CC BY
45
------------------------------ © Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников,
В.А. Зуев, В.М. Бучатский, 2005
УДК 622.272:622.411.33
Ю.В. Шувалов, В.Н. Бобровников, В.А. Зуев,
В.М. Бучатский
УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМНА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ ШАХТ ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»
"П качестве технических решений по ликвидации локаль--Я-М ных скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке при прямоточной с подсвежением схеме проветривания выемочного участка могут быть использованы различные способы управления газовыделением из выработанного пространства. Эти способы основываются на изменении схем проветривания выемочных участков, аэродинамического сопротивления выработок, на применении специального проветривания выработанного пространства.
Так, для снятия ограничений по газовому фактору при столбовой системе разработки параллельно вентиляционному штреку проводят газодренажный штрек, который соединяют с вентиляционным штреком сбойками. При этом значительная часть метана из выработанного пространства поступает в дренажный штрек, минуя лаву. Эффект усиливается при создании в дренажном штреке меньшего давления, чем на вентиляционном.
Изменяя аэродинамическое сопротивление выработок с помощью перемычек, изменяют депрессию между выработками, в результате чего изменяют величину утечек и направление воздуха через выработанное пространство.
С учетом изложенного, на базе применяемой в ОАО "Воркутауголь" прямоточной схемы проветривания выемочных участков с подсвежением исходящей струи представляется целесообразным сформулировать требования к этой схеме, состоящие в использовании вентиляционной струи для изолированного отвода метана по неподдерживаемой выработке и разбавления вредностей в поддерживаемом штреке с тем, чтобы обеспечить усло-
вия для управления утечками воздуха из очистного забоя и повысить эффективность дегазации пластов-спутников.
Анализ схем проветривания выемочных участков показывает, что отвод утечек воздуха за пределы выемочного участка может быть обеспечен за счет общешахтной депрессии, а также использования газоотсасывающих установок.
Для условий ОАО "Воркутауголь", учитывая высокую мета-ноносность угольных пластов, представляет практический интерес возможность реализации способа управления газовыделением из выработанного пространства, включающего использование, наряду с общешахтной депрессией, газоотсасывающего вентилятора, неподдерживаемых выработок с устройством по длине участка отвода метана смесительной камеры, а также дополнительных элементов, например, скважин большого диаметра.
В связи с изложенным представляется целесообразным проанализировать схемы прямоточного проветривания выемочных участков с подсвежением и наличием газодренажных выработок, применяющиеся на пластах несамовозгорающегося угля, с тем, чтобы обосновать их новые элементы применительно к выемочным столбам длиной до 2,5-3,0 км и высокой метанообильности выемочных участков.
Выемочный участок при наличии спаренных выработок и отработке выемочного столба по простиранию может иметь прямоточную (с нисходящим движением воздуха по лаве) с подсвежением схему проветривания, сопровождающуюся выпуском исходящей вентиляционной струи лавы и потока метановоздушной смеси из выработанного пространства на конвейерный штрек (верхнюю парную выработку), а затем по задней сбоечной печи через смесительную камеру - на рельсовый штрек (нижнюю парную выработку). Изолированный отвод метановоздушной смеси осуществляется по неподдерживаемой части конвейерного штрека за лавой на участке до смесительной камеры, установленной на вентиляционном штреке (нижней парной выработке). При такой схеме управления газовыделением весь метан, не каптируемый дегазацией, поступает в исходящую вентиляционную струю участка (рис. і, а). Анализ аэродинамических параметров выемочных участков шахт ОАО "Воркутауголь" показывает, что на выемочный
Рис. 1. Схема проветривания выемочного участка и изолированного отвода метановоздушной смеси
участок по двум выработкам ^св = 10,0-12,8 м2) пласта Четвертого максимально можно подать около 2500 - 3000 м3/мин воздуха, что может обеспечить добычу угля 1300-1500 т/сут.
Достоинство схемы состоит в отсутствии каких-либо работ в дренажной части штрека за лавой, то есть на участке, где образуются местные и слоевые скопления метана. Недостатком схемы является неравномерное распределение метановоздушной смеси по длине дренажной части конвейерного штрека, что обусловлено не всегда устойчивым ее состоянием со стороны выработанного пространства.
