CC BY
41
ІНАР 13
ІЛД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА МОСКВА. МГГУ, 25.01.99 - 29.01.99
99-
^ Ю.В. Шувалов, И
А.П. Веселов, В.Н
А. Павлов, Бобровников,
2000
ов,
УАК: 622.4
Ю.В. Шувалов, И.А. Павлов,
А.П. Веселов, В.Н. Бобровников
УПРАВЛЕНИЕ УТЕЧКАМИ ВОЗАУХА И ГАЗОВЫАЕАЕНИЯМИ В ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ВОРКУТЫ
вается выработанное пространство до 400 м за лавой, при этом до 75 % утечек приходится на первые 200 м. Большие утечки воздуха требуют значительного его расхода по воздухоподающей выработке, которого по выделению метана из разрабатываемого пласта не требуется. До 40 % воздуха, а иногда и более, в лавах пласта «Четвертый» уходит через верхнее сопряжение в выработанное пространство, не заходя в очистной забой;
• утечками воздуха из выработанного пространства выносятся метановоздушные потоки (МВС) с опасной, очень часто взрывоопасной концентрацией. При этом наиболее высокие концентрации метана выносятся на первых 200 м за лавой, создавая опас-
Принятая в начале 60-х годов и распространенная в настоящее время на большинстве шахт ОАО «Воркутауголь» прямоточная схема проветривания очистных забоев с бесцелико-вой нарезкой выемочных столбов и охраной вентиляционных штреков двухрядной органной крепью оправдала себя и позволила получить высокие технико-экономические показатели при относительной безопасности ведения работ [1,2,3]. В последнее время при возрастающей нагрузке на забои и глубине работ все более заметными становятся негативные ее следствия, а именно:
• при прямоточной схеме проветривания с выдачей исходящей струи на заднюю вентиляционную сбойку, утечками воздуха активно проветри-
Таблица 1
РАСХОА ВОЗАУХА И КОНЦЕНТРАЦИЯ МЕТАНА НА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКАХ ПЛАСТА 'ЧЕТВЕРТЫЙ»
ные ситуации на участке восстановления сечения поддерживаемой выработки. Концентрация метана в утечках из выработанного пространства колеблется от 2,55 % до 15 %. На границе с выработанным пространством в вентиляционной выработке очень часто наблюдаются местные и слоевые скопления метана;
• отсутствие межлавных целиков (в выемочных блоках иногда отрабатываются более 10 столбов) приводит при загорании метана к тому, что пламя «уходит» в выработанное пространство и становится недоступным для активного тушения. Ликвидация таких пожаров имеет затяжной характер и приводит к огромному материальному ущербу.
Особенно заметно сказываются эти явления при выработке защитного пласта «Четвертый».
В табл. 1 приведены данные о газовом режиме выемочных участков шахт ОАО, которые свидетельствуют о том, что:
• на выемочные участки существующая сеть выработок позволяет подавать 2460 м3/мин свежего воздуха, из которых 1169 м3/мин подводится по поступающей к лаве струе;
• абсолютное газовыделение на участках при нагрузке 1295
• т/сут составляет в среднем 64,4 м3/мин, из которых 62 % извлекается дегазацией;
• концентрация метана на исходящих струях участков превышает допустимую по ПБ ;
• коэффициент утечек воздуха, как
отношение подводимого к лаве объема воздуха к исходящему из лавы достигает 2,5 и более, а на верхнем сопряжении 1,6.
Из вышесказанного следует, что потенциальные возможности применяемой технологии подготовки и схемы проветривания практически себя исчерпали, и пути дальнейшего повышения нагрузки на очистные забои пласта «Четвертый» и повышения безопасности при этом следует искать за счет других технических решений.
