РАЗДЕЛ 2
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ
ГАЗОВЫДЕЛЕНИЯ ПРИ РАЗВИТИИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ
2.1 Факторы, определяющие неравномерность газовыделения
в угольных шахтах
В настоящее время известно более двадцати факторов, влияющих на колебания газовыделения в выработки угольных шахт. Основными из них являются природная газоносность пласта, величина добычи угля, длины эксплуатируемых лав, количество лав, которые находятся в работе, скорость подвигания очистных забоев, под- и надработка пластов, схемы и режимы проветривания и т.д. В инженерных расчетах при определении коэффициента неравномерности используют, как правило, один фактор - величину абсолютного газовыделения [66]. Справедливость применения в такой ситуации одного фактора вызывает сомнения.
В работе [66] обобщены экспериментальные данные, приведенные в литературе. Методом корреляции определена теснота связи газовыделения с горнотехническими параметрами и установлены коэффициенты вариаций этих параметров (Kв).
Одной из главных причин колебаний газовыделения называют неравномерность подачи воздуха в горные выработки. При нормальном режиме проветривания согласно [67, 68] значения Кв находятся в пределах 4?19%. В работе [50] произведена обработка экспериментальных данных [1, 69], согласно которой значения Кв находятся, практически, в тех же пределах - 8?20%.
Коэффициенты корреляции (r) между уровнем газовыделения и количеством подаваемого воздуха по результатам этой обработки находились в диапазоне - 0,14?0,35, что свидетельствует об отсутствии связи между факторами в рассмотренных условиях. По данным [67] величина r в исходящих струях лав не превышает 0,5.
Практически все авторы увязывают колебания газовыделения с технологическими процессами и количеством добытого угля. Обработка экспериментальных данных показала, что теснота связи между добычей угля и газовыделением в выработки изменяется в большом диапазоне (r=-0,28?1,00). Это свидетельствует об отсутствии связи между рассматриваемыми факторами в одних условиях и наличии функциональной зависимости в других.
Рассмотрим эти случаи. Согласно обработке [50] данных [69] r=-0,28. Связь отсутствует, так как газовыделение и добыча угля (325т/сут) определялись в целом по шахте и решающее, очевидно, значение имели не дебиты метана при добыче, а газовыделение связано с развитием системы горных выработок. Аналогичный результат (r=0,25) получен при обработке [50] общешахтных данных, согласно [70].
Обработка [50] данных [1] при почасовом учёте добычи угля также показала отсутствие связи между рассматриваемыми факторами (r=0,17?0,19). При суточном учёте добычи угля начинает просматриваться наличие связи, максимальное значение r равно 0,54. Средняя добыча угля, для этого случая, составляла 5,0?11,4т/час. Газовыделение из такого количества отбитого угля и свежеобнаженных поверхностей забоев лав было мало по сравнению с газовыделением с ранее обнаженных поверхностей, что обусловило отсутствие корреляционной связи при почасовом учёте добычи угля.
Влияние величины газовыделения на тесноту связи из разных источников хорошо видно на примере обработки [50] данных при проведении разрезной печи комбайном, приведенных в работе [71]. Корреляционная связь отсутствует между средними значениями газовыделения в ремонтно-подготовительные смены и добычей угля (r=0,22). Эта связь ощутима для среднего газовыделения в добычные смены (r=0,74) и практически функциональная для среднего газовыделения из забоя выработки (r=0,90).
Функциональная связь (r=1,00) получена при добыче угля более 5000т/сут и обработке [50] среднемесячных данных согласно [72]. Следовательно, влияние добычи угля проявляется, когда газовыделение из отбитого угля и свежеобнаженных поверхностей сопоставимы или превышают газовыделение из других источников за определённый промежуток времени.
Колебания добычи угля непредсказуемы и, очевидно, зависят от многих факторов, в том числе и не имеющих непосредственного отношения к конкретным условиям отработки пластов. В рассмотренных случаях коэффициент вариации (Кв) принимал значения 8,9?98,0%, что подтверждает высокую вероятность таких ситуаций .
Теснота связи между скоростью подвигания выработок и газовыделением идентична связи с величиной добычи угля, так как эти факторы взаимокоррелированы. Согласно расчетам [50] по данным [71, 72] r=1,00.
Особый интерес представляет зависимость между абсолютной и относительной газообильностями выработок. Относительная газообильность является производной абсолютного газовыделения и добычи угля и характеризуется высокой степенью непостоянства корреляционной связи с абсолютным газовыделением. Согласно расчётам [50] по данным [1, 69, 70, 72] r=-0,91?0,43. Малая положительная величина коэффициента r (0,43) свидетельствует о незначительном влиянии абсолютного газовыделения в формировании относительных. Высокая отрицательная величина r (-0,91), наоборот - подтверждает преимущественное влияние добычи угля на формирование величин относительной газообильности.
Большой диапазон изменения коэффициента вариации (Кв = 9,6?136,3%) подтверждает нецелесообразность применения относительного газовыделения в качестве базового параметра в инженерных расчётах, так как колебания этого параметра значительно превышают колебания исходных факторов. Такой вывод подтверждается и отсутствием связи между газовыделением из разных источников [45], что свидетельствует о разной степени влияния добычи на газовыделение из отдельных источников.
Из других факторов, определяющих величину газовыделения, следует отметить газоносность разрабатываемого пласта r=0,79 [73], r=0,96 [30], выход летучих веществ r=-0,76 [30], длину лав r=0,53 [74].
Тесноту связи абсолютной газообильности с его неравномерностью определяли [50] путём расчёта r для коэффициентов неравномерности приведенных в [74]. Значения r= -0,22 ? -0,85 свидетельствуют, что абсолютная газообильность не всегда является опреде