CC BY
74
__________________________________________________ © А.Д. Рубан, 2011
УДК 622.831.325.3:622.411.33.004.8 А.Д. Рубан
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДЕГАЗАЦИИ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ УГЛЯ И ГАЗА
Проектирование рациональных технико-технологических решений при создании и реконструкции шахтных дегазационных систем осуществляется на основе разработанного УРАН ИПКОН РАН Промышленного регламента технологии извлечения и утилизации шахтного метана при интенсивной разработке высокогазоносных угольных пластов. Положения документа апробированы на опыте проектирования процесса дегазации в составе проектной документации на ш. им. СМ. Кирова и «Котин-ская» ОАО «СУЭК-Кузбасс».
Ключевые слова: газоносные пласты, разработка, метановыделение, дегазация, промышленный регламент, безопасность, производительность.
Дегазация углепородного массива в современных условиях является ключевым технологическим процессом, обеспечивающим достижение стратегических условий конкурентоспособности подземной угледобычи в России, более трети продукции которой направляется на внешний рынок. Метанообильность ряда шахт РФ при объеме добычи угля до 3-4 млн. т в год достигает 150200 м3/мин. Устранение негативного влияния «газового фактора» предусматривает применение оптимальных в конкретных горнотехнических условиях технологических схем подготовки и отработки угольных пластов, способов вентиляции и дегазации угольных шахт, утилизации шахтного метана (ШМ). Определяющая роль, как показывает анализ причин и последствий аварии на ш. «Распадская» 09-10.05.2010 г. должна отводиться техникотехнологическим решениям по дегазации угольных пластов и выработанных пространств, которые не только обеспечивают снижение интенсивности метановыделения в шахтах, но и добычу ШМ в объемах, пригодных для утилизации, улучшая производственные, экономические и экологические показатели работы шахт.
Эффективность этих технико-технологических решений при разработке метаноносных угольных месторождений в значительной степени определяется существующей нормативно-правовой базой. Введение в действие в 2007 году РД -15-09-2006 [1], разработанного на базе цикла исследований, выполненного специалистами
ИПКОН РАН в 2003-2006 гг., определило обязательность дегазации при разработке угольных пластов с природной газоносностью более 13,0 м3/т с.б.м. и сформировало административный стимул для извлечения и утилизации ШМ при подземной угледобыче из газоносных угольных пластов. Указанное требование обусловило повышение эффективности дегазационных работ в Кузнецком бассейне, как одного из основных инструментов предотвращения вспышек и взрывов метанопылевоздушных смесей в шахтах, и в результате привело к сокращению аварий по данному фактору в период 2007-2009 гг. и внесло свой вклад в тенденцию сокращения смертности на горных работах в 2008 и 2009 гг.- 0,16 и 0,15 чел/млн.т по сравнению с 2005 г.-0,36.
Рост концентрации и интенсификации горных работ в период 2000-2009 гг. и необходимость дальнейшего повышения безопасности горных работ по фактору метанобезопасности, вместе с тем, определяют целесообразность дальнейшего совершенствования данного документа. Поэтому на основе опыта апробации РД 15-092006, исследований 2008-2010 гг. и требований Федерального закона « О внесении изменений в статьи 1 и 14 Федерального закона «О государственном регулировании в области добычи и использования угля, об особенностях социальной защиты работников организаций угольной промышленности» и отдельные законодательные акты Российской Федерации» (в части введения условий по проведению обязательной дегазации шахт), подписанного Президентом РФ Д.А.Медведевым 26.07.2010 г. подготовлена новая версия нормативного документа по дегазации угольных шахт. На проект документа получены отзывы ряда угольных компаний, проектных, научных организаций и сейчас разработчиками документа проведена работа по его корректировке.
Первые результаты апробации РД-15-09-2006 показали, что в условиях низкого уровня эффективности дегазации и состояния в целом технологического процесса извлечения и утилизации ШМ на российских шахтах - объем каптируемого ШМ составляет менее 20% и менее 5% - объем утилизируемого ШМ к объему его выбросов вентиляционными и дегазационными системами шахт, в современных условиях помимо документации, содержащей нормативные требования в части дегазации угольных шахт, необходима разработка технологической документации, содержащей рекомендации по составу технологических стадий процесса извлече-
ния шахтного метана, определению и выбору их параметров и ряду других вопросов проектирования технологического процесса дегазации шахт применительно к конкретным горно-геологичес-ким и горнотехническим условиям разработки газоносных угольных пластов.
Данная работа была выполнена посредством разработки технологического документа - Промышленного регламента (ПР) технологии извлечения и утилизации шахтного метана при интенсивной разработке высокогазоносных угольных пластов, содержащего описание, схемные решения и параметры технологических стадий процессов извлечения и утилизации шахтного метана [2]. Промышленный регламент в разработанной версии содержит максимально возможное число технологических стадий процесса, часть которых в ряде случаев может не реализовываться при извлечении и утилизации ШМ на конкретной шахте в связи с отсутствием потребности в них.
