Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава"

Борщевич, Андрей Михайлович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава"
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава""

БОРЩЕВИЧ Андрей Михайлович

ГАЗООБМЕН РАЗРАБАТЫВАЕМЫХ МЕТАНОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ С ШАХТНЫМ ВОЗДУХОМ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ВЫЕМКЕ УГЛЯ ПО ТЕХНОЛОГИИ «ШАХТА-ЛАВА»

Специальность 25.00.20 Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат

4843967

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2011

4843967

Диссертация подготовлена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор ЕФИМОВ Виктор Иванович.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

ТАЙЛАКОВ Олег Владимирович,

кандидат технических наук ТИТОВ Денис Юрьевич.

Ведущая организация: ООО «ПРОКОПГИПРОУГОЛЬ».

Защита диссертации состоится » Д/С/Л/Ю^ 2011 г. в часов на заседании диссертационного Совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, д. 90, ауд. 220,6 уч. корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан «11» февраля 2011 г

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Б. Копылов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Практика эксплуатации угольных шахт России в целом и, Кузнецкого бассейна, в частности, 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. В балансе топливно-энергетического комплекса доля использования угля занимает важное место, это положение сохранится и в перспективе, при этом около 40 % угля планируется добывать подземным способом. Рост эффективности подземной добычи угля намечено осуществить путем ускоренного роста производительности труда. Достижение этой цели возможно лишь на основе внедрения высокоэффективных технологий нового уровня, что приведет к существенному повышению газообильности добычных и подготовительных участков.

Анализ добычи углей для коксования по маркам и пропорциям содержания в угольной шихте даже на период до 2009 г. показывает, что отсутствуют ресурсы ценных марок коксующихся углей К, КО, ОС. Деформирование ресурсной базы добычи различных марок коксующихся углей и сокращения производства особо ценных коксующихся углей в условиях ликвидации угольных шахт предопределили необходимость импорта карагандинских углей до 2 млн т. Основная часть запасов особо ценных коксующихся углей сосредоточена в Кузнецком бассейне на действующих предприятиях, а также на ликвидируемых нерентабельных шахтах. Потребность коксохимических предприятий и металлургической отрасли в особо ценных марках коксующихся углей за последние годы возросла в два раза и достигла в 2009 г. 6,7 млн т. Удовлетворение внутренней потребности в особо ценных марках коксующихся углей осуществлялось в основном за счет сокращения экспорта поставок российских углей с 2,7 млн т до 0,8 млн т в 2009 г.

В этих условиях особую актуальность приобретает проблема обеспечения высокого уровня безопасности горных работ по газовому фактору.

За последнее десятилетие доля взрывов и вспышек метана не превышает 4 % от общего количества аварий на угольных шахтах России, однако возникновение опасных газовых ситуаций в горных выработках представляет наибольшую угрозу жизни людей, выполняющих подземные работы. В связи с этим в течение многих лет разработке эффективных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций уделяется пристальное внимание.

к крупным авариям, которые наносят ущерб владельцам шахт. С другой стороны, при отсутствии аварий достоверный прогноз газовыделений может существенно снизить расчетное количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, что уменьшает эксплуатационные затраты на вентиляцию шахт при сохранении высокого уровня безопасности горных работ.

Следовательно, изучение газообмена разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии «шахта - лава» является одним из важнейших направлений рудничной аэрогазодинамики. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях широкой компьютеризации всех звеньев экономики, позволяющей автоматизировать сложные расчеты процессов динамики газовыделений и формирования опасных газовых ситуаций в угольных шахтах.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программой «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 гг.)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы являлось уточнение закономерностей фильтрационного движения газов в разрабатываемых угольных пластах и атмосфере горных выработок очистных и подготовительных участков угольных шахт для совершенствования методики расчета количества воздуха при интенсивной отработке угольных пластов и снижения риска аварий по газовому фактору при добыче угля подземным способом.

Идея работы заключается в том, что совершенствование методики расчета количества воздуха при интенсивной отработке угольных пластов и снижение риска аварий по газовому фактору при добыче угля подземным способом основываются на адекватных математических моделях газообмена горного массива с атмосферой горных выработок и оценке допустимой нагрузки на очистные забои по величине остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов.

давление метана в метаноуглекислотоносных угольных пластах необходимо рассчитывать с учётом парциального давления углекислотного газа, так как его сорбционный потенциал в несколько раз превышает сорбционный потенциал метана;

газовая проницаемость угольного пласта представляет собой обобщенную характеристику свойств газа, фильтрационных свойств угля и релаксации процесса фильтрационного движения газа;

процессы фильтрации газа в горном массиве описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для периодов времени, превышающих удвоенное произведение периода релаксации фильтрационного процесса на коэффициент, учитывающий точность вычислений, а также начальное и граничное давление газа.

Новизна разработанных научных положений заключается в следующем:

получены аналитические закономерности газовыделений из разрабатываемого угольного пласта, отличающиеся тем, что динамика газовыделений описывается с учетом технологических параметров, а также обоснованы границы приемлемости этих закономерностей;

предложены математические модели для прогноза газовых ситуаций в горных выработках, отличающиеся тем, что расчет полей концентраций газов осуществляется на основе установленных закономерностей динамики газовыделений, входящих в уравнение конвективно-турбулентной диффузии в виде источников;

установлена зависимость газовой проницаемости от коллекторских свойств горного массива и свойств газа, отличающаяся тем, что в ней учтены параметры, характеризующие стохастичность фильтрационного движения газа в пористой среде.

Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

корректной постановкой задач исследования, применением классических методов математической физики, математической статистики и теории вероятностей и современных достижений вычислительной математики;

удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими данными (отклонение не превышает 20 %) и большим объемом вычислительных экспериментов;

значительным объемом шахтных наблюдений, а также результатами анализа плановых замеров (проанализированы данные по 26 очистным участкам).

печения диалогового режима работы пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции. В процессе шахтных исследований проведена промышленная апробация прогноза газовыделений. Усовершенствованная методика расчета количества воздуха позволит увеличить добычу коксующихся углей в Кузнецком бассейне за счет ввода новых мощностей по добыче угля и доработки оставшихся запасов этих углей на ликвидируемых шахтах.

Практическая реализация выводов и рекомендаций. Основные выводы и рекомендации работы по обоснованию возможности увеличения добычи коксующихся углей в Кузнецком бассейне, направленные на обеспечение безопасных условий развития добычи угля с учетом расширения масштабов производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов дефицитных марок коксующихся углей ликвидируемых шахт, использованы при корректировке программы развития бассейна на перспективу и реализации энергетической стратегии России на период до 2020 года. Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по аэрологии горных предприятий, а также использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТулГУ (г. Тула, 2005 - 2010 гг.), технических советах ОАО «Южкузбассуголь» (г. Междуреченск Кемеровской обл., 2004 - 2010 гг.), 3-й и 4-й Международной конференции «Социально-экономичес-кие и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2008 - 2009 гг.), 3-й Международной конференции «Environmental Protection» (г. Будва, Югославия, 2005 г.), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула, 2009 г.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 статей.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 170 страницах машинописного текста, состоит из 5 разделов, содержит 20 таблиц, 30 рисунков, список литературы из 178 наименований.

Автор диссертации выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой геотехнологий и строительства подземных сооружений, д-ру техн. наук, проф. Н.М. Качурину за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Современные методы прогноза газовыделений и расчета количества воздуха являются результатом исследований, выполненных ИПКОН РАН, Вост-

НИИ, ИГД им. A.A. Скочинского, МГГУ, Санкт-Петербургским горным институтом, ТулГУ и др. Большой вклад в решение проблемы внесли академик РАН К.Н. Трубецкой, чл.-корр. РАН Д.А. Рубан, Д.Р. Каплунов, А.Е. Крас-ноштейн, а также A.A. Айруни, К.К. Бусыгин, Ю.Ф. Васючков, Ф.С. Клебанов, А.Д. Кизряков, О.И. Касимов, С.П. Казаков, Н.М. Качурин, А.Д. Клима-нов, P.A. Ковалев, A.A. Мясников, Н.В. Ножкин, А.Э. Петросян, B.C. Пак, И.В. Сергеев, Э.М. Соколов, М.Б. Сулла, Н.И. Устинов, К.З, Ушаков и др. Анализ основных научных и практических результатов, полученных в различных научных школах, позволил сформулировать цель и идею работы, а также определить направление дальнейших исследований.

Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследований.

1. Выполнить анализ существующей базы данных по динамике газовыделений и получить системные оценки динамики выделения метана из разрабатываемого угольного пласта.

2. Разработать методические положения оценки и снижения риска аварий, обусловленных аэрологическим фактором, при подземном способе разработки угольных месторождений.

3. Обосновать математические модели выделения газов с поверхности обнажения угольного пласта и из отбитого угля и разработать математические модели формирования опасных газовых ситуаций в горных выработках на основе фильтрационно-диффузионного переноса газов в пористых сорбирующих средах и конвективно-турбулентной диффузии газовых примесей в рудничной атмосфере.

4. Разработать математические модели газодинамического состояния горного массива при интенсивной отработке угольного пласта и обосновать методические положения по оценке газовой проницаемости угольных пластов и вмещающих пород.

