Совершенствование прогноза опасных аэрогазодинамических процессов при отработке мощных пологих угольных пластов

ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА 11
ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ 11
1.1 Проблемы комплексного освоения минеральных и энергетических ресурсов при подземной разработке угольных месторождений 11
1.2 Риски возникновения опасных газодинамических процессов 21
при отработке мощных угольных пластов 21
1.3 Методические принципы прогноза опасных 33
аэрогазодинамических процессов 33
1.4 Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках и определение количества воздуха 50
Выводы 55
Цель и идея работы. Постановка задач исследований 56
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ПОДЗЕМНЫХ ГЕОТЕХНОЛОГИЙ, ФОРМИРУЮЩИХ ОПАСНЫЕ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ 58
2.1 Исследование технологических схем отработки запасов мощных 58
пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи 58
2.2 Разработка технологических схем отработки запасов мощных 67
пологих пластов с выпуском угля подкровельной толщи 67
2.3 Теоретическое обоснование повышения эффективности 73
технологических схем дегазации метаноносных угольных пластов 73
Выводы 89
ГЛАВА 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОГНОЗНЫХ МОДЕЛЕЙ ОПАСНЫХ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА ОЧИСТНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ УЧАСТКАХ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ 93
3.1 Математические модели опасных аэрогазодинамических 93
процессов на очистных и подготовительных участках 93
3.2 Газовыделение из подкровельной пачки нарушенной структуры 105
3.3 Газовыделение из разрушенного угля на секциях 110
механизированной крепи 110
3.4 Газовыделение из отбитого и разрушенного угля 116
на забойном и завальном конвейерах 116
Рисунок 3.7. Расчетная схема к выводу уравнения, описывающего динамику 117
газоносности отбитого угля на конвейере 117
3.5 Газовыделение в очистной забой из вмещающих подработанных пород 120
3.6 Газовыделение в очистной забой из смежных угольных пластов 124
3.7 Прогноз метановой опасности высокопроизводительной геотехнологии подземной добычи угля и метана при выемке пологих угольных пластов 128
3.8 Прогноз метановыделения и количество воздуха 131
для подготовительной выработки 131
Выводы 140
ГЛАВА 4. ПРОГНОЗ РАЗВИТИЯ ОПАСНЫХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ ПОЛОГИХ 143
УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ 143
4.1 Геотехнологическая характеристика систем разработки по фактору 143
эндогенных пожаров для мощных угольных пластов 143
4.2 Технология оценки опасности возникновения эндогенных пожаров 155
при отработке мощных угольных пластов 155
4.3 Разработка системы комплексного мониторинга эндогенной 159
пожароопасности очистных участков, отрабатывающих 159
мощные угольные пласты 159
4.4. Технология снижения окислительной активности угля, остающегося 161
в выработанном пространстве при обрушении подкровельной пачки 161
Выводы 165
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 167
Список использованной литературы 170

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность проблемы. Россия занимает второе место в мире по запасам угля после США. По прогнозам, с учетом текущего объема добычи в размере 440 млн тонн в год, запасов хватит на 370 лет. Угольная отрасль обеспечивает большое количество рабочих мест (150 тыс. человек, еще 500 тыс. человек заняты в смежных отраслях), приносит существенный объем экспортной выручки. Перспективным направлением повышения эффективности отработки мощных пластов является переход на технологию отработки пластов с выпуском угля из межслоевых и подкровельных пачек. Интенсификация отработки нижних слоев и выпуск угля позволяют обеспечить высокие (до 4500 ? 5000 т/сут) нагрузки на пласт, а за счет формирования межслоевых и подкровельных пачек повысить концентрацию горных работ.
Повышение надежности и энерговооруженности очистного оборудования обеспечило в последнее десятилетие значительный рост нагрузок на очистные забои, что привело к существенному повышению газообильности выемочных участков и изменению их газового баланса в сторону увеличения доли газовыделения из выработанных пространств, особенно для мощных пластов. Сдерживающими факторами технологии остаются высокие потери угля, а также значительное пылеобразование и газовыделение. Кроме того, выбор способов управления газовыделением в условиях Кузбасса ограничивается склонностью углей к самовозгоранию.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА
ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Проблемы комплексного освоения минеральных и энергетических ресурсов при подземной разработке угольных месторождений

