Области использования различных схем управления газовыделением Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

С помощью импульсов высокого давления в пласте создаются искусственные трещины, что повышает газопроницаемость угольного массива. На первом этапе это обеспечивает интенсивную дегазацию пласта скважинами, пробуренными в пласте, на втором - глубокое насыщение угля жидкостью через уже имеющиеся дегазационные скважины. Такая гидравлическая обработка пласта до начала выемки угля существенно повышает эффективность дегазации, снижает пылеобра-зование в забоях, фрикционное искрообразование и отложение пыли в выработках по пути движения исходящего вентиляционного потока. Технико-экономические показатели метода гидроимпульсного воздействия на угольные пласты приведены в материалах конференции Российского

1. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С. Способы интенсификации газоотдачи неразруженных пластов угля в подземных условиях // Современные проблемы шахтного метана. - МГГУ-1999. С. Юб-117.

2. Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Козлов В.А. и др. Способ дегазации надра-батываемой угленосной толщи // Патент РФ на изобретение № 2152518 С1, 7E21F 7/GG, бюл. №19 2GGG.

3. Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Сергеев И.В., Забурдяев Г.С., Козлов В.А. и др. Установка для генерации гидравлических импульсов давления // Патент РФ на изобретение №21273б4 С1, бЕ21С 37/12, E21F 5/GG, бюл. №7 1999.

федерального центра по борьбе с природными и техногенными катаклизмами [4].

Не менее важным в предупреждении взрывов метана и угольной пыли является метод снижения пыле- и искрообразования, изложенный в работах [5-7]. Физическая сущность этого метода заключается в подаче орошающей жидкости в компактном виде непосредственно в источники пыле - и искрообразования в процессе разрушении горного массива. Кроме того, разрабатывается способ дегазации угольного пласта, основанный на кумулятивно-тепловом воздействии на массив угля, при этом кумулятивно-тепловое воздействие производят поэтапно с изменением температуры и давления.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С., Козлов В.А., Сухорукое Г.И. Дегазация и увлажнение угольных пластов - эффективные методы повышения взрыво-безопасности и экологии метанообильных шахт // Двойные технологии. - 1999 - №2. С.36-40.

5. Забурдяев Г.С. Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины // Патент СССР №1819326 A3, 5Е21С 25/38, 35/18, бюл. №20 1993.

6. Забурдяев Г.С. Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины // Патент РФ № 2060387 С1, 6Е21С 35/187, бюл. №14 1996.

7. Забурдяев Г.С. Устройство для подачи орошающей жидкости к резцу горной машины // Патент РФ № 2068497 С1, 6Е21С 35/18, бюл. №30 1996.

Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------------

Забурдяев В. С. — кандидат технических наук, ННЦ ГП - Институт горного дела им. А.А. Скочинского.

-----------© М.В. Писаренко, 2ШІ41

УДК 622.012 М.В. Писаренко

ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ

Семинар № 5

сновное направление технической политики развития шахтного фонда подземной добычи угля идет по пути концентрации производства, за счет применения современных механизированных комплексов с производительностью 4-10 тыс. т угля и более в сутки. Поддержание стабильно высокой производительности очистного забоя невозможно

без применения различных способов управления газовыделением. Повышение эффективности производства требует выявления для конкретных горно-геологических условий наиболее малозатратных и обеспечивающих необходимый уровень безопасности способов управления газовыделением.

Z48

В 80-х годах создана и широко внедрена на шахтах Кузбасса комбинированная схема проветривания выемочных участков с использованием газоотсасывающих вентиляторных установок. Сущность ее заключается в отводе основной части метана, поступающего на выемочный участок. Метан, поступающий в очистную выработку из разрабатываемого пласта и отбитого угля, удаляется вентиляционной струей по системе действующих выработок. Приток метана из выработанного пространства отводится через активные аэрогазодинамиче-ские зоны обрушенных пород по газоотводящим выработкам или скважинам [1-2].