5. Усовершенствовать методику расчета количества воздуха для очистных и подготовительных участков угольных шахт, разработать комплекс программных средств, провести вычислительные эксперименты и оценить адекватность полученных результатов.

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. В 2004 году Кузбасс преодолел 150-миллионный рубеж добычи и по итогам года выдал на-гора 158,2 млн тонн высококачественного угля (подземная добыча - 77,3 млн т, открытая - 81,4 млн т). С 1999 по 2004 годы были введены в эксплуатацию 7 шахт и 11 разрезов. В настоящее время в Кузбассе в стадии строительства находятся 18 угле-

добывающих предприятий - 13 шахт и 5 разрезов, общей проектной мощностью 24 млн т угля.

Высокая метаноносность угольных пластов Кузбасса (до 20 - 25 м3/т) является причиной возникновения газового барьера для современных высокопроизводительных технологий добычи угля. Динамика взрывов метановоз-душной смеси, количества пострадавших и погибших, представленная на рис. 1, наглядно иллюстрирует, 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 наличия двух условий, во-первых, концентрация метановоздушной смеси должна быть выше нижнего предела взрывчатости и не должна превышать верхнего предела взрывчатости и, во-вторых, во взрывоопасном объеме должен появиться источник воспламенения.

р 1601

§ 140-

я 120-

100-

60-

40-

20-

оомммоо0\^0\010\фс\а0\ф0000000000

Годы

Н Взрывов МВС □ Пострадавших И Погибших

Рис. 1. Динамика количества взрывов метановоздушной смеси и последствий аварий

Следовательно, Яшс = Р{НПВ < [МВС] < ВПВ}- РИВ-У , где [МВС] -средняя концентрация метана в МВС; НПВ, ВПВ - нижний и верхний пределы взрывчатости метана в метановоздушной смеси; Р{НПВ < [МВС] < ВПВ} - вероятность появления взрывоопасной концентрации метана; РИВ - вероятность появления источника воспламенения. В общем случае ущерб от взрыва метановоздушной смеси определяется как математическое ожидание поражения горнорабочих в подземном пространстве.

Таким образом, важнейшей подсистемой технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метановоздушной смеси является компью-

терная технология оценки динамики концентрации метана в воздухе. Оценка надежности технологии аэрологической защиты показывает, что по своим характеристикам система защиты от взрывов МВС в угольных шахтах России не изменилась и остается на уровне угольной промышленности СССР. Так, оценка интенсивности отказов этой системы в СССР составляла 9,43 1/год, а в РФ составляет 9,38 1/год. Эффективность системы защиты от поражающих факторов снизилась по сравнению с угольной промышленностью СССР в 5 раз.

При определении эффективности защитных мероприятий от конкретного вида аварий в технологическом процессе добычи угля (ТПДУ) подземным способом оценке опасности производственных ситуаций, разработке планов ликвидации аварии следует принимать во внимание основные показатели аварийности и безопасности шахт. С точки зрения безопасности ТПДУ характеризуется величиной риска, под которым понимается вероятность человеческих и материальных потерь в случае аварии. Основным показателем аварийности рассматриваемого технологического процесса является функция распределения количества аварий, которая определяет вероятность того, что функционирование ТПДУ без аварий меньше некоторого заданного времени 1, (времени безаварийной работы), т.е. Р{Т<1}.

Таким образом, задача управления безопасным функционированием шахты Подмосковного бассейна сводится к осуществлению мероприятий, позволяющих обеспечить следующие условия: Я —> тт => А'тт или Р{(1)^тах, где X*- оценка среднестатистической интенсивности аварии /го вида. Так как имеет место многофакторная связь аварийности с аэрологическими^ и геотехнологическими /г факторами, то в общем виде Я/ (I) = Г (fA.fr)-

Рассматривая угольные пласты, которые отрабатывают по технологии «шахта - лава», процесс фильтрационного движения метана принято считать ламинарным и одномерным. Расчетная схема выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта для таких условий представлена на рис. 2.

Учитывая весьма значительную скорость подачи комбайна в лаве, необходимо использовать уравнение фильтрации гиперболического типа, поэтому математическое описание поля давлений свободного метана в краевой части разрабатываемого угольного пласта имеет следующий вид:

д1_ ау= эу

81 П З/2 Хуп дг2 ' С }

где р - давление свободного метана в трещиновато-пористой структуре угля; 2 - пространственная координата; I - время; ¡г - период релаксации процесса ламинарной фильтрации метана в угольном пласте; %у.п - пьезопровод-ность угольного пласта, зависящая от фильтрационных и сорбционных свойств угля.

Фильтрационный поток метана, поступающего в очистной забой

Рис. 2. Расчетная схема выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта

Длина выемочного столба на 1 - 2 порядка превышает мощность разрабатываемого угольного пласта и размеры зоны естественного газового дренирования, поэтому физически обосновано можно рассматривать одномерное полубесконечное пространство, что позволяет записать начальные и граничные условия в следующем виде:

p(z,0)= p0=const, —p(z,0) = 0, dt

p(0,t) = pc — const, lim рФ<х>,

(2)

где р0, рс— давление свободного метана в угольном пласте и на поверхности обнажения пласта соответственно.

Используя решение уравнения (1) для условий (2), можно записать, что 1удп = 1удн ехр(-0,/¡г)(0,51/ 1Г), где 1удп - метановыделение с единичной

площади поверхности обнажения угольного пласта; 1уА н - начальная скорость газовыделения. Эта формула позволяет разрешить противоречия, возникающие при сравнении результатов шахтных наблюдений и результатов математического моделирования газовыделений на базе параболического уравнения фильтрации, из решения которого следует, что /

уд.п

. Данная

закономерность, впервые установленная F.JI. Лидиным, удовлетворительно описывает процесс при t »0. Однако экспериментальные данные А.Т. Ай-руни, A.A. Мясникова, А.Э. Петросяна и др. свидетельствуют о том, что 1уд „=lyÖH exp(-Kt), где К - эмпирический коэффициент, имеющий размерность, обратную постоянной времени. При этом экспоненциальная эмпирическая закономерность не следует из решения параболического уравнения фильтрации газа в пористых сорбирующих средах. Однако анализ общей формулы показывает, что каждая из полученных ранее закономерностей справедлива, но для различных периодов времени.

При малых значениях аргумента модифицированная функция Бесселя в данной формуле может быть заменена следующим асимптотическим разложением: 10(0,51/(г)ъГ(1) = 1, и тогда из обобщенной формулы следует экспоненциальная закономерность, а при больших значениях аргумента 10 (0,5/ / /г) и ехр (О,/ /г) / л1 )°'5, и в результате из общей формулы следует закономерность Г.Л. Лидина.

Дебит метана сйп 0 в очистной забой с элементарной поверхности обнажения угольного пласта (¡Я, учитывая полученную зависимость, можно определить как

Лпо = 1удпсЕ = туп Уп1уд„ ехр(-0,51/1г)1о (0,51/¡,)ей , где туп и У„ -

мощность разрабатываемого угольного пласта и скорость подачи очистного комбайна. Тогда, представляя модифицированную функцию Бесселя в интегральном виде, метановыделение в очистной забой со всей поверхности обнажения угольного пласта определим по формуле

Ъч^'Уп)

| ехр(-т)х

х|\[ехр(т Созв )+ехр(-т Созв)]с1в^с1т, (3)

где Ьоч - длина очистного забоя,

1П0( тв.ч) = л1п.о {тупКУп1удм) 1, (4)

где 1„0 - безразмерное значение метановыделения в очистной забой со всей поверхности обнажения угольного пласта.

Вычислительный эксперимент проводился с использованием соотношения (4). Исследования проведены на четырех интервалах значений безразмерной длительности выемочного цикла. Результаты исследования закономерности 1„„= /(твц ) показывают, что при тв.че[0, 3] функция /(твц ) может быть аппроксимирована степенной зависимостью, для интервалов значений тв ц е [3, 10], тв ц е [10, 50] и тв ц е [50, 100] целесообразно использовать линейную аппроксимацию с различными начальными значениями и угловыми коэффициентами (табл. 1).

Следует отметить, что погрешность принятых аппроксимаций не превышает 3 %. Из формул (3) - (4) следует, что интенсивность метановыделения непосредственно связана с планограммой работ в очистном забое. Анализ этой зависимости свидетельствует о том, что при выемочном цикле метановыделение нарастает за счет увеличения площади газоотдающей поверхности.

Таблица 1

Аппроксимации зависимости 1по = /(твц)

Интервал безразмерной длительности выемочного цикла Теоретически обоснованная аппроксимирующая формула Коэффициент корреляции

тв че[0, 3] 0,93

твче[3, 10] = 4,571 +1,143 гв„ 0,94

гв„ е [10, 50] 1^ = 10 + 0,5 хел, 0,94

Т,ч е [50, 100] 1^ = 25 + 0,26 гвЛ1 0,92

Газоотдающая поверхность находится под перепадом давления, приблизительно равным значению рд — р2с . А площадь частично дегазированной поверхности обнажения уменьшается с той же скоростью, с которой увеличивается площадь недегазированной газоотдающей поверхности, поэтому при работе выемочного комбайна формируется стационарное состояние, определяемое формулой (3). Установленные закономерности позволяют, во-первых, повысить достоверность прогноза газовыделений из разрабатываемого угольного пласта на метанообильных очистных участках и, во-вторых, оценить прогнозное значение эффективности системы дегазации.