Промышленный регламент интегрированной технологии извлечения и утилизации шахтного метана является основным технологическим документом для разработки проектов дегазации шахты или участка в составе проекта шахты, определяющим технологический режим, порядок осуществления стадий и операций, выполнение требований по охране окружающей среды и выпуск продукции технологического процесса (шахтного метана) надлежащего качества, соответствующего требованиям процесса его утилизации.
Промышленный регламент предназначен для организаций, осуществляющих проектирование, строительство и эксплуатацию систем дегазации и утилизации метановоздушных смесей угольных шахт. Он устанавливает в соответствии с «Методическими рекомендациями о порядке дегазации угольных шахт» (РД-15-09-2006) необходимые требования к процессу извлечения и утилизации шахтного метана при интенсивной разработке высокогазоносных угольных пластов, в том числе:
- требования к проектированию и эксплуатации систем извлечения и утилизации шахтного метана;
- требования обеспечения высокопроизводительной работы метанообильных угольных шахт по газовому фактору;
- требования безопасного воздействия на окружающую среду систем и процессов утилизации шахтного метана;
- требования обеспечения безопасных условий труда для здоровья человека при строительстве, техническом обслуживании и эксплуатации систем извлечения и утилизации шахтного метана.
Перечень основных технологических стадий и операций извлечения метана при подземной угледобыче в соответствии с ПР включает [2]:
- прогноз газоносности углепородного массива и метанообильно-сти выемочных участков и шахты с учетом характеристики угольной шахты или месторождения;
- обоснование необходимости применения и планируемой эффективности шахтных дегазационных систем, стадий и параметров технологии извлечения шахтного метана;
- прогноз объемов извлечения и утилизации шахтного метана;
- схемы подготовки и отработки выемочных участков шахтного поля к интенсивной отработке газоносных пластов с применением средств дегазации, обеспечивающих извлечение кондиционных по метану газовоздушных смесей;
- контроль и управление шахтной дегазационной системой с использованием автоматизированной системы контроля параметров извлекаемых МВС шахтной дегазационной системой;
- ряд других технологических стадий и операций.
Проверка положений Промышленного регламента выполнена
на шахте им. С.М.Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс» при отработке пластов «Болдыревский» и «Поленовский», метаноносность которых на существующих горизонтах составляет 15-16 м3/т с.б.м. При среднесуточной добыче угля в течение 2008 года, равной 1215 тыс. тонн, метанообильность шахты составила в среднем 177,9 м3/мин. В сложных газовых условиях отработки пласта «Бол-дыревский» среднесуточная нагрузка на лаву достигла 13 тыс. тонн рядового угля. Горно-геологи-ческие условия шахты характеризуются наличием сближенных пластов угля «Болдыревский» и «По-леновский» при первоочередной отработке пласта «Болдырев-ский», оказывающего надрабатывающее влияние на выработки пласта «Поленовский», что осложняет ведение горных работ и требует своевременной и эффективной их дегазации [3].
Согласно положениям РД-15-09-2006 и Промышленного регламента извлечение МВС на шахте осуществлялось с использованием следующих способов:
- дегазации разрабатываемых угольных пластов «Болдырев-ский» и «Поленовский» в блоке №3 (лавы 24-48 ... 24-53, 25-9G ... 25-93) скважинами, пробуренными из соответствующих упомянутым пластам конвейерных и вентиляционных печей, водоспускных и промежуточных штреков;
- дегазации подрабатываемых сближенных пластов «Брусни-цинский» и «Майеровский» и выработанных пространств скважинами, пробуренными из пройденных по пласту «Болдыревский» выработок над целиками угля между вентиляционными и конвейерными печами, а также скважинами, пробуренными с земной поверхности на действующих и ранее отработанных выемочных участках пласта «Болдыревский»;
- дегазации выработанного пространства на участках пласта «Поленовский» подземными скважинами, пробуренными над куполами обрушения из конвейерных печей.
Кроме скважинной дегазации угольных пластов и выработанных пространств метановоздушные смеси (МВС) отводились от очистных забоев с помощью газоотсасывающих вентиляторных установок, расположенных на земной поверхности..
Из сближенных подрабатываемых угольных пластов «Брусни-цинский» и «Майеровский» МВС извлекались на участке действующей лавы 24-53 через 3 вертикальные скважины с использованием передвижных дегазационных установок (ПДУ) в объеме 44 м3/мин (расход смеси 63-68 м3/мин при концентрации метана 6i-65 %) или 63,4^ iG3 м3/сут. Из выработанных пространств ранее отработанных участков МВС извлекались через 4 наземные вертикальные скважины, расположенные в верхней части отработанных лав по пласту «Болдыревский», с расходом 28,2 м3/мин. Таким способом, каптированные из старых выработанных пространств МВС (после отработки пласта «Болдыревский» на участках лав 24-5G, 24-5i и 24-52) подавались через сборную вертикальную скважину в магистральный дегазационный трубопровод и далее - на центральную вакуум-насосную станцию. Средствами дегазации в 2GG9 г. извлекалось в среднем 65 м3/мин метана и утилизировалось 38 м3/мин метана при средней его концентрации в каптируемой смеси 58%.
