Опыт управления газовыделением на высокопроизводительных выемочных участках при отработке газоносных угольных пластов на шахтах Угольного департамента ОАО «Испат Кармет»

Баймухаметов С.К.; Баймухаметов Т.К.; Грознов Н.Н.; Полчин А.И.; Хуснутдинов Р.Б.

Р. Б. Хуснутдинов, 2004

УДК 35:533.17

С.К. Баймухаметов, Т.К. Баймухаметов, Н.Н. Грозное,

А.И. Полчин, Р.Б. Хуснутдинов

ОПЫТ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ НА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ ПРИ ОТРАБОТКЕ ГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА ШАХТАХ УГОЛЬНОГО ДЕПАРТАМЕНТА ОАО «ИСПАТКАРМЕТ»

Семинар № 5

ТУ последние годы шахты Угольного

-Я-М департамента ОАО «Испат Кармет» шахты перешли к более совершенному по уровню концентрации и интенсификации горных работ технологическому процессу «шахта-лава», т.е. обеспечение планируемой добычи из одной лавы. Динамика изменения количества лав и среднесуточной добычи угля по УД ОАО «Испат Кармет» за период времени с 1996 по 2002 гг. показана на рис. 1.

Как видно из диаграммы, за последние шесть лет количество очистных забоев сократилось с 33 до 8 , в то же время среднесуточная нагрузка на одну лаву возросла с 780 до 2859 т, при общей добыче угля по угольному департаменту около 10 млн т в год. Сегодня по показателю среднесуточной нагрузки на лаву Угольный департамент вышел на уровень передовых угледобывающих стран. В 2002 г. пять участков на шахтах «Саранская», «Тентекская», им.Костенко, им. Кузембаева, «Шахтинская» добыли более одного миллиона т угля каждый. Осень 2002 г. ознаменовался рекордной добычей угля на шахтах им.Костенко (280 415 т), им. Кузембаева (250 442 т) и «Тентекская» (412 030 т). На шахте «Тентекская» за сутки было добыто 17 528 т, за смену 5320 т. Эти высокие показатели достигнуты в результате целенаправленного технического перевооружения производства. В 2003 г. на каждой шахте Угольного департамента в работе будет находиться лава с нагрузкой 1 млн т и более, при

этом суточная добыча будет составлять 40006000 т, а в отдельные сутки до 10 000 т.

Шахты Угольного департамента отрабатывают угольные пласты высоко газообильные по метану и опасные по внезапным выбросам угля и газа. Газообильность выемочных участков шахт составляет от 30 до 100 м3/мин и более.

Поэтому для обеспечения высокопроизводительной и безопасной работы лав большое значение приобретают вопросы снижения га-зообильности выемочных участков. Увеличение подачи воздуха на участок ограничен предельно допустимой скоростью воздушной струи и рациональными, с экономической точки зрения, площадями сечения горных выработок.

В связи с этим все более широкое применение в угольных шахтах находят и будут находить в дальнейшем мероприятия, направленные на предупреждение, снижение или перераспределение выделений метана в пределах горных выработок.

Динамика изменения количества очистныхзабоев и среднесуточной нагрузки

Рис. 1

Управление газовыделением базируется на применении вентиляции и дегазации, соотношение между которыми предопределяется га-зообильностью горных выработок и выработанного пространства.

Шахты Угольного департамента отрабатывают пласты в сложных горно-геологичес-ких условиях с имеющимися геологическими нарушениями и влиянием подрабатываемого пласта. Из общего газового баланса выемочного участка от 50 до 80 % приходится на выработанное пространство.

Ранее при относительно небольших нагрузках на очистной забой на шахтах широко применялась прямоточная схема проветривания с выдачей исходящей струи воздуха на выработанное пространство. При прямоточных схемах проветривания метан из разрабатываемого пласта и выработанного пространства выносится утечками воздуха в поддерживаемую выработку и, в результате чего в нижней части очистного забоя оставалось от 30 до 50 % от подаваемого в лаву воздуха, и поэтому повышенная концентрация метана наблюдалась на выходе струи из лавы, что приводило к снижению нагрузки на лаву.