При суточной нагрузке на очистные забои пласта «Четвер-тый» в 2000-2200 т/сут по газовому фактору общее газо-выделение на выемочных участках возрастет до 110 м3/мин, из которых до 65 %( 70 м3/мин ) будет извлекаться за счет дегазации под- и надрабатываемых спутников. Из оставшихся 40 м3/мин с учетом пропускной способности вентиляционных сетей шахт, позволяющей подавать на выемочные участки 2500 м3/мин, вентиляцией возможно удалять 25 м3/мин метана. Остальные 15 м3/мин выделяющегося метана необходимо удалять другими способами.
На шахтах ОАО «Воркута-уголь» в течение длительного периода исследовались возможности управления утечками воздуха и газовыделением из выработанного пространства путем изменения расхода воздуха, поступающего в лаву и на подсвежение. Результатами этих работ явились рекомендации по рациональному воздухораспределению на добычных участках.
Учитывая, что одним из эффективных способов снижения газовыде-ления из выработанного пространства
является изолированный отвод его за пределы выемочного столба, дальнейшее сокращение и упорядочение поступления газа в вентиляционные выработки связывалось с активным управление аэродинамикой потоков утечек и газа из выработанного пространства с отводом их через специальные выработки-коллекторы в вентиляционную струю, или отсосом вентилятором и изолированной выдачей.
Для отвода значительных объемов выделяющегося в выработанном пространстве метана необходимо создание специальных или поддерживаемых дренажных выработок. Для изолированного отвода газа из выработанного пространства при отработке лавой 522-Ю пласта «Четвертый» шахты «Воркутинская» за очистным забоем, параллельно поддерживаемой выработке, формировалась дренажная. Со стороны выработанного пространства дренажная выработка ограничена сплошным органным рядом из деревянных стоек, со стороны поддерживаемой выработки на расстоянии 0,7-1,0 м от органного ряда, выкладывалась чураковая стенка, а впоследствии - блочная стенка. Перекрытием ее служил деревянный брус (рис. 1). В чураковой (блочной) стенке на расстоянии 70-90 м от груди забоя устраивались проемы сечением 0,2-
0,5 м2, которые служили для выпуска МВС из выработанного пространства в поддерживаемую за лавой выработку. Напротив проема устанавливалась смесительная камера, воздух в которую направлялся с помощью дощатой перемычки с дверью. Проемы в чура-
ковой стенке для защиты от проявлений горного давления закладывались обрезками металлических труб, равными ширине стенки и диаметром 100 -^300 мм. В дренажную выработку направлялось от 20 до 160 м3/мин воздуха. МВС за счет утечек воздуха проходила через выработанное пространство и поступала в дренажную выработку, где смешивалась с воздухом, поступающим из очистного забоя и выводилась в поддерживаемую выработку через проем в чураковой (блочной) стенке.
Ежесуточный контроль содержания метана у изолирующей стенки в верхней ее части показал, что за весь период отработки лавы концентрация у изолирующей стенки составляла в среднем 1,2 % при изменении концентрации в целом по поддерживаемой выработке от 0,5 до 0,9 %. Местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой выработке наблюдениями выявлено не было.
Одновременно с устройством дренажной выработки изолированный отвод метана производился с помощью газоотсасывающего вентилятора ВМЦГ-7, установленного в районе сопряжения вентиляционной сбойки с квершлага на пласте «Тройной» и фланговым вентиляционным уклоном пласта «Четвертый». С пласта «Тройной» на пласт «Четвертый» были пробурены две скважины диаметром 400 мм в район верхнего сопряжения монтажной камеры 522-Ю пласта «Четвертый». Через вентилятор в среднем проходило 536 м3/мин МВС при расходе метана 6,7 м3/мин с концентрацией 1,1 %.
