CC BY
34
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
1Т/*онцепция развития угольной отрасли неразрывно связана с
-»V увеличением нагрузок на подземные очистные забои и проектированием выемочных участков мощностью не менее 2-3 млн т угля в год. Техническое перевооружение, ориентированное на высокопроизводительную технику, и реализация возможностей механизированных комплексов выполнимы лишь при условии эффективного управления газовыделением средствами вентиляции и дегазации.
Наиболее распространенным в Кузбассе способом управления газовыделением до недавнего времени являлся изолированный отвод метана из выработанного пространства с помощью газоотсасы-вающих вентиляторных установок. Однако, с увеличением глубины разработки и, следовательно, газоносности угольных пластов даже при существующих объемах добычи угля газовыделение из разрабатываемых пластов и выработанных пространств существенно выросло и является ограничивающим фактором высокопроизводительной добычи угля и подземной безопасности, причем последняя с увеличение нагрузки на очистной забой существенно усугубляется. Это особенно ощущается в призабойном пространстве лавы.
Чтобы обеспечить нормальное проветривание очистных забоев и выработок выемочных участков с нагрузкой 5 тыс. т в сутки и выше, необходимо применять дегазацию путем весьма эффективного принудительного извлечения метана из основных источников его выделения. Более того, опыт эксплуатации лав с использованием газоотсасывающих вентиляторных установок показал, что, во-первых, число вспышек и взрывов метановоздушных смесей на шахтах Кузбасса значительно возросло, во-вторых, по мере удаления лавы от газоотсасывающей скважины эффективность газоотсоса резко падает, снижается надежность проветривания лавы и участка и, в-третьих, объемы вредных выбросов метана в атмосферу растут, безвозвратно теряется экологически чистый энергоноситель, наносится вред экологии в угледобывающих регионах.
Эффективным мероприятием по снижению метановыделения на добычных участках является реализация работ по дегазации с последующей утилизацией каптируемого метана. Необходимо извлекать высококонцентрированные по метану газовоздушные смеси путем своевременной дегазации разгружаемых от горного дав-
276
ления сближенных пластов угля и разрабатываемых угольных пластов и только в качестве дополнительного мероприятия - дегазацию выработанного пространства. Это обусловлено тем, что необходимо повышать безопасность горных работ по газовому фактору, полнее использовать энергоресурсы и соблюдать положения Киот-ского протокола по снижению вредных выбросов газов в атмосферу Земли.
При выборе схем проветривания выработок выемочных участков первостепенное значение имеют условия безопасности, а также обеспечение нормативных санитарно-гигиеничес-ких условий труда. При этом важная роль в обеспечении нормативного содержания метана в рудничной атмосфере высокопроизводительных очистных забоев отводится дегазации, с помощью которой значительные объемы выделяющегося на участке метана изолированно от шахтной атмосферы выдаются на поверхность.
Ниже на примере горнотехнических условий разработки угольных пластов на горном отводе шахты им. С.М. Кирова (ОАО «СУЭК-Кузбасс») приведены краткая горно-геологичес-кая и аэрологическая информация и основные показатели применения дегазации при отработке высокогазоносных пластов угля.
Шахта им. С.М. Кирова разрабатывает пласты «Болдыревский» и «Поленовский». Шахта относится по метану к сверхкатегорным. Абсолютная метанообильность в 2004 году составила в среднем 99 м3/мин, 2005 году - 104,7 м3/мин, 2006 году - 139,6 м3/мин. При среднесуточной добыче 9550 тонн угля относительная метанообильность лавы составила 18, 6 м3/т. Глубина разработки пластов «Болдыревский» и «Поленовский» на участках лав в блоке № 3, отрабатываемых сначала по падению, потом по восстанию, составляет соответственно 410-270 м и 460-290 м. Средняя мощность этих пластов 2,35 м и 1,7 м.