Аналогичным образом получена закономерность для прогноза метановы-делений в подготовительный забой

~р1) I *

----- 1-при / <

86400МРа \яхул А,,

(5)

V.,

™,<*„>4 М-Р')

при * > •

К.

где гп з - средняя скорость подвигания подготовительного забоя; Ьп в - длина подготовительной выработки, м.

Газовыделение из отбитого угля, с точки зрения фундаментальных положений неравновесной термодинамики, представляет собой процесс релаксации, обусловленный внешними воздействиями на угольный пласт, приводящими к резкому увеличению площади газоотдающих поверхностей. Термодинамическая система «уголь - газ» осуществляет переход к новому более устойчивому состоянию. Интенсивность энергомассообмена в отбитом угле однозначно связана с предыдущими этапами эволюции системы «уголь - газ» от начального состояния, характеризующегося природной газоносностью уг-

ля, до промежуточного состояния, характеризующегося газоносностью при-забойной части угольного пласта.

Таким образом, динамика газоносности отбитого угля в общем виде описывается следующим дифференциальным уравнением:

остаточная газоносность угля при давлении р0', Рос - остаточное давление метана в угле; туб- пористость угольного блока, моделирующего кусок отбитого угля; к'п - газовая проницаемость куска отбитого угля; D3- коэффициент эффективной диффузии метана; ра - плотность метана при атмосферном давлении Ра ; ц — динамическая вязкость метана; рсж - коэффициент сжимаемости метана; ал,Ьл - параметры изотермы сорбции Лэнгмюра; Рср

- среднее давление метана в куске отбитого угля; Лм - показатель степени измельчения угля, являющийся параметром масштаба; /л/ — показатель способности угля к измельчению, являющийся параметром формы; 2Rmin — минимальный размер угольных частиц, образующихся при резании углей (по

данным Е.З. Позина, 2Rmin К О,0005 м).

Решение уравнения (6) для условий х0(}],0) = x0(0,t) = х3 = const позволяет рассчитать метановыделение из отбитого угля при высокопроизводительных современных технологиях выемки угля. Окончательно расчетная формула получена в следующем виде:

где Кпу - коэффициент погрузки угля на конвейер; Ак - производительность комбайна.

В целом вычислительные эксперименты показали, что метановыделение из отбитого угля - весьма динамичный процесс, имеющий тесную связь с планограммой работ в лаве, при этом установлено, что челноковая схема работы комбайна снижает неравномерность метановыделения из отбитого угля на 20 - 30 % и его длительность - на 60 - 70 % по сравнению с односторонней схемой работы.

(6)

(7)

Газоносность разрабатываемых угольных пластов распределена неравномерно по глубине и площади их залегания. Это обусловлено историей геологической эволюции как угольных бассейнов в целом, так и их отдельных месторождений; тектоническим строением угленосных отложений и их угленосностью; гидрогеологическими и гидрохимическими условиями: литоло-гическим составом вмещающих перед; мощностью покрывающей толщи и степенью естественной дегазации угля.

Достоверным видом информации являются геологические пластовые карты, на которых нанесена глубина зоны газового выветривания и линию равной газоносности (изогазы). Основываясь на этой информации, можно достаточно точно определить начальное состояние системы «газ - уголь», главной характеристикой которой является давление свободного газа. С учетом зависимости количества сорбированного от термодинамического состояния системы «газ - уголь» угля, можно записать

х„р-10тр0у-' = 0,1(100-Ас -1Гу)алЬяр0 х

(1 + Ьлр0) ехр {[0,02(30 - Ту )(0,993 + 0,007р0 )'! ]}

* 1+0,246УУу ехр(-1,12-10~2 р0) ' ^

где уу - плотность угля; ТуАс, Уг, 1Уу - температура, зольность и влажность угля.

Если известны природная метаноносность, пористость, плотность, зольность, влажность, температура и параметры изотермы сорбции угля при 30 °С, то, решая уравнение (6), можно рассчитать давление свободного метана. В этом случае природная метаноносность определяется по карте изогаз, а остальные данные входят в существующую базу данных.

При разработке метаноуглекислотоносных угольных пластов следует учитывать, что присутствие углекислого газа даже в небольших количествах, приведет к уменьшению сорбционной емкости угля по отношению к метану. Это обусловлено тем, что сорбционный потенциал углекислого газа в несколько раз превышает сорбционный потенциал метана. Рассматривая сорбцию бинарной смеси, когда протекают как бы два параллельных процесса взаимодействия газов СН4 и С02 со свободной поверхностью сорбента по схеме Лэнгмюра, можно записать следующие схемы сорбционного взаимодействия: молекула СН4 + свободное место на поверхности угля —> сорбционный комплекс СН4; молекула СО2 + свободное место на поверхности угля —> сорбционный комплекс С02. Результаты расчетов показывают, что давление метана при постоянной метаноносности увеличивается с ростом содержания углекислого газа в угле за счет увеличения доли свободного метана. Для метаноуглекислотоносных угольных пластов получена следующая система уравнений:

¿Г^-^Еи] = 0.1(100-*-ТГУ)Х

'-Л У У )

МтРт

' "Л,Рт ехр[0,02(30-Ту)(0,993 + 0,007р01)] £ (1+Ьл1рш)[1 + 0,2461Уу ехр(-1,12 ■ 10~3Ро,)] '

При изучении газовой проницаемости угольного пласта была установлена связь газовой проницаемости со свойствами газа, интенсивностью его взаимодействия с твердой фазой и статистическими характеристиками переноса. Таким образом, довольно распространенное мнение о том, что газовая проницаемость отражает пропускную способность пористой среды и характеризует только ее газодинамическое сопротивление, не соответствует реальной физике явления. Это установлено многочисленными опытами позволившими экспериментально доказать существенные связи газовой проницаемости с давлением газа. С позиций физической химии газовая проницаемость является обобщающей многофакторной характеристикой.

В том случае, когда процессами сорбции можно пренебречь, формула для расчета газовой проницаемости имеет вид

Полученная зависимость показывает, что проницаемость пропорциональна кубу пористости, а не квадрату, как считалось ранее. Этим, собственно, и можно объяснить весьма существенное влияние горного давления на газовую проницаемость углей и вмещающих пород. Известно, например, что краевая часть угольного пласта имеет эффективную пористость, в 2 - 4 раза большую пористости пласта ненарушенной структуры.

Если перенос происходит в пористой сорбирующей среде, то для давления газа до 5 МПа можно использовать уравнение Лэнгмюра, тогда формула для расчета газовой проницаемости принимает вид

Формула (11) позволяет рассчитать газовую проницаемость сорбирующей пористой среды, сложенной материалом, изотерма сорбции которого выпукла (по классификации С. Брунауэра это изотерма первого рода). Результаты расчетов приведены на рис. 3.

к„ = 0,266 ■ 10~21Г (ЯГТ)0'5 т3р-'.

(10)

(П)

Формула (11) позволяет рассчитать газовую проницаемость призабойной части пласта, если известна величина периода релаксации. Обработка результатов шахтных наблюдений за метановыделением с поверхности обнажения угольных пластов на шахтах Кузнецкого, Донецкого, Печерского и Челябинского угольных бассейнов позволила оценить порядок этой величины. Таким образом, получены зависимости, позволяющие оценить во времени изменение деформаций и рассчитать газовую проницаемость краевой части угольного пласта.

Для краевой части разрабатываемого угольного пласта формула (11) принимает вид:

, 1,8 8 • 1(Д Г)0,51Г (1 + Ьл р)2 алЬл

р[о,1алЬд+0,707(1+ЬлР)2]

где Ег (I) - вертикальная деформация призабойной части угольного пласта; трп — пористость призабойной части разрабатываемого пласта; т0 — природная пористость угольного пласта; тв п - вынимаемая мощность пласта.

30 25 20

М15 10

0 2 4 6 8 10

р.шРа ->

Рис. 3. График зависимости отношения к/ 1гот давления р. Значения пористости т соответственно равны: 1-0,05; 2-0,Об; 3-0,07; 4-0,08; 5-0,09; 6-0,1

Таким образом, зависимости (8) - (12) дополняют математические модели прогноза газовыделений, что позволяет решать задачи прогноза опасных газовых ситуаций. Если учесть конвективный и турбулентный диффузионные

т0 +

тв.п.-£Л0

(12)

потоки, то математическая модель газовой ситуации в подготовительной выработке будет иметь следующий вид:

сш)-1^

1-ехр\ -

+ 0,5ехр\--

"п.в у

^др^у^-г^ ехр(-Ку/ь)ег/с^ -\Ц>т

где

+ех/г (лГЛ/Ь | ег/с +л/йг 4Б 4Б 1ПВ

Л,

(13)

здесь иср - средняя скорость движения воздуха

по подготовительной выработке; Ьпв - проектная длина подготовительной выработки; ¡п.в, О п.в - абсолютная газообильность и объем подготовительной выработки; С = с - сн; с — объемная концентрация рассматриваемой газовой примеси в воздухе выработки (для условий Кузбасса - это метан или углекислый газ); сн - объемная концентрация газовой примеси на свежей струе, поступающей в подготовительную выработку.

