МИНИСТЕРСТВО

УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт угольной промышленности ЦЕНТРОГИПРОШАХТ

Временные методические указания по комплексной технико-экономической оценке снижения метанообнльности горных выработок направленным гидрорасчлененнем, физико-химическим, микробиологическим и многостадийным воздействием

Москва 1976

министерство УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

Всесоюзны* научно-исследовательский и проектный институт угольной промьгалекности

ЦШТРОПШРОШАХТ

УТВЕРДШО Всесоюзным объединением "Союзшахто-проект" Митуг лепр ома СССР

29 дека/бря 1975 г.

ЕРЕМЭОШЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КОЖЛЖСИОЙ ТЕХНИКО-ЭКОЯОЮЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ СНИЖЕНИЯ НЭТАНООБИЛЬНОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НАПРАВЛЕННЫМ 1НДРОРАСЧЛЕНЕНИЕМ, ФИЗИК0-ХИМИЧЕСКИМ, М0СР0БИ0 ЛОГИЧЕСКИМ И ИЮГОСТАДИЙНЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ

Мэсква,1976

10

С -коэффициент,учитывающий долю метановыделения из выработанного пространства в лагу (0£С^/)5 ^Q^-коэффициент технической эффективности дегазации разрабатываемого пласта;

коэффициент технической эффективности дегазации выра-ботанноуо пространства;

L -минутная производительность выемочной машины,т/мин.; -коэффициент машинного времени;

-коэффициент неравномерности газовыделения.

Факторы,определяющие рассматриваемое условие доставляют

четыре различные группы:

-    горногеологические fic₄X,_y O_gjr?&_Л17, /Г»)

-    нормативные (У,сУ)    '    '

-    нормативно-технологические [ о₇ л'оз)

-технологические {С,К£,К*, t,Ам}

Поскольку параметры первой,второй и часто третьей группы, как правило,не являются управляемыми,привести в соответствие левую Q₁ и правую части условия (I) обычно можно путем изменения технологических параметров:*

I.Применением более рациональной схемы проветривания выемочного участка,при которой уменьшится метановьщеление из выработанного пространства в лаву (уменьшение С) или конструированием сети выработок в пределах выемочного участка, обеспечивающей частичное или полное обособленное разбавление метана пс источникам его выделения (пласт,выработанное пространство; .

2Л1овышением эффективности дегазации пласта (увеличение ft*) ,либо выработанного пространства (увеличение Д^) ,либо обоих источников метановыделения.

3.Уменьшением производительности выемочной машины против технически возможной путем уменьшения коэффициента машинного времени К у или минутной производительности выемочной машины t .

х/Без учета теоретически возможных изменений нормативных значений У и с£ и в условиях нормированных,принятых технологической схемой значений s«t₀₃.

II

Первые два направления сжижения ограничений нагрузки на лажу по гавежому фактору 6*8 изменения Кц и t методически целесообразно оцеживать по коэффициенту дегазации К*щетинная или усложная глубина которой определяется вышеуказанными мероприятиями.Так,ианржмер,при удельном жесе газовыделения из жыработанного пространства 70%,подсвежение исходящей струи на вентиляционном горизонте аналогично полной дегазации выработанного пространства и обеспечивает тот же эффект,что и мероприятия по снижению газовыделения с коэффициентом дегазации 0,7.Поэтому мероприятия по обособленному разбавлению метана по источникам его поступления ж атмосферу выработок можно также условно отнести к способам дегазации.Однако,применение таких технологических схем связано с дополнительным проведением или поддержанием ряда выработок,необходимость в которых отпадает при использовании различных способов собственно дегазации.

Другим условием необходимости снижения метановцделения является превышение количества воздуха,потребного для разбавления выделяющегося при проходке подготовительной выработки метана,над предельно возможным количеством воздуха,которое можно подать в подготовительную выработку при существующих средствах проветривавия.С учетом рекомендаций И1Д им.А.А.Ско-чинского по определению скорости проходки подготовительных выработок по газовому фактору ( I ] данное условие можно формализовать в следующем виде:

_Пп Q&M

Ц/ ⁼~7Г'

(2)

12

где,кроме названных выше:

производительность вентилятора местного проветривания,м^/мин;

/£ - коэффициент утечек воздуха в стыках между звеньями ^ трубопровода,доли единицы;