В кровле пласта «Болдыревский» залегают пласты «Брусни-цинский» мощностью 1,5 м (междупластье - 30-34 м) и «Майеров-ский» мощностью 1,3 м (междупластье - 40 м), в почве - пласт «Промежуточный» мощностью 1,5 м (междупластье - 9 м) и рабочий пласт «Поленовский» мощностью 1,7 м (междупластье - 42 м).
Угольные пласты по своим химико-технологическим свойствам относятся к газовым и газовым жирным. Природная газоносность пластов угля по данным геологической разведки характеризуется следующими значениями по горизонтам ± 0 м - 10 м3/т
277
с.б.м, -100 м - 15 м3/т с.б.м, -200 м - 18 м3/т с.б.м, -300 м - 20 м3/т с.б.м, -400 м - 22 м3/т с.б.м. Глубина зоны газового выветривания распространяется до отметки +36 м и составляет 30-138 м в пределах горного отвода шахты.
Способ проветривания шахты - нагнетательный, схема проветривания - фланговая, система проветривания - принудительная. В шахту подается 22920 м3/мин воздуха при расчетных - 16300 м3/мин. Схема проветривания выемочных участков - комбинированная: на участки подается 1200-1600 м3/мин воздуха, в очистные выработки - 660-1050 м3/мин. Через выработанное пространство фланговыми вентиляторами ВЦГ-7, ВЦГ-9 (газоотсасывающие вентиляторные установки УВЦГ-7, УВЦГ-9) выдается 460-600 м3/мин газовоздушной смеси. Метанообильность выемочных участков достигает 45-52 м3/мин. Для снижения метанообильности выемочных участков применяются дегазационные и газоотсасываю-щие вентиляторные установки.
По исходным данным о геологических условиях залегания угольных пластов и технологии их отработки на шахте им. С.М. Кирова (Кузнецкий угольный бассейн) институтом ИПКОН РАН научно обоснованы показатели газоотдачи угольных пластов «Бол-дыревский» и «Поленовский» в подготовительные выработки и дегазационные скважины. На их основе разработаны рекомендации по дегазации выемочных участков в блоке № 3 на примере лав 24-48 и 25-90, которые подрядной организацией (ОАО «Шахтпожсервис») исполнены не полностью.
В рекомендациях ИПКОН РАН с целью обеспечения нагрузок на лаву в объемах до 8000 т на пласте «Болдыревский» и до 6000 т на пласте «Поленовский» предложены способы комплексной дегазации источников метановыделения через скважины, пробуренные из горных выработок, с учетом принятой на шахте комбинированной схемы проветривания выработок выемочного участка с использованием газоотсасывающей вентиляторной установки. В комплекс способов дегазации включены предварительная дегазация обоих угольных пластов, дегазация подрабатываемых пластов угля на пласте «Болдыревский» и дегазация выработанного пространства на пласте «Поленовский». При этом в соответствии с требованиями ПБ о необходимости увлажнения угольного массива после его предварительной дегазации были рекомендованы параллельно-
278
одиночные пластовые скважины, буримые из конвейерных печей упомянутых пластов параллельно линии очистного забоя.
Опыт работы лавы 24-48 по пласту «Болдыревскому», отработанному без дегазации и с ее применением в период с ноября 2005 г. по март 2006 г. (таблица), свидетельствует о следующем.
1. Участок № 1 выемочного столба длиной 400 м отрабатывался по падению пласта до водоспускного штрека с применением схемы дегазации подрабатываемых пластов с парным расположением скважин, одна из которых перебуривала пласты «Брусницин-ский» и «Майеровский», а другая бурилась над куполами обрушения с разворотом в сторону лавы. Пластовые скважины были пробурены по восстанию из водоспускного штрека в направлении очистного забоя на длину 100-120 м. Увлажнение пласта через скважины шахтой не производилось. Работала газоотсасывающая вентиляторная установка УВЦГ-7.
2. Добыча угля в декабре 2005 г. составила от 2000 до 7043 т/сутки (лава работала в недегазированной скважинами зоне пласта «Болдыревский»), а в январе-феврале 2006 г., когда добыча угля производилась в зоне пласта, частично дегазированной пробуренными из водоспускного штрека восстающими скважинами навстречу забою лавы 24-48, - 4403-9634 т/сут.