Аналогичные рассуждения относительно переноса газовых примесей в выработках очистных участков приводят к другой математической модели, позволяющей оценивать газовую ситуацию:

С(х,0 =

Оо,

1-ехр\ -

1±

'О.У

-ехр -

'О.У

{¡-ехр

I-

г-

(14)

где (20 у - количество воздуха, протекающего по выработкам.

Зависимости (13) и (14) использовались для вычислительных экспериментов, результаты которых представлены на рис. 4-5. Анализ результатов вычислительных экспериментов показывает, что, во-первых, поля концентраций газовых примесей в воздухе очистных и подготовительных выработок стремятся к некоторому стационарному состоянию и, во-вторых, динамический расчет количества воздуха, необходимого для проветривания очистных и подготовительных участков, целесообразно осуществлять, используя решения уравнений диффузии, для условия дС/д\.—> 0. Такой вывод является физически обоснованным с точки зрения безопасности по газовому фактору. Так как на временном интервале переходного процесса концентрация газа в воздухе на исходящей струе всегда меньше, чем при установившемся ста-

ционарном распределении концентраций газа, то появляется скрытый коэффициент запаса.

Следовательно, переходя к решению стационарной задачи газовой динамики очистных и подготовительных участков, мы вносим определенный коэффициент запаса. При этом в любом случае анализ газовой ситуации для расчета количества воздуха должен быть ориентирован на максимальные концентрации метана, возникающие в шахтном воздухе..

Таким образом, системный подход к прогнозу аварийной опасности угольных шахт по газовому фактору должен основываться на комплексе математических моделей, программная реализация которых проводит вычислительные эксперименты, моделирующие функционирование технологического объекта угледобычи по фактору аэрологической безопасности.

Тогда, учитывая, что на исходящей струе концентрация газа не должна превышать ПДК, можно записать соотношения, которые являются решениями стационарных уравнений диффузии.

Эти соотношения позволяют определить среднее количество воздуха, необходимого для стабильного поддержания предельно допустимой концентрации метана на исходящей струе воздуха: для подготовительной выработки

а7.в =

I г

^п.в \

(15)

для очистного участка

Ооу =0,632

ПДК-сн

(16)

1 3 х /V 4 5

Рис. 4. График зависимости С от К: 1 - / = 10 мин; 2 - / = 30 мин; 3 - / = 60 мин; 4-1 = 120 мин; 5 - / = 360 мин

Структурно формулы (15) и (16) совпадают с известной формулой для подсчета количества воздуха. Но эти формулы показывают, что учет процессов диффузионного переноса газа позволяет уменьшить расчетное количество воздуха для подготовительных выработок и очистных участков на 30 -40 %. Аналогичным образом получена формула, которая позволяет оценить максимально возможную нагрузку на очистной забой Ащх по газовому фактору с учетом выноса метана, обусловленного конвективной диффузией:

Ашх^ПДК-С^ т/сут, (17)

где Боч — площадь поперечного сечения очистного забоя, м2.

Анализ формулы (17) показывает, что с увеличением разности Дх= Хпр —Хо уменьшается максимально возможная нагрузка на очистной забой. Очевидно, что обеспечить современные требования по производительности очистных забоев можно лишь уменьшая величину Хпр. То есть все виды дегазации будут способствовать эффективному использованию высокопроизводительной добычной техники. Следовательно, динамический метод расчета воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, во-первых, повышает адекватность моделей воздухообмена в горных выработках, во-вторых, позволяет существенно снизить затраты на вентиляцию основных технологических объектов шахты, в-третьих, достоверно оценивает максимальную нагрузку на лаву по газовому фактору.

t, min ->

Рис. 5. График зависимости Q от t при 1 < х/(и) и при (и)/ZLo y равном: 1 - 1,5/1000;2 - 1,5/1500; 3 -1,5/2000; 4 - 1,5/2500; 5 - 1,5/3000

Основные научные и практические результаты исследований, направленные на обеспечение безопасных условий развития добычи угля с учетом расширения масштабов производства действующих предприятий, нового строительства и освоения остаточных запасов коксующихся углей, использованы на предприятиях ОАО «Южкузбассуголь». Теоретические результаты и технические решения использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности движения метана в разрабатываемом угольном пласте и воздушных потоках на очистных и подготовительных участках, повышающие достоверность прогноза газовыделений при использовании технологии «шахта - лава», и усовершенствована методика расчета количества воздуха, позволяющая более точно определять потребность в воздухе и оценивать допустимую нагрузку на очистной забой по газовому фактору, что является существенным вкладом в развитие технических средств освоения недр и повышение уровня безопасности угольной промышленности.

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Усовершенствована методика расчета количества воздуха для очистных и подготовительных забоев применительно к технологии «шахта - лава», основанная на динамических принципах газообмена в вентиляционных струях, и предложены методические положения по оценке предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору.

2. Доказано, что учет процессов диффузионного переноса газа позволяет уменьшить расчетное количество воздуха для подготовительных выработок и очистных участков на 30 - 40 % . Следовательно, динамический метод расчета воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, во-первых, повышает адекватность моделей воздухообмена в горных выработках и, во-вторых, позволяет существенно снизить затраты на вентиляцию основных технологических объектов шахты.

3. Давление свободного метана в угольных пластах до начала разработки является следствием установившегося стационарного состояния термодинамической системы «газ - уголь», которое зависит от природной метаноносно-сти, пористости, плотности, зольности, влажности, температуры и сорбцион-ных свойств угля. А давление метана в метаноуглекислотоносных угольных пластах необходимо рассчитывать с учётом парциального давления углеки-слотного газа, так как его сорбционный потенциал в несколько раз превышает сорбционный потенциал метана.

4. Установлены закономерности, удовлетворительно моделирующие динамику метановыделений на очистных и подготовительных участках, полученные из решения линеаризованных уравнений гиперболического и параболического типов. Удовлетворительная сходимость наблюдается при расчете газовыделений из угольных пластов для значений фильтрационного критерия Фурье не более 0,1 и начальных давлений от 1 до 5 МПа.

5. Скорость выделения метана с поверхности обнажения угольного пласта пропорциональна произведению начальной скорости газовыделения на экспоненту с отрицательным показателем и модифицированную функцию Бесселя нулевого порядка, имеющих аргумент, прямо пропорциональный времени процесса и обратно пропорциональный удвоенному периоду релаксаций.

6. Динамика остаточной метаноносности отбитого угля описывается гиперболическим уравнением со стоком, учитывающим гранулометрический состав угля, скорость подачи комбайна и транспортирования угля, его фильтрационные и диффузионные свойства.

7. Результаты внедрения и промышленной апробации свидетельствуют об удовлетворительной адекватности математических моделей и возможности их использования для разработки эффективных технических решений по управлению газовыделением.

Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Фатуев В.А., Качурина О.Н., Борщевич A.M. Формирование опасных газовых ситуаций в подземных горных выработках / Изв. ТулГУ Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2.2007. С.101-106.

2. Качурин Н.М., Фатуев В.А., Качурина О.Н. Системный подход и обеспечение безопасности процесса использования минерально-сырьевых ресурсов / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2. 2007. С.106-111.

3. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Системные принципы технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2. 2007. С.34-40.

4. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Физическая модель и математическое описание движения газа в угольном пласте и вмещающих породах / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 3. 2008. -С.171-179.

5. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Теоретическое обоснование ограничения нагрузки на очистной забой по газовому фактору/ Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 4. 2009. -С.84-89.

6. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Теоретическое обоснование прогноза выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта при интенсивной выемке угля/ Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о земле». Вып. 4.2009. С. 93-98.

7. Качурин Н.М., Овсянников Г.Д., Борщевич A.M., Ковалев P.A. Безопасная нагрузка на очистной забой по газовому фактору / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о земле». Вып. 5.2009. С. 152-156.

8. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Прогноз выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта и нагрузка на лаву при интенсивной выемке угля/ Безопасность жизнедеятельности. Вып. 5.2010. С. 19-24.

9. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н., Бухтияров A.A. Безопасность геотехнологий добычи угля по газовому фактору. М.: Безопасность жизнедеятельности. Вып. 5.2010. С. 24-28.

10. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Предельно допустимая нагрузка на очистной забой по газовому фактору//3-я Международная конференция по проблемам рационального природопользования. «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства. Тула. 2010. С. 188- 193.

11. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Газовыделения с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта на метанообиль-ных шахтах// 3-я Международная конференция по проблемам рационального природопользования. «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства. Тула. 2010. С. 193 - 200.

12. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A., Сарычева И.И. Мета-новыделение из отбитого угля при интенсивной отработке угольного пласта// 3-я Международная конференция по проблемам рационального природопользования. «Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства. Тула. 2010. С. 200 - 205.

13. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Ефимов В.И. Обеспечение безопасности технологии «шахта-лава» по газовому фактору при отработке газоносных угольных пластов // Рудник будущего, Пермь. Вып. 3.2010. С. 81-88.

14. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Системный подход к снижению риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах/Изв. вузов. Горный журнал. Вып. 4. 2010. С. 19-24.

Изд. лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать 2.02.11 Формат бумаги 60x84 1/16/. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 19,7. Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 003 Тульский государственный университет 300600, г. Тула, пр. Ленина Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Борщевич, Андрей Михайлович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ. lQ

1Л. Геологическое строение метаноносных угольных бассейнов России

1.2. Инженерные методы прогноза газовыделений в шахтах и рудниках, и оценка их достоверности.

