Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности Әож 622. 817. 47

Қазылған бос кеңістіктен газ шығуына кен – тех­нологиялық қазу алабының өңдеу жағдайы үлкен әсерін тигізеді. Газ шығару факторының жағымсыз жағдайы өңделіп жатқан лавалар қазылған кеңістікпен қоршалған болса. Бұл жағдайда күмбез опырылуы бола алмайды және қазу жұмыстары кезінде лавадан кейінгі қазылған бос кеңістіктен кенеттен пайда бола­тын үлкен қуыстықтар интенсивті газ шығаруына әке­ліп соқтырып, барлық жыныстарды қозғалысқа әкеле­ді. Көмір қабатын қазып алу барысында кен қысым әсерінен қабаттар бір-біріне жақындасуы, жарықшақ­тардың пайда болуы және газ өткізгіш жыныстың өз­геруі жоғарыда тұрған жыныс қалыңдығының қозға­лысына әкеп соқтырады. Бұл құбылыстар десорбация мен кен өңдіруге жақындалған қабаттардың метан жылжыту жағдайларына әкеліп соқтырады. Бұл жерде газ өткізу мөлшері мен қарқыны жоғары болған сайын қабаттардың жақындасуы газдылық пен қотырудың деңгейін жоғарылатады [1].

Қазылған бос кеңістіктен газ шығаруы шықпаған көмір қабатының әсері тиеді. Жұмыстарда [3] шықпа­ған қабатты және көмір қабатының қуаттық қазба қа­батының асыру қуаты, қазылған кеңістіктен алынған газ шығаруы барлық аудан дебитінің газы 80-85%-ды құрайтын қуаттық қосындысын белгілейді. Қазылған бос кеңістіктен спутниктердің және көмірдің газ шы­ғару қабатының болмауы минималды, мысалы, дара қабатты өңдеу барысында газдың балансы 10-20%-ды құрайды.

Өңделген қабаттың ысырылып шөгілуі жүйесінің қорытындысы әсерінен 3 қабат пайда болады: ұсқын­сыз опырылу, жыныстардың жарықшақтары және үзі­ліссіз бірыңғай жыныстардың бөгілу зонасы.

Ұсқынсыз опырылу жыныс қабатында жатқан кө­мір қабатындағы метанның барлығы қазылған кеңіс­тіктен өңдеу қабатқа барып өтеді. Көмір қабатының кен қысымының шығару жүйесіндегі және ұсқынсыз опырылу қабатының жоғарыда орналасқан қабаттау, ыдырау қабаттары пайда болып толықтырылатын интенсивті десорбация әсерінен бөлінетін метан. Кен қысымының төмендеуі және газ өткізгіштің ұлғаюы шектегі күмбез зонасындағы жыныстардың қозғалуы олардың бірыңғай үзілістігінен метан сөгіліс қуыстан қазылған кеңістікке ауысады [6].

Метанның орын ауысуының негізгі жолы өңдел­ген қабаттардан пайда болатын жарықшалар, әсіресе күмбездің опырылу шекарасында. Бірыңғай үзіліссіз ысырылып шөгілуі зонасында метан қазба алабының бөлігіне барып түседі.

Өңделген көмір қабатының газсыздандыру дәре­жесі табиғи факторлармен байланысты болады: филь­трациондық және қазба аралық жыныс қалыңдықтың физика-механикалық құрамы, қуат, өңделген қабаттың құлау бұрышы және кен техникалық шарттар (лава ұзындығы, жабындының басқару әдісі, тазалау кенжа­рының жылжу жылдамдығы).

