CC BY
13
УДК 622.836.325.3
DOI: 10.18303/2618-981X-2018-5-102-107
ПРИМЕР ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНОГО ЦЕЛИКА МЕЖДУ ОТРАБОТАННЫМИ БЛОКАМИ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА ШАХТЫ
Геннадий Иванович Кулаков
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории механики горных пород, тел. (383)205-30-30, доп. 188, e-mail: kulakova.38@yandex.ru
Марина Дмитриевна Шарапова
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, младший научный сотрудник лаборатории механики горных пород, тел. (383)205-30-30, доп. 190, e-mail: zinval@rambler.ru
Рассматриваются вопросы дегазации угольных пластов переменной мощности в условиях сложной вентиляционной сети при повышенной изношенности главных вентиляторов на шахте «Красногорская» отнесенной к опасным по внезапным выбросам угля и газа и взрывам метана. Принята схема дегазации двумя системами взаимно перекрещивающихся скважин, что обеспечивает дополнительное формирование трещин в массиве угля и их взаимное пересечение, увеличивая отбор газа на (15-30) %.
Ключевые слова: угольная шахта, внезапный выброс угля и газа, взрыв газа метана, угольная пыль.
DEGASSING OF COAL PILLAR BETWEEN PROCESSED BLOCKS OF WORKING AREA
Gennady I. Kulakov
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, D. Sc., Professor, Chief Researcher, Rock Mechanics Laboratory, phone: (383)205-30-30, extension 188, e-mail: kulakova.38@yandex.ru
Marina D. Sharapova
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, Junior Researcher, Rock Mechanics Laboratory, phone: (383)205-30-30, extension 190, e-mail: zinval@rambler.ru
Degassing of coal seams of variable power is considered for a complex ventilation system in case of the increased worn-out state of fans in «Krasnogorskaya» mine. The mine is classified as dangerous for sudden coal and gas outbursts as well as methane explosions. A degassing scheme of two system of mutually intersecting boreholes is adopted. It provides the additional formation of cracks in coal mass and their mutual intersection, increasing gas withdrawal by 15-30 %.
Key words: coalmine, coal and gas outburst, methane explosion, coal dust.
Рассматривается участок из трех блоков (рис. 1). Крайние блоки № 1 и № 3 предварительно отработаны с пластовой дегазацией. Средний блок № 2 подготовляется к отработке.
Проанализируем напряженное состояние массива угля в блоке № 2. Очевидно вес массива пород над отработанными блоками № 1 и № 3 должен перераспределяться на окружающие участки массива, в том числе частично на блок № 2. Учитываем, что массив угля рассматриваемых пластов, частью которых являются участками блоков № 1, № 2, № 3, отнесены к опасным по внезапным выбросам угля и газа. По этой причине блоки № 1 и № 3 отработаны с предварительной пластовой дегазацией. Очевидно массив угля в блоке № 2 остался выбросоопасным. Кроме того, массив угля в блоке № 2 дополнительно пригру-жен в следствии отработанных блоков № 1 и № 3. В этом ситуации напряженное состояние массива угля в блоке № 2 возросло. И этот массив остался вы-бросоопасным, при этом его выбросоопасность увеличилась за счет возрастания напряжений. Следовательно, массив в блоке № 2 необходимо отрабатывать с предварительной дегазацией. Поскольку удароопасность этого участка повысилась, то следует использовать способ дегазации более эффективной, чем использованный способ дегазации при отработке блоков № 1 и № 3.
Принимаем решение провести дегазацию блока № 2 на основе перекрещивающихся дегазационных скважин.
Рис. 1. Схема выемочного участка (выкопировка с плана горных работ):
блок 2 [1, 2]: пробурено 7 дегазационных скважин с гидроквершлага 4; блок 3: пробурено 10 скважин с XII подэтажного штрека; блок 1: пробурено 13 дегазационных скважин
Здесь указаны скважины по пласту IV Внутреннему, аналогично бурятся скважины по пласту III Внутреннему.