Q_f - количество воздуха,которое можно подать в подготовительную выработку при существующих средствах проветривания,м^/мин;

-    нормативная (принятая в технологических cxeiax) скорость проведения выработки,м/мин.;

П - количество обнаженных поверхностей (стенок) пласта;

^2 - размерный коэффициент,равный У1мин.;

-    соответственно полная и вынимаемая мощности пласта,

и;

У - выход летучих веществ из угля,#;

2 - длина выработки,м;

> - объемный вес угля,т/м^;

-    ширина забоя по углю,м;

оГ₀ - концентрация газа в воздухе,поступающем к вентилятору местного проветривания,#.

В отличие от предыдущего,факторы,определяющие рассматриваемое условие,почти все часто выступают в качестве неупревля-емых,так как относятся к горногеологическим    У_Г%Ш_П%

> )формативным (оС) и нормативно-технологическим (т.е. заранее предопределенным технологическими схемами - ( Л ,

Trig %cf₀> I ,£ ,j£).B большинстве случаев лишь    hf

можно считать управляемыми технологическими параметрами.Поэтому в подготовительной выработке имеются два основные возможности привести в соответствие потребное и подаваемое количество воздуха:

•1.3а счет улучшения проветривания - (применения более мощного вентиляторе местного проветривания) увеличить Qj .

Часто эта возможность бывает исчерпана.

2.Снизить по сравнению с нормативной скорость проведения выработки UT

13

С учетом рассмотренных условий (1),(2) задачу управления ыетановыделением в общем виде можно сформулировать следующим образом:

-    при заданной совокупности неуправляемых параметров -X таким образом изменить управляемые технологические (нормативно-технологические) параметры tf очистных и подготовительных работ,чтобы доставить экстремум некоторой стоимостной функции

/. F (X; й) — min fmax)

при уело ВИИ, что.    _

а, с в,

a'iQ', (г¹!

Таким образом,задача сводится к сопоставительному соизмерению затрат и эффектов,получаемых в результате осуществления того или иного способа управления газовыделением (либо их комбинаций),в чреле которых рассматриваются способы дегазации.

Данная общая постановка задачи на практике,разумеется, предстает в более простом виде: обычно снижение производительности. выемочной шоины является вынужденной мерой,на которую приходится идти,если исчерпаны возможности вентиляции и дегазации.

Для отказа от осуществления дегазации с экономической точки зрения необходимо выполнение,по крайней мере,одного из условий:

-    дегазация не обеспечивает существенного роста нагрузки на забой,либо из-за низкой технологической эффективности детазации,либо в случае,когда нагрузка на забой не лимитируется условиями проветривания;

-    изменение параметров и схем вентиляции или параметров других технологических процессов позволяет достичь не меньшего эффекта с меньшими затратами.

14

Исследования и данные практики свидетельствуют о той, что последствия дегазации проявляются практически на всех основных технологических звеньях шахты и могут оказывать существенное влияние на технологию и экономику забоев,участков и шахты в целом.В общем случае выделяются две группы источников эффекта,получаемого при дегазации угольных шахт:

1.0.Прямой эффект:

I.I.Обеспечение условий безопасности.

1.2. Увеличение нагрузки на очистной забой в результате снижения иетановыделения в его рабочее пространство и,как следствие«уменьшение себестоимости и повышение производительности труда в забое.

1.3. Увеличение скорости«снижение стоимости и трудоемкости проведения подготовительных выработок.

1.4. Получение каптируемого метана,пригодного к использованию в промышленных и бытовых целях.

2.0.Косвенный эффект:

2.1. Улучшение условий проветривания,обеспечивающее возможность уменьшения сечений горных выработок и связанных с ними затрат на проведение,поддержание выработок и вентиляцию.

2.2. Возможность повышения уровня концентрации горных работ,уменьшения протяженности сети транспортных и вентиляционных выработок и,как следствие,снижение затрат на подземный транспорт,а также дополнительное снижение стоимости проведения выработок,их поддержания и проветривания.

2.3. Возможность увеличения нагрузки на шахту,реализация которой обеспечивает получение дополнительной продукции и уменьшение удельных затрат по всем основным технологическим процессам (объектам) и шахте в целом.

