Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству очистного забоя, с учетом исходных данных о среднесуточной добыче угля, метанообильности выемочного участка и его выработанного пространства, концентрации метана в воздушных потоках в пределах выработок выемочного участка.

Известен способ определения расхода воздуха по выработкам выемочного участка, включающий относительную метанообильность выемочного участка и его выработанного пространства, расход воздуха в сети участковых выработок и концентрации метана в нем [Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 319 с., стр. 16-22, 28-32, 108].

Недостатком данного способа является отсутствие величин метановоздушных потоков в сети горных выработок выемочного участка и выработанном пространстве.

Известен способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя, включающий установление потоков воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка, концентраций метана в выработанном пространстве, установление метанообильности призабойного пространства с учетом среднесуточной нагрузки на очистной забой (Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах [А.Д. Рубан, В.Б. Артемьев, В.С. Забурдяев и др. - М.: УРАН ИПКОН РАН, 2009. - 396 с. (стр. 141-143, 147-153)].

Недостатком способа следует считать отсутствие количественной связи между среднесуточной нагрузкой на очистной забой и метанообильностью выработанного пространства, расхода воздуха применительно к заданным пределам взрывоопасных концентраций метана в рудничном воздухе.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя [Инструкция по применению схем проветривания выемочных участков шахт с изолированным отводом метана из выработанного пространства с помощью газоотсасывающих установок, М.: ЗАО НТЦ ПБ, 2012. - 152 с. стр. 97-111 (перототип)].

К недостаткам этого способа относятся отсутствие количественной связи между среднесуточной нагрузкой на очистной забой и абсолютной метанообильностью выработанного пространства, расхода воздуха в нем и в связи с взрывоопасными концентрациями метана в выработанном пространстве лавы, а не на выходе его из газоотсасывающей вентиляторной установки.

Технической задачей изобретения является определение расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка, за счет установления количественной связи между среднесуточной нагрузкой на очистной забой и абсолютной метанообильностью выработанного пространства выемочного участка, учета доли метанообильности призабойного пространства в метанообильности выработанного пространства и пределов взрывоопасных концентраций метана в рудничном воздухе.

Техническая задача достигается тем, что в способе определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя, включающем установление среднесуточной нагрузки на очистной забой, абсолютной метанообильности призабойного пространства лавы, расхода воздуха по выработкам выемочного участка и концентрации метана в рудничном воздухе, выявляют количественную связь между среднесуточной нагрузкой на очистной забой и метанообильностью выработанного пространства, при этом метанообильность выработанного пространства и расход воздуха, протекающего по выработанному пространству участка, определяют с учетом доли метанообильности призабойного пространства лавы и пределов взрывоопасных концентраций метана в рудничном воздухе по эмпирическим зависимостям.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором в виде номограммы приведена принципиальная схема для установления расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка, где A - среднесуточная нагрузка на очистной забой, т/сут; I_в.п - метанообильность выработанного пространства выемочного участка, м³/мин; Q_в - расход воздуха, протекающего по выработанному пространству, м³/мин; 1 - количественная связь (зависимость) между метанообильностью выработанного пространства и среднесуточной нагрузкой на очистной забой (суточная добыча угля); 2 и 3 - соответственно нижний и верхний пределы взрывоопасного содержания метана (в объемных процентах).

Способ осуществляют следующим образом.

В пределах выемочного участка, оборудованного высокопроизводительной угледобывающей техникой, выявляют аэрологические параметры, главным образом параметры схемы проветривания выемочного участка (расходы воздуха на поступающей и исходящей струях участка, его утечки через выработанное пространство, концентрации метана в воздушных потоках исследуемого участка). По этим данным и показателям среднесуточной добычи угля в очистном забое выявляют количественную связь между метанообильностью участка и интенсивностью очистной выемки угля. Кроме того, определяют метанообильность призабойного пространства очистного забоя по интенсивности выделения метана из разрабатываемого пласта и отбитого угля, а также метанообильность выработанного пространства, обусловленную выделениями метана из подрабатываемых и надрабатываемых пластов угля и газоносных пород. К этой исходной метанообильности выработанного пространства добавляют часть метана призабойного пространства, уносимого утечками воздуха через выработанное пространство на исходящую струю выемочного участка. Эту суммарную величину представляют как метанообильность выработанного пространства выемочного участка.

Числовые показатели интенсивности выделения метана в призабойное пространство очистного забоя и в выработанное пространство участка устанавливают по фактическим или прогнозным данным в соответствии с положениями нормативного документа либо путем экспериментальных наблюдений, включая проведение газовоздушных съемок на выемочном участке и определение газового баланса участка.

С целью предотвращения условий для возможных вспышек или взрывов метановоздушных смесей в пределах выемочного участка определяют расходы воздуха, протекающего по его выработанному пространству, с учетом среднесуточной добычи угля в очистном забое, метанообильности выработанного пространства и допустимых в нем пределов взрывоопасных концентраций метана «с» от 4-6% до 14-16% по объему. При этом в зависимости от поставленных задач такие расходы воздуха рассчитывают применительно к характерным нормам содержания метана, например с=2% (местные скопления метана), с=9,5% (максимальная мощность взрыва метановоздушной смеси) и с=25% (минимально допустимое объемное содержание метана для его извлечения и утилизации).

Принципиальная схема для установления расхода воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка, показана на чертеже в виде номограммы, где A - среднесуточная нагрузка на очистной забой, т/сут; I_в.п - метанообильность выработанного пространства выемочного участка, м³/мин; Q_в - расход воздуха, протекающего по выработанному пространству, м³/мин; 1 - количественная связь (зависимость) между метанообильностью выработанного пространства и среднесуточной нагрузкой на очистной забой (суточная добыча угля); 2 и 3 - соответственно нижний и верхний пределы взрывоопасного содержания метана (в объемных процентах).

Для установления количественной связи между среднесуточной нагрузкой на лаву и метанообильностью выработанного пространства, учета доли метанообильности призабойного пространства лавы в метанообильности выработанного пространства выемочного участка используют зависимость (1), а расход воздуха по выработанному пространству участка определяют по формуле (2):

где I_в.п - метанообильность выработанного пространства выемочного участка, м³/мин;

A - среднесуточная нагрузка на очистной забой, тонн;

а и в - эмпирические коэффициенты;

n - доля метанообильности призабойного пространства I_п.п (м³/мин), доли ед.;

c - взрывоопасная концентрация метана в рудничном воздухе, % (объемные).

Чтобы исключить формирование условий для взрывоопасного содержания метана в выработанном пространстве выемочного участка, расход воздуха в нем должен превышать его контрольную величину, установленную по выявленной зависимости - 2 (см. чертеж), либо быть меньше другой контрольной величины (см. зависимость - 3).

Внедрение способа, базирующегося на зависимостях (1) и (2), то есть и Q_в=ϕ(I_в.п, с), позволит обоснованно устанавливать расходы воздуха, протекающего по выработанному пространству выемочного участка, с целью исключения условий для формирования взрывоопасных метановоздушных смесей на выемочных участках газовых шахт.