На рис. 2 приведен вертикальный разрез пластов II, III, IV Внутренних. Блоки № 1, № 2, № 3 рассматриваемого выемочного участка вскрывались (рис. 2) подэтажными промквершлогами, проводимыми с пласта II Внутреннего.
Рис. 2. Свита пластов. Вертикальный разрез
Каждый блок делится по восстанию пласта на 12 подэтажей. В каждом блоке в первую очередь проводился XII выемочный штрек по пласту IV Внутренний для бурения с него скважин и проведения предварительной дегазации.
Дегазация блока № 2.
Одновременно, при проходке подэтажных штреков бурились опережающие скважины длинной 65-70 м с поэтажных квершлагов по четыре на пласт. При этом две верхние бурились под углом 8-10°, а ниже под углом 3-4° (рис. 3). В блоке № 2 общее число скважин 28, по 14 на каждый пласт. 7 скважин второго блока, пробуренных с гидроквершлага № 4.
Рис. 3. Схема бурения ограждающих скважин при подготовке подэтажа
Так же на шахте подготовлена вакуум-насосная станция из трех насосов типа ВН-50. В работе находился один насос, остальные в резерве. Магистральные трубопроводы проложены от вакуум-насосной станции до горизонта -150 м (см. рис. 1 в [2]). На горизонте - 150 м трубопроводы проложены по полевым штрекам южного и северного крыльев шахты [2], далее по промежуточным квершлагам до отрабатываемых пластов. Участковые трубопроводы диаметром 150 мм проложены от дегазационных скважин (по 1 и 2 блокам) до магистрального трубопровода диаметром 300 мм [4, 5].
В блоке № 2 дегазационные скважины диаметром 93 мм бурились с гидроквершлага № 4 по пластам III Внутренний и IV Внутренний (рис. 2). Чтобы исключить вынос метана в действующие горные выработки на IV и VI подэтажах по трубопроводу, проложенному через изолирующие перемычки, газ отводился из выработанного пространства в участковый трубопровод.
Блок № 1. Схема дегазации блока № 1 в [1] приведена в соответствии с [2]. Кратко отметим ее особенности. На рис. 1 - схема блока № 1, включает подэ-тажные штреки IV, V, VI, VII, XII. Остальные поэтажные штреки в пределах блока № 1 не проводились. Запасы угля в пределах IV, V, VI подэтажей отработаны ранее (что показано наклонной штриховой). Через изолирующие перемычки 6, газ отводился из выработанного пространства в участковый трубопровод (рис. 2 [2]).
Схема транспортирования угля и газа метана приведена в предыдущей статье.
Дегазация пласта перекрещивающимися скважинами (рис. 4, 5) обеспечивает прирост объема метана с тонны угля на 0,2-0,48 м3. Удельное количество каптированного метана при применении перекрещивающихся схем скважин увеличивает количество каптированного метана в 2,1 раза на шахтах Карагандинского бассейна и в 1,5 раза на шахтах Донбасса. Большой эффект получен при применении этой схемы на менее прочных углях выбросоопасных пластов [9, с. 72-73, 79-80].
Рис. 4. Совмещенные схемы промежуточной дегазации блока № 2 и блока № 3
105
Рис. 5. Схема дегазации пласта (блок 2) перекрещивающимися скважинами
В работе Малашкиной В. А. [10] отмечена неудовлетворительная работа дегазационных установок шахт, что обусловлено в значительной мере нерациональными режимами работы дегазационной системы, возникающими из-за снижения герметичности устьев дегазационных скважин и соединений звеньев труб подземного вакуумного газопровода, приводящие к увеличенным подсосам воздуха из атмосферы горных выработок внутрь системы, а также скоплениями в пониженных местах дегазационного трубопровода конденсата, угольной и породной пыли, а также продуктов коррозии. Это приводит к существенному росту сопротивления трубопроводной сети, следовательно, и необходимости включения в работу дополнительного числа вакуум-насосов.