3. Общие потери рабочего времени в лаве в течение суток находились в пределах от 5 ч 35 мин до 14 ч 34 мин в недегазирован-ной зоне пласта и от 1 ч 18 мин до 10 ч 41 мин - в дегазированной. При этом потери рабочего времени по газовому фактору в упомянутых зонах в течение суток составляли соответственно от 2 ч 18 мин до 10 ч 39 мин и от 0-45 мин до 4 ч 45 мин.
279
8 Показатели работы лавы 24-48 на участке по падению пласта «Болдыревский»
Месяц, год Отход лавы от монтажной камеры, м Средняя за сутки добыча угля, т/сут Расход воздуха, м3/мин Содержание метана, % Потери рабочего времени по газовому фактору в добычные смены в течение суток, часы и минуты
Очистной забой Выемочный участок Очистной забой Погашаемая за забоем выработка У газоотса-сывающе-го вентилятора УВЦГ-7 Скважины на сближенные пласты ПНДУ Пла-сто-вые скважины
Ноябрь 2005 г. (III декада) 0-18 12005200 595670 955-990 0,5-0,8 0,55-1,0 1,1-2,6 - - 3 ч 49 мин -5 ч 52 мин
Декабрь (I декада) 18-71 20004900 605665 9801065 0,4-1,0 0,7-1,2 2,0-4,8 25-82 - 30 мин -6 ч 56 мин
Декабрь (II декада) 71118 46005900 520685 9851050 0,751,05 0,981,23 2,0-5,2 25-84 - 2 ч 18 мин -7 ч 18 мин
Декабрь (III декада) 118160 48207030 535660 11001190 0,781,08 0,981,35 3,0-6,5 45-75 2-10 2 ч 23 мин -10 ч 39 мин
Январь 2006 г. (I декада) 160209 59507040 535620 11701270 0,931,09 0,831,56 5,5-7,5 24-40 1-25 4 ч 49 мин -10 ч 02 мин
Январь (II декада) 209270 44008400 645740 12401280 0,8-1,06 0,921,34 6,0-10,0 20-45 3-30 2-10 10-12 3 ч 39 мин -7 ч 25 мин
Январь (III декада) 270370 75408400 7001065 12601460 0,7-1,06 0,941,34 8,0-14,0 45-72 - 20 мин -4 ч 45 мин
Февраль (I декада) 5.02.2006г 370400 71758400 830-105 13251510 0,7-0,98 0,9-1,62 10,0-20,0 45-82 - 0 ч -3 ч 39 мин
4. Содержание метана в исходящем из очистного забоя потоке воздуха и в погашаемой за очистным забоем выработке в основном отвечало требованиям ПБ.
5. Концентрация метана в газовой смеси, поступающей к газо-отсасывающему вентилятору, была взрывоопасной с III декады декабря 2005 г.
6. Дегазационной установкой каптировались газовоздушные смеси, содержащие 20-90 % метана (среднее по месяцам работы лавы 45-75 %). Извлекаемый из шахты метан средствами вентиляции, дегазации и газоотсоса с использованием газоотсасывающего вентилятора выбрасывался в атмосферу Земли, загрязняя ее.
7. На участке работы лавы по восстанию пласта газовая ситуация была более благоприятной, т.к. функционировали пластовые скважины и скважины, пробуренные на сближенные пласты и над куполами обрушения.
Сокращение потерь рабочего времени в очистных забоях, повышение производительности лав и безопасности ведения горных работ по газовому фактору, извлечение кондиционных по метану газовоздушных смесей, пригодных для утилизации, возможно путем применения современных технологии очистной выемки угля и эффективных способов управления метановыделением на выемочных участках. Так, на примере лавы 24-48 с принятой на шахте технологией добычи угля для последующих лав по пласту «Болды-ревскому» целесообразно рекомендовать:
1) Комплекс способов дегазации разрабатываемого пласта, подрабатываемых пластов и выработанного пространства скважинами, пробуренными из горных выработок, исключив на участке способ газоотсоса с применением газоотсасывающего вентилятора и сохранив при этом возвратноточную схему проветривания выработок выемочного участка (схема 1);
2) Комплекс со способами дегазации по п.1 при возвратноточ-ной схеме проветривания выработок выемочного участка и прямоточной схеме проветривания призабойного пространства лавы на первую от лавы поддерживаемую за очистным забоем вентиляционную сбойку, т.е. технологическую схему, аналогичную схеме на шахте «Тауэр» (Австралия) при отработке пласта «Буллай» (схема 2).