Рис. 1. Схема экспериментального участка с дренажной выработкой и изолированным отводом метана на фланге выемочного поля
При среднем газовыделении на участке 46,2 м3/мин метана, газоотсасывающий вентилятор удалял 6,8 м3/мин, что составляло 16 %. Для проветривания участка подавалось в среднем 1300 м3/мин воздуха, из которых 536 м3/мин МВС (40 % от общего количества воздуха) забирал га-зо-отсасывающий вентилятор из выработанного пространства. В выработанное пространство воздух поступал в виде утечек по вентиляционному штреку (10%), из района сопряжения очистного забоя и вентиляционного штрека, рассредоточенных утечек по лаве и утечек из поддерживаемой за лавой выработки.
Наблюдения за газовой обстановкой в поддерживаемой за лавой выработке на расстояниях до 110 м от лавы, выполненные в периоды работы и остановки вентилятора ВМЦГ-7, показали, что она практически не зависит от работы вентилятора, а средняя концентрация метана в поддерживаемой выработке составила 0,8 %.
Ранее в 1991-1994 гг. на шахтах «Аяч-Яга» и «Воркутинс-кая» в очистных забоях 234-го пласта 1-4 и 432го пласта «Четвертый» были проведены исследования эффективности использования газо-отсасываю-щих вен-
тиляторов ВМЦГ-7, установленных на фланге отрабатываемого поля в верхней его части, для изолированного отвода МВС из выработанного пространства очистных забоев и влияния его работы на газовую обстановку в поддерживаемой за лавой выработке.
Результаты этих исследований также показали низкую эффективность испытанных схем изолированного отвода МВС в условиях прямоточного проветривания и незначительное влияние газоотсоса на формирование газовой обстановки в выработках участках. Обусловлено это, прежде всего, тем обстоятельством, что в исследованных технологических схемах через выработанное пространство к ставу вентилятора поступает лишь 5-10 % МВС, а 90-95 % ее выделяется в поддерживаемую за лавой выработку на участке до 300 м от груди забоя. Радиус влияния стока (став вентилятора) не превышает в рассмотренных вариантах 300 м.
Выполненные исследования позволяют рекомендовать технологические схемы изолированного отвода МВС из выработанного пространства очистных забоев за пределы выемочного участка (рис. 2) с учетом выявленных законо-
мерностей газовыделения из выработанного пространства в поддерживаемую за лавой выработку.
Оптимальным следует считать вариант, сочетающий формирование дренажной выработки как коллектора выделяемой из выработанного пространства МВС и применение газоотсасывающего вентилятора со всаса-ми, расположенными в дренажной выработке.
На шахтах «Воркутинская» и «Комсомольская» проводятся промышленные испытания искусственно созданного комплекса сооружений (дренажная выработка, регулирующие перемычки и смесительные камеры) для управления потоками МВС. Предварительные результаты исследований свидетельствуют о следующем:
1. При хорошей герметизации
«стенки» дренажной выработки
уменьшается количество местных скоплений метана в поддерживаемой за лавой выработке.
2. При наличии плотной «стенки» происходит размывание пиковых концентраций метана в выносимой утечками МВС.
3. Из-за небольшого поперечного сечения дренажной выработки (порядка
0,4-0,7 м2)
расход МВС в ней незначителен.
4. Из-за того, что одна из стенок дренажной выработки со стороны выработанного пространства формируется из органного ряда, поддерживать на большой протяженности сечение дренажной выработки не удается.
5. Возведение искусственной дренажной выработки не очень технологично и требует больших затрат, а при отсутствии полной герметичности местные скопления ликвидировать полностью не удается.
Одним из перспективных направлений повышения безопасности и эффективности работы добычных участков шахт является переход на подготовку выемочных столбов спаренными выработками, которая применялась на пласте «Четвертый» до 1969 года (расстояние между сбойками 100 м, ширина целика 30 м). При подготовке выемочных столбов на пласт «Четвер-тый» парными штреками, на основании выполненных исследований установлены рациональные параметры подготовки и паспорта крепления. Сечение конвейерного
Рис. 2. Схемы проветривания и изолированного отвода метановоздушной смеси
штрека, примыкающего к забою не менее 10,3 м2 в свету, параллельного -12,8 м2 с трапециевидной формой и шагом установки крепи КМП-Т 1,0 рамы на метр, ширина междуштрекового целика 6,0 м, расстояние между сбойками 50 м, сечение сбоек 10,3 м2, оптимальная длина лавы 200 м.
