углей ожидаемое выделение уг­лекислого газа определяется по формуле

_

Ī n,уг = Ī n,уг.ф (l n.p / l n )0,75(4.12)

4.2. Прогноз угдекислотообильности выемочных участков

4.2.1. По степени метаморфизма угля

Средняя углекислотообильность выемочного участка (I уч.уг, м3/мин) определяется как сумма газовыделений из очистного забоя (I оч.уг, м3/мин) и из выработанного простран­ства (I в.п.уг, м3/мин) с учетом газовыделения из подземных вод по формуле

I уч.уг =k вод (I оч.уг + I в.п.уг ) (4.13)

где kвод— коэффициент, учитывающий выделение углекислого газа из подземных вод; принимается равным 1,22 для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрациты, и 1,0 — для остальных шахт.

Для шахт, разрабатывающих каменные и бурые угли, среднее выделение углекислого газа из очистного забоя

(I оч.уг, м3/мин) и из выработанного пространства (I в.п.уг, м3/мин) определяется по формулам:

Iоч.уг= 6,1*10-3*ū 25 kт.мkn.c lочmвv0,2504; (4.14)

Iв.п.уг= 15,6*10-6 ū 25 kт.мkn.c lочkинlочmвkэ.пv0,25 очl0,75 в.п (4.15)

где kин— коэффициент, учитывающий интенсивность провет­ривания выработанного пространства;

kин=1 + 120 v2 срехр(-5 vср); (4.16)

lоч — длина очистного забоя, м;

v оч— скорость подвигания очистного забоя, м/сут;

vcp— скорость воздуха в выработанном пространстве, м/мин;

kэ.п — эксплуатационные потери угля в пределах выемоч­ного участка, %; определяются по проекту;

l в.п — размер выработанного пространства, примыкающего к забою по простиранию (падению) пласта, из которого уг­лекислый газ выделяется в вентиляционную выработку, м.

Значениеl в.п при сплошной системе разработки с обру­шением кровли принимается равным длине выемочного поля (участка), но не более 500-700 м, при столбовой системе разработки с прямоточной схемой проветривания — равным половине длины выемочного поля (участка), а при возвратноточной схеме - 80 м.

Средняя скорость воздуха в пределах проветриваемой зоны для расчета коэффициентаkин определяется по формуле

vср= (60 vmaxSоч min(kут.в-1))/ (kут.вlв.пmв.пр) , (4.17)

где vmax— максимально допустимая ПБ скорость воздуха в

очистной выработке, м/с;

Sоч min— минимальная площадь поперечного сечения при-

забойного пространства очистной выработки в свету, м2; оп­ределяется в соответствии с разделом 6;

kут.в— коэффициент, учитывающий утечки воздуха через

выработанное пространство в пределах выемочного участка; принимается в соответствии с рекомендациями, приведенными в разделе 6.

Для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрацитовые пласты с показателем степени метаморфизма 1qρ<2,5, среднее выделение углекислого газа из очистного забоя и выработанного пространства определяется по формулам

Iоч.уг= Iуд.угlочmвkд.очkв.у; (4.18)

Iв.п.уг= (lочmвlв.п)/(3*104lg ρ + 1,9 lочmвlв.п) (4.19)

где Iуд.угю— удельное выделение углекислого газа с обнаженной поверхности в очистном забое, м3/(мин*м2);

Iуд.угю= (5.51 lg ρ + 12,4)*10-4(4.20)

kд.оч— коэффициент, учитывающий производительность забоя;

kд.оч= 0.45 * 10-3Аоч+0,85; (4.21)

Аоч— среднесуточная добыча из очистной выработки, т;

kв.у— коэффициент, учитывающий способ выемки угля;

принимается при машинной выемке равным 1,0; при выемке с применением ВВ — 1,8;

lв.п— размер выработанного пространства, прилегающего

к забою по простиранию (падению) пласта, м; принимается равным длине выемочного поля (участка);

lg p — логарифм удельного электрического сопротивления угля; принимается по данным геологоразведочных организа­ций, а при их отсутствии ориентировочно может быть опре­делен по формуле

lg ρ = 2,6-10-2Vdaf об– 1,4 (4.22)

где Vdaf об— объемный выход летучих, мл/г с.б.м.

Нагрузка на выемочный участок (очистной забой) в ус­ловиях углекислотообильных шахт газовым фактором не ог­раничивается.

4.2.2. По фактической углекислотообильности

Фактическая углекислотообильность горных выработок оп­ределяется пo методике, приведенной в подразделе 3.3.

Для шахт Приднепровского буроугольного бассейна фак­тическая углекислотообильность горных выработок определя­ется по данным наблюдений, выполненных при стабильном атмосферном давлении. Ожидаемая углекислотообильность очистных выработок и выемочных участков принимается рав­ной фактической.

Для шахт, разрабатывающих высокометаморфизованные антрациты, она определяется по формулам (4.23) и (4.24), а для прочих условий — по формулам (4.25) и (4.26).

Īоч,уг = Īоч,уг.ф (( 0,001Ар+1,9)/ ( 0,001Аф+1,9)) ; (4.23)

Īуч,уг = Īуч,уг.ф (( 0,001Ар+1,9)/ ( 0,001Аф+1,9)) ; (4.24)

Īоч,уг = Īоч,уг.ф (( Ар)/ Аф)0,25) ; (4.25)

Īуч,уг = Īуч,уг.ф (( Ар)/ Аф)0,25) ; (4.26)

4.3. Прогноз углекислотообильности шахты

4.3.1. По степени метаморфизма угля

Средняя ожидаемая углекислотообильность шахты опре­деляется по формуле

n шп

Ī ш.уг =Σ Ī шп.угі,(4.27)

I=1

где Īшп.угі — средняя углекислотообильность выработок шахтопласта, м3/мин; она определяется по формуле

Ī шп.уг i =Σ Ī уч.уг+ Σ Ī п.уг+ Σ Ī з.у,(4.28)