281
Вариантами способа дегазации разрабатываемого пласта по пунктам 1 и 2 при наличии на шахте различных буровых установок согласно РД-15-09-2006 могут быть:
а) Способ дегазации, предусматривающий бурение пластовых скважин из конвейерной выработки (в процессе ее проходки) параллельно очистному забою за контуры будущих выработок отрабатываемого и очередного подготавливаемого выемочных участков (схема «а») в том случае, когда для борьбы с пылью массив угля необходимо будет увлажнять;
б) Способ дегазации пласта перекрещивающимися скважинами, буримыми из конвейерной выработки на оконтуренном участке пласта;
в) Способ дегазации пласта перекрещивающимися скважинами, одна серия из которых бурится из конвейерной выработки (в процессе ее проходки) параллельно очистному забою (в том числе как вариант - за контуры будущих выработок), а вторая - навстречу очистному забою из фланговой выработки или из диагональных сбоек, разрезающих выемочный столб на части (схема «в»). Этот способ дегазации пласта применяется без последующего его увлажнения;
г) Способ дегазации пласта перекрещивающимися скважинами, пробуренными из конвейерной выработки в процессе ее проходки параллельно очистному забою и ориентированно на него (схема «г»). Способ позволяет увлажнять массив угля при блочном обуривании пласта перекрещивающимися скважинами с осталени-ем целиков угля между блоками и обуривании их одной или двумя параллельными очистному забою скважинами. Увлажнение пласта производится поблочно;
д) Способ дегазации пласта, включающий бурение скважин параллельно очистному забою за контуры будущих выработок и скважин, ориентированных на очистной забой, в пределах выемочного столба. При этом обе серии скважин под-ключаются к дегазационному трубопроводу, а скважины, вскрытые подготовительной выработкой, отключаются от него с последующей изоляцией их от рудничной атмосферы. Выделяющийся в отключенные скважины метан отводится в дегазационный трубопровод через ориентированные на очистной забой скважины.
Для дегазации подрабатываемых угольных пластов на пласте «Болдыревский» и выработанного пространства на пласте «Поле-
282
новский» могут быть использованы предложенные ИПКОН РАН способы и схемы с последующей корректировкой параметров дегазации для достижения более высоких нагрузок на лаву. Схемы дегазации отражены в нормативном документе РД-15-09-2006.
Из предлагаемых вариантов дегазации разрабатываемого пласта подземными скважинами наиболее эффективным по газу следует считать вариант «в». Вариант «г» менее эффективен по газу, чем вариант «в», но эффективнее по фактору увлажнения массива в сравнении с вариантом «а». Критерием выбора варианта пластовой дегазации является ее эффективность, при которой достигается необходимая (заданная) нагрузка на лаву по газовому фактору.
Таким образом, при усилении продуктивности комплекса способов дегазации, можно полагать, что нагрузка на лаву на пласте «Болдыревский» увеличится до 11-12 тыс. т в сутки, а на пласте «Поленовский» - до 8-9 тыс. т в сутки. Извлечение средствами дегазации кондиционных по метану газовоздушных смесей будет способствовать утилизации каптируемого метана, экономя при этом средства на использовании традиционных энергоносителей с возможностью продажи квот на выбросы парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом. Ш
— Коротко об авторе -
Забурдяев В.С. - кандидат технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН.
--© В.А. Зуев, В.Н. Бобровников,
Ю.А. Горин, К.В. Быстров, Л.Ю. Самаров, 2008
283
