СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА Российский патент 1998 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с газовыделением при отработке высокогазоносных угольных пластов полого-наклонного залегания с прямоточной схемой проветривания с подсвежением исходящей выемочного участка.

Известен способ управления газовыделением из выработанного пространства при разработке угольного пласта, включающий подачу свежего воздуха в очистной забой за счет общешахтной депрессии по двум оконтуривающим выемочный столб выработкам при прямоточной схеме проветривания с подсвежением исходящей струи и отводом ее по поддерживаемой за очистным забоем выработке [1].

Недостатком способа состоит в том, что он не позволяет достаточно эффективно управлять газовыделением, так как с помощью утечек воздуха происходит вымывание метана в поддерживаемую за очистным забоем выработку не только из призабойной зоны разрабатываемого пласта, но и из пород кровли, при этом по мере отхода забоя от монтажной камеры, наряду с проявлением в выработанном пространстве слеживаемости обрушенных пород, возрастает влияние газообильности выработанного пространства, вследствие чего долевое участие метана в утечках воздуха повышается, что в целом снижает надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой выработке на границе с выработанным пространством.

Известен способ управления газовыделением из выработанного пространства по заявке N 95107616/03 с приоритетом от 22.05.95 при разработке угольного пласта, включающий подачу свежего воздуха в очистной забой за счет общешахтной депрессии по двум оконтуривающим выемочный столб выработкам при прямоточной схеме проветривания с подсвежением исходящей струи и отводом ее по поддерживаемой за очистным забоем выработке, которую изолируют от выработанного пространства с помощью установки вслед за подвиганием очистного забоя органного ряда и возведения изолирующей стенки с образованием между ними дренажной выработки, при этом первоначально определяют состав, мощность и прочность непосредственной кровли разрабатываемого угольного пласта, протяженность зон активного газовыделения и разгрузки пластов-спутников, а по мере подвигания очистного забоя в изолирующей стенке выполняют дренажные окна, которые до начала их работы герметично перекрывают, при этом одновременно с образованием дренажной выработки в поддерживаемой выработке сооружают газодренажную камеру, которую возводят в зоне активного газовыделения из пластов-спутников и выполняют относительно очистного забоя из передней, промежуточной и задней частей, причем переднюю и заднюю части камеры оборудуют идентично, каждая из которых включает часть изолирующей стенки с дренажным окном, перемычку с вентиляционной дверью, направляющую стенку, которую сооружают вдоль поддерживаемой выработки, предохранительные решетчатые перегородки, примыкающие к направляющей стенке, при этом перемычку с вентиляционной дверью передней и задней частью газодренажной камеры устанавливают впереди дренажного окна, а в качестве промежуточной части газодренажной камеры используют часть поддерживаемой выработки с изолирующей стенкой, причем одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя посредством утечек воздуха через выработанное пространство и органный ряд дренажной выработки создают поток газовоздушной смеси, часть которого отводят по дренажной выработке в исходящую выемочного участка за счет устройства в изолирующей стенке дренажных окон для выноса из зон активного газовыделения пластов-спутников метана, смешивают часть этого потока с частью подсвежающего воздуха, поступающего в дренажную выработку из поддерживаемой выработки на сопряжении ее с очистным забоем, оттесняют этот разбавленный поток газовоздушной смеси в сторону выработанного пространства за счет подпора подсвежающего воздуха, причем часть разбавленного потока газовоздушной смеси отводят через дренажное окно передней части газодренажной камеры и после разжижения ее между направляющей и изолирующей стенками передней части газодренажной камеры до безопасной концентрации направляют в промежуточную, а затем в заднюю часть газодренажной камеры, при прохождении через которые ее дополнительно разжижают подсвежающим потоком воздуха, а остальную незначительную часть разбавленного потока газовоздушной смеси, которая продолжает протекать по дренажной выработке при оттеснении ее в сторону выработанного пространства, отводят через дренажное окно задней части газодренажной камеры, на выходе из которого ее также дополнительно разжижают с последующим смешением вышеуказанных частей потока газовоздушной смеси с исходящей струей выемочного участка в поддерживаемой выработке, при этом одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя другую значительно существенную часть создаваемого в выработанном пространстве посредством утечек воздуха потока газовоздушной смеси отводят через выработанное пространство в исходящую вентиляционного участка по вентиляционным скважинам с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотводящий трубопровод и газоотсасывающий вентилятор, который устанавливают в устье газоотводящего трубопровода, противоположный конец которого пропущен через изолирующую перемычку, сооруженную в дополнительной выработке, которая пройдена из вентиляционной выработки подрабатываемого пласта-спутника и соединена с выработанным пространством разрабатываемого пласта посредством вышеупомянутых скважин, пробуренных из погашенной вентиляционной выработки отрабатываемого выемочного столба, причем дополнительную выработку по подрабатываемому пласту-спутнику и соединяющие ее с выработанным пространством вентиляционные скважины располагают вблизи монтажной камеры, при этом переднюю часть газодренажной камеры располагают от очистного забоя на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и началом зоны активного газовыделения надрабатываемых пластов-спутников, а заднюю - соответственно на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и концом зоны активного газовыделения надрабатываемых пластов-спутников, при этом заднюю часть газодренажной камеры периодически переносят вслед за подвиганием очистного забоя после его отхода от передней части газодренажной камеры на расстояние, не превышающее длину зоны активного газовыделения подрабатываемого пласта-спутника, а после переноса задней части газодренажной камеры дренажные окна, оставшиеся в изолирующей стенке за зоной разгрузки наиболее удаленного из надрабатываемых пласта-спутника от разрабатываемого пласта, наглухо заделывают, кроме того, комплекс газоотсасывающего оборудования в процессе отработки выемочного столба переносят по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя за зону влияния уплотненных обрушенных пород кровли разрабатываемого пласта и соединяют его с предварительно пройденными дополнительной выработкой и вентиляционными скважинами аналогично соединению, как его выполняют на момент отхода от монтажной камеры.

