CC BY
69
____________________________________ © В.Н. Бобровников, В.А. Зуев,
О.И. Казанин,
2009
УДК 622.411
В.Н. Бобровников, В.А. Зуев, О.И. Казанин
СХЕМЫ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТВОДА МЕТАНА ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ШАХТ ВОРКУТЫ
Посвящена развитию и совершенствованию способов и средств изолированного отвода метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка. При высокой метанообильности выемочного участка изолированный отвод метана, дополняя средства вентиляции и дегазации, позволяет создать безопасные по газовому фактору условия для угледобычи. Следовательно, тема данной статьи является важной и актуальной. В статье предложены научно обоснованные схемы изолированного отвода метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка.
Ключевые слова: газообильность угольных пластов, метановоздушная смесь, общешахтная депрессия, воздухоподающая выработка.
Для достижения планируемых высоких техникоэкономических показателей на основе преодоления газового барьера требуется комплексное решение проблемы управления газовыделением выемочного участка, учитывающее, наряду с мероприятиями по вентиляции, решения, связанные с совершенствованием дегазации свиты пластов, а также методов изолированного отвода метана из выработанного пространства.
Отвод утечек воздуха из очистного забоя может осуществляться по дренажным выработкам, трубопроводу с помощью газоотсасывающих установок, поддерживаемым выработкам с устройством смесительных камер в них, неподдерживаемым выработкам. Данный перечень элементов схем управления газовыделением относится к способу изолированного отвода метана из выработанного пространства, который применяют тогда, когда удаление метана из выработанного пространства средствами вентиляции и дегазации не в состоянии обеспечить необходимую по условиям безопасности его концентрацию в исходящей вентиляционной струе лавы или участка.
Учитывая высокую газообильность угольных пластов Воркут-ского месторождения, представляет практический интерес реализа-
ция способа управления газовыделением из выработанного пространства, включающего использование, наряду с общешахтной депрессией, газоотсасывающего вентилятора, неподдерживаемых выработок с устройством по длине участка отвода утечек смесительной камеры, а также дополнительных элементов, например, скважин большого диаметра и поддерживаемых выработок. Прототипы способа широко применяются на шахтах Донбасса, Кузбасса, Караганды, но все они предусматривают ликвидацию местных скоплений метана на сопряжении очистных забоев с вентиляционным штреком при возвратноточных схемах проветривания выемочных участков.
В связи с изложенным представляется логичным на основе анализа известных схем прямоточного проветривания с подсвеже-нием и наличием дренажных выработок обосновать новые элементы применительно к выемочным столбам длиной 1,5-4,0 км и высокой газообильности выемочных участков. Так, при использовании прямоточной схемы проветривания и подаче на выемочный участок пласта Четвертого Воркутского месторождения расчетного количества воздуха по трем подготовительным выработкам (по конвейерной и двум вентиляционным, из которых конвейерная и вентиляционная - спаренные), исходящая лавы и часть потока метановоздушной смеси, вымываемой из выработанного пространства в виде утечек, поступает по поддерживаемой за лавой дренажной выработке в направлении к отстающей вентиляционной сбойке - и далее на рельсовый вентиляционный штрек (нижнюю парную выработку) - за пределы выемочного участка. Изолированный отвод остальной части потока метановоздушной смеси осуществляют за счет общешахтной депрессии по неподдерживаемой части дренажного штрека на одну из фланговых выработок, из которой затем по скважине большого диаметра эта часть потока поступает в выработки подработанного смежного пласта Тройного для разбавления до безопасной концентрации. Существенным в данном варианте является то, что изолированный отвод метановоздушной смеси осуществляют при обеспечении необходимого поперечного сечения дренажной выработки на всем протяжении отрабатываемого выемочного столба путем либо упорядоченного опускания на почву кровли выработки, которая закреплена вдоль границы с выработанным пространством заданным образом, при определенном соот-
ношении ее ширины и высоты, либо поддержанием дренажной выработки другим способом.
Достоинство схемы состоит в возможности постоянного изолированного отвода метановоздушной смеси на всем протяжении выемочного столба при обеспечении необходимого поперечного сечения дренажной части конвейерного штрека.
Анализ вариантов схем проветривания свидетельствует о том, что по условию исключения образования местных и слоевых скоплений метана в дренажной выработке за лавой расстояние между вентиляционными сбойками определяется влиянием зон метановы-деления, проявляющихся под воздействием разгрузки пластов-спутников, и колеблется в интервале 60-100 м. При отработке выемочных столбов по падению или восстанию схемы проветривания выемочных участков и изолированного отвода метана аналогичны схемам при отработке выемочных столбов по простиранию.
Расчеты показали, что для обеспечения нагрузки на забой 5-10 тыс. т/сут и более по условию управления газовыделением на пластах с высокой газообильностью вентиляционный штрек (нижняя парная выработка) должен быть пройден поперечным сечением, равным не менее 17-20 м2, а при повторном использовании его сечение должно быть не менее 11,0-12,8 м2.
