СПОСОБ ПРОГНОЗА МЕТАНООПАСНОСТИ ШАХТ
METHOD OF PREDICTING METHANE HAZARD IN MINE

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза метаноопасности шахт.
3
Известен способ установления категории опасности шахты по метану (Правила безопасности в угольных шахтах. ПБ 05-618-03. Серия 05. Выпуск 11. Госгортехнадзор России. - Москва, НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. - 296 с.), включающий определение предельно допустимых концентраций газа в действующих выработках, максимальной скорости воздуха в них, расходов воздуха и метана, расчет относительной метанообильности (м/т) по расходу метана и среднесуточной добыче угля из забоя за некоторый период времени (сутки, месяц, год).
Недостатком этого способа является то, что используют средние показатели относительной метанообильности и среднесуточной добычи угля в очистном забое за некоторое календарное время (сутки, месяц, год) и не учитывают повышенные выделения метана в добычные смены и во время работы комбайна (струга) по выемке угля: показатели опасности угольных шахт существенно занижены и не способствуют повышению безопасности ведения горных работ в шахтах по газовому фактору.
3
3
Известен другой способ установления опасности шахты по метану (Инструкция по контролю состава рудничного воздуха, определению газообильности и установлению категорий шахт по метану (Правила безопасности в угольных шахтах. Книга 2. Инструкции. - Самара: Самар. Дом печати, 1996. - 352 с.). Этот способ включает периодические измерения расхода воздуха и концентрации в нем метана в горной выработке, среднесуточные объемы добычи угля за некоторый период времени (сутки, месяц, год), по показателям которых рассчитывают относительную метанообильность выработки (выемочный участок, подготовительная выработка) и устанавливают опасность шахты по метану путем деления метанообильности (м/мин) шахты на среднесуточную добычу угля (т/сут) и по результату - величине относительной метанообильности (м/т) - устанавливают категорию опасности шахты по метану.
Недостатком этого способа является также использование средних показателей метанообильности и объемов добычи угля при определении категории опасности шахты по метану, то есть по величине относительной метанообильности выработки (очистной забой, выемочный участок, подготовительная выработка).
Наиболее близким способом установления категории опасности шахты по метану является известный способ, включающий периодические измерения в участковых выработках расхода воздуха и концентрации в нем метана, среднесуточной добычи угля с последующим определением относительной метанообильности очистного забоя с учетом метаноносности угольных пластов и метановыделения из разрабатываемого угольного пласта, сближенных пластов угля и пород (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. - Макеевка- Донбасс, 1989. - 320 с., прототип).
И этому способу присущи недостатки, прежде всего, в его сложности, неучете пиковых показателей метановыделения в добычные смены и во время работы очистного комбайна (струга) по добыче угля, неоднозначности критерия при определении категории шахты по метану, что не способствует повышению безопасности ведения горных работ по газовому фактору.
Целью изобретения является повышение точности прогноза метаноопасности шахт при разработке метаноопасных месторождений угля по показателям содержания метана в угольных пластах и во вмещающих породах, по числовым значениям абсолютной метанообильности очистных выработок.
Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе прогноза метаноопасности шахт, включающем определение расхода метана из источников его выделения на выемочных участках шахты по метаноносности угольных пластов с учетом расстояний между разрабатываемым и сближенными угольными пластами и остаточной метаноносности отбитого в забое угля, определяют производительность угледобывающей техники, степень естественной дегазации разрабатываемого и сближенных пластов угля и абсолютное метановыделение на выемочных участках шахты, по максимальной величине которой устанавливают категорию опасности шахты по метану.
Абсолютное метановыделение на выемочном участке определяют по производительности комбайна и очистного забоя, вынимаемой мощности и метаноносности разрабатываемого пласта, мощностям и метаноносности сближенных пластов угля, расположенных в кровле и почве разрабатываемого пласта, по формуле
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>j</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>п</mi><mi>л</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>к</mi><mi>е</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mi>с</mi></msub></mrow><mrow><mn>1440</mn></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mi>в</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow><mo>/</mo></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>M</mi><mi>р</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow>
,
уч
3
где I - метановыделение на выемочном участке, м/мин;
j - производительность угледобывающей техники в очистном забое, т/мин;
пл
3
x - метаноносность разрабатываемого пласта, м/т с.б.м.;
е
к - степень естественной дегазации разрабатываемого пласта, доли ед.;
1
3
x - остаточная метаноносность отбитого в забое угля на выходе из выемочного участка, м/т с.б.м.;
c
A - добыча угля в очистном забое, т/сут;
i
m - мощность i-го сближенного пласта в зоне влияния очистного забоя, м;
в
m - вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м;
с.п
3
x - метаноносность i-го сближенного угольного пласта, м/т с.б.м.;
<mrow><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow><mo>/</mo></msubsup></mrow>
3
- метаноносность i-го сближенного угольного пласта после естественной его дегазации, м/г с.б.м.;
i
М - расстояние от разрабатываемого пласта до i-го сближенного пласта угля, м;
p
М - предельное расстояние разгружающего действия очистного забоя в кровле/почве пласта, м;
пор
3
I - метановыделение из пород, м/мин.
Метановыделение из пород на выемочном участке определяют по величине их метаноносности и литологическому составу в пределах зоны разгрузки пород кровли и почвы очистным забоем.