Қазылған кеңістіктен метанның режимге байланы­сы бөлініп шығу көлемдігіне лаваның ұзындығы мен жылжу жылдамдығы әсер етеді [6, 7]. Лаваның 200-300 метр ұзындығы барысында қазылған бос кеңістік­тен метан бөлініп шығу бөлігі жоғарылайды. Бұл лава ұзындығының үлкеюі жыныс қалыңдығының дефор­мациясына шығатын күмбез қотаруының өсуіне әке­луімен түсіндіріледі. Бұрын өңдеу учаскесіне метан өткізбейтін көмір қабатының жанама қатары мен таби­ғи қабаттары кен қысымынан қопарылған зонасына түсіп қазылған кеңістікке барып газ бөліне бастайды. Қопарылған күмбездің ұзындығы тазалау үңгірлердің өлшемінің өсуіне анықталған белгіге дейін ұлғаяды, әрі қарай мөлшердің ұлғаюы өзгеріссіз, яғни лаваның ұзындығы күмбез опырылу мөлшерін анықтаусыз әсе­рі соңғы мөлшерлерге күмбез ұзындығына ешқандай әсерін тигізбейді. Тазалау үңгірлердің ұзындығы күм­без қотаруының опырылу мөлшері оның өзінің 240-280 метр-ге [5] дейін өзгеруі әсерін тигізеді.

Енді қазылған бос кеңістіктен алынған метан қоз­ғалысын қарастырайық. Толық қопарылу зонасында және белгілі мерзімде жыныстар қатарының жақында­ну өзгерісі кен қысым әсерінен күйрейді. Жыныстар­дың ысырылып шөгілуі табиғи ашылуына және со­нында көмір жүйесінің – метанның бір қалыпты жағ­дайын өзгеріске соқтырып газ өткізгіштік жарықтар пайда болуына соқтырып, жақындалған пласттардың газ өткізгіштігі ұлғаяды, өңделген қабаттардағы газ қысымының төмендеуі басталады. Қабаттағы газ қы­сымы – жарықтарда пайда болған газ қысымына қара­ғанда спутникте айтарлықтай көп. Сондықтан жыныс­тардың опырылу қозғалысының бос газдың бөлігі қазу учаскесіндегі депрессия қозғалыс зонасына түседі, одан барып лаваның забой іргелік кеңістігіне түседі. Қазылған бос кеңістіктен түскен метан комбайнымен жұмыс істеу барысында және жай комбайнның жұмы­сы барысында забой іргелігінде байқалып тұрады. Бұ­дан, қазылған кеңістіктен метан қозғалысы тоқтаусыз және уақыт бойынша өзгеріссіз және тазалау кенжарға қарай горизонтальді жазықтық жыныстардың опыры­луда өтетін қазылған кеңістіктің бойымен қозғалатын бірқалыпты түрдегі ағым болып табылады.

Тазалау кенжардың жылжу жылдамдығы қазылған кеңістіктен лаваға өтетін газ өткізгіштің мөлшері үлкен әсерін тигізеді, мысалы, Қарағанды бассейнінің «Тентекская» шахтасының Д₆ қабаты 2-ші солтүстік лавасындағы қазылған кеңістіктен лаваға түскен газ шығуы 2 есе кем жылжу жылдамдығы ұлғаю бары­сында 90 %-дан – 69 %-ға дейін қысқарды. Қазылған кеңістіктің метандықтың қатынасының төмендеуі тазалау кенжардың жылжу жылдамдығының ұлғаюы­мен, дегенмен аздау жылжу барысында жабындылар­дың максималды бір – бірінен ажырау болады, яғни жылжу жылдамдығының ұлғаюымен қазылған кеңіс­тіктің әсерімен төмендейді [4].

Өңделген қабаттан белгіленген метан бөлінуі ме­тандану қатынастағы жылжу жылдамдығына байла­нысты емес, ал оның қазылған кеңістіктен бөлінуі та­биғи жылжу жылдамдығына байланысты болады.

Қазылған кеңістіктегі аз қуатты қабаттарды қазу барысында қосарлама жыныстардың қотару эллипсои­ды аз қуатты қабаттарды қазу жұмыстарына қарағанда өлшем бойынша әлдеқайда төмен болады, бұл қазыл­ған кеңістіктегі лаваларға метан лаваға түсетін газ кө­лемін ұлғайтатын қабат пен қабатшалардың алшақтал­ғанын куәләндіреді.

