Вы здесь

Фізико-технічні основи управління газовиділен-ням на виймальних ділянках високопродуктивних вугільних шахт

Автор: 
Бокій Борис Всеволодович
Тип работы: 
Дис. докт. наук
Год: 
2007
Артикул:
0507U000572
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НЕСТАЦИОНАРНОГО ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ НА ВЫЕМОЧНОМ УЧАСТКЕ ПРИ ВЫСОКИХ СКОРОСТЯХ ПОДВИГАНИЯ ЛАВЫ
2.1. Разработка методологии имитационного моделирования процесса перераспределения метана на выемочном участке

При отработке очистных забоев при высоких скоростях подвигания процесс активных сдвижений массива горных пород растягивается в пространстве и охватывает весьма большие участки горного массива. На рис. 2.1 показано схематично объем массива горных пород вокруг действующей лавы, примыкающей к ранее выработанному пространству. Такой случай является наиболее типичным в практике отработки запасов украинских угольных шахт, поскольку одиночными лавами отрабатывается в пределах крыла панели, блока или горизонта, как правило, первые 5-10% запасов. Лава 1 примыкает к ранее выработанному пространству 2, над которым уже сформировалась зона полных сдвижений 3. Над действующей лавой 1 формируется активная зона сдвижений 4. В обеих зонах сдвижений происходит интенсивное разрушение газоносного массива горных пород, что приводит к раскрытию трещин и плоскостей наслоения пород и выделению газа в сторону действующего очистного забоя и его выработанное пространство.
Для обеспечения безопасной работы лавы 1 осуществляется подача свежего воздуха по конвейерному штреку 5 (вид А на рис. 2.1) и отвод отработанной струи по вентиляционному штреку 6. Направление движения действующей лавы показано пустотелой стрелкой, направление воздушных струй сплошными (свежая) или пунктирными (отработанная). Газ движется вдоль линий градиента давления от большего в сторону меньшего. Однако распределение интенсивности и направление потоков газа отличается особой сложностью, которая обусловлена движением лавы, а также ее примыканием к ранее выработанному пространству.
Рис. 2.1. Схема сдвижений массива горных пород
вокруг примыкающей лавы.
В данном разделе приводится методология имитационного моделирования динамического сдвижения массива горных пород вокруг движущегося очистного забоя и перераспределении метана вокруг этого забоя.
Имитационное моделирование основывалось на следующих положениях, определенных в разделе 1.2.
1. Моделируется два процесса - геомеханический и газодинамический.
2. Время протекания процессов учитывается дискретно, приращение времени принято равным не более полушага посадки основной кровли. Это позволило учесть наиболее характерные моменты динамики сдвижений подрабатываемого газонасыщенного массива.
3. В модели учитывается скорость подвигания лавы. Для этого передвижения полости выработанного пространства выполнялось с разным приращением - чем больше скорость, тем больше приращение по координате подвигания лавы в единицу времени. Точно также изменялись внутренние граничные условия, описывающие распределение давления рудничной атмосферы в горных выработках с учетом депрессии вентилятора главного проветривания (ВГП).
4. На каждом этапе моделирования геомеханического и газодинамического процессов в качестве исходных данных использовались результаты, полученные на предыдущем шаге, что позволило корректно учесть начальное состояние моделируемой системы.
5. Учтена анизотропия массива горных пород - проницаемости по простиранию, падению и по нормали к напластованию и динамикой изменении этих параметров во времени, что повысило достоверность результатов моделирования
6. Моделировалась фильтрация газа вокруг движущегося очистного забоя, который примыкает к ранее выработанному пространству. То есть, взят наиболее характерный (массовый - 90%) случай бесцеликовой отработки запасов, что является отличительной особенностью данной модели. Кроме того обеспечена возможность ввода любого количества выработанных пространств, в том числе и в переделах свиты пластов.
7. Форма выработанных пространств в данной задаче может быть произвольной. Это позволило установить особенности перераспределения давления и потоков газа в условиях геомеханического и газодинамического взаимодействия смежных выработанных пространств и расширить область применения результатов с точки зрения отработки запасов угля до 90% поскольку почти все запасы на большой глубине вынимают примыкающими лавами (существующие модели ориентированы на 5-10% запасов).
При разработке модели приняты следующие допущения и ключевые положения.
1. Процесс фильтрации газа вокруг действующей лавы протекает в ламинарном режиме.
2. Процесс фильтрации газа в среде с высокой проницаемостью подобен процессу фильтрации в среде с низкой проницаемостью и отличается только скоростью протекания (критерий подобия Фурье).
3. Высота зоны трещиноватых пород в кровле выработки и области интенсивной дегазации распространяется не далее 30 вынимаемых мощностей пласта, а общая область фильтрации газа распространяется в кровлю не далее 120-150 вынимаемых мощностей пласта.
4. Содержание газа в массиве не существенно влияет на его процесс сдвижения и разрушения.
5. При бесцеликовой отработке смежных запасов происходит геомеханическое и газодинамическое взаимодействие выработанных пространств.
6. Скорость подвигания очистного забоя оказывает существенное влияние на процесс сдвижения вмещающих пород и перераспределения газового давления и его потоков.
7. Анизотропия прочностных и деформационных свойств массива порождает в процессе его подработки анизотропию проницаемости.
Процесс дегазации массива горных пород вокруг действующего очистного забоя происходит в результате разрушения вмещающих пород, которые переходят в запредельное состояние в результате развития зоны полных сдвижений. После разрушения вмещающих пород и образования трещин и расслоений газ начинает двигаться в сторону градиента давления, который направлен от нетронутого массива в сторону рабочего пространства действующей лавы и ее выработанного пространства. Таким образом, закономерности перераспределения газового давления и его потоков определяются законами фильтрации газа,