Затраты на комбинированную схему проветривания выемочных участков состоят из двух частей: на буровые работы и на газоотводящую установку, основная доля, которых приходится на буровые работы (ввиду высокой стоимости). Для горно-геологических условий ОАО «Шахта «Комсомолец» и ОАО «Шахта нм.С.М. Кирова» (Кузбасс) определены затраты на осуществление комбинированной схемы проветривания выемочных участков в зависимости от производительности очистного забоя при различных коэффициентах воздухораспре-деления (рис. 1). В первом случаем, она осуществлялась через скважины, пробуренные с поверхности, во втором, как через газоотводящие

№груэа*очстазйз8бо^тУ(ут

;то.и„ скважины, так и через газодре-

*"" “ нажные выработки.

Как видно из представленных [,.р,.лов„., данных комбинированная схема

позволяет обеспечить производительность очистного забоя в довольно широком диапазоне при небольших затратах. Однако реализация данной схемы сопряжена с формированием концентрации метана на выходе из выработанного пространства 3,2-22,7%. Если, согласно мировому опыту, ограничится 3%, то удельные затраты резко возрастают (рис. 1 верхняя кривая). При этом расход воздуха превысит 2500 м3/мин, а коэффициент распределения воздуха более 0,8, что практически нереально осуществить. Поэтому становится необходимо переходить на иные способы управления газовыделением.

Шахты Кузбасса начали применение дегазации с 1951. И достигли высоких показателей, так в конце 80-х годов дегазационными система 48 шахт (60% от общего числа) каптировалось 200 млн.м3/год. Объем бурения дегазационных скважин измерялся сотнями километров. Однако широкое распространение комбинированной схемы резко сократило количество шахт, которые используют дегазацию.

Расширение международного информационного обмена позволило специалистам подробно ознакомится с опытом работы бурения направленных скважин и, основываясь на нем дать описание соответствующих схем дегазации [3], которые были использованы в дальнейших расчетах.

Рис. 1. Удельные затраты на осуществление комбинированной схемы проветривания выемочных участков для горно-геологических условий: а) ОАО «Шахта «Комсомолец»»; б) ОАО «Шахта им.С.М. Кирова»

4000 6000 8000 10000 12000

Производительность очистного забоя, т/сут

25

^ 20 >ч

о.

15

ОЛП

М

> 100м

00 м

со

10

5

15

30 45

Кд, %

Рис. 5.

ностной» сх&Аы дегазации"'

В анализе были приняты две схемы дегазации «Подземная» и «Поверхностная».

1. «Подземная». Предусматривает дегазацию разрабатываемого пласта скважинами, пробуренными из горных выработок, дегазацию выработанного пространства действующих выемочных участков - направленными скважинами (рис. 2).

Ввиду высокой стоимости оборудования для направленного бурения и их отсутствия в Кузбассе при анализе был рассмотрен вариант «подземной» схемы, в котором дегазация выработанного пространства осуществлялась кустовыми скважинами, пробуренными в купол обрушения подработанного массива [4].

2. «Поверхностная». Предусматривает дегазацию разрабатываемого пласта скважинами, пробуренными из горных выработок, а дегазацию выработанного пространства - скважинами пробуренными с поверхности (рис. 3).

Как показали расчеты, затраты на осуществление «подземной схемы» по двум вариантам (с использованием импортного оборудования для бурения направленных скважин и отечественных станков для бурения кустовых скважин) являются близкими. Это объясняется, тем

10 20 30 40 50 60 Кд, %

60

что, несмотря на высокую стоимость оборудования на бурение направленных скважин (примерно в 20 раз дороже отечественной технике), его использование позволяет значительно снизить объем буровых работ.

Удельные затраты на осуществление описанных схем дегазации представлены рис. 4 и 5. Удельные затраты на «поверхностную» схему дегазации определены с учетом глубины бурения скважин.

Сравнение затрат на осуществление двух схем дегазации, позволило установить, что «поверхностная» схема экономически эффективнее по сравнению с «подземной» только до глубины 150-170 м.