Қазу жұмысының тереңдігі өсуімен көмір қабаты­ның табиғи газ өткізі жоғарылайды. Қарағанды бас­сейнінің қазу жұмыстарының 100 метрден 700 метрге дейін тереңдігінің ұлғаюы барысында қазылған кеңіс­тіктен газ шығаруының ұлғаюы шахтаның метандану қатынасы 2 есеге өсіп, 20-дан 40 м³ /т-ға дейін өсуіне әкеледі [5].

Көмір шахтасында газданудың өсуі тазалау үңгір­лер мен дайындалған газдалған жиіліктен өтуімен қазу тереңдігінің ұлғаюымен байланысты. Кузнецк бассей­ніндегі жарылыстың 65,9 %-ға дейінгі метан жарылы­сы осы үңгірлерде болады [6]. Қарағанды, Кузнецк, Донецк көмір бассейндеріндегі өтетін үлкен апаттар көрсеткіші өте жоғары, бұл апаттардың негізгі себебі үңгірлердің газ жиналуы, оттың лаулауы мен кен үң­гірлеріндегі атмосферадағы метан жарылысы, қазба­лар алабының қазылған бос кеңістіктегі көмірдің өзді­гінен тұтану болып табылады [7].

Жұмыста [1] қазылған бос кеңістіктегі жанама қа­баттар ішіндегі жыныстарды араластыру құралынан өңдеу қабат пен қабат аралық жыныстарды қуаттан газ шығарудың қатынасы зерттелген. Бірақ онда қа­зылған бос кеңістік бойынша газ орналастыру заңды­лығы қарастырылмаған және қауіпті жинақталу орын­дарда газ концентрациясының қалыптасуы қазылған бос кеңістіктегі стационарлы режимдегі желдету газ­дылықтың деңгейінен байланысты болмайды, қазыл­ған бос кеңістікке түсетін газ дебиті қалыпты ауаның кемуі оның көлеміне тең болып, газ динамикалық тепе – теңдігін сақтайды [4]. Қазылған бос кеңістіктегі жиіліктегі турбулентті диффузия қатарында спутник­тегі газ қысымының артықшылығы бойынша газдың жылжыту күші орнын белгілейді, бұл көлденең ағымда­ғы оның орналасуы үлкен бірқалыпсыздыққа әкеледі.

Тәртіпсіз құлау зонасындағы қоспаның қозғалысы үлкен ортаға ұқсайтын ортада қолданылады. Қатар көлемнің өзгеріссіздігі газ көлемінің өзгеруі қазылған бос кеңістіктегі жыныстар мен көмірден, спутниктер­ден алу саны бойынша өтеді.

1-суреттегі қазылған бос кеңістіктегі жыныс құл­дырауы қазылған бос кеңістіктің терең арақашықтық­тан кедергінің аэродинамикалық қатынасы, берілген 110-150 метр қашықтықта аэродинамикалық кедергі­нің жыныс құлдырауы кенеттен ұлғаюы басталатын­дығы белгіленген.

1-4 суреттерінде қазылған бос кеңістіктің терең қашықтығынан байланыста метан концентрациясы­ның өзгеруі қатынасы, ауа депрессиясы және жыныс өткізгіштік қатаң тексеріледі. 40-50 метр қашықтықта метан концентрациясының ұлғаюы мен депрессиясы­ның төмендеуі және жыныстардың өткізгіштік құбы­лыстары болады. Бұдан активті зонаның желдетуі 40-50 метр құрайтынын көруге болады. Бұл көрсеткіш өңделген жота өзгерісінің есебі бойынша лаваның газ қауіпті болжамының детерминарлық бөлігінің тандау дұрыстығының негізгі болжамын береді.