По второму варианту (рис. 1, б) использования прямоточной схемы проветривания с подсвежением исходящая лавы и часть потока метановоздушной смеси, вымываемая в виде утечек из выработанного пространства, поступает по ближайшей от лавы задней сбоечной печи на рельсовый штрек (нижнюю парную выработку) в исходящую выемочного участка. Изолированный отвод остальной части потока метановоздушной смеси осуществляют за счет общешахтной депрессии по неподдерживаемой части дренажного штрека на одну из фланговых выработок, из которой затем по скважине большого диаметра эта часть потока поступает в выработки подрабатываемого пласта Тройного, где разбавляется до безопасной концентрации. Новым в данном варианте является то, что изолированный отвод метановоздушной смеси осуществляется при обеспечении необходимого поперечного сечения дренажной выработки на всем протяжении отрабатываемого выемочного столба.
Достоинство схемы состоит в обеспечении возможности изолированного отвода метановоздушной смеси на всем протяжении выемочного столба с учетом необходимого поперечного сечения дренажной части конвейерного штрека. Недостаток схемы состоит в том, что количество отводимого метана определяется общешахтной депрессией, не всегда обеспечивающей заданную эффективность изолированного отвода газа. Данный вариант схемы изолированного отвода метана был апробирован при отработке выемочного столба 312-ю пласта Четвертого шахты "Комсомольская" ОАО "Воркутауголь".
По третьему варианту использования прямоточной с подсвежением схемы проветривания выемочного участка (рис. 1, в) часть потока метановоздушной смеси, образованного утечками
воздуха из выработанного пространства за счет общешахтной депрессии, вместе с исходящей вентиляционной струей лавы отводят по ближайшей за лавой сбоечной печи на рельсовый штрек (нижнюю парную выработку) в исходящую выемочного участка, а другую его часть, более существенную, в виде изолированного отвода - за пределы выемочного участка. В этом случае метановоздушная смесь из выработанного пространства и оставляемой за лавой вентиляционной выработки, являющейся дополнительной дренажной выработкой, которую поддерживают в выработанном пространстве на границе со смежными целиками угля, направляется к вентиляционной скважине, соединенной с комплексом газоотсасывающего оборудования. Комплекс включает в себя газоотводящий трубопровод, один конец которого соединен со скважиной, а другой с газоотсасывающим вентилятором типа ВМЦГ. Вентилятор устанавливают в устье газоотводящего трубопровода, противоположный конец которого пропущен через сооруженную в дополнительной выработке изолирующую перемычку. Дополнительная выработка пройдена из вентиляционной выработки подрабатываемого пласта-спутника и соединена с выработанным пространством отрабатываемого пласта посредством вышеупомянутой скважины.
Подобная схема изолированного отвода метановоздушной смеси была использована при отработке выемочных столбов 622ю, 722-ю пласта Четвертого шахты "Воркутинская" ОАО "Воркутауголь".
Расчеты показывают, что применительно к условиям пласта Четвертого шахты "Воркутинская" абсолютная газообильность выемочного участка Jв.у. при нагрузке на забой А = 2200 т/сут составит (без учета метана, отводимого системой дегазации)
q• А• кв 75• 2200• 0,4 „ 0 3.
1ву = -----в =---------— = 45,8 м3/мин,
у 1440 1440
где q - ожидаемое относительное газовыделение по природной метаноносности пластов, м3/т; кв - коэффициент, учитывающий объем метана, поступающего в вентиляционную сеть участка.
Это означает, что с учетом коэффициента неравномерности газовыделения для обеспечения указанной нагрузки на выемочный участок необходимо подать около 6000 м3/мин. Применение вентилятора типа ВМЦГ по третьей схеме позволит снизить га-
зообильность выемочного участка за счет изолированного отвода некоторого количества метана JВМЦГ
т Qвмцг ■ свмцг 560 • 3,0 з.
Jmшr =----- ------=----------= 16,8 м /мин,
ВМЦ 100 100
где QВМЦГ - производительность газоотсасывающего вентилятора ВМГЦ-7 в процессе работы очистного забоя пласта Четвертого, м /мин; СВМЦГ - концентрация метана во всасывающем трубопроводе вентилятора ВМЦГ-7, %.
