Метановыделение из разрабатываемого пласта

Прогноз газообильности выработок

Прогноз метанообильности выработок по метаноносности угольных пластов

Данный метод используется при расчете ожидаемой метанообильности горных выработок при отработке угольных пластов в любых горно-геологических условиях. Прогноз осуществляется на основании данных, получаемых от горно-геологической службы.

Относительная метанообильность выработок шахтопласта q_шп. определяется с учетом:

1) числа одновременно действующих выемочных участков в пределах пласта;

2) коэффициента, учитывающего метановыделение из выработанных пространств ранее отработанных этажей (горизонтов);

3) метановыделения из обособленно проветриваемых тупиковых выработок;

4) метановыделения из погашаемых выемочных участков;

5) метановыделения из монтажных выработок;

6) коэффициента, учитывающего способ подготовки выемочного участка, для условий Кузбасса принимается по таблице 2.1, а для остальных бассейнов и месторождений K_под. = 1.

Таблица 2.1 – Значения коэффициента, учитывающего способ подготовки выемочного участка на шахтах Кузбасса

Способ подготовки выемочного участка	Система разработки	Падение пласта	Kпод.
Параллельными выработками на откаточном и вентиляционном горизонтах	Без разделения пласта на слои, а также слоевая с большим опережением работ одного слоя по отношению к другому	Крутое	0,7
Параллельными выработками на откаточном и одиночными на вентиляционном горизонтах	То же	Крутое	0,8
Слоевыми выработками	Слоевая и комбинированная с одновременной выемкой слоев	Крутое Пологое	0,6 0,7
Одиночными выработками		Пологое	1,0

Значение коэффициента, учитывающего метановыделение из выработанных пространств ранее отработанных этажей (горизонтов), для условий шахт Донецкого бассейна принимается равным 0,25, а для других бассейнов страны – 0,15.

Относительная метанообильность выемочного участка в горногеологических условиях залегания пластов угля определяется как суммарное метановыделение из разрабатываемого пласта (q_пл., м³/т), сближенных угольных пластов и пропластков (q_сп., м³/т) и вмещающих пород (q_пор., м³/т), т.е.

(2.1)

Метановыделение из разрабатываемого пласта

При разработке пласта без разделения на слои и схемах проветривания выемочных участков без подсвежения (кроме щитовой системы разработки при отработке мощных крутых пластов) относительное метановыделение из разрабатываемого пласта рассчитывается по формуле

(2.2)

где k_пл. – коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта;

х – природная метаноносность пласта, м³/т;

х₁ – остаточная метаноносность угля, выдаваемого за пределы выемочного участка, м³/т;

k_э.п. – коэффициент, учитывающий метановыделение из эксплуатационных потерь угля в пределах выемочного участка, доли единиц, принимается по проекту; при отсутствии данных о величине потерь – как частное от деления разности между подготовленными к отработке и извлеченными запасами угля к подготовленным, во всех вариантах принимается равным k_э.п. = 0,05;

х₀ – остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и т.д., м³/т.

Коэффициент, учитывающий влияние системы разработки на метановыделение из пласта, вычисляется для каждого выемочного столба или подэтажа по формуле

. (2.3)

В формуле (2.3) знак "плюс" принимается при сплошной системе разработки (коренная лава), а также при системе разработки парными штреками (прямой ход), а "минус" при столбовой системе разработки.

При сплошной системе разработки, когда вышележащая лава отработана, а также при комбинированной, когда один штрек пройден, а другой проходится вслед за лавой, k_пл. = 1.

Ширина условного пояса газового дренирования угольного массива b_з.д. определяется по таблице 2.2 в зависимости от времени с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки.

Таблица 2.2 – Значения ширины условного пояса газового дренирования пласта b_з.д.

Время, с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки, сут.	Значения bз.д.для углей с выходом летучих веществ, %
до 8	8-12	12-18	18-26	26-35	более 35
	5,5	7,5	10,0	12,5	10,0	7,5
	7,0	10,0	12,5	16,0	12,5	10,0
	7,5	10,5	13,5	17,5	13,5	10,5
200 и более	8,0	11,0	14,0	18,0	14,0	11,0

Примечание. Для условий Кузнецкого бассейна при газоносности пластов менее 15 м³/т значение b_з.д.уменьшается в два раза.

Примечание.Время, с момента окончания проведения подготовительных выработок до начала очистной выемки рассчитывается путем деления суммы длин выработок выемочного участка на проектную скорость подвигания забоя тупиковой выработки плюс время монтажа очистного комплекса равное 20 сут.

Если по формуле (2.3) получим k_пл.< 0,5, то к расчету принимается k_пл. = 0,5;

Величина остаточной метаноносности угля, выдаваемого за пределы выемочного участка х₁, определяется по формулам:

- при разработке каменных углей и антрацитов с объемным выходом летучих веществ больше 165 мл/г с.б.м.

, (2.4)

- при разработке высокометаморфизованных антрацитов с объемным выходом летучих веществ от 100 до 165 мл/г с.б.м.

