г
1
— . —
Рис. 17.3. График зависимости интенсивности выделения метана / в вентиляционный штрек от расстояния до лавы /л (для одной из шахт Донбасса)
О ZOO UO0 1л,м
ления от комбайна концентрация метана быстро уменьшается и определяется по формуле
с = скехр(—ЫО, (17.3)
где ск — концентрация метана над комбайном; &i = 0,32— эмпирический коэффициент; / к расстояние от комбайна вдоль лавы по направлению движения воздуха, м.
По высоте лавы концентрация метана изменяется незначительно.
17.2. Газоперенос в вентиляционных штреках
Газовая динамика вентиляционных штреков определяется схемами вентиляции. Если штрек расположен в целике, то концентрация газа вдоль штрека либо постоянна, либо немного возрастает к устью (при наличии газовыделения с поверхностей штрека). В случае контакта штрека с газоотдающим выработанным пространством газ из выработанного пространства в значительной степени выносится утечками воздуха на вентиляционный штрек. С учетом динамики этого вида газовыделения при U-об-разных схемах вентиляции с вентиляционным штреком в выработанном пространстве общее количество метана, проходящее по штреку, у лавы быстро увеличивается. Затем темп увеличения уменьшается и на расстоянии 100—300 м от лавы это количество метана становится постоянным (рис. 17.3).
Концентрация метана в поперечном сечении вентиляционного штрека увеличивается в направлении к газоотдающим его поверхностям (поверхности, примыкающие к выработанному пространству или к газоотдающим поверхностям угольного пласта). Распределение концентрации в поперечном сечении штрека в этом случае описывается экспоненциальной зависимостью, аналогичной выражению (15.46). В некоторых случаях у кровли вентиляционного штрека возможны слоевые скопления метана. Тогда распределение концентрации метана в поперечном сечении штрека становится более сложным.
17.3. Газоперенос в выработанном пространстве
Газовая динамика выработанного пространства зависит от характера и интенсивности источников газовыделения в него, схемы примыкания выработанного пространства к воздухопроводящим
238
Рис. 17.4. Схема движения метана в выработанном пространстве:
/ — зона, активно проветриваемая утечками воздуха; II — застойная зона; сплошными
стрелками показано движение метана, а штриховыми — движение утечек воздуха
выработкам участка и от утечек воздуха через выработанное пространство. Пути движения метана в выработанном пространстве в основном определяются утечками воздуха и, как правило, совпадают по направлению с последними. В выработанном пространстве можно выделить зону, активно проветриваемую утечками воздуха, и застойную зону (рис. 17.4). В активной 'зоне метан интенсивно разбавляется утечками воздуха и его концентрация относительно невелика (не более 10%). Застойной зоны утечки воздуха не достигают. В ней происходит накопление газовой смеси с высокой концентрацией метана, поступающего из пластов-спутников, а затем медленное его движение в направлении к активной зоне (под действием притекающего из сближенных пластов метана). Наличие большого количества газовой смеси с высокой концентрацией метана в застойной зоне может привести к внезапному его выделению в окружающие выработки в случае резкого уменьшения атмосферного давления в шахте, остановки главного вентилятора, работавшего на нагнетание (при этом давление воздуха в шахте также уменьшается), и резкого увеличения расхода воздуха на участке. В последнем случае имеет место переходный газодинамический процесс. При этом увеличиваются утечки воздуха через выработанное пространство, граница активной зоны перемещается вверх и значительная часть газовой смеси с высокой концентрацией метана в застойной зоне захватывается утечками воздуха и выносится в вентиляционный штрек. В результате дебит газа в последнем увеличивается.
Газовыделение в выработанное пространство из сближенных пластов и пород по простиранию уменьшается по мере удаления от лавы. Это объясняется их частичной дегазацией, уплотнением обрушенных пород, восстановлением горного давления и ресорб-цией оставшегося свободного газа в сближенных пластах и породах, а также закрытием газопроводящих трещин в кровле. В результате газовыделение из выработанного пространства по длине вентиляционного штрека по мере удаления от лавы уменьшается.
В выработанном пространстве шахт Подмосковного бассейна происходят процессы переноса углекислого газа, который выде-
239
ляется вследствие окисления углей и древесины, дегазации пород, оставленного в выработанном пространстве угля и подземных вод. Исследования динамики переноса углекислого газа в этих условиях, выполненные Э. М. Соколовым, показывают, что в прилегающих к лавам участках выработанного пространства на расстоянии до 40 м от лавы концентрация углекислого газа невелика (^2%) вследствие активного проветривания выработанного пространства утечками воздуха. На более удаленных от лавы участках выработанного пространства интенсивность утечек воздуха уменьшается, а концентрация углекислого газа увеличивается (на расстоянии 60 м от лавы она достигает 6 %).
17.4. Переходные газодинамические процессы
Переходный газодинамический процесс вызывается переходом условий, определяющих его течение, из одного стационарного состояния в другое. Изменение этих условий носит название возмущения. Целенаправленное возмущение называется регулированием. Глубиной возмущения называется степень изменения условий, а продолжительностью возмущения — период, в течение которого происходит изменение этих условий. Примером переходного процесса является процесс изменения концентрации газа в промежутке времени от U до t2 (см. рис. 15.13). В момент tx комбайн начал выемку угля в сравнительно дегазированной зоне пласта. В момент t2 он стал работать в зоне относительно постоянной газоносности пласта. В результате этого газовыделение увеличилось от некоторой небольшой постоянной начальной величины до большей постоянной величины. Аналогично изменилась и концентрация газа — произошел переход газодинамического процесса (концентрация изменилась с уровня Ci до уровня с2).
В результате переходных газодинамических процессов, вызываемых изменением дебита воздуха в выработках, концентрация газа может изменяться в 4—5 раз. Продолжительность такого переходного процесса (периода, в течение которого концентрация газа изменяется от первоначального значения до конечного) изменяется от нескольких минут до нескольких суток. Переходный газодинамический процесс, вызываемый изменением расхода воздуха, может быть монотонным или экстремальным. Монотонный процесс возможен при плавном и неглубоком (на 20—25 %) изменении расхода воздуха. Исследования МГИ показали, что процесс бывает монотонным и при очень больших возмущениях расхода воздуха. В промежуточной области возмущений резкое изменение расхода воздуха приводит к экстремальному процессу (см. рис. 15.12). На рис. 17.5 приведена запись переходного процесса при резком увеличении расхода воздуха показывающая, что концентрация газа в первый момент после резкого увеличения расхода воздуха резко увеличивается от начального значения 0,9 до максимального 1,3 %,, 240
Do'stlaringiz bilan baham: |