Газовыделение из разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород при интенсивной выемке метаноносных углей

• Автор: Бухтияров, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 180 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Системные свойства минерально-сырьевых ресурсов и проблемы безопасности при подземном способе добычи полезных ископаемых
1.2. Перспективы развития подземной угледобычи при отработке газоносных углей Кузбасса
1.3. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, вызванных аэрогазодинамическими условиями
1.4. Теория и практика моделирования аэрогазодинамических процессов
в угольных шахтах
Выводы
Цель и идея работы. Постановка задач исследований
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ И ВЫДЕЛЕНИЕ МЕТАНА ИЗ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ
ОЧИСТНЫХ УЧАСТКОВ
2.1. Состояние угледобычи и горно-геологический прогноз условий залегания угольных пластов при комплексном освоении месторождений
2.2. Геотехнологические аспекты и перспективы комплексного освоения угольных месторождений
2.3. Технологии подготовки и отработки метаноносных угольных пластов
2.4. Структура газового баланса угольных шахт
2.5. Динамика выделения метана из различных источников в горные выработки
2.6. Аэрогазодинамическая характеристика шахт ОАО ОУК «Южкузбассуголь»
Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОГАЗОДИНАМИКИ ОЧИСТНОГО УЧАСТКА
3.1. Метановыделение из отбитого угля при интенсивной выемке угля
3.2. Выделение метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта
3.3. Метановыделение в очистной забой из вмещающих пород
3.4. Математические модели газовых ситуаций на очистных и подготовительных участках
Выводы

4. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД
4.1. Давление газа в разрабатываемых угольных пластах
4.2. Газоносность вмещающих пород и смежных пластов
4.3. Газовая проницаемость разрабатываемого угольного пласта
4.4. Пористость и газовая проницаемость вмещающих пород и смежных
угольных пластов
Выводы
5. ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ ПРОГНОЗА ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ИЗ РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ВЫЕМКЕ МЕТАНОНОСНЫХ УГЛЕЙ
5.1. Методические положения управления метановыделением и газовыми ситуациями
5.2. Расчет количества воздуха для выемочного участка 44-10 пласта «Кыргайский - 44», ОАО «Шахта Кыргайская», ООО «Ерунаковская угольная компания»
5.3. Прогноз метановыделения из вмещающих пород на очистном участке коренной западной лавы шахты «Суходольская-Восточная»
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Практика эксплуатации угольных шахт России показывает, что уровень безопасности подземных горных работ по газовому фактору постоянно снижается. Это обусловлено переходом на технологии интенсивной отработки запасов, при которых нагрузка на очистные забои может превышать 10000 т/сут, и постоянным ростом глубины разработки. При этом устойчивое обеспечение потребностей страны во всех видах топлива и энергии будет по-прежнему осуществляться за счет увеличения их добычи. Наиболее перспективным в России является Кузнецкий угольный бассейн. Общие балансовые запасы угля в России составляют почти 200 млрд. т или 11,3% мировых запасов. По производству угля Россия занимает 5 место в мире после Китая, США, Индии и Австралии. Энергетической стратегией до 2020 года намечается увеличить добычу угля в России до 450 млн. тонн, в том числе в Кузбассе - до 177 млн. тонн. Кузбасс преодолел 150-миллионный рубеж добычи и выдает на-гора около 160 млн. тонн высококачественного угля (подземная добыча - 46 %, открытая - 54 %).
Высокая метаноносность угольных пластов Кузбасса (до 20 - 25 м’/т) является причиной возникновения газового барьера для современных высоко производительных технологий добычи угля. Динамика взрывов метановоздушной смеси (МВС), количества пострадавших и погибших последних лет показывает, что увеличение добычи угля может осуществляться только при условии снижения риска такого вида аварий.
Очевидно, что вероятность взрыва метановоздушной смеси будет представлять собой вероятность одновременного появления двух событий, во-первых, концентрация метановоздушной смеси должна быть выше нижнего предела взрывчатости и не должна превышать верхнего предела взрывчатости и, во-вторых, должен появиться во взрывоопасном объеме источник воспламенения.

торах нефти и газа. Лабораторные эксперименты по фильтрации воздуха в песке позволили ему сделать вывод, о применимости закона Дарси применительно к ламинарной фильтрации газов пористых средах. Л.С. Лейбензон также отмечал, что в крупнозернистых материалах линейная зависимость Дарси перестает быть верной и должна быть заменена другой, учитывающей турбулентный характер движения. В этом случае предлагалась зависимость следующего вида
[49]: J = Q-0,me) .где О0=ф}'5$2 , Яе = рк°'5[Г1 , к=ие)4 ; Б,к - пористость и проницаемость пористой среды; р,р,о - плотность, динамическая и кинематическая вязкость фильтрата соответственно; й?э - эффективной диаметр частиц, слагающих пористую среду.
Предполагая, что функция ДЯе) может быть разложена в степенной ряд, им была получена зависимость в явном виде 2
J = C0 + C1v + С2г + +
зующие сопротивление пористой среды течению фильтрата.
Изучением законов сопротивления движению газов в горном массиве ненарушенной и нарушенной структур занимались С.П. Алехичев, Л.Н. Быков, Е.И. Захаров, В.А. Зеленицкий, Н.М. Качурин, В.А. Колмаков, В.Н. Николаевский, И.Б. Ошмянский, Л.А. Пучков, Э.М. Соколов, Б.Г. Тарасов, Ю.А. Шаш-мурин, В.А. Ярцев и др. [88, 92, 120-124]. Ими изучались законы сопротивления при фильтрации газовоздушных смесей в аэродинамически активных зонах обрушения рудников, выработанных пространствах очистных участков угольных шахт, фильтрация метана в разрабатываемых угольных пластах-спутниках в подработанных и наработанных вмещающих породах.
Авторами отмечается, что поиск универсального уравнения, описывающего закон сопротивления при фильтрации газов, представляет собой актуальную проблему в современной подземной аэрогазодинамике. В частности Б.А. Колмаков приходит к выводу о том, что вопрос о наиболее рациональном структурном выражении формулы закона сопротивления при фильтрации остается открытым [122-124].