Недостаток указанного способа состоит в том, что при отработке выемочного столба, содержащего мульдообразные участки углепородной толщи, разгрузка углепородного надрабатываемого массива происходит неравномерно. Породы почвы на мульдообразных участках находятся под влиянием зон сжимающих напряжений и характеризуются пониженной газопроницаемостью. Кроме того, породы почвы на этих участках со стороны выработанного пространства подвержены неблагоприятному воздействию инфильтрационных вод вышеотработанных выемочных полей, то есть находятся в сложных горно-геологических условиях. Дегазационные скважины, пробуренные в этих условиях в зону расположения надрабатываемых пластов-спутников, залиты водой, что существенно снижает их дебит и эффективность дегазации надрабатываемой углепородной толщи. В выработанное пространство в этих условиях каптируется лишь незначительная часть метана, что соответственно увеличивает его дебит, приходящийся на вентиляцию в газовом балансе выемочного участка, а это обусловливает проявление зон повышенной концентрации метана на границе с выработанным пространством за очистным забоем на участке активного газовыделения и снижает надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в сложных горно-геологических условиях.

Другим недостатком способа является то, что операция переноса на подрабатываемом пласте-спутнике комплекса газоотсасывающего оборудования в направлении подвигания очистного забоя за зону влияния или зону слеживаемости уплотненных обрушенных пород и соединения его с предварительно пройденными дополнительной выработкой и вентиляционными скважинами аналогично соединению, как его выполняют на момент отхода от монтажной камеры, при отработке длинного выемочного столба обусловливает значительную трудоемкость горных работ и связанные с ними затраты. Кроме того, в результате влияния слеживаемости обрушенных пород за очистным забоем концентрация метана в отводимой из выработанного пространства газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка постепенно снижается по длине участка между вентиляционными скважинами.

В соответствии с этим в основу изобретения поставлена задача обеспечить надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке на участке активного газовыделения при отработке выемочного столба в сложных горно-геологических условиях за счет повышения интенсивности создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси с последующим его отводом в исходящую выемочного и вентиляционного участков.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе управления газовыделением из выработанного пространства при разработке угольного пласта, включающем определение состава, мощности и прочности пород непосредственной кровли разрабатываемого угольного пласта, протяженности зон активного газовыделения и разгрузки пластов-спутников, подачу свежего воздуха в очистной забой за счет общешахтной депрессии по оконтуривающим выемочный столб вентиляционной и поддерживаемой выработкам при прямоточной схеме проветривания с подсвежением исходящей струи и отводом ее по поддерживаемой за очистным забоем выработке, которую изолируют от выработанного пространства с помощью установки вслед за подвиганием очистного забоя органного ряда и возведения изолирующей стенки с образованием между ними дренажной выработки, а по мере подвигания очистного забоя в изолирующей стенке выполняют дренажные окна, которые до начала их работы герметично перекрывают, при этом одновременно с образованием дренажной выработки в поддерживаемой выработке сооружают газодренажную камеру, которую возводят в зоне активного газовыделения из пластов-спутников и выполняют относительно очистного забоя из передней, промежуточной и задней частей, причем переднюю и заднюю части камеры оборудуют идентично, каждая из которых включает часть изолирующей стенки с дренажным окном, перемычку с вентиляционной дверью и смесительную камеру, состоящую из направляющей стенки, которую возводят вдоль поддерживаемой выработки, и предохранительных решетчатых перегородок, при этом перемычку с вентиляционной дверью устанавливают впереди дренажного окна, а в качестве промежуточной части газодренажной камеры используют часть поддерживаемой выработки с изолирующей стенкой, причем одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя посредством утечек воздуха через выработанное пространство и органный ряд дренажной выработки создают поток газовоздушной смеси, часть которого отводят по дренажной выработке в исходящую выемочного участка за счет устройства в изолирующей стенке дренажных окон для выноса из зон активного газовыделения пластов-спутников метана, при этом смешивают часть этого потока с частью подсвежающего воздуха, поступающего в дренажную выработку из поддерживаемой выработки на сопряжении ее с очистным забоем, оттесняют этот разбавленный поток газовоздушной смеси в сторону выработанного пространства за счет подпора подсвежающего воздуха, причем часть этого разбавленного потока газовоздушной смеси отводят через дренажное окно передней части газодренажной камеры и после разжижения ее между направляющей и изолирующей стенками передней части камеры до безопасной концентрации направляют в промежуточную, а затем в заднюю часть камеры, при прохождении через которые ее дополнительно разжижают подсвежающим потоком воздуха, а остальную незначительную часть разбавленного потока газовоздушной смеси, которая продолжает протекать по дренажной выработке при оттеснении ее в сторону выработанного пространства, отводят через дренажное окно задней части камеры, на выходе из которого ее также дополнительно разжижают с последующим смешением вышеуказанных частей потока газовоздушной смеси с исходящей струей выемочного участка в поддерживаемой выработке, кроме того, одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя другую значительно существенную часть создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси отводят через выработанное пространство в исходящую вентиляционного участка по вентиляционным скважинам с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотводящий трубопровод и газоотсасывающий вентилятор, который устанавливают в устье газоотводящего трубопровода, противоположный конец которого пропущен через изолирующую перемычку, сооруженную в дополнительной выработке, которая пройдена из вентиляционной выработки подрабатываемого пласта-спутника и соединена с выработанным пространством разрабатываемого пласта посредством вышеупомянутых скважин, пробуренных из погашенной вентиляционной выработки отрабатываемого выемочного столба, причем дополнительную выработку по подрабатываемому пласту-спутнику и соединяющие ее с выработанным пространством вентиляционные скважины располагают вблизи монтажной камеры отрабатываемого выемочного столба, при этом переднюю часть газодренажной камеры располагают от очистного забоя на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и началом зоны активного газовыделения надрабатываемых пластов-спутников, а заднюю - соответственно на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и концом зоны активного газовыделения надрабатыаемых пластов-спутников, при этом заднюю часть газодренажной камеры периодически переносят вслед за подвиганием очистного забоя после его отхода от передней части газодренажной камеры на расстояние, не превышающее длину зоны активного газовыделения подрабатываемого пласта-спутника, а после переноски задней части газодренажной камеры дренажные окна, оставшиеся в изолирующей стенке за зоной разгрузки наиболее удаленного из надрабатываемых пласта-спутника от разрабатываемого пласта, наглухо заделывают, при этом комплекс газоотсасывающего оборудования в процессе отработки выемочного столба переносят по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя за зону влияния уплотненных обрушенных пород кровли разрабатываемого пласта и соединяют его с предварительно пройденными дополнительной выработкой и вентиляционными скважинами аналогично соединению, как его выполняют на момент отхода от монтажной камеры, согласно изобретению в промежуточной части газодренажной камеры устанавливают по крайней мере одну дополнительную перемычку с вентиляционной дверью впереди предварительного выполненного в изолирующей стенке дренажного окна с примыкающей к перемычке дополнительной смесительной камерой, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней или задней частей газодренажной камеры.