В качестве предпочтительной и принятой к использованию рекомендована схема нисходящего прямоточного проветривания очистного забоя с под-свежением исходящего из лавы воздуха по конвейерному штреку и с выдачей исходящей струи по задней сбоечной печи на рельсовый штрек (нижнюю парную выработку). При этом осуществляется изолированный отвод метана по непогашаемому конвейерному штреку за задней сбоечной печью. Возможно образование местных скоплений метана в поддерживаемом за лавой участке конвейерного штрека на контакте с выработанным пространством, что определяет расстояние между сбоечными печами (50 м).
По сравнению с комплексом «искусственная стенка - дренажная выработка» рекомендуемая парная подготовка имеет ряд существенных преимуществ:
1. Парная нарезка может быть полностью механизирована, поэтому достаточно технологична, хотя при этом увеличивается объем нарезных работ.
2. Оставляемый между промштре-
ками целик угля даже небольших (0,1Ь) размеров имеет несравнимо большую герметичность, чем искусственная
стенка. Это обстоятельство может полностью исключить вероятность местных скоплений.
3. Один из промштреков можно использовать для дренажа МВС за пределы выемочного столба и даже пласта. При этом площадь поперечного сечения такой дренажной выработки при усилении ее крепи будет гораздо больше и по ней возможно отсасывать значительно большие объемы метана.
4. Наличие целика угля будет препятствием распространению пламени вероятного пожара в выработанное пространство.
5. Наличие второй выработки позволит закладывать дегазационные скважины сразу за линией очистного забоя, что очень важно для увеличения эффективности дегазации.
6. Наличие целика улучшает условия работы восстающих скважин, так как стволы скважин будут в ненару-
шенных породах. Это позволит увеличить срок работы скважин, расстояние между кустами, концентрацию метана в каптируемой смеси и уменьшить число скважин в одном кусте.
При парной нарезке полей очистных участков в условиях шахт объединения возможны три схемы изолированного отвода метана:
1. Отвод метана производится по неподдерживаемому участку конвейерного штрека за лавой по одной из сбоечных печей на вентиляционный штрек (нижняя парная выработка). При такой схеме управления газовы-делением почти весь метан, выделяющийся на очистном участке и не забираемый дегазацией, попадает на вентиляционный штрек (рис. 3,а).
2. Отвод метана производится по не погашаемому за лавой конвейерному штреку на всем его протяжении на одну из двух фланговых выработок. При этом указанная фланговая выработка будет выполнять роль газодренажной выработки, из которой МВС по скважинам передается в выработки пласта «Тройной» для разбавления метана до допустимых ПБ концентраций.
Такая схема изолированного отвода метана соответствует условиям лавы 312-Ю пласта «Четвертый» шахты «Комсо-мольская» (рис. 3,б).
3. Отвод метана производится по не погашаемому за лавой конвейерному штреку до монтажной камеры этой лавы. Далее МВС по монтажной камере и выработанному пространству выдается на вентиляционный штрек. С вентиляционного штрека предварительно бурятся скважины на фланговую выработку пласта «Тройной», по которым МВС передается с пласта «Четвертый» в выработки пласта «Тройной» для разбавления метана до допустимых ПБ концентраций. Такая схема изолированного отвода метана соответствует условиям лавы 622-Ю пласта «Четвертый» шахты «Воркутинская» (рис. 3,в).
При применении изолированного отвода метана по схемам б и в может использоваться также и газоотсасывающий вентилятор типа ВМЦГ -
7.