На распределение утечек воздуха в выработанное пространство большое влияние оказывают сечение поддерживаемой и вентиляционной выработок, а также структура пород кровли и скорость подвигания очистного забоя.

Также во время первичной посадки основной кровли происходит выдавливание метана из выработанного пространства в поддерживаемую выработку. Как показывает практика, общая газообильность участка увеличивается на 50 %, что приводит к загазированию этой выработки, особенно в районе монтажной камеры. К тому же, при высоких нагрузках, с увеличением скорости подвигания очистных забоев возникают дополнительные трудности и затраты (как людские, так и материальные) на поддержание выработки. Все это является сдерживающим фактором для увеличения нагрузки на очистной забой и рационального использования высокопроизводительной выемочной техники.

В этих условиях технической дирекцией Угольного департамента предложена технологическая схема отработки выемочного участка с возвратноточным проветриванием и спаренной вентиляционной выработкой для обеспечения газового дренажа, которые успешно по-

казали себя на шахте «Абайская» при работе лав 231 К10-С, 221 К10-С.

Особенности технологической схемы заключаются в следующем.

Газо-дренажные штреки проводились выше вентиляционных на расстоянии 25-30 м и соединялись между собой вентиляционными сбойками. Сбойки, расположенные впереди линии очистного забоя, за исключением ближней, по которой отводится исходящая струя из очистного забоя, должны быть изолированы. После перехода сбойки ее изолируют и подключают к дегазационной сети шахты. Для увеличения миграции метана из выработанного пространства в сторону изолированной сбойки на вентиляционном штреке между очистным забоем и сбойкой, по которой отводится исходящая струя из лавы, устанавливается вентиляционное сооружение.

На основании опыта отработки выемочных участков на шахтах «Абайская» и «Саранская» критическое расстояние между сбойками составляет 200 м. При удалении от сбойки от линии очистного забоя за счет увеличения количества отсасываемого или отводимого (за счет общешахтной депрессии) метана регулируется точка разделения потоков, определяющая направление движения струи в сторону газоотводящей сбойки.

Кроме того, при подвигании забоя практически не изменяются вентиляционные параметры газоотвода, так как дренажные сбойки вводятся в работу поочередно и тем самым ограничивается размер проветриваемой зоны выработанного пространства. В результате чего появляется возможность использование таких схем управления газовыделением на пластах, склонных к самовозгоранию. При этом ведется постоянный контроль за ранними признаками самовозгорания угля и содержанием кислорода в выработанном пространстве. Наиболее эффективно данная схема работает на выемочном участке данной шахты 31 К10-Ю. Схема вентиляции и дегазации лавы 31 К10-Ю шахты «Абайская» представлена на рис. 2.

Лава отрабатывает запасы южного крыла по пласту К10, полная мощность пласта составляет 4,45 м, вынимаемая 3,90 м, углы падения пласта не выдержаны и колеблются от 10 до 23 градусов. Размеры выемочного участка по простиранию составляют 1010 м, по падению 155 м, основная кровля пласта - песчаник, серый, мелкозернистый, крепкий, устойчивый, труд-нообрушаемый, мощностью до 25 м. Непо-

Способы извлечения Съем метана м3/мин Эффективность дегазации, %

Р см. К % Р сн4

Средствами вентиляции 2200 0,9 19,8

Изолированный отвод метана из-за перемычки (дегазация) 210,1 25 52,3 49,0

Вертикальные скважины 37,3 85 31,7 29,7

Пластовая дегазация 34,2 8 2,7 2,5

ИТОГО: 106,7 81,4

средственная кровля - аргиллит, темно-серый, слоистый, трещиноватый, средней крепости до слабого, мощностью 5-14 м, легкообрушаемый.

Лава оборудована механизированным комплексом 2 ОКП-70 и выемочным комбайном 1 КШЭ. Среднесуточная нагрузка на очистной забой составляет 5000 т, максимальная составила 6415 т.

