CC BY
24
УДК 622.445
А.М. Тимошенко
ОАО «НЦ ВостНИИ»
Предложения по безопасному применению нисходящих схем проветривания очистных забоев
Приводится анализ эффективности нисходящих схем проветривания очистных забоев в условиях схем вскрытия и подготовки шахт по принципу «шахта-пласт», а также результаты исследований, подтверждающие возможность применения нисходящих схем проветривания при углах падения пласта более 10 град
Разработка газоносных угольных пластов, предопределяющая подачу в очистной забой большого количества воздуха, применение комбинированных схем проветривания, создающих условия для перетока газовых потоков из разрабатываемого пласта в выработанное пространство, применение современных угледобывающих комбайнов с высокооборотными исполнительными органами, образующими зоны повышенной турбулентности в местах резания - все это факторы, определяющие наличие повышенных скоростных потоков в очистных забоях, предотвращающих формирование застойных зон с образованием слоевых и местных скоплений метана.
Существующие ограничения в применении нисходящих схем проветривания очистных забоев, несмотря на отсутствие реальных оснований для этого, в настоящее время приводят к принятию экономически невыгодных и неэффективных, с точки зрения применения способов борьбы с газовыделением, технических решений.
Наиболее остро данная проблема стоит для новых и реконструируемых угольных шахт со схемами вскрытия и подготовки шахтных полей по принципу «шахта - пласт», отрабатывающих угольные пласты с углом падения до 15-180.
На сегодняшний день к таким предприятиям необходимо отнести шахты: «Талдинская-Западная-1», «Шахта №7», «Котинская», «Талдинская-Западная-2» Ленинск-Кузнецкого филиала СУЭК; «Осинниковская», «Ерунаковская-1» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь»; «Большевик», «Колмо-горовская-2», «Шахта «Разрез Сибиргинский» и ряд других шахт различных угольных объединений Кузбасса.
Накопленный в НЦ ВостНИИ опыт проектирования проветривания выемочных участков угольных шахт, а также анализ фактического состояния ведения горных работ на вышеуказанных шахтах свидетельствуют о том, что действующие в настоящее время технические решения по организации горных работ из-за существующего ограничения применения нисходящих схем проветривания очистных забоев уже в настоящее время не позволяют в полной мере обеспечить безопасность ведения горных работ по газовому фактору на данных предприятиях.
Неэффективная организация проветривания горных работ, применение малоэффективных способов дегазации выработанных пространств, невозможность организации изолированного отвода метановоздушной смеси через выработанные пространства по причине высокой эндогенной пожароопасности угольных пластов в ближайшее время приведут к ограничению действующих нагрузок на очистные забои и к одновременному снижению безопасности ведения горных работ по газовому фактору.
Для условий широко распространенных в настоящее время схем вскрытия и подготовки шахтных полей схемы проветривания выемочных участков с нисходящим движением воздуха вдоль очистного забоя имеют значительные преимущества относительно схем с восходящим движением воздуха:
1 Схема проветривания выемочного участка с нисходящим движением воздуха вдоль очистного забоя позволяет организовать выдачу исходящей струи воздуха из лавы на фланг и обеспечить комбинированную (центрально-фланговую) схему проветривания шахты в целом, при этом по центральным наклонным стволам предусматривается выдавать на поверхность исходящий воздух только из подготовительных забоев.
2 Применение нисходящих схем проветривания очистных забоев позволяет при традиционных схемах раскройки шахтных полей реализовывать комбинированную схему проветривания шахты, которая является более надежной и безопасной относительно центральной схемы проветривания с восходящим движением воздуха вдоль лавы. Ее применение позволяет уменьшить количество вентиляционных сооружений, депрессию шахты, что снижает эндогенную пожароопас-ность склонного к самовозгоранию пласта, повысить устойчивость проветривания, уменьшить внешние и внутренние утечки воздуха. Кроме того, согласно п.5.1 «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт», центральная схема проветривания может применяться лишь при небольшой длине шахтного поля, метанообильности до 15 м3/т и при нагрузке не более 2000 т/сут.
3 Нисходящее проветривание очистного забоя позволит обеспечить эффективный изолированный отвод метана по конвейерному штреку, частично поддерживаемому в выработанном пространстве, что предотвратит возможность образования местных скоплений метана в нижнем кутке лавы, снизит вероятность возникновения эндогенного пожара за счет уменьшения площади проветриваемой зоны выработанного пространства. При восходящем проветривании очистного забоя отвод метана возможен только непосредственно через выработанное пространство отрабатываемой лавы. При этом в случае высокой слеживаемости пород непосредственной и ложной кровель пласта газоуправление на выемочном участке часто оказывается неэффективным, что приводит к выносу метана из выработанного пространства в очистной забой и формированию местных скоплений метана в верхнем кутке лавы с концентрацией выше нормы. Кроме того, значительная площадь проветриваемой зоны выработанного пространства повышает эндогенную пожа-роопасность на выемочном участке.
