|
z пространственная координата; t время; tr период релаксации процесса ламинарной фильтрации метана в угольном пласте; Ху.п пьезопроводность угольного пласта, зависящая от фильтрационных и сорбционных свойств угля. Фильтрационный поток метана на поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта Рис. 3.1. Расчетная схема выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта Длина выемочного столба на 1 2 порядка превышает мощность разрабатываемого угольного пласта и размеры зоны естественного газового дренирования, поэтому, физически обосновано, можно рассматривать одномерное полубесконечное пространство, что позволяет записать начальные и граничные условия в следующем виде: р( z,0) = р0—const, ~p(z,0) = 0, Ot p(0,t) = pc = const, lim p Ф oo, Z—>00 (3.26) где po , pcдавление свободного метана в угольном пласте и на поверхности обнажения пласта соответственно. 105 |
СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................... 4 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ.............................................................................. {Q 1.1.1 еологическое строение метаноносных угольных бассейнов России .. 10 1.2. Инженерные методы прогноза газовыделений в шахтах и рудниках, и оценка их достоверности................................................................................. 19 1.3.Теория и практика прогноза динамики газовыделений в угольных шахтах.................................................................................................................. 22 1.4.Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках и определение количества воздуха.................................................................... 37 Выводы........................................................................................................................ 42 2. МЕТАНООБИЛЬНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ШАХТ И РИСК ВЗРЫВОВ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ.............................................................. 2.1. Геотехнологическая характеристика перспективных предприятий Кузбасса и организационно-технологические принципы внедрения высокопроизводительной технологии 45 2.2. Динамика выделения метана из различных источников в горные выработки............................................................................................................. 56 2.3. Аэрогазодинамическая характеристика шахт ОАО ОУК «Южкузбассуголь»........................................................................... 58 2.4. Снижение риска и локализация последствий взрыва метана в угольных шахтах.............................................................................................. 64 2.5. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы.................................... 73 Выводы........................................................................................................................ 76 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИЙ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ ШАХТ КУЗБАССА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ «ШАХТА ЛАВА»........ 3.1. Выделение метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта при интенсивной выемке угля............................................. 78 3.2. Метановыдсление из отбитого угля.................................................................. 86 3.3. Теоретическое обоснование методов расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и оценки предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору............................................. 96 3.4. Математические модели газовых ситуаций на очистных и подготовительных участках............................................................................................... 105 3.5. Теоретическое обоснование динамического метода расчета количества воздуха, необходимого для проветривания очистных и подготовительных участков........................................................................................... 111 Выводы....................................................................................................................... 116 2 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИЙ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ ШАХТ КУЗБАССА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ «ШАХТА ЛАВА» 3.1. Выделение метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта при интенсивной выемке угля Рассматривая угольные пласты, которые отрабатывают по технологии «шахта лава», процесс фильтрационного движения метана считать ламинарным и одномерным [1]. Расчетная схема выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта для таких условий представлена на рис. 3.1. Фильтрационный поток метана на поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта Рис. 3.1. Расчетная схема выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта Учитывая весьма значительную скорость подачи комбайна в лаве, необходимо использовать уравнение фильтрации гиперболического типа [2], поэтому математическое описание поля давлений свободного метана в краевой части разрабатываемого угольного пласта имеет следующий вид: 2 „2 др1 ф е2р dt 2 _2 + / дГ д2 Р Ху, &2 (3.1) 78 где р давление свободного метана в трещиновато-пористой структуре угля: z пространственная координата; t время; tr период релаксации процесса ламинарной фильтрации метана в угольном пласте; Ху.п пьезопроводность угольного пласта, зависящая от фильтрационных и сорбционных свойств угля. Длина выемочного столба на 1 2 порядка превышает мощность разрабатываемого угольного пласта и размеры зоны естественного газового дренирования, поэтому, физически обосновано, можно рассматривать одномерное полубесконечное пространство, что позволяет записать начальные и граничные условия в следующем виде: р( z, 0) = р()=const, — p(z,0) = О, ot р(0,t) = рс = const, Пт р Ф со, г-кО (3.2) где ро , рс — давление свободного метана в угольном пласте и на поверхности обнажения пласта соответственно. Решение уравнения (3.1) для условий (3.2) можно записать следующим образом [3]: Р2 2 -Ро _ 2 ^ехрГ-0,5z(trxyM) ] + 0,5z(tr%yJ-°’sx Рс -Ро X t I 'f-z2trX~y.n) OS / exp у-0,5rt~iyjx z(trz~y!J>J \ / х// o,5t;' y-z2‘,z£)°'S от при **2{‘гХу.П) > (3.3) р 2 Р02=° при t |