Абсолютная газообильность выемочного участка составляет 90-100 м3/мин, а при первичной посадке основной кровли и разгрузке газоносного подрабатываемого пласта К12 (расстояние междупластья 60 м) достигала 172 м3/мин. Динамика изменения газообильности в декабре 2002 г. приведена на рис. 3.

Концентрация горных работ и переход на новую технологическую схему выемки угля потребовало внедрения следующих способов газоудаления.

За изолирующую перемычку в районе монтажной камеры заведены 2 трубы диаметром 325 мм и одна труба диаметром 500 мм, которая заглушена и подготовлена в случае увеличения газообильности для дренажа за счет общешахтной депрессии. Один газопровод диаметром 325 мм работает на магистральную

скважину, пробуренную в газо-дренажный штрек К9, где установлена передвижная ваку-ум-насосная станция, в которой расположены 4 насоса с общей производительностью 125-130 м3/мин, концентрация метана в трубопроводе колеблется от 25 до 45 %, второй газопровод диаметром 325 мм проложен по шахте и работает на вакуум-насосную станцию, расположенную на промплощадке шахты с производительностью 90 м3/мин с концентрацией от 25 до 45 %. Общий съем метана этим видом дегазации составляет от 50 до 80 м3/мин. На вертикальные скважины работает один вакуум-насос и общий съем этим видом дегазации составляет 30-35 м3/мин при концентрации от 75 до 90 %. Вертикальные скважины расположены следующим образом: 1-я скважина в 30 мот монтажной камеры и последующие через 60 м друг от друга. Эти параметры определены с учетом шага первичной посадки основной кровли. Скважины передовой пластовой дегазации пробурены с конвейерного штрека через 12 ми с вентиляционного штрека через 2 м работают на 2 вакуум-насоса и общий съем метана составляет 2-3,5 м3/мин.

Газовый баланс очистного забоя приведен в

Рис. 3. Динамика измсенения газо-обильности выемочного участка лавы 31 К10-Ю на шахте «Абайская» в декабре 2002 г.

таблице. Основная доля в газовом балансе приходится на изолированный отвод метана из-за перемычки на вентиляционном штреке - 52,3 м3/мин, что составляет 49 % от общего съема метана.

Объемы, извлекаемые этим способом, ограничиваются только пропускной способностью газопроводов и производительностью вакуум-насосов.

Как видно из таблицы суммарная эффективность дегазации составила 81,4 %. Основой такой высокой эффективности при общей газо-обильности более 100 м3/мин является взаимодействие средств вентиляции и дегазации при данной технологической схеме отработки выемочного участка. А высокая концентрация и большой объем метановоздушной смеси позволяет использовать метан для нужд шахты при утилизации метана в котельной установке.

Еще одним из важных факторов является содержание метана на сопряжении очистного

забоя с вентиляционным штреком. За счет большого объема отсасываемой метановоздушной смеси (до 200 м3/мин) по погашаемой части вентиляционного штрека со стороны выработанного пространства достигается безопасное содержание метана в «кутке» лавы.

Опыт отработки выемочных участков по этой схеме на шахтах «Абайская» и «Саранская», а также использование комплексной дегазации, позволяет сделать вывод о надежности данной схемы управления газовыделением на высоко газоносных выемочных участках, постоянно иметь ее устойчивую эффективность в 70-80 % и увеличивать нагрузку очистных забоев 10 000 т в сутки и более.

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

Баймухаметов С.К. — доктор технических наук, профессор, технический директор, Баймухаметов Т.К. — кандидат технических наук,

Грозное Н.Н.. Полчин А.И., Хуснутдинов Р.Б. — горные инженеры,

Угольный департамент ОАО «Испат Кармет», г. Караганда.

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ Д Ш ^ ^ & Г 1 А Ц М И

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТГОРНОГОДЕЛА им. А.А. СКОЧИНСКОГО

КОСТРОМИТИН Разработка и обоснование рациональной техно- 25.00.13 к.т.н

Андрей логии флотации труднообогатимых коксующих-

Витальевич ся углей Южно-Якутского бассейна