Однако применение дегазации требует как значительных первоначальных капиталовложений, так и существенных эксплуатационных затрат. Их компенсация возможна только в условиях соответствующего роста производительности труда и, в первую очередь, по основной продукции шахты - добыче угля. Современные выемочные участки проектируются с производительностью 7-12 тыс. т/сут, для поддержания необходимо уровня безопасности

Рис. 4. Удельные затраты на осуществление «подземной» схемы дегазации

Рис. 7. Область применения различных схем управления газовыделением

Метанообильность участка, м3/мин

- комплексную схема управления газовыделением

- комбинированная схема управления газовыделением

ведения очистных работ, только средствами дегазации необходимо обеспечить уровень ее эффективности более 50 %. Как следует из приведенных расчетов, при этом резко повышаются затраты на ее осуществление, снижается экономический эффект, получаемый за счет высокой производительности очистного забоя, тем самым требуя поиска иных способов управления газовыделением.

Альтернативой рассмотренным схемам управления газовыделением на выемочном участке является комплексная, предложенная в еще в 80-х годах проф. А.А. Мясниковым. Для поддержания нормальной обстановки на выемочном участке она предусматривает применение трех основных способов:

- проветривание;

- газоотвод;

- дегазацию.

Однако научная проработка определения их параметров в условиях совместного исполь-

Рис. 6. Удельные затраты на осуществление комплексной схемы управления газовыделением для горногеологических условий: а) ОАО «Шахта «Комсомолец»»; б) ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» зования до настоящего времени ограничена

уровнем технического предложения. Разработанный подход позволяет определить область эффективной работы основных способов ее составляющих. Однако здесь ограничимся только результатами полученных расчетов.

Удельные затраты на осуществление комплексной схемы управления газовыделением для горно-геологических условий

ОАО «Шахта «Комсомолец» и ОАО «Шахта им. С.М. Кирова» представлены на рис. 6. Для того чтобы, была возможность наглядно сравнить ее с комбинированной схемой проветривания выемочных участков, совместим на одном графике затраты на их осуществления.

Как видно из представленных результатов, реализация комплексной схемы управления газовыделением для условий ОАО «Шахта Комсомолец» экономически невыгодно, даже если учесть что часть каптированного газа будет продана.

Реализация данной схемы для условий ОАО «Шахта им. С.М. Кирова», в условиях высокой метаннобильности выемочных участках и динамичности ее проявления, является не только экономически оправданной, но и необходимым условием обеспечения необходимой безопасности и требуемой производительности очистного забоя. А возможная продажа части каптируемого газа позволит получить дополнительные денежные средства, тем самым, повышая эффективность угледобычи.

Синтез полученных результатов позволил определить, с учетом экономических критериев, область перехода на комплексные схемы

управления газовылением, результаты которых представлены на рис. 7.

Как видно из представленных результатов при метанообильности выемочного участка более 50 м3/т экономически эффективно становится переходить на комплексную схему управления газовыделением.

Таким образом, как показал анализ, совместное использование экономических и

1. Временные рекомендации по снижению газо-обильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин. Кемерово, ВостНИИ, 1986.-30 с.

2. Руководство по проектированию комбинированного проветривания выемочных участков и полей с при-

технологических критериев позволяет обосновать области использования различных схем управления газовыделением, которые для рассматриваемых горно-геологических условий обеспечат не только необходимую производительность очистного забоя, но так же будут экономически более целесообразны.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

менением газоотсасывающих вентиляционных установок для шахт ОАО «Компания «Кузбассуголь». - Кемерово, 200.-123

3. Полевщиков Г.Я., Тризно С.К. Способ дегазации угольных пластов. Патент РФ 2117764 от 08.04.96 г.

4. Руководство по дегазации угольных шахт, Москва, 1990.

і— Коротко об авторах -------------------------------------------------------

Писаренко Марина Владимировна - кандидат технических наук, научный сотрудник ИУУ СО РАН.