При этом для увеличения концентрации метана в отводимой из выработанного пространства значительно существенной части потока газовоздушной смеси при обеспечении интенсивности отвода последнего, одновременно с образованием за очистным забоем дренажной выработки в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным выемочным столбом поддерживают погашаемую вентиляционную выработку, являющуюся дополнительной дренажной выработкой, путем возведения в ней дополнительной крепи, начиная от монтажной камеры, на участке длиной, равной по крайней мере X = L - l, м, где X - длина участка поддержания в выработанном пространстве дополнительной дренажной выработки за период отработки выемочного столба, м, L - длина отрабатываемого выемочного столба, м, l - длина зоны предварительного уплотнения обрушенных пород в выработанном пространстве за очистным забоем, м.

Причем для обеспечения максимальной возможной депрессии газоотсасывающего вентилятора в течение всего периода отработки выемочного столба отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси из выработанного пространства осуществляют в два этапа. На начальном этапе при отходе очистного забоя от монтажной камеры, при котором величина максимально возможной депрессии определяется заданным расстоянием l_д между всасывающим концом газоотводящего трубопровода и монтажной камерой отрабатываемого выемочного столба, значительно существенную часть потока газовоздушной смеси отводят в исходящую вентиляционного участка по фланцевой выработке соседнего выемочного блока, при этом комплекс газоотсасывающего оборудования размещают в сети фланговых вентиляционных выработок отрабатываемого выемочного блока, посредством которого фланговую выработку соседнего выемочного блока соединяют с дополнительной дренажной выработкой отрабатываемого выемочного столба, причем всасывающий и нагнетательный концы газоотводящего трубопровода пропускают через изолирующие перемычки, которые сооружают соответственно в устьях вышеупомянутых выработок, а на последующем этапе отработки выемочного столба продолжают отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка посредством чередующихся вентиляционных скважин за счет переноса по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя комплекса газоотсасывающего оборудования с шагом, равным расстоянию между вентиляционными скважинами и не превышающим 2l_сл, где l_сл - длина участка слеживаемости обрушенных пород в естественных условиях, м, при этом указанную часть потока газовоздушной смеси отводят через ближайшую от монтажной камеры вентиляционную скважину после отхода очистного забоя от последней на расстояние не менее заданной величины l_д и соответственно после соединения комплекса газоотсасывающего оборудования посредством вентиляционной скважины с выработанным пространством разрабатываемого угольного пласта, при этом газоосасывающий вентилятор с частью газоотводящего трубопровода размешают в смесительной камере, которую оборудуют в вентиляционной выработке подрабатываемого пласта-спутника.

Для предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке на границе с выработанным пространством при отработке выемочного столба на участке с неустойчивой непосредственной кровлей в изолирующей стенке промежуточной части газодренажной камеры выполняют попарно дренажные окна, устанавливают попарно дополнительные перемычки с вентиляционными дверями, которые соединяют между собой смесительной камерой.

При этом для повышения эффекта аэродинамической изоляции поддерживаемых выработок от выработанного пространства при отработке выемочного блока выемочными столбами попарно, одновременно с образованием за очистным забоем дренажной выработки погашаемую вентиляционную выработку, которая является дополнительной дренажной выработкой, поддерживают в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным первым в выемочном блоке выемочным столбом путем возведения в ней дополнительной крепи при отработке в выемочном блоке каждого второго выемочного столба в каждой их паре, а вентиляционную скважину, соединяющую монтажную камеру каждого из отрабатываемых выемочных столбов с указанным выше комплексом газоотсасывающего оборудования, который размещают в обоих случаях в дополнительной выработке, пройденной из вентиляционной выработки, расположенной между магистральными вентиляционными выработками разрабатываемого пласта и подрабатываемого пласта-спутника, располагают между вентиляционной и поддерживаемой выработками, оконтуривающими каждый из отрабатываемых выемочных столбов.

По сравнению с известным уровнем техники заявляемое изобретение позволит обеспечит надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке на участке активного газовыделения при отработке выемочного столба в сложных горно-геологических условиях.

Это достигается тем, что благодаря возведению в промежуточной части газодренажной камеры по крайней мере одной дополнительной перемычки с вентиляционной дверью впереди предварительно выполненного в изолирующей стенке дренажного окна с примыкающей к перемычке дополнительной смесительной камерой, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней или задней газодренажной камеры, активизируется процесс диффузии, которая обусловлена повышением величины утечек, образующих поток газовоздушной смеси, отводимый через выработанное пространство за счет влияния аэродинамического сопротивления газодренажной камеры, оборудованной несколькими перемычками.

Положительный эффект при реализации заявляемого способа достигается также еще и тем, что за счет поддержания в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным выемочным столбом погашаемой вентиляционной выработки, являющейся дополнительной дренажной выработкой, путем возведения в ней дополнительной крепи, начиная от монтажной камеры, на участке длиной, равной по крайней мере X=L-l, м, где X - длина участка поддержания в выработанном пространстве дополнительной дренажной выработки за период отработки выемочного столба, м, L - длина отрабатываемого выемочного столба, м, l - длина зоны предварительного уплотнения обрушенных пород в выработанном пространстве за очистным забоем, м, обеспечивается оттеснение значительно существенной части потока газовоздушной смеси в глубину выработанного пространства за счет депрессии газодренажной камеры, подпора подсвежающего воздуха и аэродинамического сопротивления зоны слеживаемости, формирующейся в выработанном пространстве за зоной активного газовыделения пластов-спутников в направлении подвигания очистного забоя. Поддержание дополнительной дренажной выработки способствует увеличению доли выноса значительно существенной части потока газовоздушной смеси по длине выработанного пространства в исходящую вентиляционного участка с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования. Поддержание дополнительной дренажной выработки в выработанном пространстве обеспечивает повышенную высоту этой выработки вдоль границы слеживаемости обрушенных пород, что нарушает газовый баланс между этой выработкой и примыкающей к ней зоной слеживаемости обрушенных пород и обусловливает интенсивное поступление метана повышенной концентрации в эту выработку. Последнее объясняется эффектом выравнивания динамического давления между дополнительной дренажной выработкой и зоной слеживаемости обрушенных пород в выработанном пространстве.