Современное развитие угольной промышленности, как в России, так и за рубежом, в основном, предопределяется факторами глобально-экономического характера, находящимися в тесной причинно-следственной связи с внутригосударственной угледобычей, переработкой и потреблением. В обзоре Г.Л. Краснянского [1] подробно проанализирована причинно-следственная связь между развитием угольной промышленности и изменениями в структуре международного рынка энергетического сырья, с учетом нефтегазового сланцевого «бума». Следствием чего стали тенденции по замещению угля сланцевым газом в энергетике, которая традиционно являлась лидером по потреблению угля, например, США. На момент публикации обзора Г.Л. Краснянского [1 - 2] в 2013 году не было ясности с тенденциями по спросу на уголь. Международное энергетическое агентство выдвигало 2 сценария. Оптимистический сценарий развития предполагал увеличение спроса на уголь в 2035 году на 70%. А пессимистический вариант основывался на прогнозном снижении потребления угля к 2020 году. В ближайшей перспективе будет иметь место дальнейшая волотильность цены на нефть и поэтому разработка месторождений сланцевого газа становится нерентабельной, а ситуация в угледобывающем сегменте еще сильнее усложняется.
Отрицательным следствием описанной выше ситуации является то, что возможность проведения прикладных научных исследований и инженерных изысканий по вопросам подземной угледобычи является в значительной степени производной экономического благополучия в отрасли в целом. Это остро ощущается в нашей стране, но, тем не менее, число исследовательских работ за рубежом по проблемам подземной разработки угольных месторождений, опубликованных в ведущих международных изданиях, остается стабильно высоким. Вектор тематик исследований видоизменяется, с некоторым отставанием от динамично меняющихся экономических реалий. В настоящей работе проводится обобщенный обзор научно-прикладных направлений зарубежных исследователей в сфере подземной угледобычи за последние 10 лет. Географически большая часть рассматриваемых работ связана со странами с традиционно развитой угольной энергетикой и угледобычей - США, Австралия, Китай, Польша. Принимается во внимание и то, что развитие инновационных направлений по комплексной и эффективной добыче и использованию угля не должно противоречить отечественным концепциям современного развития. Например, Кузбасский кластер «Комплексная переработка угля и техногенных отходов» и инновационные технологии производства электроэнергии из угля [2], предусматривают расположение производств глубокого передела угольной продукции в непосредственной близости к районам добычи.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Краснянский Г.Л. Сланцевая революция и российский уголь // Российская газета — Федеральный выпуск №5993(17).
2. Кожуховский И.С. Перспективы развития угольной энергетики России // Энергетик №1, 2013.
3. C. Ozgen Karacan, Felicia A. Ruiz, Michael Cote, Sally Phipps Coal mine methane: A review of capture and utilization practices with benefits to mining safety and to greenhouse gas reduction // International Journal of Coal Geology 86 (2011) p. 121–156.
4. U.S. EPA, 2012. Global anthropogenic non-CO2 greenhouse gas emissions: 1990–2030. US Environmental Protection Agency.
5. Heather N. Dougherty, C. Ozgen Karacan. A new methane control and prediction software suite for longwall mines // Computers & Geosciences 37 (2011) p. 1490–1500.
6. C. Ozgen Karacan. Modeling and prediction of ventilation methane emissions of U.S. Longwall mines using supervised artificial neural networks // International Journal of Coal Geology 73 (2008) p.371–387.
7. Т. Имгрунд, А. Шалашинский. Направленное бурение - новая технология для повышения эффективности предварительной дегазации в российских угольных шахтах // Глюкауф майнинг репорт, 2015, март №1 С.16-19.
8. C.R. Clarkson. Production data analysis of unconventional gas wells: Review of theory and best practices // International Journal of Coal Geology 109–110 (2013) p.101–146.
9. Liu, Y., Xia, B., Liu, X., A Novel Method of Orienting Hydraulic Fractures in Coal Mines and Its Mechanism of Intensified Conduction, Journal of Natural Gas Science & Engineering (2015), doi: 10.1016/j.jngse.2015.08.054.
10. Dazhao Song, Zhentang Liu, Enyuan Wang, Liming Qiu, Qinqing Gao, Zhaoyong Xu. Evaluation of coal seam hydraulic fracturing using the direct current method // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 78 (2015) p.230–239.
11. Tingkan Lu, Hong Yu, Tingyang Zhou, Jushen Mao, Baohua Guo. Improvement of methane drainage in high gassy coal seam using waterjet technique // International Journal of Coal Geology 79 (2009) p.40–48.
12. Ihsan Hamawand,Talal Yusaf, Sara G. Hamawand Coal seam gas and associated water: A review paper // Renewable and Sustainable Energy Reviews 22 (2013) p.550–560.
13. Henryk Sechman, Maciej J. Kotarba, Janusz Fiszer, Marek Dzieniewicz Distribution of methane and carbon dioxide concentrations in the near-surface zone and their genetic characterization at the abandoned “Nowa Ruda” coal mine (Lower Silesian Coal Basin, SW Poland) // International Journal of Coal Geology 116–117 (2013) p.1–16.
14. Neville Fowkes, G.Hocking, D.P.Mason, C.P.Please, R.Kgatle, H.Yilmaz, N. vander Merwe. Models for the effect of rising water in abandoned mines on seismic activity // International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences 77 (2015) p.246–256.
15. Luo Pingjia, Chen Ning. Abandoned coal mine tunnels: Future heating/power supply centers // Mining Science and Technology (China) 21 (2011) p. 637–640.

Весь текст будет доступен после покупки