CC BY
166
В.Н. Бобровников, А.А. Эннс, Н.Б. Калинин
ФОРМИРОВАНИЕ ТРЕБОВАНИЙ К ПАРАМЕТРАМ СИСТЕМЫ ГАЗО УПРАВЛЕНИЯ НА ВЫСОКОМЕТАНООБИЛЬНЫХВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ ШАХТ ОАО "ВОРКУТАУГОЛЬ "
^возможности современного очистного оборудования, при-
-Я-М меняемого на шахтах ОАО «Воркутауголь», позволяют добывать 3000-4000 т/сут по защитным пластам "Пятый" и "Четвертый", 6000-8000 т/сут по пласту "Тройной", подрабатываемому "Четвертым", и более 10000 т/сут по пласту "Мощный", подрабатываемому "Пятым" (шахта "Северная").
Однако, при работе высокометанообильных выемочных участков, к которым относятся прежде всего участки пластов "Пятый" и "Четвертый", а также участки "Тройного" и "Мощного" при нагрузках более 4000-6000 т/сут, основным сдерживающим фактором, не позволяющим обеспечить высокие нагрузки на очистные забои, является ограничение по газовому фактору, не позволяющее увеличить производительность очистного оборудования более 1500-2000 т/сут (пласты "Четвертый" и "Пятый").
На шахтах ОАО «Воркутауголь» в течение многих лет проводились работы по внедрению различных элементов газоуправления на высокометанообильных выемочных участках пласта "Четвертый":
- дегазация выработанного пространства подземными скважинами, пробуренными в купола обрушения;
- изолированный отвод метановоздушной смеси из выработанного пространства с помощью газоотсасывающих вентиляторов ВМЦГ-7;
- изолированный отвод метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка за счет общешахтной депрессии;
- устройство изолирующей чураковой или золошлакоблочной стенки на контакте выработанного пространства с поддерживаемой за лавой выработкой с исходящей струей воздуха;
- подготовка выемочных участков парными выработками, с целью создания изолированного отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства.
270
Внедрение этих элементов газоуправления не носило системный характер и, при некотором локальном положительном воздействии на процессы газоуправления, в целом не могло существенно повлиять на возможность увеличения нагрузок на очистные забои. Стоящие перед ОАО «Воркутауголь» задачи по резкому уменьшению количества очистных забоев с одновременным увеличением нагрузок на них требуют новых подходов к управлению газовыделением на выемочных участках, вентиляции и дегазации шахт.
При реализации проектов модернизации угольного производства планируются нагрузки на высокометанообильные выемочные участки пластов "Четвертый" и "Пятый" до 3000-4000 т/сут и более, газообильность участков при этом будет достигать 150-200 м3/мин, вследствие чего важное значение для обеспечения высокопроизводительной и безопасной работы приобретают вопросы управления газовым режимом выемочных участков. Увеличение подачи воздуха на участок ограничено предельно допустимыми скоростями воздушной струи и рациональными, с экономической точки зрения, площадями сечения выработок, в связи с чем необходимо ориентироваться на мероприятия, направленные на предупреждение, снижение или перераспределение метановыделения в пределах выемочного участка.
Для обеспечения планируемых нагрузок, безопасных условий работы по газовому фактору требуется комплексный подход к управлению газовыделением на выемочном участке, учитывающий:
- необходимость достижения максимально возможной добычи угля с учетом установленных действующими нормативными документами ограничений;
- обеспечение безопасности горных и других работ как в обычной рабочей ситуации, так и при вероятном возникновении аварии, в том числе и во время ее ликвидации;
- требования минимизации себестоимости единицы продукции (добытого угля).
Комплексный подход к управлению газовыделением при работе высокометанообильных выемочных участков можно разделить на решение относительно самостоятельных задач по:
- проветриванию выемочных участков;
- дегазации выемочных участков;
- изолированному отводу метановоздушной смеси из выработанного пространства за пределы участка.
271
Увеличение нагрузки на выемочный участок и, как следствие, увеличение газовыделения неизбежно приводит к увеличению количества воздуха, который необходимо подавать на выемочный участок для его проветривания. Потребный расход воздуха для проветривания выемочного участка пласта "Четвертый" или "Пятый" при нагрузках 3000-4000 т/сут достигает 6000-7000 м3/мин, в том числе для очистного забоя - до 1200-1500 м3/мин.
Увеличение сечения выработок выемочного участка при его подготовке одинарными выработками не всегда решает задачу увеличения их пропускной способности, так как существенно увеличиваются затраты на поддержание выработок, что может способствовать низкому качеству выполнения работ по сохранению их проектного сечения. Наиболее рациональным решением задачи увеличения пропускной способности выемочных участков по воздуху является переход на многоштрековую подготовку выемочных столбов (двух-, трех- или четырехштрековую), которая позволяет решать и другие задачи (например, создание изолированного отвода метана из выработанного пространства за пределы участка).
Организация проветривания и потребный расход воздуха должны обеспечивать обособленное разбавление метана по источникам его поступления в выработки выемочного участка. На выемочный участок должны подаваться независимо:
- поступающая струя воздуха для проветривания очистного забоя;
- первая подсвежающая струя воздуха для разбавления метана, поступающего из очистного забоя;
- вторая подсвежающая струя для разбавления метана, поступающего в исходящую струю воздуха из выработанного пространства выемочного участка.