Другой технический эффект при реализации заявляемого способа достигается также и за счет того, что отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси из выработанного пространства в исходящую вентиляционного участка в течение всего периода отработки выемочного столба осуществляется при максимально возможной депрессии газоотсасывающего вентилятора. Это условие обеспечивается в два этапа. На начальном этапе, при котором величина максимально возможной депрессии определяется заданным расстоянием l_д между всасывающим концом газоотводящего трубопровода и монтажной камерой отрабатываемого выемочного столба, указанную часть потока газовоздушной смеси при отходе очистного забоя от монтажной камеры отводят по фланговой выработке соседнего выемочного блока, а отвод этой части потока газовоздушной смеси на последующем этапе отработки выемочного столба продолжают посредством чередующихся вентиляционных скважин за счет переноса по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя комплекса газоотсасывающего оборудования с шагом, равным расстоянию между вентиляционными скважинами и не превышающим 2 l_сл, где l_сл - длина участка слеживаемости обрушенных пород в естественных условиях, м. Причем указанную часть потока газовоздушной смеси отводят через ближайшую от монтажной камеры вентиляционную скважину после отхода очистного забоя от последней на расстояние не менее заданной величины l_д и соответственно после соединения комплекса газоотсасывающего оборудования посредством вентиляционной скважины с выработанным пространством разрабатываемого угольного пласта. На обоих этапах максимально возможная депрессия газоотсасывающего вентилятора обусловливает соответственно максимальную интенсивность отсоса значительно существенной части создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси.

Кроме того, реализации способа управления газовыделением способствует устойчивое направление движения значительно существенной части потока газовоздушной смеси в сторону выработанного пространства за счет влияния общешахтной депрессии и депрессии газоотсасывающего вентилятора типа ВМЦГ. Движение утечек воздуха, насыщенных метаном, обусловлено разностью величин барометрического давления между любой точкой выработанного пространства и устьем газоотводящего трубопровода.

При управлении газовыделением по указанному способу следует выделить и особые горнотехнические условия, в которых заявляемый способ может также успешно применяться, а именно вблизи границы, например, затопленного пожарного участка. В этом случае в процессе подвигания очистного забоя постоянно осуществляется подпор и оттеснение в глубину выработанного пространства находящегося в свободном состоянии метана из полостей расслоения, формирующихся в породах кровли за очистным забоем в непосредственной близости от границы выработанного пространства, по системе трещин подрабатываемого углепородного массива к его верхним слоям, что сказывается на повышении концентрации метана в дегазационных скважинах, пробуренных в зону расположения подрабатываемых пластов-спутников, а также и на повышении концентрации метана в дополнительной дренажной выработке. Подпор и оттеснение метановых слоев высокой концентрации обусловлено влиянием повышения депрессии газодренажной камеры.

Механизм отвода потока газовоздушной смеси из выработанного пространства в исходящую струю состоит в том, что часть создаваемого в выработанном пространстве посредством утечек воздуха, протекающих через выработанное пространство и органный ряд дренажной выработки, потока отводят по дренажной выработке в исходящую выемочного участка за счет устройства в изолирующей стенке дренажных окон, а затем смешивают с подсвежающим воздухом, поступающим из поддерживаемой выработки на сопряжении с очистным забоем. Часть этого потока газовоздушной смеси в процессе диффузии оттесняется от изолирующей стенки в сторону выработанного пространства за счет подпора подсвежающего воздуха, поступающего по поддерживаемой выработке. В процессе диффузии и оттеснения от изолирующей стенки в сторону выработанного пространства часть этого потока выносится через дренажное окно передней части газодренажной камеры. Причем вследствие скоростного разрежения воздушной струи, способствующего падению давления между направляющей и изолирующей стенками передней части газодренажной камеры, по сравнению с величиной давления в дренажной выработке, происходит увеличение количества выносимого потока газовоздушной смеси утечки воздуха через дренажное окно дренажной выработки. Вынесенную через дренажное окно передней части газодренажной камеры газовоздушную смесь разжижают подсвежающим потоком воздуха между направляющей и изолирующей стенками передней части камеры, а затем в дополнительных смесительных камерах промежуточной и задней частей камеры до безопасной концентрации.

Оставшаяся часть разбавленного потока газовоздушной смеси, которая продолжает протекать по дренажной выработке за счет общешахтной депрессии, также оттесняется от изолирующей стенки в сторону выработанного пространства за счет подпора подсвежающего потока воздуха и следует далее к зоне активного газовыделения из надрабатываемых пластов-спутников, где смешивается с выносимыми из этой зоны утечками воздуха, насыщенными метаном и представляющими часть упомянутого выше потока газовоздушной смеси, а дойдя до дренажных окон соответственно передней и задней относительно очистного забоя дополнительных смесительных камер промежуточной части, а затем и до дренажного окна задней части газодренажной камеры, выносится через них, на выходе из которых также дополнительно разжижается до безопасной концентрации и смешивается с вышеуказанными частями потока газовоздушной смеси с исходящей струей выемочного участка в поддерживаемой выработке.

Оттесненная в сторону выработанного пространства часть потока газовоздушной смеси выполняет роль своеобразного барьера между выработанным пространством и поддерживаемой за очистным забоем выработкой по всей длине газодренажной камеры, что оказывает существенное влияние на снижение концентрации метана в пограничном слое потока газовоздушной смеси, примыкающего в изолирующей стенке со стороны дренажной выработки, и соответственно на концентрацию метана вблизи этой стенки со стороны поддерживаемой выработки.

Выдачу другой значительно существенной части потока газовоздушной смеси из выработанного пространства осуществляют с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотводящий трубопровод и газоотсасывающий вентилятор типа ВМЦГ, в два этапа. Выдачу указанной части потока на начальном этапе отработки выемочного столба осуществляют в исходящую вентиляционного участка по фланговой выработке соседнего выемочного блока, а на последующем этапе - по чередующимся вентиляционным скважинам с передачей этой части потока по дополнительной и вентиляционной выработкам подрабатываемого пласта-спутника отрабатываемого выемочного блока. Работа газоотсасывающего вентилятора типа ВМЦГ обеспечивает снижение давления в устье газоотводящего трубопровода до величины, меньшей чем в начальной точке замеров на вентиляционном штреке отрабатываемого выемочного столба барометрического давления выемочного участка. Согласно этому условию барометрическое давление воздуха в любой точке выработанного пространства выше, чем в устье газоотводящего трубопровода, что обусловливает устойчивое направление движения в выработанном пространстве потока утечек воздуха, насыщенных метаном, к газоотсасывающему вентилятору.