1.3. Теория и практика прогноза динамики газовыделений в угольных шахтах.

1.4. Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках и определение количества воздуха.

Выводы.

2. МЕТАНООБИЛЬНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ШАХТ И РИСК ВЗРЫВОВ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ.

2.1. Геотехнологическая характеристика перспективных предприятий Кузбасса и организационно-технологические принципы внедрения высокопроизводительной технологии

2.2. Динамика выделения метана из различных источников в горные выработки.

2.3. Аэрогазодинамическая характеристика шахт

ОАО ОУК «Южкузбассуголь».

2.4. Снижение риска и локализация последствий взрыва метана в угольных шахтах.

2.5. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы.

Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИЙ В ОЧИСТНЫХ ЗАБОЯХ ШАХТ КУЗБАССА

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТЕХНОЛОГИИ «ШАХТА - ЛАВА».

3.1. Выделение метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта при интенсивной выемке угля.

3.2. Метановыделение из отбитого угля.

3.3. Теоретическое обоснование методов расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и оценки предельно допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору.

3.4. Математические модели газовых ситуаций на очистных и подготовительных участках.

3.5. Теоретическое обоснование динамического метода расчета количества воздуха, необходимого для проветривания очистных и подготовительных участков.

Выводы.

4. ОЦЕНКА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКЕ

УГОЛЬНОГО ПЛАСТА.

4.1. Газоносность разрабатываемых угольных пластов и давление свободного газа.

4.2. Газоносность вмещающих пород и смежных пластов.

4.3. Теоретическое обоснование методических положений по оценке газовой проницаемости угольных пластов и вмещающих пород.

4.4. Газовая проницаемость разрабатываемого угольного пласта.

Выводы.

5. УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОГНОЗА ВЫДЕЛЕНИЯ МЕТАНА В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

И РАСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА.

5.1. Информационная технология прогноза выделения метана в горные выработки.

5.2. Практическая апробация методики расчета количества воздуха.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава""

Актуальность. Практика эксплуатации угольных шахт России в целом и, Кузнецкого бассейна, в частности, 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 осуществлятся за счет увеличения их добычи. В балансе топливно-энергетического комплекса доля использования угля занимает важное место, это положение сохраниться и в перспективе, при этом около 40 % угля планируется добывать подземным способом. Рост эффективности подземной добычи угля намечено осуществить путем ускоренного роста производительности труда. Достижение этой цели возможно лишь на основе внедрения высокоэффективных технологий нового уровня, что приведет к существенному повышению газообильности добычных и подготовительных участков.

В условиях перехода к рыночной экономике, а особенно в условиях реальных рыночных отношений, достоверность прогноза безопасности горных работ по газовому фактору приобретает конкретный экономический смысл. Пренебрежение безопасностью горных работ по газовому фактору приводит к крупным авариям, которые наносят ущерб владельцам шахт. С другой стороны, при отсутствии аварий достоверный прогноз газовыделений может существенно снизить расчетное количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, что уменьшает эксплуатационные затраты на вентиляцию шахт при сохранении высокого уровня безопасности горных работ.

Следовательно, изучение газообмена разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии «шахта — лава» является одним из важнейших направлений рудничной аэрогазодинамики. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях широкой компьютеризации всех звеньев экономики, позволяющей автоматизировать сложные расчеты процессов динамики газовыделений и формирования опасных газовых ситуаций в угольных шахтах.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 годы)» (per. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (гос. контракт № 02.740.11.0319).

Целью работы является уточнение закономерностей фильтрационного движения газов в разрабатываемых угольных пластах и атмосфере горных выработок очистных и подготовительных участков угольных шахт для совершенствования методики расчета количества воздуха при интенсивной отработке угольных пластов и снижения риска аварий по газовому фактору при добыче угля подземным способом.

Идея работы заключалась в том, что совершенствование методики расчета количества воздуха при интенсивной отработке угольных пластов и снижение риска аварий по газовому фактору при добыче угля подземным способом основываются на адекватных математических моделях газообмена горного массива с атмосферой горных выработок и оценке допустимой нагрузки на очистные забои по величине остаточной газоносности разрабатываемых угольных пластов.

Основные научные положения состоят в следующем: давление свободного метана в угольных пластах до начала разработки является следствием установившегося стационарного состояния термодинамической системы «газ - уголь», которое зависит от природной метаноносности, пористости, плотности, зольности, влажности, температуры и сорбционных свойств угля; давление метана в метаноуглекислотоносных угольных пластах необходимо рассчитывать с учётом парциального давления углекислотного газа, так как его сорбционный потенциал в несколько раз превышает сорбционный потенциал метана; газовая проницаемость угольного пласта представляет собой обобщенную характеристику свойств газа, фильтрационных свойств угля и релаксации процесса фильтрационного движения газа; процессы фильтрации газа в горном массиве описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для периодов времени, превышающих удвоенное произведение периода релаксации фильтрационного процесса на коэффициент, учитывающий точность вычислений, а также начальное и граничное давление газа.

Новизна разработанных научных положений заключается в следующем: получены аналитические закономерности газовыделений из разрабатываемого угольного пласта, отличающиеся тем, что динамика газовыделений описывается с учетом технологических параметров, а также обоснованы границы приемлемости этих закономерностей; предложены математические модели для прогноза газовых ситуаций в горных выработках, отличающиеся тем, что расчет полей концентраций газов осуществляется на основе установленных закономерностей динамики газовыделений, входящих в уравнение конвективно-турбулентной диффузии в виде источников; установлена зависимость газовой проницаемости от коллекторских свойств горного массива и свойств газа, отличающаяся тем, что в ней учтены параметры, характеризующие стохастичность фильтрационного движения газа в пористой среде.

Обоснованность и достоверность теоретических положений, выводов и рекомендаций подтверждается: корректной постановкой задач исследования, применением классических методов математической физики, математической статистики и теории вероятностей и современных достижений вычислительной математики; удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими данными (отклонение не превышает 20 %) и большим объемом вычислительных экспериментов; значительным объемом шахтных наблюдений, а также результатами анализа плановых замеров (проанализированы данные по 26 очистным участкам).

Практическая значимость работы заключается в том, что установленные закономерности газовыделения повышают достоверность прогноза газообильности выработок, участков и шахт и дают возможность предварительного анализа газовых ситуаций, которые могут возникать при различных технологических решениях и, таким образом, позволяют оценить уровень их безопасности по газовому фактору. Разработанные пакеты прикладных программ для прогноза газовыделений и газовых ситуаций в угольных шахтах существенно облегчают решение задач газовой динамики шахт за счет обеспечения диалогового режима работы пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции. В процессе шахтных исследований проведена промышленная апробация прогноза газовыделений. Усовершенствованная методика расчета количества воздуха позволит увеличить добычу коксующихся углей в Кузнецком бассейне за счет ввода новых мощностей по добыче угля и доработки оставшихся запасов этих углей на ликвидируемых шахтах.

Международной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2008 - 2009 гг.), 3-й Международной конференции «Environmental Protection» (г. Будва, Югославия, 2005 г.), Международной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений» (г. Тула, 2009 г.)

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 статей.

Автор диссертации выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой геотехнологий и геотехники, д-ру техн. наук, проф. Н.М. Качурину за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Борщевич, Андрей Михайлович

Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

3. Давление свободного метана в угольных пластах до начала разработки является следствием установившегося стационарного состояния термодинамической системы «газ - уголь», которое зависит от природной метаноносности, пористости, плотности, зольности, влажности, температуры и сорбционных свойств угля. Давление метана в метаноуглекислотоносных угольных пластах необходимо рассчитывать с учётом парциального давления углекислотного газа, так как его сорбционный потенциал в несколько раз превышает сорбцион-ный потенциал метана.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности движения метана в разрабатываемом угольном пласте и воздушных потоках на очистных и подготовительных участках, повышающие достоверность прогноза газовыделений при использовании технологии «шахта — лава», и усовершенствована методика расчета количества воздуха, позволяющая более точно определять потребность в воздухе и оценивать допустимую нагрузку на очистной забой по газовому фактору, что является существенным вкладом в развитие технических средств освоения недр и повышение уровня безопасности угольной промышленности.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Борщевич, Андрей Михайлович, Тула

1. Природопользование в системе управления / Мкртчян Г.М., Бонда-ренко Л.А., Гайнутов О.Г. и др. // Новосибирск. Наука. — 1991. — 240 с.

2. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Введение в системный анализ. — М. Высшая школа. - 1989 - 367 с.

3. Перегудов Ф.И. Основы системного проектирования АСУ организационными комплексами. — Томск. — ТГУ. — 1984. — 177 с.

4. Абоненты вычислительных центров коллективного пользования / Под общ. ред Перегудова Ф.И.// М. Финансы и статистика. - 1984. - 175 с.

5. Информационные системы для руководителей / Под общ. ред Перегудова Ф.И.// М. Финансы и статистика. - 1989. — 175 с.

6. Горные науки. Освоение и сохранение Земли / Под общ. ред. акад. К.Н. Трубецкого// М.- Академия горных наук. 1997. - 478 с.

7. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. -М.- Гидрометиоиздат. 1984. - 453 с.

8. Алексеенко И.Р. и др. Экстремальные факторы и биобъекты. Киев,1989.