Увеличение пропускной способности вентиляционных сетей и, как следствие, увеличение расхода воздуха на выемочном участке не решает проблему снятия ограничения нагрузки на очистной забой по газовому фактору во всей полноте. В дополнение к этому необходимо решение задач по снижению газообильности выемочного участка (уменьшению поступления метана в вентиляционную струю). Следует решить две различные, но взаимосвязанные друг с другом задачи:
- снижение газообильности очистного забоя;
- снижение газообильности выемочного участка.
272
Задача снижения газообильности выемочных участков в Печорском бассейне решается достаточно успешно с помощью средств дегазации, которая используется на шахтах Воркуты уже более 50 лет. Основным способом дегазации на шахтах ОАО «Воркутауголь» является подземная дегазация выработанных пространств выемочных участков, в которые выделяется газ из выше-и нижележащих пластов-спутников и вмещающих пород. Эффективность применяемых сегодня схем дегазации выемочных участков достигает 70-80 %, что обеспечивает каптирование до 60-80 м3/мин метана с одного участка.
Однако необходимо отметить, что достигнутые объемы капти-рования метана и эффективность дегазации являются зачастую предельными величинами и не могут быть увеличены в силу ряда факторов (недостатков):
- большая протяженность магистральных дегазационных сетей шахт (достигающая 40 км и более по одной шахте);
- высокая изношенность магистральных сетей;
- ограниченная пропускная способность дегазационных сетей.
Следовательно, необходима реконструкция дегазационных
систем шахт ОАО "Воркутауголь" с целью устранения указанных недостатков.
Для достижения высоких нагрузок на выемочные участки (очистные забои) высокометанообильных пластов "Четвертый" и " Пятый" необходимо каптировать из выработанного пространства до 120-160 м3/мин метана, при сохранении эффективности дегазации не менее 70 %. Это может быть достигнуто только комплексными методами дегазации, включающими в себя:
- традиционно применяемые на шахтах ОАО «Воркутауголь» методы дегазации подземными скважинами, пробуренными в купола обрушения выработанных пространств;
- поверхностные дегазационные скважины, пробуренные в купола обрушения;
- изолированный отвод метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка.
Задача снижения газообильности очистных забоев ранее не возникала на шахтах Воркуты, так как нагрузки на забои метано-обильных выемочных участков были не высоки - обычно не более 1000-1500 т/сут. При таких нагрузках весь метан, выделяющийся в очистной забой, удаляется средствами вентиляции. При увеличе-
273
нии нагрузок на очистной забой пропорционально увеличивается и газовыделение из разрабатываемого пласта в забой. Однако количество воздуха, подаваемого в очистной забой, ограничено пропускной способностью сечения очистной выработки и скоростью движения воздуха по ней. При нагрузках 2500-3000 т/сут газовыделение из разрабатываемого защитного пласта "Четвертый" ("Пятый") становится сдерживающим фактором для дальнейшего увеличения нагрузки. Так как средствами вентиляции эта задача решена быть не может, неизбежно встает вопрос о применении предварительной дегазации разрабатываемого пласта.
Предварительная дегазация может быть применена также и для дегазации нетронутого массива с целью снижения выделения метана в выработанное пространство при последующей разработке пласта. Направлениями предварительной дегазации могут быть приняты:
- заблаговременная дегазация массива горных пород вертикальными скважинами с поверхности за 5-8 лет до начала отработки участка месторождения (блока, столба);
- предварительная пластовая дегазация разрабатываемого участка скважинами, пробуренными по углю в процессе подготовки выемочного участка.
Вертикальные скважины для заблаговременной дегазации могут быть в последующем использованы для дегазации выработанного пространства.
Многоштрековая подготовка выемочных участков позволяет создать активный изолированный отвод метана из выработанного пространства следующим образом.
1. По конвейерной выработке, непосредственно примыкающей к выработанному пространству после прохода лавы (при двух-штрековой подготовке), причем эта выработка должна поддерживаться на всем ее протяжении с целью сохранения остаточного сечения не менее 5,0-6,0 м2;
2. По вентиляционной выработке (при трех- и четырехштреко-вой подготовке), причем сбойки между этой и примыкающей к выработанному пространству конвейерной выработкой, которая в данном случае не поддерживается, должны быть свободными, т.е.открытыми, а сбойки между этой выработкой и следующей вентиляционной выработкой, по которой будет отводится исходящая струя воздуха, должны быть заперемычены.
274
Организация изолированного отвода метана может быть осуществлена по таким схемам:
- с помощью общешахтной депрессии метановоздушная смесь отводится за пределы выемочного участка и через смесительную камеру выдается на фланговые вентиляционные выработки;
- с помощью подземного газоотсасывающего вентилятора метановоздушная смесь отводится за пределы выемочного участка и через смесительную камеру выдается на фланговые вентиляционные выработки;
- с помощью поверхностной газоотсасывающей вентиляторной установки метановоздушная смесь отводится за пределы выемочного участка и далее через сеть дренажных выработок выдается на поверхность, при этом для отвода на поверхность метана могут быть использованы погашаемые (исключаемые из вентиляционной сети) и действующие выработки и стволы. пгтт^
— Коротко об авторах -
Бобровников В.Н. - доктор технических наук, Эннс А.А. — инженер,
филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», Калинин Н.Б. - инженер, институт «ПечорНИИпроект».
© В.С. Забурдяев, 2008
В. С. Забурдяев
ОСОБЕННОСТИ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ НА ОЧИСТНЫХ УЧАСТКАХ ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
275
