CC BY
25
ШК 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ ; И . ОХРАНА ; ТРУДА»
А.А. Эннс, Л.М. Гусельников, а!Й:. ЬсиПОВ,' 2666' :
УДК 622.817.9:611.184.35
А.А. Эннс, Л.М. Гусельников, А.Н. Осипов
О ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРЕЖАЮЩЕЙ ДЕГАЗАЦИИ ПРИ БЕСЦЕЛИКОВОЙ ОТРАБОТКЕ ВЫЕМОЧНЫХ СТОЛБОВ
фективность дегазации угольных пластов и их спутников при бесцеликовой отработке выемочных столбов в основном определяется принятыми технологическими схемами. Технологические схемы отработки Воркутского месторождения в условиях шахт ОАО “Воркутауголь” характеризуются следующими элементами:
• шахты ОАО “Воркутауголь” отрабатывают свиту пластов, в отработке одновременно находится не менее 2-х пластов;
• производится первоочередная отработка защитных пластов в восходящем порядке;
• применяется бесцеликовая система отработки выемочных пластов с поддержанием выработок на границе с отработанным пространством;
• применяется прямоточная схема вентиляции, обеспечивающая наиболее благоприятные условия проветривания очистных забоев при бесцели-ковой схеме отработки;
• осуществляется достаточно эффективная для бесцеликовой отработки дегазация подрабатываемых и надрабатываемых пластов и спутников в пределах выемочных столбов;
• глубина ведения горных работ составляет 800 - 1000 м.
В соответствии со сложившимися технико-экономичес-кими условиями необходимые нагрузки на очистные забои по защитному пласту Четвертому должны быть не ниже 2400 т/сут, по пласту Тройному - 3600 т/сут, при суточном подвигании забоев - не менее 6 м/сут.
На достигнутых глубинах газоносность угольных пластов Воркут-
ского месторождения составляет 60 -107 м3/т, поэтому при уровне эффективности дегазации 50 -70 % существующие схемы дегазации не обеспечивают в достаточной мере снижения газовыделения по выемочному участку и не позволяют иметь требуемых нагрузок на очистной забой. Фактические нагрузки на очистные забои пласта Четвертого, как правило, не превышают 1000 - 1200 т/сут.
На шахтах ОАО “Воркута-уголь” постоянно ведутся работы по совершенствованию способов управления газовыделением, выполнен анализ применяемых схем вентиляции и дегазации, ведутся научно - исследовательские работы по повышению эффективности дегазации и проветривания очистных забоев.
Проведенный сравнительный анализ применяемых схем дегазации на шахтах Воркутского месторождения позволил выделить ряд присущих им достоинств и недостатков.
Наиболее эффективная схема дегазации, принятая на шахтах ОАО “Воркутауголь” при первоочередной отработке пластов Четвертого и Мощного с расположением дегазационных скважин по контуру выработанного пространства, несмотря на достигнутую высокую степень дегазации в пределах выемочного столба, не обеспечивает эффективный каптаж метана на участке между очистным забоем и началом размещения дегазационных скважин. Этот фактор сказывается на условиях безопасности, так как все крупные аварии, связанные с загоранием и вспышками метана, произошли на расстоянии 40 - 250
м от забоя, в поддерживаемой за лавой выработке.
Дегазационные скважины бурят из поддерживаемых выработок в 100 -150 м за забоем лавы, когда разгрузка спутников уже произошла. Часть газа перешла в свободное состояние и удаляется вентиляционной струей по выработке, поддерживаемой на границе с выработанным пространством. Расположение скважин для дегазации подрабатываемой толщи по контуру выработанного пространства обеспечивает активную работу скважин в течение 5 - 7 месяцев. В результате сдвижения пород в выработанном пространстве и связанной с этим деформации скважин происходит разгерметизация устьев скважин и обычно активная работа их прекращается на расстоянии 400 - 700 м от забоя, что не позволяет эффективно управлять газовым потоком на границе отработанного пространства. Так как бесцеликовая технология отработки обуславливает хорошую аэродинамическую связь между выработками действующего участка и ранее отработанными выемочными полями, то по мере отработки выемочного столба по его длине наблюдается рост газо-обильности, возрастающей в 1,5 - 2,0 раза к концу отработки лавы. Использование разработанных на шахтах способов управления газовым потоком на границе с отработанным пространством достаточно трудоемко и при бесцеликовой отработке характеризуется низкой надежностью. Так, использование прямоточных схем проветривания, увеличение количества подаваемого воздуха не исключает образования местных скоплений в выработке, особенно при внезапных сдвижениях пород в отработанном пространстве, при падении барометрического давления, снижениях скорости движения воздуха в сечении выработки, например, на участке ее перекрепления.