Сонымен қоса лава ұзындығының өзгерісі, жылжу жылдамдығы және ауа санының қатынасымен қазыл­ған бос кеңістіктегі метан концентрациясын өзгеріс қатынасы алынған қазылған бос кеңістіктегі лава ұзындығының ұлғаюымен және метан концентрация­сындағы ауа саны төмендейді, ал лава жылжу жыл­дамдығы ұлғаю барысында – ұлғаяды (4 – сурет).

1-сурет – Лава (R_x) қашықтығымен қазылған

2-сурет – Лава (R_x) қашықтығының қазылған

3 – сурет – Лава (R_x) қашықтығын толықтыру (К_р)

4 – сурет – Лава ұзындығы (Д_л), жылжыту

Тазалау үңгірлердің жылдамдықтың ұлғаюы қа­зылған бос кеңістікте метан концентрациясының ұл­ғаюы жыныс жабындының деформациясына әсер ете­тін жылдамдықпен түсіндіріледі. Оның ұлғаю әсері­нен жыныстардың опырылуы бірқалыпсыз болып, кенеттен және тазалау үңгірлерге метан түсуінің көзі болатын қабат – спутниктарға дейінгі жарықшалар пайда болу зонасына тез таралады. Сондықтан көмір қабатының жабындысындағы өңделетін қабаттар олардан бөлініп шығатын газдың ұлғаюын шақыратын бірыңғай үлкен өзгерісімен тұнады.

Жабдықтың қазып алу жүрісі ұйтқылы, атқарушы органның жалпыланған әрекеттестік күштері көмір әрекетінен басталады. Сонымен қатар жалпыланған күштердің күрделі тәуелділігі кездейсоқ және период­тылық құрама бөліктердің кескінінде көрсетіледі. Күштердің ең көп дисперсиясы кездейсоқ көмірдің қарсыласу күштерінің бұзылу құрамасының бөлігіне тиісті (60-80 пайыз). Периодтық құрама бөліктерінің арасындағы ең көп нығызды тарату дисперсиялық жиілігі тең құрамаға ие (20-40 пайыз). Осы дисперсия­ға жонғыш жылдамдықты беру толық қысымы мәнсіз ықпалды тигізеді. Атқарушы органның жетек жүктеме серпіні техникалық ресурстарға және комбайнның өнімділікті тазартуға теріс әсер еткенде, жүктеменің бірінші дәрежелі төмендеуі бірқалыпсыз және ол мән­сіз мәселе болып табылады.

Өндіргіш машинасының жылдамдығын өсіруде энергетикалық ресурстары шектеулі, ал энергия қорларының өсуі габариттік өлшемдерінің үлкеюіне әкеледі. Ол қатты еңістелген қатпарларды өңдеуге кедергі келтіреді. Сондықтан өндіргіш машинасының динамикалық эффекті факторының төмендеуі болып, өндіргіш машинасы – 4 КН тасымалдау жүйесінің қаттылығына әкеп соғады. Бұл байланыста салмағы м = 6000 кг тең өндіргіш машиналарының қатаңдығы с ≥ 50∙10⁵ Н/м болған дұрыс. Бұл жағдайда автотербе­ліс жылдамдық өзгергенде гармоникалық тербеліске көшеді. Бұл шек өндіргіш машинасының массасы 5000÷6000 кг бағыттағыш бола алады.

Өндіргіш машинаның ВМФ түріне гидродомкрат­ты беріліс жүйесі тиімдірек екенін тізбексіз зерттеу мен конструкциялық беріліс жүйесінің анализі көрсе­теді. Ол конструкцияның жеңілдетуіне, габариттік өлшемдер мен массаның кішіреюіне жеткізеді. Сол ар­қылы ықшамды өндіргіш машинасын салуға болады.