3
3
3
3
По величинам абсолютного метановыделения на выемочных участках выделяют категории опасности шахты по метану: категория 1 - до 10 м/мин, категория 2 - от 10 до 20 м/мин, категория 3 - от 20 до 30 м/мин, категория 4 (сверхкатегорная) - от 30 м/мин и более. При отмеченных суфлярных выделениях метана в выработках шахту относят к 4 категории опасности. В случае внезапных выбросов угля, породы и газа, отмеченных на горном отводе, шахту при любой интенсивности метановыделения на выемочном участке относят к категории выбросоопасной. Все метанообильные шахты относят к потенциально опасным по взрывам метановоздушных смесей.
Способ осуществляют следующим образом.
На выемочном участке шахтного поля по прогнозу или по газовоздушным съемкам определяют расход метана из источников его выделения по метаноносности угольных пластов с учетом расстояний между разрабатываемым и сближенными угольными пластами и величиной остаточной метаноносности отбитого в забое угля. Применительно к горнотехническим условиям и техническим средствам очистной выемки угля определяют производительность высокоинтенсивной угледобывающей техники, степень естественной дегазации разрабатываемого и сближенных пластов угля в соответствии с нормативными документами и абсолютное метановыделение на выемочных участках шахты по прогнозу или путем проведения газовоздушных съемок, по максимальной величине абсолютной метанообильности устанавливают категорию опасности шахты по метану.
Абсолютное метановыделение на выемочном участке определяют по производительности комбайна и очистного забоя, вынимаемой мощности и метаноносности разрабатываемого пласта, мощностям и метаноносности сближенных пластов угля, расположенных в кровле и почве разрабатываемого пласта, по формуле
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mi>j</mi><mrow><mo>[</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>п</mi><mi>л</mi></mrow></msub><mo stretchy="false">(</mo><mn>1</mn><mo>−</mo><msub><mi>к</mi><mi>е</mi></msub><mo stretchy="false">)</mo><mo>−</mo><msub><mi>x</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>A</mi><mi>с</mi></msub></mrow><mrow><mn>1440</mn></mrow></mfrac><mrow><mo>[</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>m</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>m</mi><mi>в</mi></msub></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow></msub><mo>−</mo><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow><mo>/</mo></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>⋅</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>1</mn><mo>−</mo><mfrac><mrow><msub><mi>M</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>M</mi><mi>р</mi></msub></mrow></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mo>]</mo></mrow><mo>+</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>п</mi><mi>о</mi><mi>р</mi></mrow></msub></mrow>
,
уч
3
где I - метановыделение на выемочном участке по прогнозу или фактическое, м/мин;
j - производительность угледобывающей техники в очистном забое применительно к конкретному механизированному комплексу, т/мин;
пл
3
x - метаноносность разрабатываемого пласта по данным геологоразведочных работ или установленная опытным путем, м/т с.б.м.;
е
к - степень естественной дегазации разрабатываемого пласта, доли ед.;
1
3
x - остаточная метаноносность отбитого в забое угля на выходе из выемочного участка по фактическим или прогнозным данным, м/т с.б.м.;
с
A - добыча угля в очистном забое (плановая), т/сут;
i
m - мощность i-го сближенного пласта в зоне влияния очистного забоя по данным геологической разведки, м;
в
m - вынимаемая мощность разрабатываемого пласта по проекту, м;
с.п
3
x - метаноносность i-го сближенного угольного пласта по геологоразведочным данным, м/т с.б.м.;
<mrow><msubsup><mi>x</mi><mrow><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>п</mi></mrow><mo>/</mo></msubsup></mrow>
3
- метаноносность i-го сближенного угольного пласта после естественной его дегазации по прогнозу в соответствии с нормативным документом или по факту, м/т с.б.м.;
i
M - расстояние от разрабатываемого пласта до i-го сближенного пласта угля по данным геологической разведки шахтного поля, м;
p
M - предельное расстояние разгружающего действия очистного забоя в кровле/почве пласта по данным нормативного документа, м;
пор
3
I - метановыделение из пород по прогнозу или в соответствии с нормативным документом, м/мин.
Метановыделение из пород на выемочном участке определяют по величине их метаноносности и литологическому составу в пределах зоны разгрузки пород кровли и почвы очистным забоем либо принимают в соответствии с нормативным документом как долю от метановыделения из разрабатываемого пласта.
3
3
3
3
По установленным величинам интенсивности метановыделения на выемочных участках выделяют категории опасности шахты по метану: категория 1 - до 10 м/мин, категория 2 - от 10 до 20 м/мин, категория 3 - от 20 до 30 м/мин, категория 4 (сверхкатегорная) - от 30 м/мин и более. При отмеченных суфлярных выделениях метана шахту относят к 4 категории опасности. В случае внезапных выбросов угля, породы и газа, отмеченных на горном отводе, шахту при любой интенсивности метановыделения на выемочном участке относят к категории выбросоопасной. Все метанообильные шахты относят к потенциально опасным по взрывам метановоздушных смесей.
Установленные по новому способу категории опасности шахт по метану на основе абсолютной метанообильности выемочных участков в период работы угледобывающей техники способствуют определению фактического уровня метановой опасности, выбору рациональных мероприятий по ее снижению, повышению безопасности ведения горных работ по газовому фактору.