Выводы. В рассматриваемой статье приведен вариант отработки блока № 2 с использованием способа дегазации с перекрещивающимися скважинами. Такой вариант дегазации находит применение на шахтах Карагандинского бассейна, на шахтах Украины, т.е. прошел необходимую апробацию в производственных условиях. В проектах дегазации угольных пластов важным вариантом разрабатываемого проекта дегазации должны быть: конкретная схема вакуумного газопровода и вакуумной насосной станции.
Рассматриваемый проект дегазации к реальному участку шахтного поля не привязан, поэтому его конкретное рассмотрение названных вопросов на данном этапе не требуется. Чтобы на практике конкретные специалисты, использующие настоящую статью, рассматривающие конкретный проект дегазации, по случайности не предусмотрели бы в своем проекте проектирования конкретного трубопровода, авторы рассматриваемой статьи ввели в текст статьи и цитату из трудов известного специалиста В. А. Малашкиной из ее статьи «Особенности проектирования системы дегазации угольных шахт» [10], касающихся во-
просов проектирования конкретного трубопровода и конкретной вакуумной станции.
В целом, в настоящей статье рассмотрен конкретный проект дегазации группы из крутопадающих угольных пластов на основе опубликованных работ [1-2] по шахте «Красногорская», отвечающий требованиям «Инструкции по безопасному ведению горных работ и пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа» [4]. Авторы статьи учли рекомендации, содержащиеся в научных трудах специалистов по отработке угольных пластов, содержащих повышенное количество газа метана или отнесенных к опасным по внезапным выбросам угля и газа [5-8].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кулаков Г. И., Шарапова М. Д. Обобщение опыта дегазации угольных пластов // Фундам. и прикл. вопросы горных наук. - 2017. - № 1, Т. 4. - С. 187-192.
2. Дегазация пластов выемочного участка ООО «Шахты «Красногорская» / В. П. Баскаков, И. А. Сальвассер, В. М. Коржов, В. П. Курмашов // Безопасность труда в промышленности. - 2008. - № 12. - С. 36-38.
3. Бурчаков А. С., Гринько Н. К., Черняк И. Л. Процессы подземных горных работ. -М. : Недра, 1976. - 408 с.
4. Инструкция по безопасному ведению горных работ и пластов, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа. - М. : Изд-во ИГД им. А. А. Скочинского, 1989. - 191 с.
5. Рубан А. Д., Забурдяев В. С. Оценка эффективности дегазации разрабатываемых угольных пластов // Уголь. - 2010. - № 11. - С. 8-10.
6. Метан в шахтах и рудниках России: прогноз, извлечение и использование / А. Д. Рубан, В. С. Забурдяев, Г. С. Забурдяев, Н. Г. Матвиенко. - М. : ИПКОН РАН, 2006. - 312 с.
7. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-09- 2006). Серия 05. Выпуск 14. - М. : ОАО «НТЦ по безопасности в промышленности», 2007. - 256 с.
8. Предпосылки промышленной апробации технологии заблаговременной дегазационной подготовки высокогазоносных угольных пластов в Кузбассе / Л. А. Пучков, С. В. Сла-стунов, А. К. Логинов, Е.П. Ютяев, Е. В. Мазаник. - М. : ГИАБ, тематическое приложение Безопасность. - 2008. - Отдельный выпуск № 6. - С. 255-260.
9. Бухны Д. И. Дегазация разрабатываемых пластов перекрещивающимися скважинами. [Внезапные выбросы угля и газа, рудничная аэрология]. Научные сообщения. ИГД им. А. А. Скочинского. - М., 1990. - 178 с.
10. Малашкина В. А. Особенности проектирования систем дегазации угольных шахт // Уголь. - 2009. - № 1. - С. 31-34.
© Г. И. Кулаков, М. Д. Шарапова, 2018
