Аэрология

0 12 3 t_}4
Рис. 17.5. График изменения концентрации газа с в вентиляционном штреке во вре­мени t при резком увеличении расхода воз­духа Q (т. е. при экстремальном переход­ном газодинамическом процессе)

а затем начинает умень­шаться до конечной ве­личины. Если переходный процесс вызван только изменением расхода воз­духа, а интенсивность газовыделения постоянна, то концентрация газа определяется по форму­лам:
до возмущения
ci = //Qi;
после возмущения
с_г = //Q_2f
где Qi, Q₂— расход воздуха соответственно до и после возмуще­ния; /—интенсивность газовыделения.
Концентрацию газа с в произвольный момент времени /между началом и концом переходного процесса можно определить пу­тем решения дифференциального уравнения
а_х (&cldP) + a₂ (dcldt) + a_zc - Q (/), (17.4)
где Q(t)—функция расхода воздуха; а_ь а₂, аз — коэффициенты, учитывающие условия протекания процесса.
При значительном (более 25%) и резком увеличении расхода воздуха процесс развивается так, как показано сплошной линией на рис. 15.12.
На характер переходного процесса, вызываемого изменением расхода воздуха, оказывает влияние ряд факторов.
При увеличении глубины возмущения (отношения началь­ного расхода к конечному или наоборот) увеличивается степень экстремальности процесса (т. е. отношение c_max/ci или С\1с_т\п)-
Чем больше объем резервуаров газа вблизи путей движения воздуха (в выработанном пространстве, в пустотах за крепью, в слоевых скоплениях в выработках и др.), тем больше концен­трация газа при увеличении расхода воздуха, так как больше газа вовлекается в движение и выносится в выработку.
Переходные процессы часто возникают при наличии вырабо­танного пространства большого объема, заполненного газом. Важную роль при этом играют воздухопроницаемость вырабо­танного пространства, режим движения воздуха в нем и вели­чина его утечек.
Рассмотрим характер протекания переходного процесса в сквозных выработках при сплошной системе разработки. При других системах разработки он протекает аналогично. В случае увеличения расхода воздуха с Q\ до Q_2} депрессия выработок возрастет с h_x до h_2} а утечки воздуха — с Q_yT\ до Q_yT2- Так как
241

средняя депрессия выработанного пространства пропорциональна депрессии участка, то
Аг = Я01О>Яв.п<&.1;
где /?, /?_в. _п — сопротивление соответственно участка и выработан­ного пространства; п — показатель степени, учитывающий режим движения воздуха в выработанном пространстве. Тогда
Аз/А* = (Q_x/Q₂)² = (Qyr i/Qyx ₂)^Л. (17.5)
Так как 1h_x до h₂ утечки через вырабо­танное пространство возрастут в большей степени, чем расход воздуха в выработках. При этом вынос газа из выработанного пространства также увеличивается в большей степени, чем рас­ход воздуха в выработках. В результате концентрация газа в ис­ходящей струе повысится. Такое положение сохранится на оп­ределенный промежуток времени после возмущения, так как, кроме постоянного поступления газа из вмещающих пород и пла­стов-спутников, утечками воздуха будет уноситься газ из тех пустот, на которые не оказали влияния утечки при первоначаль­ном режиме вентиляции. Проветривание этих пустот требует вре­мени. По мере проветривания выработанного пространства при увеличенных утечках воздуха дебит газа из последнего будет уменьшаться и постепенно достигнет первоначальной величины. Тогда концентрация газа в утечках и в исходящей струе умень­шится до величины, соответствующей новому расходу воздуха. При уменьшении расхода воздуха (депрессии) будет наблю­даться обратное явление.
Непропорциональное изменение утечек через выработанное про­странство не единственная причина изменения концентрации газа в штреке. На переходный процесс оказывают влияние высота зоны, омываемой воздухом в выработанном пространстве, объем пустот и скорость фильтрации воздуха в последнем, величина газовыделения, газовая ситуация в выработках и другие фак­торы. От этих факторов зависят продолжительность переходного процесса и характер его протекания.
Существенное влияние на характер переходного процесса ока­зывает плавность регулирования дебита воздуха в выработках. При плавном регулировании можно добиться полного исключе­ния резкого увеличения концентрации газа даже при весьма большой глубине регулирования.
Особое значение переходные процессы имеют при автомати­зации управления вентиляцией шахты с помощью системы теле­контроля концентрации газа в воздухе и автоматического вклю­чения регуляторов. В этом случае резкое увеличение концентра­ции газа после увеличения расхода воздуха приведет к подаче 242
команды на дополнительное увеличение расхода воздуха и т. д. В результате этого может возникнуть серьезное нарушение венти­ляции шахты и повреждение системы управления. Поэтому для правильного конструирования автоматических систем управления вентиляцией необходимо изучение закономерностей протекания переходных газодинамических процессов.
17.5. Управление метановыделением в горные выработки
Управление метановыделением — проведение мероприятий по пе­рераспределению метановыделения или изменению его величины. Целью управления является облегчение вентиляции выработок. Управление метановыделением осуществляется путем изменения схем вентиляции, аэродинамического сопротивления выработок, применения соответствующего порядка отработки пластов в свите и систем разработки, специального проветривания выработанного пространства и дегазации.