Указанные виды эффекта в некоторой части могут быть альтернативными и проявляются по разному,в зависимости от конкретных условий,в которых 1амечено осуществить дегаза-

15

дню. Их наличие или отсутствие определяет своего рода число степеней свободы выбора (или изменения) решений, связанных с техникой, технологией и организацией угледобычи.

В общем случав дегазацию следует считать экономически ебоснованной при таком уровне ее технологической эффективности, при котором экономический эффект, достигаемый за счет роста нагрузки на забой и улучшения других технологических параметров горного производства, превышает затраты на осуществление дегазации.

Экономическая эффективность осуществления дегазации и рациональная глубина последней долиты устанавливаться в совокупности с параметрами и элементами вскрытия, подготовки, разработки и проветривания шахтного поля и другими технологическими и организационно-техническими параметрами, позволяющими улучшить вентиляционную систему и способствующими управлению газоводолением.

Поэтому при проведении расчетов по предлагаемой методике основополагающими являются следующие принципы: -экономическому учету подлежат расходы на всех процессах и об"ектах горного производства (статьи затрат), которые прямо или косвенно связаны с осуществлением дегазации и изменением нагрузки на очистной забой (не только по участку, но и за ого пределами);

— из рассмотрения допустимо исключить те стоимостные показатели, величина которых не изменяется под влиянием дегазации;

-если в результате осуществления дегазации могут измениться технологические параметры участка (шахты), которые приведут к изменению качества (сортности,зольности) угля,то в расчет экономической эффективности включается стоимость реализации угля с учетом его качества. Предусматривается выявление источников получения эффекта дегазации и определения затрат г трех возможных варианта:::

А- для дойствущего участка сахты;

Б- для нового участка действующей шахты (при ее

АННОТАЦИЯ

Настоящие методические рекомендации разработаны ЦЕНТРО-ГИПРОШАХТом и Московским горным институтом на основе исследований, выполненных в Московском горном институте,а также результатов опытно-промышленного внедрения новых способов борьбы с метановыделениеы на шахтах Донецкого и Карагандинского бассейнов.

Методические рекомендации посвящены определению капитальных затрат и эксплуатационных расходов по снижению метано-обильности горных выработок методами направленного гидрорас-членения,физико-химического,микробиологического и многостадийного воздействия^ также установлению принципиальной экономической целесообразности осуществления дегазации,выбору наиболее эффективных способов воздействия и расчету экономического эффекта от внедрения рассматриваемых способов.Они могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими институтами,предприятиями и организациями угольной промышленности при разработке«обосновании и внедрении эффективных способов снижения метанообильностч угольных шахт,а также студентами горных вузов и факультетов.

Разработка методических рекомендаций осуществлена канд. техн.наув С.К.Кузнецовым и канд.техы.наук В.М.Еремеевым (разделы 1-7) ,доц.,канд.техн.наук С.А.Яруниным (раздел 8) под научным руководством проф.,докт.техн.наук А.С.Бурчакова.

ОГЛАВЛЕНИЕ

I.Введение....................... ⁷

2«Общие положения .................. ⁸

3. Установление принципиальной эконоиической целесообразности дегазации................... ¹⁶

4. Сравнение и    оценка экономической эффективности способов

дегазации.....................²¹

3.Расчет экономического эффекта от внедрения дегазации 23

6. Стоимостные параметры ............... 25

7. Расчет затрат на дегазацию ............ 42

8«Рекомендуемые области рационального применения отдельных

способов дегазации ................. 47

Литература..................... 64

7

I.ВВЕДЕНИЕ

Одхим is иаяболее эффективных средств борьбы с газом к другим* онаскостями в угольных шахтах являются методы мжого-стадийжоге воздействия жа угодыый массив текучими с целью управденя состояяием пласта путем яаправлеиоге изнеженна его свойств, разработаны# в Московском горком иястятуте под ру-ководотвем В.В.Ржевского, А.С.Бурчакова, Э.М.Москалевхе,

Н.В.Ножкин я. проходяще в яастеяцее время опытио-премыжлеи-кые яспытаня жа шахтах Донецкого я Карагеяднискоге бассейнов.

Приказом Министра угодной промышленности СССР № 258 от 12.УП. 1974г. предусматривается, яачоая с 1976 г., применение новых способов заблаговременного сннхеяня выбросоопасжости, газоебильжости угольных пластов и склонности углей к пылееб-рааоважию в проектах строительства я реконструкции шахт, а также в проектах вскрытия и подготовки новых горивоятов.