9. Борисович В.Т., Экзарьян В.Н. Методологические основы эколого-экономической оценки литосферы. / Известия ТулГУ. — Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 1995. - Вып. 1. - С. 45 — 37.

10. Алексеенко В.А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. М. — Недра. - 1990.-134 с.

11. Моисеев H.H. Судьба цивилизации. Путь разума. — М. МНЭПУ. -1998.-234 с.

12. Моисеев H.H., В.В. Александров, A.M. Тарко. Человек и биосфера. -М. -Наука. -271 с.

13. Моисеев H.H. Современный рационализм. МГВП КОКС. - 1995. -377 с.

14. Качурин H.M., Шейнкман Л.Э., Людкевич C.B. Принципы моделирования систем экологической и технологической безопасности / Между школой и университетом. Тула, 1996. - С.370 - 373.

15. Малышев Ю.Н., Заводчиков Л.В., Бреннер В.А., Качурин Н.М. Технологическая реструктуризация горной промышленности России в современных экологических условиях. Горный вестник. - 1996. - № 3. - С. 8 -11.

16. Kachurin N.M. Conceptual rules of the monitoring of the "Environment Human Health" system in the Russian Fédération / The 2-nd International Symposium "Mining and Environmental Protection". - Belgrade. — 1998. — P. 21 — 26.

17. Kachurin N.M., Babovnikov A.L. Gassing during the break and transport of coal in a retreatlongwall / Development of new technologies and equipment for mine haulage and hoisting. Budva: - 2005. - C.245-249.

18. Ярцев В. A. Аэродинамическое сопротивление обрушений // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - № 2. - С. 50-56.

19. Ярунин С.А., Бухны Д.И. Расчет газодинамического состояния при-забойной части угольного пласта //Вентиляция и газодинамические явления в шахтах: Сб.ст./Новосибирск, 1981. С. 6-12.

20. Яновская М.Ф. О скорости десорбции метана из разрушенного угля // Проблемы рудничной аэрологии: Сб.ст./Госгортехиздат. М., 1959. -С. 3237.

21. Simulation of gas ouflow from porousfissured media/Siemek Jakub, Raj-tar Jesy, Andrzej //Arch.Mining Sci.-1989.-34,№1-P.l 19-128.

22. Геоэкологические принципы технологической реструктуризации Подмосковного угольного бассейна / Качурин Н.М., Сычев А.И., Абрамкин Н.И. и др. // Москва Тула. - Издательство "Гриф и К". - 2004. - 365 с.

23. Загрязнение атмосферы топливно-энергетическим комплексом при использовании углей Подмосковного бассейна / Качурин Н.М., Поляков В.В., Ефимов В.И., Стась Г.В. // Москва Тула. - Издательство "Гриф и К". - 2004.

24. Бусыгин К.К. Колебание концентраций метана в исходящих вентиляционных струях лав и участков // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Сб.ст./МакНИИ. М., 1969. - Т.20. - С.3-12.

25. Васючков Ю.Ф. Диффузия метана в ископаемых углях // Химия твердого топлива. 1976. - N4. - С. 76-79.

26. Васючков Ю.Ф. Теория и физико-химические способы управления свойствами и состоянием угольных пластов с целью их интенсивной дегазации. Дис. . докт.техн.наук. - М., 1982.-519 с.

27. Карпов Е.Ф., Клебанов Ф.С., Фирганек Б. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения. М.: Недра, 1981. -471с.

28. Касимов О.И., Капиев Р.Э. О точности определения фактического газовыделения на выемочных участках // Вопросы проветривания шахт Донецкого бассейна: Сб.ст./М., 1969. С. 113-122.

29. Качурин Н.М. Фильтрация газа в угольных пластах при конечной скорости распространения давления // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1983. - С.56-62.

30. Качурин Н.М. Газовыделение на очистных участках шахт Подмосковного бассейна при изменении давления воздуха // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1983. - С.74-80.

31. Качурин Н.М. прогноз газовыделений в подготовительные выработки с использованием гиперболического уравнения фильтрации // Физикотехнические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объемов: Сб.ст./Л.- 1983. С.83.

32. Качурин Н.М., Гусев Н.Д. Газовыделение из угольного пласта в подготовительные выработки при разработке глубоких горизонтов // Известия вузов. Горный журнал. 1984. -N8. - С.46-50.

33. Качурин Н.М. Физическая модель и математическое описание процесса газовыделения из угля при очистных работах на больших глубинах // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1984. - С.43-48.

34. Качурин Н.М. Линеаризованные уравнения фильтрации метана в угольных пластах // Разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, - 1984. - С.48-53.

35. Качурин Н.М., Кузнецов В.В., Бакунин Е.И., Гусев Н.Д. Прогноз метанообильности очистных участков глубоких шахт восточного Донбасса и оценка допустимой нагрузки на лаву./ТулПИ. Тула. 1985. - 27 с. - Деп. в ЦНИЭИуголь 25.06.85, N3406.

36. Качурин Н.М. Прогноз метановыделения из вмещающих пород на очистных участках // Подземная разработка тонких и средней мощности пластов: Сб.ст./ТулПи. Тула, 1986. - С.87-92.

37. Качурин Н.М. выбор закона сопротивления движения газа в угольных пластах и зонах обрушения при проектировании вентиляции шахт // проблема охраны труда: Сб.ст./Рубежное, 1986. -С.78-79.

38. Качурин Н.М. Влияние очистных работ на фильтрационные свойства вмещающих породпри выемке пологих пластов / ТулПИ. Тула, 1986. - 25с. - Деп. в ЦНИЭИуголь 13.08.86, N3749.

39. Качурин Н.М. Оценка газоносности вмещающих пород и угольных пластов // Геология, поиски и разведка твердых горючих ископаемых. Геологопромышленная оценка угольных месторождений. Сб.ст./ТулПИ. -Тула, 1986. С.96-102.

40. Качурин Н.М. Выделение метана из подработанных и надработан-ных пород в выработанное пространство очистного участка // Известия вузов. Горный журнал. 1987. - N2. - С.54-59.

41. Качурин Н.М. Математическое описание термодинамической системы уголь-газ на основе обобщенного закона сопротивления фильтрации газа // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1988. - С.5-10.

42. Качурин Н.М., Бакунин Е.И. Факторы, влияющие на газообильность очистных участков углекислотометанообильных шахт // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов:Сб.ст./ТулПИ. -Тула, 1989.-С. 132-136.

43. Кизряков А.Д., Колотов В.М. Влияние надработки на газовыделе- ' ние в подготовительные выработки // Анализ и оптимизация технологических схем проведения горных выработок и выемка полезных ископаемых: Сб.ст./Караганда, 1981. С.107-110.

44. Клебанов Ф.С. Аэродинамические методы управления меановыде-лением в угольных шахтах. М.:ИГД им. A.A. Скочинского, 1974. - 31с.

45. Клебанов Ф.С. Аэродинамическое управление газовым режимом в шахтных вентиляционных сетях. М.: Наука, 1974. - 136с.

46. Клебанов Ф.С., Романченко С.Б. Расчет аварийных вентиляционных режимов на шахтах с невысокими вентиляторами главного проветривания // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. -1986.-N4.-С. 91-94.

47. Мясников A.A. Проветривание горных выработок при различных системах разработки. М.: Госгортехиздат, 1962. - 221 с.

48. Мясников A.A., Садохин В.П., Церна Г.И. Неравновесная фильтрация метана в угольном пласте // Труды ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности. -Кемерово, 1973. N19. - С. 16-27.

49. Мясников A.A., Мащенко И.Д., Крикунов Г.Н. Прогноз углекисло-тообильности угольных шахт. М.: Недра, 1974. - 221 с.

50. Мясников A.A. Научные основы метановыделения и проветривания шахт Кузнецкого бассейна. Дис. .докт.техн.наук. - Кемерово, 1968. -426 с.

51. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. М.: Недра, 1979. - 285 с.

52. Петросян А.Э., Сергеев И.В., Устинов Н.И. Научные основы расчета параметров горных выработок по газовому фактору. М.: Наука, 1969.-126 с.

53. Петросян А.Э. Закономерности выделения метана в угольных шахтах и их инженерное приложение. Дис. .докт.техн.наук. - М., 1972. - 358 с.

54. Петросян А.Э. выделение метана в угольных шахтах. Закономерности и их инженерное использование. М.: Наука, 1975. - 188 с.

55. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Углекислый газ в угольных шахтах М. Недра. - 1987. - 142 с.

56. Аэрогазодинамика углекислотообильных шахт / Качурин Н.М., Ковалев P.A., Ефимов В.И., Бобовников A.JL // М. Издательство МГТУ. - -2005.-302 с.

57. Дополнение к "Руководству по проектированию вентиляции угольных шахт". -М.: Недра, 1981. 79 с.

58. Касимов О.И., Капиев Р.Э. О точности определения фактического газовыделения на выемочных участках/ТВопросы проветривания шахт Донецкого бассейна: Сб.ст./М., 1969. -С. 113-122.

59. Сулла М.Б. Научные основы формирования и нормализации атмосферы при подземной разработке негазовых или малогазовых (по метину) угольных шахт. Дис. ,докт .техн.наук. - М., 1982. - 582 с.