Реализация третьей схемы позволяет на 30-35 % снизить га-зообильность выемочного участка (без учета метана, отводимого системой дегазации) за счет изолированного отвода метана из выработанного пространства участка. Использование изолированного отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства выемочного участка позволяет в условиях современного состояния вентиляционной сети шахт ОАО "Воркутауголь" увеличить нагрузку на очистной забой пласта Четвертого до 2000
- 2500 т/сут при высоком уровне безопасности ведения горных работ по газовому фактору и общей метанообильности выемочного участка до 100-110 м3/мин (эффективность дегазации не менее 60-70 %).
Анализ вариантов схем проветривания показывает, что расстояние между сбоечными печами определяется влиянием мета-новыделения из зон разгрузки пластов-спутников за лавой. Это расстояние по условию исключения образования слоевых скоплений метана в основной выработке за лавой равно 50-60 м. Близкая величина в условиях высокой газообильности зафиксирована при определении оптимального расстояния между дренажными окнами, выполняемыми в возводимой на контакте с выработанным пространством, в выработке за лавой, изолирующей стенке при бесцеликовой подготовке.
Применение спаренных выработок при подготовке выемочного столба и прямоточной с подсвежением схемы проветривания выемочного участка по сравнению с бесцеликовой схемой подготовки и ее разновидностей с использованием газодренажной выработки, формируемой вслед за подвиганием лавы с помощью органной и чураковой стенок, имеет ряд преимуществ. Одно из преимуществ начинается уже на стадии проведения выработок. Многозабойная проходка при оконтуривании выемочно-
го столба характеризуется в настоящее время высокопроизводительной технологией, а на стадии отработки столба резко сокращаются объемы ремонта и подрывки почвы подготовительных выработок.
Оставляемый между спаренными выработками целик угля имеет большую герметичность, чем искусственная изолирующая стенка. Это обстоятельство также уменьшает вероятность возникновения в основной вентиляционной выработке на исходящей участка слоевых скоплений метана. Наличие большого поперечного сечения спаренных выработок, одна из которых используется в качестве дренажной, позволяет также отводить большее количество метана, чем по дренажным каналам при бесцеликовой подготовке. Наличие второй выработки, не контактирующей непосредственно с выработанным пространством за лавой, обеспечивает возможность бурения дегазационных скважин сразу за линией очистного забоя. При этом улучшаются условия работы восстающих скважин, что позволяет увеличить срок их работы, герметичность их устьев, концентрацию метана в каптируемой смеси.
При отработке лав по падению или восстанию схемы проветривания выемочных участков и изолированного отвода метана аналогичны схемам при отработке выемочных столбов по простиранию.
Анализ показал, что для обеспечения нагрузки на забой 2-10 тыс. т/сут и более по условиям проветривания и управления газо-выделением вентиляционный (рельсовый) штрек (нижняя парная выработка) должен быть пройден поперечным сечением не менее 14-17 м2, а после проведения мероприятий для повторного использования его сечение должно быть не менее 11,0 - 12,8 м2.
Конвейерный штрек (верхняя парная выработка) должен проходиться сечением не менее 14 м2, а со стороны выработанного пространства для обеспечения пропускной способности до 800-1000 м3/мин метановоздушной смеси при изолированном отводе метана его поперечное сечение в неподдерживаемой части должно оставаться не менее 5-6 м2. Поперечное сечение сбоечных печей должно быть не менее 8-10 м2.
Расчеты показывают, что для обеспечения высоких нагрузок на забой, составляющих 8-10 тыс. т/сут и более, с учетом эффективности дегазации 60-70 % и скорости воздуха в основных вы-
работках за лавой, не превышающей 6 м/с, целесообразно перейти на многоштрековую подготовку выемочных столбов с оставлением податливых целиков между спаренными выработками.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------
Шувалов Ю.В. - доктор технических наук, профессор, Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) (СПГГИ (ТУ)),
Бобровников В.Н. - доктор технических наук,
Зуев В.А. - кандидат технических наук, доцент, филиал СПГГИ (ТУ) "Вор-кутинский горный институт",
Бучатский В.М. - кандидат технических наук, ОАО "Воркутауголь".