Механизмдегі орналасуының өндіргіш машина түріндегі конструкция қабілетінің артықшылығы мен кемшілігін ескере отырып, өндіргіш машинаның 4 КН механизміне келесі талаптар қойылады:

– автоматизациялы енгізу процесіне ыңғайланған болу керек;

– қатты еңістелген қатпарлардағы кез келген забой орнында өндіргіш машинасы 4 КН нақты фиксацияны орындау қажет;

– тартымның жұмыс беті тегіс болу керек;

– транспорттайтын жүйенің сымсыз жерінде қи­сық сызықты өндіргіш машинасымен 4 КН жүруіне үйренген болу керек;

– иілмелі ілу механизмі әрқашан бағытталған пол­зунмен байланысты болу керек.

Осы талаптардан ауытқыған кезде, қатты иілген қатпарлар, механикаландырылған бекітпе мен авто­маттандырылған басқару беріліс үшін гидродомкрат­ты конструкцияның орналасуы берілген.

Факторлардың бірі болып параметрлерінің енуіне бұрыш ықпал етеді (угол атаки – көлденең жазықтық­тың жұмыс бетінің бұрышы). Жазбалар анализі – V = const α_a үлкейгенде берілген күші көбейгенін көрсетті.

Бұл мәселелер әртүрлі жолмен шешіледі, ең көп танылатындары: ұрғыш органның құрылымының өзге­рісі (жонғыштарды жайғастыру), қаттылық жүйесін арттыру, жылжу жылдамдығының көбеюі. Ұрғыш ор­ганның құрылымының өзгерісі атқарушы органында­ғы жетек жүктеменің бірқалыпсыздығының төмен­деуінің жалпы пайыз үлесі аз қатынасқа тиімді. Зерт­теу нәтижесінде, жылыту жүйесінің қаттылығының ең көп әсері арттыру жылдамдығының жетістірілуі.

Қазып алу жабдығының текше бөлімінде α_n = 0° болғандағы (жебенің орнату бұрышы φ = 42°), қозға­лыс тәуелділік кестесі 1 – суретте көрсетілген. F_n бері­ліс күші орташа мәнге тәуелді, α_a қармау бұрыштың артуы, V_n беріліс жылдамдығы артады. Беріліс күші­нің орташа мәні жұмыс органдағы қозғалтқыштарды тұтынатын қуатпен сүйемелденеді, жіберу гидроци­линдрлік НП120 басқарылуы сорғышпен беріледі және шығыс өзгерісіне алып келеді. Осыған орай, жұмыс органының қозғалтқыш тұтынылатын қуаты көрсетілген шектеуге сүйемелденеді (N_p = 32-35 кВт), α₀ қармау бұрышының оңтайлы F_n және V_n мәндері тұрақты.

Берілген диаграмма бойынша, V_n беріліс жылдам­дығы қармау бұрышымен параболалық тәуелділікте көрсетілген.

1 – cурет – Беріліс күшінің тұрақты орташа мәні,

2 – сурет

мұнда η_об – жұмыс органының тиімді ісінің мәні.

Осыған орай табылған мәндердің арқасында М_к, N_p тиімді мәндерде V_n қарастыруға болады.

Қазу машинасының параметрлерінің орын ауыс­тыруы – беру жылдамдығы V_n және F_n күшінің берілуі ұрғыш қабықшасындағы жұмыс жүрісінің шектелген моменті М_к жұмыс құралының электрқозғалтқыш жұ­мыс құралының қуатымен N_p байланысты.

Алдын ала өзара және келтірілген факторлармен байланысып, келесі түрде келтірілген:

F_n = f {A, α_n, m_η, φ, N_p, R_c, h_м, σ_м, V_η, l_y}, (2)

мұнда А – кесу бұрышының қарсылығы, кН/м;

Бұл факторлардың әсері әртүрлі негізгі факторлар­мен және өзара факторлармен байланысқан. Олардың арасындағы байланысты қарастырмас бұрын массив­тің қопару әдісін есепке алу қажет.

