CC BY
64
УДК 622.273.24 + 622.817.4
ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ ЗА СЧЕТ ПОПУТНОЙ ДОБЫЧИ И УТИЛИЗАЦИИ МЕТАНА
Владимир Аркадьевич Скрицкий
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории механики горных пород, тел. (383)217-09-43, 8-913-766-24-53, e-mail: scritsky@mail.ru
Предложена технология совмещения процесса добычи угля с попутной добычей метана, использование которой обеспечит снижение затрат на проветривание выемочного участка, поддержание высокой производительности очистного забоя, предотвращение аварий, обусловленных взрывами метана, а также получение дополнительного экономического эффекта от утилизации попутно добываемого метана.
Ключевые слова: уголь, пласт, метан, проветривание, выемочный участок, выработанное пространство, угле-породный массив, взрыв, дегазация, добыча и утилизация метана.
IMPROVED SAFETY AND EFFICIENCY OF UNDERGROUND FLAT COAL MINING BY MEANS OF COLLATERAL METHANE RECOVERY AND UTILIZATION
Vladimir A. Skritsky
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Dr Eng, Principal Researcher, tel. (383)217-09-43, e-mail: scritsky@mail.ru
The author offers the technology of concurrent coal mining and methane recovery, that will allow working area ventilation cost-saving, higher stope production maintenance, methane explosion accident prevention, as well as additional economic benefit due to utilization of collateral recovery methane.
Key words: coal, bed, methane, ventilation, working area, mined-out void, coal and rock mass, explosion, degassing, methane recovery and utilization.
В настоящее время на юге Кузбасса, по заимственной за рубежом технологии, на Талдинском и Нарымско-Осташковском участках производятся работы по бурению с поверхности протяженных горизонтальных скважин для промышленной добычи угольного метана. Предполагается, что после завершения работ по такой добыче метана угольные пласты будут существенно дегазированы. В результате при последующей отработке их подземным способом, будут исключены взрывы метана, внезапные выбросы угля и газа и прочие опасности, обусловленные метанообильностью угольных пластов.
При очевидной актуальности предварительной дегазации угольных месторождений следует отметить, что, из-за особенностей технологии добычи угольного метана через горизонтальные скважины, пробуренные с поверхности, она не совместима с одновременной подземной добычей угля.
Взрывы метана в угольных шахтах происходят практически ежегодно. Наиболее часто взрывы и возгорания метана происходят в шахтах,
отрабатывающих крутые пласты угля. Однако большая часть таких шахт к настоящему времени уже закрыта, а оставшиеся находятся в стадии ликвидации. Реже взрывы метана происходят и при отработке пологих пластов угля. Но при этом необходимо отметить, что взрывы метана, в случае если происходят в шахтах отрабатывающих пологие пласты, то зачастую имеют катастрофические последствия по количеству одновременно травмируемых людей и масштабу разрушений.
Только в шахтах Кузбасса при отработке пологих пластов за период с 2001по 2007 годы произошло 7 взрывов метана, при которых было травмировано 278 человек, в том числе 234 - со смертельным исходом [1]. В 2010г. на крупнейшей в России шахте «Распадская» тоже произошел взрыв метана, при котором погибло 91 человек, в том числе 20 горноспасателей.
В настоящее время в Кузбассе добыча угля шахтным способом производится преимущественно из пологих и наклонных угольных пластов. Однако опасность возникновения взрывов метана при этом сохраняется. Поэтому, вне зависимости от результатов работ по опытно-промышленной добыче угольного метана через пробуренные с поверхности протяженные горизонтальные скважины, проблема дегазации высокопроизводительных выемочных участков в действующих шахтах и предотвращения в них взрывов метана является весьма актуальной, решение которой имеет также большое социальное значение.
Отработка пологих и наклонных угольных пластов производится системой ДСО. Проветривание выемочных участков в последние годы осуществляется, как правило, комбинированным способом. На рис. 1 представлена схема выемочного участка, используемая при отработке пологих пластов угля системой ДСО.
Рис. 1. Отработка выемочного столба лавой по пласту 50 на шахте «Ульяновская»
Из схемы, представленной на рис. 1, видно, что при подобном способе отработки практически весь метан, выделяющийся в пределах
отрабатываемого выемочного участка, удаляется из шахты средствами вентиляции. При этом следует отметить, что из всего количества метана, выделяющегося в процессе отработки выемочных столбов, до 80% выделяется в выработанном пространстве из надрабатываемого и подрабатываемого углепородных массивов. И лишь порядка 20% метана выделяется непосредственно в очистном забое [2].