Таким образом, при реализации способа управления газовыделением из дренажной выработки через дренажные окна передней, промежуточной и задней частей газодренажной камеры в исходящую выемочного участка отводят часть создаваемого посредством утечек воздуха потока газовоздушной смеси, образующейся в результате газовыделения из подрабатываемого пласта-спутника и надрабатываемых пластов-спутников соответственно, а другую значительно существенную часть потока газовоздушной смеси отводят из выработанного пространства на начальном этапе в исходящую вентиляционного участка по фланговой выработке соседнего выемочного блока, а на последующем этапе - по чередующимся вентиляционным скважинам, дополнительной и вентиляционной выработкам подрабатываемого пласта-спутника с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, используя на обоих этапах в выработанном пространстве дополнительную дренажную выработку.

Причем за счет возведения в промежуточной части газодренажной камеры по крайней мере одной дополнительной перемычки с вентиляционной дверью впереди предварительно выполненного в изолирующей стенке дренажного окна с примыкающей к перемычке дополнительной смесительной камерой, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней или задней частей газодренажной камеры, повышается не только величина утечек воздуха из очистного забоя через выработанное пространство, но и эффект оттеснения вышеуказанной части потока газовоздушной смеси в сторону выработанного пространства, что обеспечивает, с одной стороны, дополнительное снижение концентрации метана вблизи изолирующей стенки со стороны дренажной выработки, а с другой, - повышение интенсивности движения отмеченной части потока как по длине дренажной выработки, так и в направлении к погашаемой вентиляционной выработке в глубину выработанного пространства вдоль подвижной границы слеживаемости обрушенных пород и далее по погашаемой вентиляционной выработке, предназначенной для отвода значительно существенной части создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси. Увеличению интенсивности движения потока способствует поддержание погашаемой вентиляционной выработки, являющейся дополнительной дренажной выработкой, путем возведения в ней дополнительной крепи, а также периодический перенос комплекса газоотсасывающего оборудования по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя и соединение его с вентиляционными скважинами, пробуренными из погашенной вентиляционной выработки отрабатываемого выемочного столба на расстоянии друг от друга, не превышающем 2l_сл, где l_сл - длина участка слеживаемости обрушенных пород в выработанном пространстве в естественных условиях, м.

Кроме того, наличие в выработанном пространстве вдоль зоны слеживаемости обрушенных пород дополнительной дренажной выработки, сохраняющей в результате ее поддержания значительные геометрические поперечные размеры, обеспечивает постоянное поступление в нее из зоны активного газовыделения метана высокой концентрации с отводом по ней в исходящую вентиляционного участка значительно существенной части потока газовоздушной смеси за счет общешахтной депрессии и депрессии газоотсасывающего вентилятора типа ВМЦГ.

Таким образом, в результате повышения интенсивности движения создаваемого в выработанном пространстве потока и газовоздушной смеси возрастает его турбулентность, улучшается его перемешивание с подсвежающим потоком воздуха и снижается концентрация метана в отводимой по дренажной выработке в исходящую выемочного участка части потока, в особенности в ее пограничном слое, примыкающем к изолирующей стенке со стороны выработанного пространства. А интенсивный отвод другой значительно существенной части потока газовоздушной смеси по дополнительной дренажной выработке вдоль границы слеживаемости обрушенных пород выработанного пространства пор мере подвигания очистного забоя сопровождается постоянным поступлением в эту часть потока из зоны активного газовыделения метана и поддержанием, таким образом, в течение всего периода отработки выемочного столба в отводимой газовоздушной смеси повышенной концентрации метана.

То есть при реализации способа управления газовыделением из выработанного пространства обеспечивается не только повышение величины утечек воздуха из очистного забоя, но и усиление эффекта оттеснения в глубину выработанного пространства другой более значительной части потока газовоздушной смеси повышенной концентрации с последующим ее отводом вдоль границы слеживаемости обрушенных пород выработанного пространства по дополнительной дренажной выработке.

Следовательно, благодаря повышению интенсивности создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси с последующим его отводом в исходящую выемочного и вентиляционного участков при выполнении указанного выше комплекса условий, обеспечивается надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана на границе с выработанным пространством при отработке выемочного столба в сложных горно-геологических условиях.

Таким образом, при реализации изобретения достигается технический результат, который не известен из сведений об уровне техники, а поэтому он имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 представлена схема управления газовыделением из выработанного пространства на начальном этапе отработки выемочного столба; на фиг. 2 - обозначение элементов газодренажной камеры; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - газодренажная камера с наличием дополнительных элементов газодренажной камеры; на фиг. 5 - характер распределения зон разгрузок пластов-спутников по мощности горного массива; на фиг. 6 - характер изменения концентрации метана за очистным забоем вблизи изолирующей стенки в зонах активного газовыделения подрабатываемого и надрабатываемых пластов-спутников; на фиг. 7 - участок изолирующей стенки с выполненным в ней дренажным окном; на фиг. 8 - схема управления газовыделением из выработанного пространства с отводом значительно существенной части потока газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка по вентиляционной скважине, дополнительной и вентиляционной выработкам подрабатываемого пласта-спутника; на фиг. 9 - влияние аэродинамического сопротивления газодренажной камеры на величину утечек воздуха; на фиг. 10 - зависимость депрессии газодренажной камеры от ее аэродинамического сопротивления; на фиг. 11, 12 - изменение концентрации метана в зависимости от величины утечек воздуха, протекающих по дренажной выработке, в зонах активного газовыделения подрабатываемого и надрабатываемых пластов-спутников; на фиг. 13 - характер изменения концентрации метана на изолирующей стенке со стороны поддерживаемой выработки; на фиг. 14 - технологическая схема выемочного участка с обозначением параметров зон слеживаемости и предварительного уплотнения обрушенных пород за очистным забоем по длине выработанного пространства; на фиг. 15 - схема определения параметров зоны предварительного уплотнения обрушенных пород и зоны их слеживаемости по длине выработанного пространства; на фиг. 16 - изменение концентрации метана в отводимой существенной части потока газовоздушной смеси по длине выработанного пространства; на фиг. 17 - компоновка элемента газодренажной камеры на участке выемочного столба с неустойчивой непосредственной кровлей; на фиг. 18 - разрез Б-Б на фиг. 17; на фиг. 19 - технологическая схема выемочного участка в выемочном блоке, отрабатываемом выемочными столбами попарно, с применением газодренажной камеры при отработке в выемочном блоке каждого первого выемочного столба в каждой их паре; на фиг. 20 - то же при отработке каждого второго выемочного столба в той же паре.

