Прогноз динамики газовыделения и оценка газовых ситуаций в углекислотообильных шахтах

• Автор: Афанасьев, Олег Александрович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 123 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1Л Фильтрационно-диффузионные процессы в углекислотообильных
шахтах
1.2 Моделирование газовых ситуаций в горных выработках
1.3 Прогноз снижения концентрации кислорода в атмосфере горных
выработок
Выводы
Цель и идея работы. Постановка задач исследований
2. СИСТЕМАТИЗИРОВАНИЕ ДАННЫХ ПО АНОМАЛЬНЫМ КОЛЕБАНИЯМ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
2.1 Структура и содержание метеорологических данных
2.2 Факторы, влияющие на изменения атмосферного давления
2.3 Анализ влияния изменения атмосферного давления на процесс газо-выделения из выработанного пространства
2.4 Построение математической модели аномальных участков временных рядов значений атмосферного давления
2.5 Анализ данных атмосферного давления, в целях прогноза его будущих значений
Выводы
3. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕТОДОВ ЛИНЕАРИЗАЦИИ НЕЛИНЕЙНОГО УРАВНЕНИЯ ФИЛЬТРАЦИИ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА ПРИ ВЫДЕЛЕНИИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
3.1 Применение метода Л.С. Лейбензона для линеаризации нелинейного уравнения фильтрации совершенного газа
3.2 Применение метода И.А. Чарного для линеаризации нелинейного уравнения фильтрации совершенного газа

3.3 Точное решение нелинейного уравнения неустановившейся фильтрации совершенного газа
3.4 Анализ эффективности методов линеаризации
Выводы
4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ
ПРОЦЕССОВ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ И ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ
4.1 Газовыделение из выработанных пространств в периоды падения атмосферного давления воздуха в шахте
4.2 Математическая модель поглощения кислорода и выделение углекислого газа поверхностью обнажения угольного пласта
4.3 Математическая модель динамики концентрации кислорода/ углекислого газа в призабойном пространстве, в период экстренны
4.4 Математическая модель динамики концентрации кислорода в атмосфере подготовительной выработки и очистного участка в период
экстренных газовыделений
Выводы
5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ
5.1 Разработка автоматизированной системы оценки эффективности методов линеаризации нелинейного уравнения фильтрации газа
5.2 Разработка автоматизированной системы по расчетам динамики
концентрации кислорода/углекислого газа в призабойном пространстве
5.3 Разработка программного модуля динамического метода расчета количества воздуха для периодов экстренных газовыделений
5.4 Разработка автоматизированной системы прогноза динамики изменения атмосферного давления
Выводы
Заключение
Список используемых источников
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Одна из глобальных проблем экономики - истощение природных ресурсов энергоносителей. Так, в России доля природного газа как топлива на теплоэлектростанциях будет снижаться вследствие падения добычи. Мировая электроэнергетика в среднем на 43 % основана на угле: в Европе — более 50 %, в США - на 56 %, в Китае - на 70 %. В России его доля на теплоэлектростанциях составляет 27 %, а с учетом атомных и гидростанций — 18 %. Разведанных запасов газа хватит на 80 лет, а угля - на 300 лет. Традиционные месторождения иссякают, а для освоения новых месторождений газа требуются огромные затраты. Таким образом, для угольной промышленности открываются новые перспективы. Однако газовый фактор во многом ограничивает современные геотехнологические возможности освоения угольных месторождений.
Анализ данных по интенсивности загазирования горных выработок углекислотообильных шахт свидетельствует о высоком уровне газовой опасности. Это не соответствует перспективным планам развития угольной отрасли в Донецком и Подмосковном угольных бассейнах. Например, Подмосковный бассейн всегда занимал особое место в угольной промышленности России в связи с географическим расположением его в центре Европейской части. Разведанные балансовые запасы бурого угля бассейна составляют 3,4 млрд тонн, основная часть которых сосредоточена в Тульской области - 1,4 млрд тонн. При этом, несмотря на снижение числа угледобывающих предприятий, нарушение газового состава рудничной атмосферы всегда являлось основной причиной несчастных случаев со смертельным исходом.
При некоторых благоприятных тенденциях состояние промышленной безопасности в угольной отрасли остается достаточно напряженным, противоава-рийная устойчивость угольных предприятий РФ требует совершенствования. Анализ аварийности на угольных шахтах показывает, что газовыделение из выработанных пространств является одной из основных причин несчастных случаев.

5. Физическая сущность процессов углекислотовыделения и поглощения кислорода удовлетворительно описывается теорией фильтрации через пористые сорбирующие среды. Уточнение фильтрационно-диффузионных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций в горных выработках позволит усовершенствовать существующую методику расчета количества воздуха для углекислотообильных шахт.
6. Физическая сущность процессов углекислотовыделения и поглощения кислорода удовлетворительно описывается теорией фильтрации через пористые сорбирующие среды.
7. Уточнение фильтрационно-диффузионных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций в горных выработках позволит усовершенствовать существующую методику расчета количества воздуха для шахт Подмосковного бассейна.
Цель и идея работы. Постановка задач исследований
Результаты аналитического обзора, отражающие современное состояние знаний в исследуемой области, позволили сформулировать цель работы как уточнение закономерностей фильтрационно-диффузионного переноса газов в угольных пластах, выработанных пространствах и горных выработках, а также разбавления и переноса газовых примесей в вентиляционном потоке горных выработок очистных и подготовительных участков, с учетом трендов временного ряда атмосферного давления для прогноза газовых ситуаций в период экстренных газовыделений, и повышение безопасности очистных и подготовительных работ.
Идея работы заключается в том, что прогнозная оценка газовых ситуаций в периоды экстренных газовыделений и фактической потребности в воздухе, которая обеспечивает повышение уровня безопасности подземных работ, должна основываться на адекватных математических моделях, адаптированных информационно и технически к фильтрационно-диффузионным процессам на различных