4 Ограничение зоны проветривания выработанного пространства за счет возможности реализации комбинированной схемы проветривания через заднюю сбойку позволяет обеспечивать высокую эффективность дегазации выработанного пространства путем бурения скважин в зону обрушения с нижнего параллельного штрека и снижать вынос метана в действующие выработки.
При восходящем проветривании очистного забоя бурение скважин в купол обрушения может осуществляться только из верхних штреков впереди очистного забоя. Эффективность такого способа дегазации незначительная.
5 Подача свежего воздуха на выемочный участок от центральных уклонов по верхнему и нижним выемочным штрекам обеспечит в случае аварии надежный запасной выход людей в самоспасателях на свежую струю воздуха и эффективное ведение горноспасательных работ отделениями ВГСЧ. В этом случае в зону реверсии вводятся, как правило, только основные воздухопо-дающие выработки - центральные стволы. Для обеспечения вывода людей из выработок выемочного участка и организации горноспасательных работ при восходящем движении воздуха в очистном забое возникает необходимость организации пунктов переключения в респираторы и расширения зоны реверсии вентиляционной струи.
6 Схема проветривания выемочного участка с выдачей исходящего воздуха на фланг шахтного поля обеспечивает дренаж метана в направлении от очистного забоя к фланговому газодренажному уклону за счет падения депрессии, создаваемой вентилятором главного проветривания. При схеме проветривания выемочного участка с выдачей исходящего воздуха на центральные уклоны дренаж метана направлен от выработанного пространства к очистному забою, что затрудняет газоуправление на выемочном участке.
В настоящее время применение нисходящих схем проветривания очистных забоев в основном регламентируется требованием п. 271 ПБ, который ограничивает допустимую область их применения углом наклона очистной выработки более 100.
Однако опыт применения схем проветривания выемочных участков при различных углах залегания разрабатываемых пластов свидетельствует о том, что установленный регламент нуждается в совершенствовании.
НЦ ВостНИИ в рамках решения правительственной комиссии по расследованию аварии на шахте «Зыряновская» была выполнена научно-исследовательская работа «Разработка мероприятий по предупреждению слоевых скоплений метана в трудно проветриваемых зонах очистных забоев для шахт АО УК «Кузнецкуголь».
В ходе выполнению данной работы были получены результаты, свидетельствующие о возможности снятия безусловного ограничения, предусмотренного п. 271 ПБ, и о возможности применения дифференцированных требований к параметрам проветривания очистных забоев при различных углах залегания угольных пластов.
Результаты теоретических исследований, компьютерного моделирования и натурных наблюдений аэрогазодинамических процессов на выемочных участках показали, что основная особенность схем проветривания с нисходящим движением воздуха в очистном забое состоит в возможности формирования опасных местных и слоевых скоплений метана в подкровельном пространстве очистного забоя в силу присущей метану способности к расслоению и всплыванию в воздушных потоках за счет архимедовых сил.
Поэтому для очистных забоев с нисходящим движением воздуха характерна вполне определенная область их применения, которая характеризуется следующими условиями:
1 Область безопасного применения нисходящего проветривания очистных забоев без дополнительных условий ограничивается газообильностью очистного забоя до 5 м3/мин и углом падения пласта в пределах очистного забоя до 300 .
2 При газообильности очистных забоев более 5 м3/мин и углах падения пластов до 30° применение нисходящего проветривания допускается при условии обеспечения скорости движения воздуха в призабойном пространстве очистного забоя не менее рассчитанной по формуле:
#
V ОГР = 1,02(1 + 0,54 sin а м/с, (1)
VdT
где а - угол падения пласта (среднее значение по длине забоя), град; - эквивалентный диаметр призабойного пространства:
ds(4 S) /P ; (2)
S, P - соответственно сечение (м2) и его периметр (м) ; 1оч - газообильность очистного забоя, м3/мин.
3 Скорость воздуха в воздухоподающих выработках на верхнем горизонте должна быть не менее рассчитанной по формуле:
V ВР = 1,02^Х м/с , (3)
\ " Э
где 1В - газообильность воздухоподающей выработки,м3/мин ;
йЭ - эквивалентный диаметр выработки, определяется по аналогии с формулой (2). 4 При применении прямоточных схем проветривания расход свежего воздуха по выработке, примыкающей к очистному забою на нижнем горизонте, не должен превышать величину, рассчитываемую по формуле:
_ = 0, 49
У ДОП = ( У, (4)
|К УТ. В - 1
где уУ - количество воздуха, подаваемое на участок по воздухоподающим выработкам на верхнем горизонте, м /мин;
КУТ.В - коэффициент, учитывающий утечки воздуха через выработанное пространство (принимается по «Руководству...»).
Существующее ограничение по применению нисходящих схем проветривания очистных забоев для условий газообильных очистных забоев, когда скорость движения воздуха в очистных забоях достигает 8-9 м/с, потеряло свою значимость в обеспечении безопасности при ведении очистных работ и становится преградой при выборе оптимального сочетания схем вскрытия и подготовки шахтных полей и выемочных участков и схем проветривания выемочных участков.