Выемочный столб 1, оконтуренный вентиляционной выработкой 2 и конвейерной выработкой 3 по разрабатываемому угольному пласту 4, при наличии пластов-спутников 5, 6, 7, 8, 9 отрабатывают очистным забоем 10. Конвейерную выработку 3 поддерживают за очистным забоем 10 для повторного использования и изолируют от выработанного пространства 11 с помощью деревянного органного ряда 12 и чураковой изолирующей стенки 13 с обмазкой ее глиной с образованием между ними дренажной выработки 14. Последнюю образуют вслед за подвиганием очистного забоя 10.

Свежий воздух подают в забой 10 по вентиляционной выработке 2, а исходящую отводят по поддерживаемой за очистным забоем 10 выработке 3, по которой подают часть воздуха для подсвежения исходящей выемочного участка.

В процессе подвигания очистного забоя 10 используют создаваемый в выработанном пространстве 11 посредством утечек воздуха поток газовоздушной смеси, часть которого отводят по дренажной выработке 14, в исходящую выемочного участка в поддерживаемую выработку 3 за счет устройства в изолирующей стенке 13 дренажных окон 15, являющихся элементами газодренажной камеры 16, которую оборудуют в поддерживаемой выработке 3 за очистным забоем 10, а другую значительно существенную часть потока отводят из выработанного пространства 11 в исходящую вентиляционного участка с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотсасывающий вентилятор 17 и газоотводящий трубопровод 18 (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9).

Газодренажная камера 16 выполнена относительно очистного забоя 10 из передней 19, промежуточной 20 и задней 21 частей (фиг. 2). Передняя 19 и задняя 21 ее части оборудованы идентично. Каждая из них включает часть изолирующей стенки 13 с дренажным окном 15, перемычку 22 с вентиляционной дверью 23 и смесительную камеру, состоящую из прилегающей к перемычке 22 направляющей стенки 24 и примыкающих к направляющей стенке 24 впереди и позади нее предохранительных решетчатых перегородок 25 (фиг. 2 и 3). В промежуточной части 20 газодренажной камеры 16 возведены более одной дополнительные перемычки 26 с вентиляционными дверями 23 с образованием, например, трех дополнительных промежуточных частей 27, 28 и 29. Каждая дополнительная перемычка 26 установлена впереди выполненного в изолирующей стенке 13 дренажного окна 15 с примыкающей к ней дополнительной смесительной камерой 30, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней 19 или задней 21 частей газодренажной камеры 16 (фиг. 4). Другими позициями обозначены: непосредственная кровля 31, зоны активного газовыделения 32 и 33 соответственно подрабатываемого пласта-спутника 5 и надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9; зоны разгрузки 34, 35, 36, 37 надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9; монтажная камера 38; зоны повышенной концентрации метана 39 и 40, зоны пониженной концентрации метана 41 и 43; породы почвы 42 разрабатываемого пласта 4; газопроводящие трещины 44; начало 45 и 46 зон повышенной концентрации метана 39 и 40; деревянные стойки 47; отрезки 48 шпального бруса; проем 49; сопряжение 50 поддерживаемой выработки 3 с очистным забоем 10; фланговая выработка 51 соседнего выемочного блока 52; вентиляционная скважина 53; дополнительная 54 и вентиляционная выработки 55 подрабатываемого пласта-спутника 5; отрабатываемый выемочный блок 56; всасывающий конец 57 газоотводящего трубопровода 18; горизонтальные 58, 59 и наклонная 60 выработки; дополнительная дренажная выработка 61; нагнетательный конец 62 газоотводящего трубопровода 18; изолирующая перемычка 63; устье 64 выработок 51 и 61; кривые 65 и 66 утечек воздуха; изменение депрессии 67 газодренажной камеры 16 в зависимости от ее аэродинамического сопротивления; кривые 68, 69 изменения концентрации метана в зависимости от величины утечек; кривая 70 изменения концентрации метана на изолирующей стенке 13 со стороны поддерживаемой выработки 3 в зоне активного газовыделения 33; зона слеживаемости 71; зона предварительного управления 72 обрушенных пород; породы кровли 73; дополнительная кровь 74; граница окончания участка поддержания 75 дополнительной дренажной выработки 61; линия остановки 76 очистного забоя 10; начало 77 зоны повышенной концентрации метана 78; первичная зона слеживаемости 79; подвижная граница 80 зоны слеживаемости 71; граница 81 со смежным отработанным выемочным столбом 82; кривая 83 изменения концентрации метана в отводимой части потока газовоздушной смеси по дополнительной дренажной выработке 61; купол 84 в неустойчивой непосредственной кровле 31; выемочный блок 85; выемочные столбы 86 и 87, отрабатываемые попарно; граница 88 с выработанным пространством 11; вентиляционная выработка 89; магистральные вентиляционные выработки 90 и 91 разрабатываемого пласта 4 и подрабатываемого пласта-спутника 5 соответственно.

Способ начинают выполнять после определения состава, мощности и прочности пород непосредственной кровли 31 разрабатываемого пласта 4. Указанные показатели определяют по известным классификациям ВНИМИ. Затем определяют протяженность зон активного газовыделения 32 и 33 соответственно подрабатываемого пласта-спутника 5 и надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9 с учетом влияния зон разгрузки 34, 35, 36, 37 последних. Протяженность зон 32 и 44 (фиг. 5) определяют на основе замеров концентрации метана вблизи изолирующей стенки 13 и дебита метана в скважинах (условно не показанных), пробуриваемых на подрабатываемый пласт-спутник 5 надрабатываемые пласты-спутники 6, 7, 8, 9 из поддерживаемой выработки 3, согласно известным контурным схемам дегазации (условно не показаны).

После отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 по крайней мере на длину зоны активного газовыделения 32 в поддерживаемой выработке 3 между монтажной камерой 38 и очистным забоем 10 сооружают газодренажную камеру 16. Сооружение ее из трех частей - передней 19, промежуточной 20 и задней 21 обусловлено характером газовыделения из пластов-спутников 5, 6, 7, 8, 9 (фиг. 3, 5). По мере дальнейшего отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 на длину зоны разгрузки 37 наиболее удаленного от разрабатываемого пласта 4 надрабатываемого пласта-спутника 9 в промежуточной части 20 газодренажной камеры 16 возводят дополнительные перемычки 26, оборудованные вентиляционными дверями 23, и примыкающие к ним дополнительные смесительные камеры 30, причем в каждом случае дополнительные перемычки 26 возводят впереди предварительно выполненных в изолирующей стенке 13 дренажных окон 15.

