2.3.3Определение максимально допустимой нагрузки на забой по газовому фактору1

Для расчета нагрузки необходимы следующие исходные данные:

• планируемая нагрузка на очистной забой A_р, т/сут;

• система разработки и схема проветривания выемочного участка;

• вынимаемая мощность пласта с породными прослойками m_в.пр, м;

• способ управления кровлей;

• состав и крепость пород непосредственной кровли;

• тип крепи в очистном забое; при индивидуальной крепи — мини­мальная ширина призабойного пространства b_min, м;

• относительная метанообильность выемочного участка до применения дегазации q_уч, м³/т;

• доля газовыделения на участке из разрабатываемого пласта (k₁).

Максимально допустимая по газовому фактору нагрузка на очистной забой определяется по формуле:

(16.0)

где q_р – используемое при расчете значение относительной метанообильности, м³/т; Q_р – расход воздуха, который можно использовать для разбавления метана до допустимой концентрации, м³/мин.

Значения Q_p и q_p рассчитываются по формулам, приведенным в табл. 16 .6.

В таблице приняты следующие обозначения: 1, 2, 3 — тип схемы проветривания выемочного участка по степени обособленности разбавления метана по источникам поступления (1 – с последовательным разбавлением, 2 – с частично обособленным, 3 – с полностью обособленным); М, В – буквенные символы, обозначающие направление движения исходящей струи из лавы соответственно в сторону массива и в сторону выработанного пространства; q_оч, q_уч – относительная метанообильность

Таблица 16.6 – Значения параметров Q_p и q_p

Типовая схема проветривания участка		Направление движения исходящей струи воздуха	Qp, м3/мин	qр, м3/т
	1–М	На массив	Qp=60VmaxFочkут.в	qp=qуч
	1–В	На выработанное пространство при qуч/qоч > kут.в при qуч/qоч  kут.в	Qp=60VmaxFочkут.в Qp=60VmaxFочkо.з	qp=qуч qp=qоч
	2–В	На выработанное пространство	Qp=60VmaxFочkо.з	qp=qоч
	3–В

соответственно лавы и выемочного участка, м^з/т, определяется по "Руководству…" [5] или приближенно по формулам ( 16 .0) и ( 16 .0); k_ут.в – коэффициент утечек воздуха через выработанное пространство в пределах выемочного участка, определяется по формулам ( 16 .0) и ( 16 .0);V_max – максимально допустимая средняя скорость движения воздуха в призабойном пространстве, м/с¹; F_оч – минимальная площадь поперечного сечения призабойного пространства лавы в свету, м²; k_о.з – коэффициент, учитывающий движение части воздуха по части выработанного пространства, непосредственно прилегающей к призабойному; при полном обрушении кровли и наличии в непосредственной кровле песчаников, песчаных и глинистых сланцев принимается соответственно равным 1,3; 1,25 и 1,2; при плавном опускании, частичной и полной закладке значения его будут соответственно равны 1,15; 1,10 и 1,05.

При механизированной крепи значение F_оч принимается по характеристике комплекса Поскольку в ней указаны минимальная F_оч.min и максимальная F_оч.max площади поперечного сечения призабойного пространства соответственно при минимальной m_min и максимальной m_max вынимаемой мощности пласта, то для промежуточных значений мощностей m_i значение F_оч находится путем интерполяции по формуле:

(16.0)

Для индивидуальной крепи значение F_оч рассчитывается по формуле:

(16.0)

где k_з – коэффициент, учитывающий загроможденность призабойного пространства; принимается ориентировочно равным 0,9.

Значения коэффициента утечек воздуха через выработанное пространство k_ут.в для Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов при отработке пологих и наклонных пластов и управлении кровлей полным обрушением или плавным опусканием определяются по формулам:

• для схем проветривания типа 1–В, 2–В и 3–В:

  (16.0)

• для схемы 1–М:

(16.0)

где m_в.пр – вынимаемая мощность пласта с породными прослойками, м; f – сред­невзвешенный коэффициент крепости пород кровли по шкале проф. Протодьяконова на расстоянии от пласта, равном 8-кратной его мощности.

Для тех же пластов при управлении кровлей частичной закладкой рассчитывается значение коэффициента k_ут.в.з:

(16.0)

а k_ут.в определяется по формулам ( 16 .0) или ( 16 .0) как при управлении кровлей полным обрушением.

Значения q_оч и q_уч при применении дегазации источников метановыделения могут быть приближенно определены по формулам:

	(16.0)
	(16.0)

где q_пл – относительное метановыделение из разрабатываемого пласта, м^з/т; при задаваемых значениях l_л и A_л определяется по "Руководству..." или ориентировочно по формуле ( 16 .0); k_д.пл – коэффициент дегазации пласта; ориентировочно можно принимать k_д.пл=0,2–0,4; k_в.п – коэффициент, учитывающий метановыделение из выработанного пространства в призабойное пространство лавы; для схем типа 1–М k_в.п принимается равным 1; для схем типа 1–В, 2–В и 3–В с охраной участковой вентиляционной выработки кострами, бутокострами, бутовой полосой с окнами (каналами) или сплошной бутовой полосой шириной до 5 м k_в.п принимается равным 0; в иных случаях 0<k_в.п1; q_в.п – относительное газовыделение из смежных пластов, пропластков и вмещающих пород в выработанное пространство, м³/т; при задаваемых значениях l_л и A_л определяется по "Руководству..." [5] или ориентировочно по формуле ( 16 .0) при заданном q_уч; k_д.в.п – коэффициент дегазации источников метановыделения в выработанное пространство; k_д.в.п=0,3–0,5; q'_пл – относительное метановыделение из разрабатываемого пласта в пределах очистного забоя, м^з/т; определяется по формуле ( 16 .0); q_тр – относительное метановыделение из отбитого угля при его транспортировании по участковой выработке, м^з/т;

qтр (0,1–0,15)qпл;