Конвейерный штрек (верхняя парная выработка) должен иметь поперечное сечение не менее 14 м2, а со стороны выработанного пространства для обеспечения пропускной способности до 600 м3/мин метановоздушной смеси, т.е. утечек, его поперечное сечение в поддерживаемой части должно оставаться не менее 5,0-6,0
м2. Поперечное сечение сбоечных печей должно быть не менее 7-9
2
м.
Расчеты также показали, что для обеспечения устойчивого проветривания высокопроизводительного выемочного участка на его границе должны быть пройдены, по крайней мере, две фланговые вентиляционные выработки при наличии на основном горизонте также не менее двух воздухоотводящих и воздухоподающих выработок. Кроме того, с целью обеспечения обособленного проветривания подготовительных забоев действующие выемочные блоки (панели, столбы) шахт должны быть оконтурены сетью дополнительных выработок. Поперечное сечение указанных выработок должно быть не менее 19,0 м2.
На основании изложенного и сообразуясь с основными методическими положениями технологических схем очистных и подготовительных работ рекомендована схема подготовки и система разработки мощного пологого пласта Мощного Воркутского месторождения длинными столбами по падению с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства с помощью общешахтной депрессии (рис. 1). Отвод метановоздушной смеси осуществляется через смесительную камеру. Схема рекомендована с учетом первоочередной подработки пласта Мощного пластом Пятым. Относительнаяметанообильность выемочного участка пласта Мощного не превышает 28-30 м3/т.
На рис. 2 представлена схема подготовки и система разработки пологого пласта Четвертого Воркутского месторождения длинными столбами по простиранию с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства с помощью подземного газоотсасывающего вентилятора. Отвод метановоздушной смеси за пределы выемочного участка осуществляется по частично поддерживаемой или неподдерживаемой выработке, служащей дополнительным аэрогазодинамическим каналом, и скважинам большого диаметра, соединенным с газоотводящим трубопроводом вентилятора типа ВМЦГ-7.Другой вариант этой схемы предусматривает перенос жесткого трубопровода на 600-700 м и переключение его на новые скважины большого диаметра по длине выемочного столба в связи с влиянием слеживаемости обрушенных пород в выработанном пространстве пласта Четвертого. Такой же перенос на 600-700 м смесительной камеры в процессе подвигания лавы по пласту Мощному в связи с влиянием слеживаемости обрушенных пород предусмотрен и в схеме согласно рис. 1.
На рис. 3 представлена схема подготовки и система разработки пологого пласта Мощного с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства по дренажной выработке. Отвод метановоздушной смеси осуществляется с помощью поверхностной газоотсасывающей вентиляторной установки типа УВЦГ-15, которая оборудована на вентиляционном стволе шахты. Для обеспечения безопасной эксплуатации выемочного участка, при условии изоляции дренажной выработки от действующих выработок как невзрыво-, так и взрывоустойчивыми перемычками, концентрация метана
Рис. 1. Схема подготовки и система разработки мощного пологого пласта Мощного длинными столбами по падению с изолированным отводом метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка с помощью общешахтной депрессии через смесительную камеру (на рис. 1, 3 в случае проветривания проходческих забоев вентиляторы местного проветривания условно не показаны)
Рис. 2. Схема подготовки и система разработки пологого пласта Четвертого длинными столбами по простиранию с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства за пределы выемочного участка с помощью подземного газоотсасывающего вентилятора: 1 - скважины; 2 и 3 - соответственно, фланговый вентиляционный уклон и конвейерный штрек смежного подработанного пласта; 4 - перемычка; 5 - газоотводящий трубопровод; 6 - вентилятор ВМЦГ-7; 7- неподдерживаемая выработка; 8 - квершлаг; 9 - смесительная камера
Рис. 3. Схема подготовки и система разработки мощного пологого пласта Мощного длинными столбами по простиранию с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства по дренажной выработке за пределы выемочного участка с помощью поверхностной газоотсасывающей вентиляционной установки
в дренажной выработке не должна превышать 2 %. Вентиляционная установка должна состоять из рабочего и резервного вентиляторов. вгеге
Bobrovnikov V.N., Zuev V. A., Kazanin O.I.
SCHEMES OF METHANE ISOLATED DRAW ASIDE FROM THE WASTE AREA OF EXCAVATION SECTIONS OF VORKUTA MINES
The circuits of separate methane removal from the gob outside the working section are developed. The circuits allow to mine coal gas safely.
Key words: gas-suction installations, gas emission, gas fullness of coal seams, excavation areas.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Бобровников В.Н. - доктор технических наук,
Зуев В.А. - кандидат технических наук,
филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», fspggi@vorkuta.com
Казанин О.И. - кандидат технических наук, филиал СПГГИ (ТУ) «Вор-кутинский горный институт».