60. Печук И.М. Прогноз газообильности высокометаморфизованныхантрацитов // Борьба с газом и пылью в угольных шахтах:Сб. ст./Техника. -М., 1967. Вып. 4. -С. 53-58.

61. Воронин В.Н. Основы рудничной аэрогазодинамики. — М.: Угле-техиздат. -1961. 365 с.

62. Премыслер и.С., Яновская М.Ф. Газовыделение из отбитого угля // Методы определения газоносности пластов и газообильности шахт: Сб.ст. /Госгортехиздат. М., 1962. - С. 73-79.

63. Пригожим И. Введение в термодинамику необратимых процессов. ~ М.:ИНП, 1960.-469 с.

64. Пустовой В.П. Математическое моделирование изменения метано-опасности угольных пластов с увеличением глубины их залегания // Известия вузов. Геология и разведка. -1 77. № 2. - С. 156-158.

65. Пыхачев Г.Б., Исаев Р.Г. Подземная гидравлика. М.: Недра, 1973,537 с.

66. Пыхтеев Г.Н. О точном и приближенном методах решения уравнения неустановившейся фильтрации газа. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1968.-№6.-С.53-57.

67. Пыхтеев Г.Н. Приближенное решение одномерной задачи о фильтрации, газа в угольном пласте с учетом движения забоя // Инженерный сборник: Сб.ст./АН СССР. М., 1956. - Т. XXI. - С. 157-163.

68. Родионов В.Н., Спивак A.A., Цветков В.М. Метод определения фильтрационных свойств горных пород в массиве // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1976. - № 5. -С. 92-96.

69. Ромм Е С. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1966. - 232 с.

70. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. М.: Недра, 1975.-238 с.

71. Рыженко И.А. Методика определения газопроницаемости угольного пласта вокруг выработок // Уголь Украины. 1981. - № 3. - С. 31-32.

72. Рыженко И.А., Рыженко А.И Определение природной газопроницаемости угольного пласта при радиальной фильтрации газа в скважину // Уголь Украины. 1983. - № 3. -С. 30-31.

73. Сергеев И.В., Забурдяев B.C., Рудаков Б.Е. Опыт применения комплексной дегазации в угольных шахтах. М.: ЦНИЭИуголь, 1985. - 46 с.

74. Сергеев И.В., Бухны Д.И. Исследование проницаемости призбойной части выбросоопасных пластов // Вентиляция, борьба с газом и пылью в угольных шахтах. Научные сообщения: Сб.ст./М., 1985. Вып. 236. - С. 3-9.

75. Сергеев И.В. Научные основы и методы дегазации угольных пластов. Дис. .докт.техн.наук. - М., 1973. - 430 с.

76. Скочинский A.A., Лидин Г.Д. К прогнозу метанообильности шахт Донбасса на глубоких горизонтах // Известия АН СССР. ОТН. 1941. - № 1. -С. 76-61.

77. Скочинский A.A., Лидин Г.Д., Гердов М.А. О явлениях быстрого кислородного обеднения в подземных выработках // Известия АН СССР. ОТН. 1943. -№11. - С. 251-273.

78. Скочинский Л.А., Лидин Г.Д. К вопросу об управлении метановы-делением при разработке свит пластов каменного угля // Известия АН СССР, ОТН. 1945. - № 6. - С. 54-59.

79. Скочинский A.A. Некоторые проблемные вопросы в области газа, пыли и вентиляции шахт Донбасса // Уголь. 1945. - № 6. - С. 5-8.

80. Скочинский A.A., Ходот В.В., Гмошинский В.Г. Метан в угольных пластах. М.: Углетехиздат, 1958. - 256 с.

81. Скочинский A.A., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М.: Углетехиздат, 1959. - 638 с.

82. Соколов Э.М., Шилов Н.Г., Качурин Н.М. к вопросу проветривания реконструируемых шахт Подмосковного бассейна //Применение гидравлических расчетов при решении инженерных задач: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1976. -43.-48.

83. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Шилов Н.Г. Газовыделение из выработанных пространств при всасывающем способе проветривания // Известия вузов. Горный журнал. 1977. - № 8. - С.49-54.

84. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Режим движения гаэовоздушной смеси в зонах обрушения Подмосковных шахт//Механизация горных работ на угольных шахтах: Сб.ст./ТулПИ. Тула, 1978. -С. 67-93.

85. Соколов Э.М., Качурин Н.М. Всасывающий и всасывающе-нагнетательный способ проветривания//Безопасность труда в промышленности. 1979. - № 1. - С. 53-56.

86. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Кузнецов A.A. Газовыделение в тупиковые выработки шахт Подмосковного бассейна//Вентиляция шахт и рудников: Сб.ст./ЛГИ. Д., 1979. - С. 72-77.

87. Алехичев С.П., Пучков Л.А. О методике лабораторного определения аэродинамических характеристик смесей кусковатого материала // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1966. - № 6. - С. 71-76.

88. Абрамов Ф.А., Соболевский В.В. О распределении концентрации метана в очистных забоях при работе добычных комплексов // Известия вузов. Горный журнал. 1966. - № 2. - С. 74-78.

89. Аэрогазодинамика выемочного участка / Абрамов Ф.А., Грецингер Б.Е., Соболевский В.В. и др. Киев: Наукова думка, 1972. - 378 с.

90. Айруни А.Т., Бессонов Ю.Н., Смирнов Н.С. Опыт комплексной дегазации участков // Уголь. 1968. - № 6. - с. 61-65.

91. Айруни А.Т., Зенкович Л.М., Рейцына Р.И. Установление границы влияния подработки тонких крутых пластов по газовому фактору // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1972. № 3. - С. 15-17.

92. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с рудничными газами на больших глубинах. М.: Недра, 1981. - 335 с.

93. Айруни А.Т., Зверев И.В., Долгова М.О. Исследование структуры выбросоопасных углей Донбасса // Прогноз и предотвращение газопроявлений при подземной разработке полезных ископаемых: Сб.ст. / ИПКОН АН СССР. -М., 1962.-С. 104-112.

94. Айруни А.Т., Зенкович Л.М., Мхатвари. Т.Я. Искусственное увеличение защитного действия при разработке выбросоопасных пластов / ИНКОН АН СССР. М., 1984. - 53 с. - Деп. в ЦНИИЭИ-уголь 19.06.85, № 3418.

95. Айруни А.Т., Бобин В.А., Гажанов A.A. Оценка экспериментальных данных по равновесной сорбции метана и углекислого газа на ископаемых углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1985. - № 3. - С. 74-81.

96. Айруни А.Т., Бобин В.А., Зверев И.В. Теоретические основы формирования микроструктуры газонасыщенного угольного вещества // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1985. - № 6. - С. 89-96.

97. Айруни А.Т., Бобин В.А. Модель макро-структуры угольного вещества // Известия вузов. Горный куриал. 1987. - № 2. - С. 46-52.

98. Айруни А.Т., Бобин В.А., Зимаков Б.М. Особенности микроструктуры и сорбционных свойств углей по отношению к различным газам // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989.-№ I. - с. 67.

99. Лидин Г.Д. К вопросу о закономерности выделения метена из угля, отторгнутого от массива // Управление газовыделением и пылеподавлением в шахтах: Сб.ст./Недра. М., 1972. - С. 37-41.

100. Лидин Г.Д., Эттингер И.Л., Шульман И.М. О возможности теоретического расчета потенциальной метаносности угольных пластов на больших глубинах//Уголь. 1973. - № 5. - С. 13-15.

101. Газообильность каменноугольных шахт СССР/Галазов P.A., Айруни А.Т., Сергеев И.В. и др. М.: Высшая школа, 1981. - 200 с.

102. Христианович С.А., Коваленко Ю.Ф., Об измерении давления газа в угольных пластах//Физикотехнические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - № 3. - С. 3-23.

103. Фридман И.С. О давлении газа в угольных пластах // Уголь Украины. 1979. - № 10. - С. 30-39.

104. Щербань А.Н., Цырульников A.C., Бондарь И.И. Методика определения газопроницаемости угольного массива. Киев: АН УССР, 1958. - 57 с.

105. Щербанъ А.Н., Цырульников A.C. Газопроницаемость угольныхпластов. Киев: /АН УССР, 1958. - 156 с.

106. Быков JI.H., Левин Е.М., Соколов Э.М. Предварительный прогноз углекислотообильности шахт восточного Донбасса // Проектирование и строительство угольных предприятий: Сб.ст./М.: Недра, 1966. С. 66-68.

107. Быков Л.Н., Соколов Э.М., Левин Е.М. Состав рудничной атмосферы шахт восточного Донбасса и методы оценки уровня газовыделений и эффективности проветривания//Уголь Украины. 1967. - № 5. - С. 45-47.

108. Быков Л.Н., Левин Е.М., Соколов Э.М. Прогноз углекисло-товыделений из выработанных пространств в условиях шахт восточного Донбасса // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. -1967. -№ 6. С. 20-23.

109. Эттингер И.Л. Газоемкость ископаемых углей. — М.: Недра, 1966.223 с.

110. Эттингер И.Л., Радченко С.А. Время релаксации как характеристика метанопереноса в углях // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 1988. - № 4. - С. 97-101.

111. Арье А.Г. Физические основы фильтрации подземных вод. М.: Недра, 1984. - 102 с.