При таком раскладе газовыделения в пределах действующих выемочных участков было бы логично из выработанного пространства метан удалять изолированно, минуя вентиляционную сеть шахты. Однако традиционно используемый способ подготовки и порядок отработки выемочных столбов практически исключает такую возможность. Это обусловлено исторически сложившейся практикой, когда вентиляционный и конвейерный штреки от монтажной камеры лавы проходятся на восстание под углом 3-5о. Поэтому очистной забой лавы всегда находится на более высокой геодезической отметке, нежели монтажная камера. В результате лава, по мере её подвигания, постоянно находится на более высокой геодезической отметке, относительно монтажной камеры. Соответственно весь выделяющийся в выработанном пространстве метан мигрирует в направлении максимальной высотной отметки (к очистному забою), скапливаясь в куполах и в обрушенных породах, примыкающих к очистному забою, как это представлено на рис. 2 [3]. Из этого скопления метан поступал и поступает в рабочее пространство лавы. Поэтому, чтобы сократить поступление метана из выработанного пространства в лаву стали использовать комбинированный способ проветривания высокопроизводительных выемочных участков.
Рис. 2. Примыкание скопления метана к очистному забою из-за разности в высотных отметках по длине выемочного столба
Подобное примыкание скоплений метана, том числе с высокой концентрацией метана (в куполе обрушения пород), к рабочему пространству очистного забоя представляет большую опасность, которая порой проявляется взрывами метана, происходящими, как правило, неожиданно и поэтому протекающими с тяжелыми последствиями.
Очевидно, чтобы исключить возможность выделяющемуся в выработанном пространстве метану аккумулироваться в примыкающих к
очистному забою обрушенных породах, необходимо изменить направление отработки выемочного столба таким образом, чтобы монтажная камера лавы располагалась не на минимальной высотной отметке подготавливаемого к отработке выемочного столба, а на максимальной. В этом случае очистной забой лавы постоянно, по мере отработки выемочного столба, будет находиться на меньшей высотной отметке, чем монтажная камера. Соответственно, весь метан, выделяющийся в выработанном пространстве, и метан, частично попадающий в него из очистного забоя, будут мигрировать в направлении монтажной камеры, формируя там, в куполе обрушения пород, концентрированное скопление метана. Из купола обрушения над монтажной камерой метан высокой концентрации, пригодной для утилизации, может удаляться в дегазационный трубопровод через дегазационную скважину, пробуренную из фланговой наклонной выработки.
Схема разработанного в ИГД СО РАН технического решения дегазации выработанного пространства, исключающего возможность метана из выработанного пространства поступать в очистной забой и участвовать в нем и в действующих горных выработках выемочного участка во взрывах, представлена на рис. 3 [4].
Рис. 3. Способ дегазации выработанного пространства и попутной добычи метана при отработке пологих и наклонных пластов угля системой ДСО
Внедрение в производство разработанного в ИГД СО РАН способа дегазации выработанного пространства, при использовании которого будут предотвращены взрывы метана в очистных забоях и в прилегающих к ним горным выработкам позволит не только решить актуальную социально значимую проблему, но и получить существенный экономический эффект. Помимо опосредственного для конкретной шахты эффекта от сокращения
затрат на ликвидацию аварий и от потерь добычи угля, в случае произошедшего взрыва метана, будет получен и реальный экономический эффект. Реально получаемый шахтой экономический эффект будет слагаться из снижения затрат на тепловую и на электрическую энергию.
Так как большая часть метана, выделяющегося в действующих выемочных участках, будет изолированно каптироваться, то количество воздуха, потребное для проветривания горных выработок шахты, понизится при одновременном повышении надежности проветривания очистных забоев. Соответственно, снизится расход электроэнергии для подачи в шахту меньшего количества воздуха. Учитывая, что дебит кондиционного для утилизации метана, добываемого с одного выемочного участка попутно с
-5
добычей угля, может достигать 10-20 и более м /мин, то, в зависимости от применяемого способа его утилизации, также будут сокращены затраты на тепловую или на электрическую энергию потребляемые шахтой.
Следует также отметить, что попутная с углем добыча метана на шахтах окажет положительное влияние и на экологию окружающей среды за счет снижения выбросов в атмосферу метана, который является парниковым газом.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Опарин В.Н., Скрицкий В.А. Аналитический обзор взрывов метана в шахтах Кузбасса // Уголь. 2012. № 2. С. 29-32.
2. Скрицкий В.А., Шлапаков П.А., Колыхалов В.В. и др. О результатах анализа аварий на высокопроизводительных выемочных участках шахт Кузбасса / Вестник НЦ ВостНИИ. - 2013. -№ 1.2. - С. 125-129.
3. Скрицкий В.А. Взрывы метановоздушной смеси в угольных шахтах Кузбасса. Причины и способы их предотвращения // Горная промышленность. 2008, № 4. - С. 78-80.
4. Патент на изобретение № 2360128 (Россия), МПК Е2№ 7/00. Способ дегазации выработанного пространства Опубл. - Б.И. - № 18, 2009.
© В. А. Скрицкий, 2014