Для более полного извлечения ШМ предусматривается задействовать максимальные возможности имеющихся на шахте средств дегазации, исключив при этом применение газоотсасывающих вен-
тиляторных установок, которые отводят МВС из выработанных пространств действующих лав на пластах «Болдыревский» и «По-леновский», с последующим выбросом их в атмосферу Земли с концентрацией метана 3% в объемах 30-40 м3/мин метана.
Новыми элементами процесса проектирования шахтной дегазационной системы (ШДС) на основе ПР являются:
1. Автоматизированная система контроля (АСК ШДС) параметров МВС в шахтной дегазационной системе. Испытания АСК ШДС успешно проведены на шахте им. С.М. Кирова - в автоматизированном режиме измеряются параметры каптируемой газовоздушной смеси в участковом, магистральном дегазационных трубопроводах и на оборудовании утилизации ШМ [4].
2. Технология построения геопространственной модели шахтного поля на базе ArcGIS для оценки прогнозных ресурсов ШМ в пределах шахтного поля [5].
3. Технология выявления локальных коллекторов метана в углепородном массиве [6].
4. Технологические модули дегазации углепородного массива и выработанных пространств, интегрированные в типовые схемы подготовки и разработки газоносных пластов при высокоинтенсивной отработке в условиях конкретных шахт [5].
К настоящему времени с использованием положений ПР выполнены проекты дегазации для шахт им. С.М.Кирова и «Котин-ская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» и рудника «Удачный» АК «АЛРОСА». Опыт проектирования и реализации шахтных дегазационных систем показывает, что использование высокотехнологичных способов извлечения и утилизации ШМ обеспечивает не только достижение нормативных параметров рудничной атмосферы по газу при ведении подземных горных работ, но и иметь достаточно высокие экономические показатели проектов утилизации ШМ [7]. Для этого необходимо обеспечивать эффективность дегазации выемочных участков с применением новых способов дегазации разрабатываемых и сближенных угольных пластов 6070% и более. При этом, разрабатываемые и сближенные пласты должны дегазироваться с максимально возможной эффективностью, первые - до 35-45%, вторые с применением фланговых и участковых скважин, либо скважин, пробуренных с земной поверхности - не менее 50-70%.
Выводы
1. Разработка Промышленного регламента технологии извлечения и утилизации ШМ создала технологическую базу проектирования шахтных систем извлечения и утилизации ШМ при интенсивной отработке газоносных угольных пластов в составе как проектов шахт, так и для проектов дегазации выемочных участков.
2. Разработка и внедрение технико-технологических решений, включенных в ПР и удовлетворяющих требованиям РД-15-09-2006, обеспечили достижение производительности очистных забоев и безопасности горных работ по фактору метанобезопасности, соответствующих лучшей мировой практике в сопоставимых горногеологических и горнотехнических условиях разработки высокогазоносных пластов угля.
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-і5-09-2006). Серия 05. Выпуск i4 /А.Д.Рубан, В.С.Забурдяев, В.Б.Артемьев, С.Н.Подображин.- М.:НТЦ «Промышленная безопасность», 2007.- с. 256. - ISBN 978-5-93586-458-3
2. Артемъев В.Б. Промышленный регламент технологии извлечения и утилизации шахтпого метапа в процессе разработки высокогазоносных угольных пластов подземным способом /В.Б. Артемьев, А.Д Рубап, В.С. Забурдяев, Е.П. Ютяев //Уголь. - 20i0.-№2. - С. i8-20.
3. Рубан А.Д. Опыт высокопроизводительной работы очистных забоев па метаноносных угольных пластах. /А.Д.Рубан, В.Б.Артемьев, В.С.Забурдяев, А.К.Логинов //Уголь. - 2009. - №iG. - С.3-6.
4. Захаров В.Н., Кудрин С.С. Автоматизация процессов дегазации и утилизации метапа при отработке метаноносных угольных пластов. Уголь.-20Ю. - №7.-С. 28-3G.
5. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов // А.Д.Рубан, В.Б.Артемьев, В.С.Забурдяев и др. /Справочное пособие. М., Горпая книга, 2GiG.
6. Захаров В.Н. Мониторинг строения, гео- и газодинамического состояния углепородных массивов при эксплуатации углегазовых месторождений. //Тезисы докладов Международной конференции «Коммерческое использование нетрадиционных ресурсов метапа и отходов сельскохозяйственного производства». М., 26-27 мая 2009 г. С. 45-46.
7. Рубан А.Д., Артемъев В.Б., Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С., Руденко Ю.Ф. Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах. М., УРАН ИПЕСОН РАН, 2009, 396 С. НІШ
— Коротко об авторе ----------------------------------------------------
Рубан А.Д. - член-корр. РАН, УРАН ИПКОН РАН, info@ipkonran.ru