Большой размах этих работ делает необходимым наряду с разработкой научно-обоснованных рекомендаций по их техяологян и организации, решить целый комплекс методических и практических вопросов, касающихся экономической эффективности применяемых способов воздействия на угольные пласты.

Настоящая работа содержит общую методику комплексной оценки эффективности указанных способов дегазации на проектируемых, реконструируемых и действующих шахтах и нормативную базу для такой оценки ( в условиях Донецкого бассейна), представленную в виде стоимостных параметров, которые рассмотрены и утверждены В/0 "Союзиахтопроект" Минуглепрома СССР.

Поскольку осуществление дегазации может быть сопряжено с тем или иным изменением технологических решений по участку или шахте, предлагаемая методика предусматривает совокупную экономическую оценку альтернативных вариантов по вскрытию, подготовке, проветриванию м другим основным процессам (об^иек-там) совместно с параметрам! способов дегааации путем соизмерения соответствующих затрат и доходов.

Методика предназначена для:

-установления принципиальной экономической целесообразности осуществления дегазации (порогового уровня критериальных показателей);

8

-определения наиболее экономически эффективных способов, схем дегазации и их параметров (включая рациональную глубину дегазации) в совокупности с технологическими параметрами шахты (участка);

-расчета экономического эффекта от внедрения дотации на строящихся, реконструируемых и действующих шахтах.

В качестве системы основных показателей методика предусматривает вычисление стоимоотиых показателей общей и сравнительной экономической эффективности дегазации угольных шахт: приведенная прибыль, приведенные затраты, сроки окупаемости и коэффициенты эффективности капиталовложений,себестоимость угля. Методика не охватывает расчетов трудоемкости работ, а также показателей, характеризующих уменьшение профессиональных вредностей для здоровья рабочих, повышение безопасности горных работ и создание комфортных условий труда.

2. Общие положения.

Дегазация угольных шахт (как совокупность мероприятий, предусматривающих извлечение или улавливание выделяющегося метана о последующим его каптажем на поверхность или изолированным отводом в исходящую струю, а также физическое иди химическое (биохимическое) связывание метана до поступления его в горные выработки)представляет собой один из способов управления метан выделением. Применению этого способа в каждом конкретном случае должно предшествовать установление: а) возможности и б) целесообразности осуществления пред верительной или текущей дегазации различных источников ме-тановвделения.

Установление принципиальной технической возможности применения дегазации зависит, с одной стороны, от рассматриваемых горногеологических условий и технологических параметров горного производства, с другой стороны, от параметров самих способов дегазации и на современном этапе является сравнительно простой инженерной задачей.

9

Вопросы,касающиеся целесообразности дегазации, более многогранны и затрагивают как технические, так и экономические аспекты. Поскольку дегазация является лишь одним из способов борьбы с метановыделением, в общем случае требуется установить сначала целесообразность осуществления мероприятий по снижению метановвделения вообще, а затем целесообразность того или иного способа проведения дегазации в частности.

Основным условием необходимости осуществления мероприятий по регулированию метановыделения является превышение количества воздуха, потребного для разбавления выделяющегося в очистном эабое метана, над пропускной способностью призабойного пространства. В формализованном виде это условие может быть записано так:

Q_t -0,6 VSK_oid± tK*/(i-K„)(X -*<) *    _(I)

*    (l~Eu)+    Сум ft'f-eJJK/f * @2

Здесь V -допустимая ПБ максимальная скорость движения воздуха в лаве, м/сек.;

$ -площадь сечения лавы, свободная для прохода воздуха, м²;

CL -допустимая ОБ концентрация метана в исходящей струе воздуха,

Л^-коэффициент, учитывающий количество воздуха, пропускаемого за крепью лавы черев выработанное пространство;

J -природная газоносность пласта, м^/т; ^-остаточная газоносность угля, выданного из выработки, м*/т;

(7 -относительная метанообильность, обусловлеи-ная метановыделением из разрабатываемого пласта в призабойное пространство лавы, м³/»;

(Г--относительная метанообильность, обусловленная ' метановыделением из выработанного пространства (га8овыдоление из смежных пластов и пород),м^/т;