Способ прогноза интенсивности выделения метана из отбитого в забое угля Российский патент 2020 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза интенсивности метановыделения из отбитого угля в подземные выработки.

Известен способ, включающий определение объемов выделения метана в очистном забое, основанный на учете остаточной метаноносности отбитого в лаве угля [Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 320 с.; стр. 18-20].

Этому способу присущи недостатки, которые заключаются в том, что остаточная метаноносность отбитого в лаве угля представлена в конечном числовом ее значении и отсутствуют промежуточные величины, определяющие динамику выделения метана во время движения угля по лаве.

Известен способ, включающие отбор проб угля из пласта керногазонаборником, измельчение керна, измерение содержания метана в отобранном угля и объемов его выделения [Инструкция по определению и прогнозу газоносности угольных пластов и вмещающих пород при геологоразведочных работах. - М.: «Недра», 1977. - 96 с, стр. 43, 57-59].

Недостатком способа является отсутствие фактических данных по остаточной метаноносности отбитого в очистном забое угля, следовательно, и интенсивности выделения метана из него во время движения отбитого угля по лаве.

Наиболее близким является способ, включающий отбор проб угля из массива и из отбитого в нем угля, измерение содержания метана в отобранных пробах, установление минутной производительности комбайна и скорости движения цепи лавного конвейера [Патент РФ, №2553121 C1, М. Кл. E21F 7/00. Способ определения газоотдачи разрабатываемого пласта в очистной забой / В.С. Забурдяев. Опубл. 10.06.2015. Бюл. №16. (Прототип)].

К недостаткам данного способа следует отнести невозможность установления динамики естественной дегазации отбитого угля при его транспортировании в пределах лавы и подземных выработок, а также динамики интенсивности метановыделения при комбайновой выемке угля в лаве.

Технической задачей изобретения является определение интенсивности выделения метана из отбитого комбайном угля в очистном забое за счет выявления динамики естественной дегазации отбитого угля и интенсивности выделения метана из него в пределах лавы и горных выработок.

Указанная цель достигается тем, что отбор пробы угля из массива производят перед отбойкой угля комбайном, из отбитого угля - через заданные интервалы времени движения по конвейеру массы угля, при этом за момент отсчета времени принимают начало работы комбайна по разрушению угля и по величинам остаточной метаноносности отбитого угля определяют динамику естественной дегазации отбитого угля и интенсивность выделения из него метана.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена динамика остаточной метаноносности отбитого угля x_i=ƒ(t); на фиг. 2 показана динамика удельного выделения метана из отбитого угля в лаве.

Способ реализуется следующим образом.

На выемочном участке с комплексно-механизированным забоем, скребковым и ленточным конвейерами отбирают пробы угля с возможностью их герметизации в пробоотборных устройствах «стаканах» сразу после отбора пробы угля. В начале берут пробу угля в забое из массива с использованием бурового пробоотборника с выходом керна или заполняя стакан буровым штыбом с глубины , то есть равной половине заходки исполнительного органа комбайна , которая составляет 0,7-0,8 м. Глубина отбора забойной пробы угля от обнаженной поверхности массива угля - 30-40 см. Пробу из массива берут до начала отбойки угля очистным комбайном.

При разрушении комбайном призабойной части угольного массива, отбитый уголь поступает на скребковый конвейер. Отбирают пробы угля с призабойного конвейера в «стаканы», герметизируя их от рудничной атмосферы, исключая утечки метана из отобранного угля.

Отбор проб угля с забойного конвейера производят через заданные интервалы времени в зависимости от длины лавы, минутной производительности комбайна и скорости движения цепи скребкового конвейера. При этом особенность отбора проб угля с забойного конвейера заключается в том, что пробы угля с движущей по конвейеру массе угля отбирают по времени, кратном интервалу отбора проб отбитого угля, равному 1 минуте, то есть через 1, 2, 3 мин и так далее, сохраняя одно и тоже место отбора проб из движущейся по скребковому конвейеру массе отбитого в забое угля. Технически это означает, что пробы угля отбирают из одной и той же части массы движущегося по конвейеру угля в разные промежутки времени его движения. Временная точка отсчета - начало разрушения комбайном угля в призабойной его части.

В отобранных пробах угля измеряют содержание метана по стандартному методу. При этом, если из массива угля отбирают уголь в форме керна, то его измельчают в специально предусмотренной шаровой мельнице на вибростенде. Содержание метана в отобранных пробах угля определяют с учетом доли метана, выпущенного из соответствующего «стакана», и дополнительной его доле, выделившегося метана из измельченного угля.

По величинам измеренной остаточной метаноносности в отобранных пробах угля определяют динамику естественной дегазации отобранного угля, а с учетом массы отбитого комбайном угля - интенсивность выделения метана из отбитого угля в призабойном пространстве очистного забоя.

Интервал отбора проб угля в «стаканы» составляет 8-10 мин с момента, когда отбитая комбайном масса угля поступает на ленточный конвейер в пределах выемочного участка и далее за его пределами, то есть кратно времени нахождения отбитого угля в призабойном пространстве лавы, либо производят газовоздушные съемки по выработкам движения отбитой угольной массы исследуемого выемочного участка по стандартному методу.