(2.5)

где k – коэффициент, равный для условий Донецкого бассейна 0,85, для Печорского 0,6, а для остальных бассейнов и месторождений страны – 1;

n – показатель степени, зависящий от скорости подвигания очистного забоя, степени метаморфизма угля, глубины разработки;

k₁ – коэффициент, учитывающий долю газа, оставшегося в отбитом угле;

V_об.^daf – объемный выход летучих веществ, мл/г с.б.м.

Значения n для Донецкого бассейна определяются по формуле (2.6), а для других бассейнов и месторождений страны – по формуле (2.7)

, (2.6)

(2.7)

где a₁, b₁ – коэффициенты, значения которых для Донецкого бассейна принимаются: для углей с выходом летучих веществ V^daf ≤ 22% а₁ = 1,435, b₁ = – 0,051; при V^daf > 22 %, a₁ = 0,152, b₁=0,051.

Примечание: при глубине горных работ более 1000 м расчетное значение Н в формуле (2.6) принимается равным 1000 м.

Значение а₁ для Печорского бассейна принимается равным 0,1, а для других бассейнов и месторождений страны – 0,21.

Коэффициент k₁ определяется по формуле

(2.8)

где a₂, b₂ – коэффициенты, характеризующие газоотдачу из отбитого угля; принимаются для условий Донецкого бассейна при времени дегазации отбитого угля (времени транспортирования угля) до 6 мин. соответственно равными 0,051 и 0,7, а при Т_т = 6 мин. а₂ = 0,115, b₂= 0,25.

Таблица 2.3 – Значения коэффициента, характеризующего газоотдачу из отбитого угля

Бассейны, месторождения, пласты	Значения коэффициента a2
1. Кузнецкий бассейн, пласты угля с выходом летучих веществ, %
до 16	0,075
от 16 до 36	0,115
от 36 и более	0,075
2. Воркутское месторождение: Пласты «Мощный», «Тройной» Пласты «Четвертый», «Пятый» и «Тройной» после подработки (надработки)	0,115 0,033
3. Для других месторождений	0,115

Время транспортирования угля с момента отторжения его от массива до выдачи его за пределы участка Т_т определяется но формуле

, (2.9)

где n_l- число участков длиной l_Тi с различной скоростью движения угля;

l_Тi - протяженность выработок с i-м видом транспорта, м;

V_Тi - скорость транспортирования угля на участке l_Тi , м/с.

Для других условий величина x₁ рассчитывается по рекомендациям научно-исследовательских институтов, а при отсутствии таких рекомендаций x₁ принимается равной x₀.

Остаточная метаноносность угля, оставляемого в выработанном пространстве в целиках, невынимаемых пачках и т.д., рассчитывается по формуле

, (2.10)

где W – пластовая влажность угля %;

A₃– зольность угля, %.

Значение х_о.г. определяется в зависимости от выхода летучих веществ из угля по таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Остаточная метаноносность отбитого угля

Бассейн	Значение остаточной метаноносности отбитого угля хо.г., м3/т с.б.м, при выходе летучих веществ (%)
2-8	8-12	12-18	18-26	26-35	35-42	42-50
Донецкий	12,1-5,3	5,3-4,1	4,1-3,2	3,2-2,6	2,6-2,2	2,2-1,9	1,9-1,7
Печорский	–	–	7-6	6-5	5-4	4-3	3-2
Партизанский и Угловский	1,5	1,5	1,5	1,3	1,0	1,0	–
Кузнецкий	3,5	3,0	2,5	2,0	2,5	2,5	–

При схемах проветривания выемочных участков с обособленным разбавлением метана по источникам его выделения относительное метановыделение из пласта определяется по формуле

q_пл. = q_о.пл. + q_о.у.+ k_э.п.(х – х₀), (2.11)

где q_о.пл. – относительное метановыделение из очистного забоя м³/т;

q_о.у. – относительное метановыделение из отбитого угля, м³/т.

Значения q_о.пл. и q_о.у. определяются по формулам

q_о.пл. = x k_пл.k e^–n, (2.12)

, (2.13)

, (2.14)

, (2.15)

где в₃, в₄ – коэффициенты, учитывающие долю отбитого угля, соответственно находящегося на конвейере и оставляемого в лаве, доли ед.; значения
в₃ = 0,6, в₄ = 0,4 при односторонней выемке угля; в₃ = 1, в₄ = 0 при двухсторонней выемке угля;

k_ту., k’_ту., k”_ту. – коэффициенты, учитывающие степень дегазации отбитого угля соответственно в очистной выработке на конвейере (k_ту), на почве в лаве (k’_ту.) и на конвейере в выработке участка (k”_ту.); определяются по формулам:

, (2.16)

, (2.17)

, (2.18)

Т_т.п.л. – время нахождения отбитого угля на почве в лаве при односторонней выемке угля, мин; принимается ориентировочно равным времени работы комбайна по выемке полоски угля на ширину захвата с учетом времени на концевые операции;

Т_т.л. – время транспортирования угля в лаве, мин;

; (2.19)

V_т.л. – скорость транспортирования угля в лаве, м/с.