При отработке лав по падению или восстанию схемы проветривания очистных участков и изолированного отвода метана аналогичны схемам при отработке лав по простиранию.
Предлагаемая подготовка выемочных столбов парными промежуточны-
ми штреками позволит бурить дегазационные скважины из нижнего про-мштрека в непосредственной близости от лавы, улучшить условия работы скважин, т. к. стволы скважин будут охраняться целиком угля, увеличить расстояние между скважинами, продолжительность эффективной работы и концентрацию метана в каптируемой МВС и эффективность дегазации на участке в целом. Выполненные исследования позволяют утверждать следующее:
1. Максимальная суточная нагрузка на очистные забои пласта «Четвертый» по газовому фактору при существующей технологии отработки пластов составляет 1300 т/сут, при этом ограничивающим фактором является содержание метана на исходящей струе выемочного участка.
2. Применяемые способы управления метановоздушными потоками из выработанного пространства при существующей технологии выемки пластов (отсос МВС с помощью вентиляторов ВМЦГ-7, искусственной системы «стенка - дренажная выработка») имеют ограниченные возможности.
3. Технология отработки пластов при нарезке выемочных столбов парными выработками позволяет:
• увеличить нагрузки на очистные забои пласта «Четвертый» до 2000 т/сут;
• за счет создания сети газодренажных выработок целенаправленно управлять метановоздушными потоками из выработанного пространства, не увеличивая при этом общего расхода воздуха по выемочному столбу. Сеть дренажных выработок позволяет удалять до 15-20 м3/мин метана из выработанного пространства;
• отказаться от диагональных вентиляционных сбоек, которые приходится проходить для проветривания подготовительных забоев при одинарной подготовке;
• отказаться от дополнительных ниш-камер для бурения дегазационных скважин;
• максимально приблизить дегазационные скважины к очистному забою, что позволит увеличить эффективность дегазации по выемочному участку до
Рис. 3. Рекомендуемые технологические схемы изолированного отвода МВС: а - изолированный отвод МВС с применением ВМЦГ-7; б - изолированный отвод МВС с применением ВМЦГ-7 и дренажной выработкой; в - изолированный отвод МВС по неподдерживаемой и дренажной выработкам с применением ВМЦГ
65-70 %, а надрабатываемых спутников ционных скважин и увеличить расстоя- положении.
- до 40-50 %; ние между смежными кустами до 200 м
• улучшить условия работы дегаза- вместо 100-150 м при существующем
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пучков П.А., Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт. - М.: Изд-во МГГУ, 1995.
2. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ. - М.: Недра, 1992.
3. Шувалов Ю.В. Соболев В.В., Глобин А.Н., Веселов А.П. Аэро-газопылединамика выработанных пространств. Записки СПГГИ, СПб: Изд-во СПГГИ, 1995, т.1.
Шувалов Юрий Васильевич профессор, докчор юхнических наук, Санкч-
Пе1ербур|ский тсударстенный трный инсшт.
Павлов И.А. — Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Веселов А.П. — Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Бобровников В.Н.— доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Файл: ШУВАЛ_~1
Каталог: 0:\С диска по работе в униве-
ре\аіЛВ_20\аіЛВ4_00\ВСЕ Шаблон:
С:\ивегв\Таня\АррВа1а\Коат^\Мюговой\Шаблоны\
Когта1.ёо1;т
Заголовок: УПРАВЛЕНИЕ УТЕЧКАМИ ВОЗДУХА И ГАЗО-
ВЫДЕЛЕНИЯМИ В ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ВОРКУТЫ Содержание:
Автор: Гитис Л.Х.
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 12.04.2000 9:48:00
Число сохранений: 4
Дата сохранения: 04.12.2008 16:30:00 Сохранил: Таня
Полное время правки: 1 мин.
Дата печати: 04.12.2008 16:41:00
При последней печати страниц: 5
слов: 2 668 (прибл.)
знаков: 15 209 (прибл.)