Необходимость возведения в промежуточной части 20 газодренажной камеры 16 дополнительных перемычек 26 с вентиляционными дверями 23 и примыкающих к ним дополнительных смесительных камер 30 обусловлено влиянием повышенной концентрации метана со стороны выработанного пространства 11 по длине газодренажной камеры 16. Как видно из фиг. 6, при отработке пласта Четвертого лавой 622-ю на шахте "Воркутинская" ОАО "Воркутауголь" на мульдообразном участке углепородной толщи, совпадающем с участком активного газовыделения 33, по длине газодренажной камеры 16 вблизи изолирующей стенки 13 постоянно прослеживаются две зоны 39 и 40 повышенной концентрации метана.

Ближайшая от очистного забоя 10 зона 39 формируется за счет газоотдачи подрабатываемого пласта-спутника 5, а также надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9, а более удаленная от очистного забоя 10 зона 40 - за счет надработки последних.

Формирование в 10-50 м за очистным забоем 10 вблизи изолирующей стенки 13 зоны повышенной концентрации 39 при наличии между этой зоной и перемычкой 22 передней части 19 газодренажной камеры 16 зоны пониженной концентрации метана 41 в условиях, при которых нисходящие скважины (условно не показаны) залиты инфильтрационными водами вышеотработанных выемочных полей, вызвано недостаточной эффективность дегазации надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9, залегающих в породах почвы 42 разрабатываемого пласта 4. Формирование второй зоны 40 повышенной концентрации метана в 100-160 м за очистным забоем 10 при наличии между этой зоной и перемычкой 22 задней части 21 газодренажной камеры 16 зоны пониженной концентрации метана 43 обусловлено влиянием зон разгрузки 34, 35, 36, 37 от горного давления соответственно надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9, залегающих в условиях обводненности пород почвы 42 инфильтрационными водами выше отработанных выемочных полей на участке активного газовыделения 33. Выделяясь в этих условиях из разгруженной углепородной толщи и минуя систему дегазации надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9, метан под влиянием природного газового давления заполняет выработанное пространство 11, поступая по газопроводящим трещинам 44 пород почвы 42 в поддерживаемую за очистным забоем 10 выработку 3, повышая тем самым дебит метана, приходящийся на вентиляцию выемочного участка (фиг. 5).

В связи с изложенным для решения поставленной задачи изобретения дополнительные перемычки 26 с вентиляционными дверями 23 возводят по длине промежуточной части 20 газодренажной камеры 16 из расчета, что расстояние между перемычками, принимаемое равным R (фиг. 4), не должно превышать среднюю протяженность R_ср зон влияния 41 и 43 перемычек 22, равных соответственно R₁ и R₂. Протяженность R_cp определяют как среднеарифметическую зон влияния 41 и 43, равных соответственно R₁ и R₂, каждой из перемычек 22 газодренажной камеры 16 (фиг. 6).

Критерием выбора протяженности каждой из зон влияния 41 и 43 служит соответственно величина расстояний R₁ и R₂ между каждой из перемычек 22 и соответственно началом 45 и 46 зон повышенной концентрации метана 39 и 40. Величина R_cp определяется состоянием горного массива, зависящим от физико-механичесих свойств горных пород, газообильности, газопроницаемости и обводненности выработанного пространства 11, глубины разработки и эффективности дегазации пластов-спутников 6, 7, 8, 9 (фиг. 3, 4, 5, 6).

Дренажные окна 15 подготавливают в изолирующей стенке 13 заблаговременно, выполняя их за очистным забоем 10 при возведении изолирующей стенки 13, например, из деревянных стоек 47, установленных между отрезками 48 шпального бруса, с образованием необходимой площади сечения для отвода газовоздушной смеси в исходящую выемочного участка (фиг. 7).

Под термином необходимая площадь дренажного окна 15 понимают достаточной величины площадь для обеспечения выноса потока газовоздушной смеси по дренажной выработке 14 со скоростью не менее 0,5-0,6 м/с, при которой формирование местных и слоевых скоплений метана исключается.

Каждое из подготовленных в изолирующей стенке 13 дренажных окон 15 до начала их работы герметично перекрывают впереди газодренажной камеры 16, например, прорезиненной тканью. Перекрывание дренажного окна 15 обеспечивает направленность потока газовоздушной смеси по дренажной выработке 14 из зон повышенной концентрации метана 39 и 40 к действующим дренажным окнам 15 газодренажной камеры 16.

Управление газовыделением из выработанного пространства 11 заключается в следующем. Одновременно с отводом из очистного забоя 10 исходящей струи в результате выноса утечками воздуха через выработанное пространство 11 из зон активного газовыделения 32 и 33 метана, выделяющегося в условиях обводненности пород почвы 42 из надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9 и недостаточно эффективно каптируемого системой дегазации, в выработанном пространстве 11 и дренажной выработке 14 создают поток газовоздушной смеси. Часть этого потока посредством утечек воздуха, протекающих через выработанное пространство 11 и органный ряд 12, отводят по дренажной выработке 14 в исходящую выемочного участка через дренажные окна 15, выполненные в изолирующей стенке 13, смешивают часть этого потока в дренажной выработке 14 соответственно по длине передней 19, промежуточной 20 и задней 21 частей газодренажной камеры 16 с частью подсвежающего воздуха, поступающего в дренажную выработку 14 из поддерживаемой выработки 3 через проем 49 на сопряжении 50 с очистным забоем 10, а также разжижают эти части в смесительных камерах 19, 30 и 21 на выходе из дренажных окон 13 (фиг. 2).

В процессе смешивания потока газовоздушной смеси с подсвежающим воздухом происходит диффузия его пограничного слоя (условно не показан), оттеснение потока в глубину выработанного пространства 11 и снижение концентрации метана вблизи изолирующей стенки 13.

Одновременно с отводом из выработанного пространства 11 указанной части потока газовоздушной смеси с исходящую выемочного участка другую значительно существенную часть создаваемого в выработанном пространстве 11 потока отводят на начальном этапе отработки выемочного столба 1 по фланговой выработке 51 разрабатываемого пласта 4 в исходящую вентиляционного участка соседнего выемочного блока 52, а на последующем этапе - по чередующимся вентиляционным скважинам 53 с передачей этой части потока по дополнительной 54 и вентиляционной 55 выработкам подрабатываемого пласта-спутника 5 в исходящую вентиляционного участка отрабатываемого выемочного блока 56 (фиг. 1, 8). Отвод указанной части потока газовоздушной смеси осуществляют на обоих этапах с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотводящий трубопровод 18 и газоотсасывающий вентилятор 17. Последний устанавливают вблизи всасывающего конца 57 газоотводящего трубопровода 18. Газоотводящий трубопровод 18 размещают, как видно из фиг. 1, в горизонтальных 58, 59 и наклонной 60 выработках, образующих сеть вентиляционных выработок, пройденных по разрабатываемому пласту 4 между отрабатываемым 56 и соседним 52 выемочным блоками, посредством которого фланговую выработку 51 соединяют с дополнительной дренажной выработкой 61 отрабатываемого выемочного столба 1. При этом всасывающий 57 и нагнетательный 62 концы газоотводящего трубопровода 18 пропускают через изолирующие перемычки 63, которые сооружают в устьях 64 вышеупомянутых выработок 51 и 61.