(16.0)

k – коэффициент, учитывающий возможность поступления метана из отбитого угля на участковой транспортной выработке в лаву для схем 1–го и 2–го типов при подаче свежего воздуха в лаву по транспортной участковой выработке k=1, в других случаях (схема 3–го типа) k=0.

При известных (заданных или рассчитанных) значениях q_уч и доли метановыделения из разрабатываемого пласта k₁ составные части метанообильности выемочного участка q_в.п и q_пл (м³/т) могут быть определены по формулам:

	(16.0)
	(16.0)
	(16.0)

В случае, если при расчете максимально допустимой нагрузки на забой по газовому фактору будет получено, что , то газовый фактор не ограничивает нагрузку на лаву; если — ограничивает. В последнем случае для увеличения нагрузки до уровня A_p необходимо предусмотреть мероприятия по снятию ограничений по газовому фактору. К ним относятся, например, увеличение площади поперечного сечения призабойного пространства, проведение эффективной дегазации пластов-спутников, выработанного пространства или самого разрабатываемого пласта, применение систем разработки со схемами проветривания по типу 3–В или 2–В и др.

При выполнении вариантных расчетов с изменением параметров l_л и A_р (например, при определении оптимальной длины лавы) при прочих равных условиях возникает необходимость в повторной проверке условия  Учитывая, что с изменением параметров l_л и A_р меняются и значения q_оч и q_уч [5], последние определяют соответственно по формулам:

	(16.0)
	(16.0)

где и – относительная метанообильность соответственно очистного забоя и участка при предыдущих значениях длины лавы и нагрузки , м³/т; и – то же при последующих значениях длины лавы и нагрузки , м³/т.

Для получения нового значения максимально допустимой по газовому фактору на лаву при параметрах или необходимо снова произвести расчет ее по формуле ( 16 .0) в соответствии с указаниями табл. 16 .6 до выполнения условия 

Пример. Определить максимально допустимую по газовому фактору нагрузку на очистной забой при разработке пологого пласта в Донбассе и следующих данных: планируемая (нормативная) нагрузка на очистной забой A_p=1180 т/сут; система разработки комбинированная, схема проветривания выемочного участка — типа 3–В; вынимаемая мощность пласта с породными прослойками m_в.пр=1,2 м; способ управления кровлей — полное обрушение; породы кровли пласта — глинистые сланцы. В лаве применяется механизированная крепь 1КМ88; способ охраны участковой вентиляционной выработки — тумбами БЖБТ. Относительная метанообильность выемочного участка q_уч=15 м³/т; доля газовыделения из разрабатываемого пласта k₁=0,45.

Решение. Так как на участке принята схема проветривания типа 3–В, то согласно табл. 16 .6 параметры Q_p и q_p определяются из выражений

Q_p=60V_maxF_очk_о.з ;

q_p=q_оч.

По характеристике крепи 1КМ88 находим минимальную и максимальную площади поперечного сечения призабойного пространства: F_оч.min=2,3 м² при m=1,0 м и F_оч.max=2,7 м² при m=1,3 м. Так как в примере m=1,2 м, то F_оч для нее найдем путем интерполяции по формуле ( 16 .0)

Значение коэффициента k_о.з принимаем равным 1,2 с учетом состава пород кровли и способа управления кровлей. Тогда

Q_p=6042,571,2=740, м³/мин.

Относительную метанообильность очистного забоя q_оч определим применительно к схеме проветривания типа 3–В по формуле ( 16 .0) при отсутствии дегазации источников метановыделения (k_д.пл=0, k_д.в.п=0)

q_оч = q'_пл + kq_тр + k_в.пq_в.п .

Поскольку охрана вентиляционной выемочной выработки осуществляется тумбами БЖБТ, то метан из выработанного пространства в забой поступать не будет, то есть k_в.п=0, и, следовательно, суммарное метановыделение из разрабатываемого пласта в пределах участка составит ( 16 .0)

q_пл=0,4515=6,75, м³/т.

Приняв q_тр=0,15q_пл, найдем по ( 16 .0) значение q'_пл

q'_пл=6,75–0,156,75=5,74 м³/т.

Учитывая, что для схем проветривания типа 3–В коэффициент k=0 (газ из отбитого угля в транспортной выработке в очистной забой не попадает), то

q_оч=q'_пл=5,74 м³/т.

Нагрузка на забой по газовому фактору по формуле ( 16 .0) составит

то есть газовый фактор не ограничивает планируемую нагрузку на забой A_р=1180 т/сут.