Дегазация пластов-спутников впереди очистных забоев почти не производится. Это объясняется низкой газоотдачей углепородной толщи в неразгруженной зоне без проведения мероприятий по активизации газовы-деления. Кроме этого, бурение скважин впереди очистного забоя непосредственно из прилегающих штреков на подрабатываемые и надрабаты-ваемые пласты недостаточно эффективно, так как после перехода забоя
скважины “срезаются” и через 25 - 40 м обычно отключаются. Работоспособность скважин, пробуренных на надрабатываемые пласты из ниш, при выборе оптимальных параметров заложения, в прочных породах может сохраняться при отходе очистного забоя на 400 м и более, даже при бурении их впереди лавы.
Из приведенного анализа применяемых схем дегазации на шахтах Воркутского месторождения следует ряд выводов, определяющих направление совершенствование схем дегазации. Применяемые схемы и способы дегазации обусловленные бесце-ликовой подготовкой выемочных столбов:
• имеют нестабильный коэффициент дегазации, изменяющийся от 50 % до 70 %;
• не соответствуют передовой технологии очистной выемки с нагрузкой на очистной забой, превышающей 2 -3 тыс. т/сут;
• не обеспечивают безопасных условий ведения горных работ в очистном забое и прилегающих выработках;
• не выдерживается стабильная концентрация каптируемого метана из-за разгерметизации скважин;
• применяемые схемы дегазации не учитывают необходимости дегазации выработанного пространства ранее отработанных участков и каптажа метана из вмещающих пород (за исключением фланговых скважин).
Выполненные исследования и шахтные наблюдения в ходе горноэкспериментальных работ показали, что большая часть приведенных выше факторов, снижающих эффективность дегазации и способов управления га-зовыделением, может быть устранена при надежной изоляции выработок с активной вентиляционной струей от выработанного пространства. На
шахтах ОАО “Воркутауголь” были испытаны различные способы изоляции выработанного пространства. Так применение для изоляции стенки, выложенной из золошлакобетонных блоков с сохранением в выработанном пространстве канала, несколько улучшило состояние проветривания и отвода метана, однако не позволило решить вопрос значительного повышения эффективности опережающей дегазации.
Как показали дальнейшие исследования в наибольшей степени этим требованиям соответствуют технологические схемы подготовки выемочных столбов парными выработками с податливыми неудароопасными целиками.
Технология подготовки выемочного поля спаренными выработками была опробована при отработке выемочного столба 312-ю пласта Четвертого шахты Комсомольская.
Абсолютная газообильность выемочного участка составляла от 20 м3/мин до 45 м3/мин.
Спаренные подготовительные выработки позволили применить наиболее эффективный способ управления газовыделением из выработанного пространства - изолированный отвод метановоздушной смеси за пределы выемочного участка.
Всего с помощью вентиляции с участка удалялось в среднем от 7,3 до 11,0 м3/мин метана. Из них по конвейерному штреку 312-ю отводилось в среднем 20 - 40 % выделяемого в вентиляционную струю метана, а оставшиеся 60 - 80 % метана отводятся изолированно по конвейерному штреку 312-ю “бис”.
Изолированный отвод метановоздушной смеси по неподдерживаемой выработке при подготовке выемочного участка парными выработками улучшает условия проветривания, так
как позволяет изолированно удалять до 80 % поступающего в вентиляционную струю на участке метана. При этом концентрация метана в конвейерном штреке 312-ю не превышала 0,4 %, а в неподдерживаемом конвейерном штреке 312-ю “бис” составляла 0,8 - 1,5 %. Низкая концентрация метана в конвейерном штреке 312-ю и отсутствие контакта с выработанным пространством исключает возможность образования местных и слоевых скоплений метана. За время отработки выемочного участка местных и слоевых скоплений метана в конвейерном штреке 312-ю не наблюдалось.
Наличие второй выработки упрощает организацию работ по дегазации выемочного участка, позволяет устанавливать буровой станок для бурения дегазационных скважин в любой точке конвейерного штрека, не мешая при этом технологическому процессу. Отпадает при этом необходимость в разделке ниш для бурения дегазационных скважин, как при одинарной подготовке. Кроме этого обеспечивается больший угол пересечения плоскости разгрузки пород по сравнению с одинарной подготовкой, что улучшает параметры герметизации скважин и существенно снижает подсосы воздуха через трещины.
Все это позволяет увеличить срок эффективной работы дегазационных скважин до 5 - 8 мес., что в 1,5 - 2,0 раза выше по сравнению со сроком их службы при одинарной подготовке.
Значительное уменьшение смещений пород в кровле конвейерного штрека позволит также применить опережающую дегазацию выемочного столба.
Улучшение параметров дегазации при использовании парной подготовки выемочных участков в условиях пласта Четвертого в итоге позволит увеличить нагрузку на очистной забой до 1800 - 2000 т/сут и повысит безопасность производства горных работ.