Производительность очистного комбайна, скорость движения скребковой цепи лавного конвейера и ленты участкового конвейера устанавливают по их техническим характеристикам.

Пример. Для реализации способа принято:

длина лавы - 250 м;

минутная производительность очистного комбайна - j=10 т/мин;

скорость движения цепи скребкового конвейера - V_ск=1 м/с;

скорость движения ленты участкового конвейера - V_л=3 м/с.

Фактически измеренные данные о динамике естественной дегазации отбитого в лаве угля и динамике интенсивности выделения метана из отбитого угля, заключенного в пробоотборниках («стаканах») после его отбора с лавного и ленточного конвейеров, или измеренного во время проведения газовоздушной съемки в участковой выработке используют для определения x_i, к_д.е, времени нахождения угля на участке и интенсивности выделения метана в i-ом пункте измерения.

Удельную (на единицу отобранной массы угля) долю метана, естественно выделившегося из отбитого угля до его герметизации в «стакане», и после искусственной дегазации измельченного угля, заключенного в отобранной пробе (стандартный метод) определяют как разность между остаточной метаноносностью отобранного в герметичный «стакан» угля из массива (х_o.м) в призабойной части лавы, и остаточной метаноносностью угля, заключенного в соответствующих «стаканах» (x_ic) согласно графику отбора проб со скребкового в лаве и ленточного конвейера выемочного участка, то есть устанавливают зависимость:

согласно которой выявляют динамику остаточной метаноносности отбитого угля x_i=ƒ(t), представленную на фиг. 1. При этом по степени естественной и искусственной дегазации к_д.е, доли ед., отобранного в «стаканы» угля, устанавливают динамику удельного выделения метана из отбитого угля в лаве (фиг. 2).

Затем, например, с учетом отбитой комбайном массы угля в течение минуты (производительность комбайна по разрушению рядового угля определенной зольности и влажности при пересчете на горючую массу , скорости движения цепи скребкового конвейера (V_с.к=1 м/с) и ленты конвейера по участковой выработке (V_л, м/с), определяют продолжительность нахождения отбитого угля в пределах выемочного участка (t, мин) и интенсивность выделения метана из отбитого в забое угля в i-ом пункте измерения по формуле:

При технической производительности очистного комбайна по разрушению угля , остаточной метаноносности массы угля х_о.м=4,2 м³/т с.б.м., и остаточной метаноносности отбитого в забое угля x_i, м³/т с.б.м., интенсивность выделения метана из отбитого угля I_o.y, м³/мин, от времени пребывания угля на конвейерах выемочного участка (t) определена по формуле:

и представлена в таблице.

Данные приведенные в таблице, свидетельствуют о том, что из отбитого в забое угля на исходящей очистного забоя интенсивность выделения метана из отбитого угля составит 9,1 м³/мин, а на исходящей выемочного участка - 13,3 м³/мин. При подаче свежего воздуха в очистной забой 1000 м /мин, концентрация метана достигнет 0,91% по объему, а при расходе свежего воздуха на выемочном участке 2000 м³/мин составит 0,66% (без учета других источников выделения метана на участке).

Таким образом, данный способ позволяет оценить динамику интенсивности выделения метана из отбитого в забое угля и определить параметры схемы проветривания выемочного участка при подсвежении исходящей из лавы струи воздуха.

Способ относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использован для определения интенсивности выделения метана из отбитого в лаве угля. Технический результат заключается в определении интенсивности выделения метана из отбитого комбайном угля в очистном забое за счет выявления динамики естественной дегазации отбитого угля и интенсивности выделения метана из него в пределах лавы и горных выработок. Способ прогноза интенсивности выделения метана из отбитого в забое угля включает отбор проб угля из массива и из отбитого в забое угля, измерение содержания метана в отобранных пробах, установление минутной производительности комбайна и скорости движения цепи конвейера по лаве. Отбор пробы угля из массива производят перед отбойкой угля комбайном, из отбитого угля - через заданные интервалы времени движения отбитой массы угля по конвейеру. За момент отсчета времени принимают начало работы комбайна по разрушению угля. По величинам остаточной метаноносности отбитого угля определяют динамику естественной дегазации отбитого угля и интенсивность выделения из него метана. 2 ил.

Способ прогноза интенсивности выделения метана из отбитого в забое угля, включающий отбор проб угля из массива и из отбитого в забое угля, измерение содержания метана в отобранных пробах, установление минутной производительности комбайна и скорости движения цепи конвейера по лаве, отличающийся тем, что отбор пробы угля из массива производят перед отбойкой угля комбайном, из отбитого угля - через заданные интервалы времени движения отбитой массы угля по конвейеру, при этом за момент отсчета времени принимают начало работы комбайна по разрушению угля, а по величинам остаточной метаноносности отбитого угля определяют динамику естественной дегазации отбитого угля и интенсивность выделения из него метана по формуле

где I_o.y - интенсивность выделения метана из отбитого в забое угля, м³/мин;

x_o.м - остаточная метаноносность угля в массиве очистного забоя, м³/т с.б.м.;

x_i - остаточная метаноносность отбитого в забое угля в пределах выемочного участка, м³/т с.б.м.;

- техническая производительность очистного комбайна по разрушению угля, т с.б.м./мин.