Өндіргіш машинамен, қазу машинасымен қопару­ды 3 негізгі түрмен жүргізуге болады. Күштің берілу қалпын қопару кезінде оны факторлармен сәйкес етіп қарастырамыз.

1 – графикте қопару қабықшасындағы ұзындыққа келесі қуат платасындағы тербеліс нұсқауын енгізу­мен жүргізіледі. Бұл жағдайда V_n және F_n параметрле­рі тек қабықшаны енгізумен анықталады және көмір қуысы қазу машинасындағы циклды қазумен орында­лады. (2)-де берілген күштің келесі түрде берілуі анықталады:

= f

мұнда l_з – түбінің ұзындығы;

Бұл ретте көліктің салмағы түпкілікті ойықты болып есептеледі:

= f

2 – графикте (2-сурет) көліктің берілуі толассыз жүзеге асады, түпкілікті ортаның жылдамдығымен (φ = φ_i = const) жұмыс органының қондырғысы түпкі­лікті бұрышта берілген. Осы қопару көмірдің және жанбайтын көмірдің бөлек ойығы үшін қолданылады.

= f

= f

= f

Қазу машинасының салмағы тұрақты және қопару тәсілі бойынша ұқсас параметрлеріне қарамастан кей­бір тәуелділікте F_n мағыналары әртүрлі болады. Қазу көлігінің орын ауыстыру барысында пласттың құлау бұрышы және сым өткізу салмағының тәуелділігіндегі тазарту қопаруының ұзындығы әсер ету мүмкін. Осыған қарай F_ln келесі тәуелділікте анықталады: F_ln = f (a_n, l_з, f_T, σ_м, V_η) Орын ауыстыру параметрлері­нің мағынасына әсер ететін негізгі мәнді бір көліктің түсу деңгей бағытындағы қозғалысы болып саналады. Осыған орай V_nі және F_nі мағыналарының қазу бөлігі жоғары және төмен қозғалыс бөлігі болып қарастыры-

лады. Сонымен, қазу көлігінің қозғалысының барысы­на қарай V_n және F_n параметрлері он сегіз түрлі тәуел­діліктермен табылады және де қазу көлігінің конст­руктивті параметрлерінің өзгеру тәуелділіктерінің са­ны ұлғаяды. Көліктің биіктігі h_M ұлғаюы бекітілгенде мерген бұрышының ұлғаюы жерге енгізу барысында беру күшін азайтады.

Осы өзгерістерге қарай h_M енгізу астарлы беру кү­шінің ұлғаюына алып келеді, себебі φ мағынасы нөлге жақындалады (φ → 0). Қарастырылған тәуелділіктерде мергеннің жерден қозғалу осіне дейінгі биіктігі шектеуінде алына алады, осыдан беру жыл­дамдығы ұлғаяды және қазу бөлігінің өнімділігі өседі. Пласттің құлау бұрышының орын ауыстыру параметр­леріндегі әсері: талдағыш, стенд, кен орын сынаула­рында зерттелген. F_n = f (V_η, А, m, φ) тәуелділігін анықтауда бүкіл зерттеу кешенінің нәтижелері қолда­нылады.

Сонымен әр нұсқаның әсері бөлек анықталған, осы анықтама өндіргіш машинасы – 4КН қазу бөлігі­нің жобалау процесінде орын ауыстыру параметрлерін таңдауға мүмкіндік береді. Орын ауыстыру параметр­леріне үлкен әсер ететін келесі параметр пласттің алу қуаты m болып саналады. Пласттің алу қуаты m орын ауыстыру параметрінің үшінші тәсіліне әсер етеді, бе­ру жылдамдығына байланысты беру жылдамдығы:

(8)

мұнда V_0m1 – жоғары қопарудың жылдамдығы, м/с;
V_0m2 – төменге қопарудың жылдамдығы, м/с;
V₀ – қопарудың бастапқы жылдамдығы, м/с;
l_k – қопару коронкасының ұзындығы, м/с;
M – пласттің алу қуаты, м.