112. Пустовой В.П. Математическое моделирование изменения мета-ноопасности угольных пластов с увеличением глубины их залегания // Известия вузов. Геология и разведка. -1 77. № 2. - С. 156-158.

113. Лейбензон Л.С. Движение природных жидкостей и газов в пористой среде. М.-Л.: Госгортехиздат, 1947. - 244 с.

114. Шашмурин Ю.А. Исследование равномерно распределенных утечек воздуха на апатитовом руднике им. С.М.Кирова/Проветривание карьеров и рудников с большими зонами обрушения: Сб.ст,/ Наука. -М.-Л., 1966. -С. 48-52.

115. Шашмурин Ю.А. Фильтрационные утечки рудничного воздуха. -Л.: Недра, 1970. 176 с.

116. Колмаков В. А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. М.: Недра, 1981. - 135 с.

117. Колмаков В. А. О расчете скорости движения текучих при переменных значениях давления, сопротивления среды и режима // Вопросы рудничной аэрологии: Сб.ст./КузПИ. Кемерово, 1976. - С. 203-209.

118. Колмаков В.А. Разработка теории переноса метана в деформируемых массивах горных пород и атмосфере выработок с целью создания безопасных условий в шахтах. -Дисс. . .докт. техн. наук. Кемерово, 1980. -476 с.

119. Николаевский В.Н. Механика трещиновато-пористых сред. М.: Недра, 1987. - 241 с.

120. Кричевский P.M. О выделении метана из угольного массива в подготовительные выработки // Бюллетень МакНИИ. 1947. - №16. - С. 22-31.

121. Кричевский P.M., Метод прогноза газовыделения в подготовительные выработки угольных шахт Донбасса. Дисс. .канд. техн.наук. -Макеевка, 1950. - 210 с.

122. Кричевский P.M. О природе внезапных выделений газа с выбросом угля // Бюллетень МакНИИ. 1948. - № 16. - С. 6-13.

123. Баренблатт Г. И. Об автомодельные движениях сжимаемой жидкости в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1952. - Т. XVI, № 6. -С. 679-698.

124. Баренблатт Г.И. О некоторых неустановившихся движениях жидкости и газа в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1952. -Т. XVI, «№ 1.-С. 409-414.

125. Баренблатт Г.И. Об одном классе точных решений плоской одномерной задачи нестационарной фильтрации газа в пористой среде // Прикладная математика и механика. 1953. - Т. XVI, № 6. - С. 739-742.

126. Баренблатт Г.И. О приближенном решении задач одномерной нестационарной фильтрации в пористой среда // Прикладная математика и механика. 1954. - Т. XVIII, № 3. -С. 351-370.

127. Баренблатт Г.И., Вишик М.И О конечной скорости распространения в задачах нестационарной фильтрации жидкости и газа // Прикладная математика и механика. 1956- - Т. XX, №6. - С. 411-417.

128. Баренблатт Г.И, Ентов В.М., Рыжик В.М. Теория нестационарной фильтрации жидкости и газа. М.: Недра, 1972. - 288 с.

129. Полубаринова-Кочина П.Я. Некоторые плоские задачи теории фильтрации газа в угольном пласте // Прикладная механика и математика. -1954. Вып. 1. - Т. XIII. - С. 671-673.

130. Зельдович Л.Б., Компанеец A.C. К теории распространения тепла при теплопроводности, зависящей от температуры // К 70-летию А.Ф.Иоффе/АН СССР. М., 1950. - С. 61-71.

131. Тарасов Б.Г. Анализ влияния сдвижения газоносных массивов на их коллекторские свойства и учет этого влияния при прогнозе и управлении газовыделением. Дис. .докт.техн.наук. - Кемерово, 1969. - 446 с.

132. Тарасов В.Г., Колпаков В. А. Газовый барьер угольных шахт. М.: -Недра, 1976.-200 с.

133. Ярунин С.А., Бухны Д.И. Расчет газодинамического состояния призабойной части угольного пласта //Вентиляция и газодинамические явления в шахтах: Сб.ст./Новосибирск, 1981. С. 6-12.

134. Горбачев А.Т. Приближенное решение задачи неустановившейся фильтрации газа, из угольного пласта при плоском одномерном течении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых: 1968. -№6. - С. 58-64.

135. Горбачев А. Т., Кажихов А. В. Численный расчет двумерной фильтрации газа в угольном массиве // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1970. - № 5. - С. 37-43.

136. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. Численное исследование одномерных задач дегазации угольных пластов // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1972. - № 5. - С. 74-83.

137. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. Численные расчеты трехмерных задач дегазации угольных пластов // физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1973. - № 2. - С. 63-92.

138. Горбачев А.Т., Алексеев Г.В., Воронцов Е.В. О трехмерным задачах дегазации угольных пластов // Физико-технические проблемы разработки полезных, ископаемых. 1975. - № 3. - С. 108-111.

139. Пыхтеев Г.Н. О точном и приближенном методах решения уравнения неустановившейся фильтрации газа. Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 1968. - № 6. - С.53-57.

140. Пыхтеев Г.Н. Приближенное решение одномерной задачи о фильтрации, газа в угольном пласте с учетом движения забоя // Инженерный сборник: Сб.ст./АН СССР. М., 1956. - Т. XXI. - С. 157-163.

141. Чарный И.А. Подземная гидравлика. М.: Гостехиздат, 1948. - 387с.

142. Чарный И. А. О методах линеаризации нелинейных уравнений теплопроводности // Известия АН СССР. ОТН. 1951. - № 6. - С.829-838.

143. Ушаков К.З. Динамический метод расчета вентиляции угольных шахт // Технология добычи угля подземным способом. Сб. ст./ЦНИИТЭИугля. М., 1967. - №2. - С. 37-43.

144. Ушаков К.З. О диффузии динамически активных газов в шахтных вентиляционных потоках // Известия вузов. Горный журнал. 1968. - №6. - С. 72-78.

145. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. 153 с.

146. Ушаков К.З. О газовой динамике при работе подземных вентиляторов с рециркуляцией // Безопасность труда в промышленности. 1975. -№6. - С. 44-48.

147. Ушаков К.З. Аэродинамическое моделирование шахтных вентиляционных потоков/физическое моделирование тепловентиляционных лыжных процессов: Сб. ст./Апатиты, 1977. С. 5-11.

148. Ушаков К.З., Бурлаков A.C., Медведев И.И, Рудничная аэрология. -М.: Недра, 1978.-478 с.

149. Ушаков К.З., Пупков л.А., Чижиков Г.И. Ликвидация слоевых скоплений с помощью сеток // Техника безопасности охрана труда и горноспасательное дело. 1983. - №5. - С. 3-5.

150. Лайгна К.Ю., Блюм М.Ф., Виирлайд А.Х. Турбулентная диффузия в стратифицированных потоках подземных выработок // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988.-N1.-С.96-98.

151. Лайгна К.Ю. Анализ и усовершенствование метода расчета массо-обмена при конвективно-диффузионном переносе примесей в подземных горных выработках // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1988. - N4. - С. 110-137.

152. Лайгна К.Ю., Поттер Э.А. Турбулентное струйное течение воздуха в сквозных выработках // Физико технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989. - N3. - С.91-101.

153. Фатуев В.А., Качурина О.Н., Борщевич A.M. Формирование опасных газовых ситуаций в подземных горных выработках / Изв. ТулГУ Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2. 2007. С.101-106.

154. Качурин Н.М., Фатуев В.А., Качурина О.Н. Системный подход и обеспечение безопасности процесса использования минерально-сырьевых ресурсов / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2. 2007. С.106-111.

155. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Системные принципы технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 2. 2007. С.34-40.

156. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Физическая модель и математическое описание движения газа в угольном пласте и вмещающих породах / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 3.2008.-С.171-179.

157. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Теоретическое обоснование ограничения нагрузки на очистной забой по газовому фактору/ Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о Земле». Вып. 4. 2009. -С.84-89.

158. Качурин Н.М., Овсянников Г.Д., Борщевич A.M., Ковалев P.A. Безопасная нагрузка на очистной забой по газовому фактору / Изв. ТулГУ. Естественные науки. Сер. «Науки о земле». Вып. 5. 2009. С. 152-156.

159. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Бухтияров A.A. Прогноз выделения метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта и нагрузка на лаву при интенсивной выемке угля/ Безопасность жизнедеятельности. Вып. 5. 2010. С. 19-24.

160. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н., Бухтияров A.A. Безопасность геотехнологий добычи угля по газовому фактору. М.: Безопасность жизнедеятельности. Вып. 5. 2010. С. 24-28.

161. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Ефимов В.И. Обеспечение безопасности технологии «шахта-лава» по газовому фактору при отработке газоносных угольных пластов // Рудник будущего, Пермь. Вып. 3. 2010. С. 81-88.

162. Качурин Н.М., Борщевич A.M., Качурина О.Н. Системный подход к снижению риска и локализации последствий взрывов метана в угольных шахтах/Изв. вузов. Горный журнал. Вып. 4. 2010. С. 19-24.

Информация о работе

Борщевич, Андрей Михайлович
кандидата технических наук
Тула, 2010
ВАК 25.00.20

Диссертация

Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава" - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Газообмен разрабатываемых метаноносных угольных пластов с шахтным воздухом при интенсивной выемке угля по технологии "шахта - лава" - тема автореферата по наукам о земле, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы