CC BY
43
------------------------------------------------ © В.Н. Шмат, 2011
УДК 622.41:533.17 В.Н. Шмат
ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ (НА ПРИМЕРЕ ШАХТЫ им. КИРОВА)
Предложена методика определения максимально допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору. Выполняется комплекс исследований текущей газоносности угля, которые обеспечат оценку изменения газового баланса выемочного участка при высокопроизводительной отработке запасов.
Ключевые слова: шахтное поле, метанобезопасность, газовыделение, газовый фактор.
ахта им. С.М. Кирова расположена в г. Ленинске - Кузнецком Кемеровской области и входит в состав ОАО "СУЭК-Кузбасс". Шахта сдана в эксплуатацию в 1935 году с проектной мощностью 1500 тыс. т горной массы в год.
В пределах шахтного поля разрабатываются пласты:
Болдыревский мощностью от 1,5 до 2,4 м;
Поленовский мощностью от 0,8 м до 1,7 м.
Средняя глубина ведения горных работ - 350 м.
Угли разрабатываемых пластов марок углей "Г", "ГЖ".
Пласты угля газоносные.
Шахта отнесена по газу метану к сверхкатегорной. При этом нагрузка на очистной забой уже превысила 10000 т/сут.
Обеспечение эффективного управления метановыделением является основной составляющей проблемы мета-нобезопасности при отработке газоносных угольных пластов. Однако научнометодическая проработка дан-ного вопроса базируется на исследованиях 30-
40-летней давности, когда нагрузки не превышали 2-3 тыс. т в сутки.
Необходимо отметить, что действующие нормативные документы по проектированию вентиляции не только устарели физически, но и методологически не позволяют обеспечить системный подход к проектированию, т.е. обеспечить возможность принятия решений с учетом взаимодействия всех опасных факторов.
Ранее проектирование систем вентиляции осуществлялось по принципу обеспечения значительного резерва воздуха, на этом строилась вся методология. Даже с увеличением производительности применяемого выемоч-ного оборудования этот принцип сохранялся. Допустимая по газу нагрузка на очистной (так же, как и проходческий) забой определялась также «с запасом». При этом проблема повышения метано-обильности при увеличении нагрузки была решена на основе разработки эффективных схем проветривания выемочных участков, обеспечивающих обособленное разбавление метана по основным источникам его поступления в горные выработки. Это означает, что пропускная способность лавы по метану
для такой схемы определяется только газовыделением из разрабатываемого пласта.
Современный уровень применяемой техники, позволяет обеспечивать нагрузки на очистные забои в 15000 и более тонн в сутки, в этих условиях возможности вентиляции практически исчерпаны. При таких нагрузках газовыделение добычного участка на шахте превышает 100 м3/мин. Для обеспечения безопасных условий на шахте применяется дегазация разрабатываемого пласта и выработанного пространства. Однако, применяемые способы дегазации обеспечивают эффективность в отношении выработанного пространства, но не разрабатываемого пласта.
Использование высокопроизводительной техники приводит к обострению проблемы воспроизводства фрон-та очистных работ и безопасности. Снижаются темпы проведения подготовительных выработок, в то время как подвигание очистных забоев при нагрузке 10000 т/сут в зависимости от горногеологических и технологических условий может превышать 300 м/мес.
На современных глубинах разработки газоносность угольных пластов может составлять 20-25 м3/т, в ряде случаев значительный вклад в формирование газового баланса вносят породы. При перспективном планировании дегазации добычных участков с нагрузками 1000015000 т/сут, коэффициент дегазации разрабатываемого пласта должен превышать 45-60 %, а участка - 80-85 %.
На высокогазообильных шахтах из общего объема газовыделения выемочного участка 25-30 % удаляется вентиляцией, а 70-75 % средствами дегазации. Такая ситуация наблюдается на шахтах Воркутинского месторождения, Карагандинского бассейна, а с ростом глубины ведения горных работ такое положе-
ние ожидает и шахты Кузбасса. Шахта им. Кирова одной из первых в Кузнецком бассейне подошла к такому положению.
Следует отметить, что до сих пор кардинально различается подход к контролю и управлению вентиляционными и дегазационными системами.
Расход воздуха и концентрация метана контролируется автоматизированными системами. Кроме того, состояние вентиляции контролируется ежесуточно участками вентиляции, участковым надзором и общешахтным ИТР. Все расчеты ведутся по специальной компьютерной программе с возможностью прогноза развития газовой обстановки при аварийных ситуациях.
В то же время дегазационные системы, с помощью которых удаляется до 75 % газа из шахты, контролируются эпизодически. Сеть газопроводов проверяется время от времени, расход и концентрация метана в газопроводах замеряется в основном в узловых точках ручными приборами. Утечки в газопроводах и скважины с низкой концентрацией и дебитом практически не контролируются и не производится их своевременное отключение. Отсутствие автоматизированного контроля системы дегазации не позволяет адекватно оценивать газовую обстановку и оперативно реагировать на её изменения, что, естественно, негативно сказывается на общем уровне мета-нобезопасности. Несовершенна и методика расчета дегазационных систем, впрочем, данное замечание следует отнести и к способам определения газо-обильности горных выработок. Так для обоснования допустимой нагрузки ранее использовались положения «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт» (Макеевка-Донбасс, 1989), однако следует иметь в виду, что данный расчет носит весьма прибли-
женный характер. Используемые формулы в основном имеют эмпирический характер и, в первую очередь, для условий Донбасса. Кроме того, действие базовой Методики распространяется на работу с нагрузкой на очистной забой менее 5 тыс. т/сут. В связи с этим все большее распространение приобретает способ прогноза газообильности по лаве аналогу, который имеет свои серьезные недостатки. В настоящее время специалистами ОАО «СУЭК-Кузбасс» и Московского горного университета апробируется и проходит промышленную проверку методика определения максимально допустимой нагрузки на очистной забой по газовому фактору. В ходе этих работ выполняется комплекс исследований текущей газоносности угля, которые обеспечат оценку изменения газового баланса выемочного участка при высокопроизводительной отработке запасов. Кроме этого эти исследования позволят уточнить коллекторские и сорбционные параметры угольных пластов.
Существующее положение, в первую очередь по контролю параметров МВС и состояния дегазационных систем, приводит к низкой эффективности дегазации и излишним затратам материальных средств и электроэнергии. Концентрация метана в газопроводах составляет порой 3-10 %, что противоречит требованиям ПБ.
На шахте уделяется большое внимание проблеме управления газовыделе-нием средствами вентиляции и дегазации.
На шахте проведены испытания системы автоматизированного контроля де-
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ ---------
газации, разработанной специалистами ГУА и ООО «Фирма «Аэротест»
Станция контроля параметров дегазации.
Станция контроля параметров дегазации СКПД предназначена для непрерывного автоматического контроля следующих параметров дегазации
- объемной доли метана (СН4),
- объемной доли кислорода (О2),
- объемной доли оксида углерода (СО),
- температуры,
- абсолютного давления газа внутри трубопровода,
- дифференциального давления газа на замерном участке диафрагмы.
Проведенные испытания показали, что представленный опытный образец станции полностью соответствуют технической документации. В ходе эксплуатационных испытаний подтверждены основные технические характеристики станции. При этом каждая пластовая скважина оборудована диафрагмами для контроля дебита газа и концентрации метана.
Проведены предпроектные проработки на переход в лаве № 24-54 к схеме комплексной дегазации, которая позволит исключить из работы выемочного участка газоотсасывающий вентилятор ВЦГ-9.
Большое внимание в компании уделяется вопросам утилизации шахтного метана.
Введены в эксплуатацию 3 контейнерные тепло-электростанции, работающие на шахтном метане. Переведен на совместное сжигание угля и газа метана котел КЕ-10-14.
Шмат Владимир Николаевич - директор шахты им. С.М. Кирова ОАО «СУЭК-Кузбасс».