Указанный порядок отвода значительно существенной части потока газовоздушной смеси обеспечивает максимально возможную депрессию газоотсасывающего вентилятора 17 в течение всего периода отработки выемочного столба 1. На начальном этапе при отходе очистного забоя от монтажной камеры 38, при котором значительно существенную часть потока газовоздушной смеси отводят из выработанного пространства 11 в исходящую вентиляционного участка по фланговой выработке 51 соседнего выемочного столба 52, как видно из фиг. 1, максимально возможная депрессия газоотсасывающего вентилятора 17 обеспечивается заданным расстоянием l_д между всасывающим концом 57 газоотводящего трубопровода 18 и монтажной камерой 38 отрабатываемого выемочного столба 1 по сравнению с вариантом, в соответствии с которым указанную часть потока начали бы отводить из выработанного пространства 11 по вентиляционной скважине 53, расположенной вблизи монтажной камеры 38 на расстоянии от последней, равном l_д1, которое существенно меньше, чем l_д. На последующем этапе отработки выемочного столба 1, при котором отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка продолжают из выработанного пространства 11 по чередующимся вентиляционным скважинам 53, максимально возможная депрессия газоотсасывающего вентилятора 17 обеспечивается за счет переноса по подрабатываемому пласту-спутнику 5 в направлении подвигания очистного забоя 10 комплекса газоотсасывающего оборудования с шагом, равным расстоянию между вентиляционными скважинами 53 и не превышающим 2l_сл, где l_сл - длина участка слеживаемости обрушенных пород в естественных условиях, м. Причем указанную часть потока газовоздушной смеси в этом случае отводят через ближайшую от монтажной камеры 38 вентиляционную скважину 53 после отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 на расстояние, равное по крайней мере величине l_д и соответственно после переноса комплекса газоотсасывающего оборудования на величину, не превышающую 2l_сл и соединения последнего посредством вентиляционной скважины 53 с выработанным пространством 11 разрабатываемого пласта 4 (фиг. 8).

Согласно расчетам максимально возможная депрессия газоотсасывающего вентилятора 17 на начальном этапе отработки выемочного столба 1 при заданной величине l_д, равной, например, 350 м может достигать 1,5-2,0 кПа, а на последующем этапе вследствие влияния уменьшения площади поперечного сечения дополнительной поддерживаемой выработки 61 - соответственно 6-8 кПа.

Возведение в промежуточной части 20 газодренажной камеры 17 дополнительных перемычек 26 с вентиляционными дверями 23, установленными впереди предварительно выполненных в изолирующей стенке 13 дренажных окон 15, с примыкающими к ним дополнительными смесительными камерами 30, включающими элементы, которые идентичны элементам смесительных камер передней 19 или задней 21 частей газодренажной камеры 16, обусловливает повышение не только величины утечек воздуха, протекающих по дренажной выработке 14, но и эффекта оттеснения значительно существенной части потока газовоздушной смеси в глубину выработанного пространства 11 к дополнительной дренажной выработке 60.

Как показал анализ инструментальных наблюдений, проведенных при работе лавы 622-ю пласта Четвертого на шахте "Воркутинская" ОАО "Воркутауголь", повышение величины утечек, протекающих через выработанное пространство 11 и по дренажной выработке 14, обусловливалось увеличением аэродинамического сопротивления газодренажной камеры 16, которое достигалось возведением в ее промежуточной части 20 двух дополнительных перемычек 26. Из графика фиг. 9 видно, что увеличение в 2,5 раза аэродинамического сопротивления газодренажной камеры 16 привело к повышению в 1,6 раза утечек воздуха, протекающих по дренажной выработке 14 в зоне повышенной концентрации метана 39, приуроченной к зоне активного газовыделения 32 подрабатываемого пласта-спутника 5 (кривая 65 фиг. 9) и в 1,5 раза - в зоне повышенной концентрации метана 40 (кривая 66, фиг. 9), приуроченной к зоне активного газовыделения 33 надрабатываемых пластов-спутников 6, 7, 8, 9, подверженной неблагоприятному воздействию инфильтрационных вод вышеотработанных выемочных полей. При этом величина депрессии газодренажной камеры 16 возросла в 2,4 раза (график 67 фиг. 10), а концентрация метана в зонах 39 и 40 в гадодренажной выработке 14 снизилась соответственно в 2,5 и 3,5 раза (кривые 68 и 69 фиг. 11, 12), а на изолирующей стенке 13 со стороны поддерживаемой выработки 3, согласно кривой 70 фиг. 13, по одной из серий инструментальных наблюдений, по длине зон активного газовыделения 32 и 33 не превышала 1,2%, что свидетельствует о положительном влиянии перемычек 22 и 26 газодренажной камеры 16 при отводе потока газовоздушной смеси в исходящую выемочного и вентиляционного участков.

Оттеснение от изолирующей стенки 13 в глубину выработанного пространства 11 значительно существенной части потока газовоздушной смеси обусловливается влиянием общешахтной депрессии, депрессии газоотсасывающего вентилятора 17 и газодренажной камеры 16, а также влиянием аэродинамического сопротивления зоны слеживаемости 71, протяженность которой l_х возрастает в выработанном пространстве 11 по мере отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 (фиг. 14). Величина отставания зоны слеживаемости 71 от очистного забоя 10 характеризует длину l зоны предварительного уплотнения 72 обрушенных пород за очистным забоем 10, которая определяется составом, толщиной пород кровли 73, глубиной разработки, длиной очистного забоя 10 и близка к постоянной величине (фиг. 14).

С учетом того, что зона предварительного уплотнения 72 обрушенных пород в выработанном пространстве 11 представляет собой аэродинамически активный канал, по которому протекает поток газовоздушной смеси, то очевидно, что на начальном этапе отработки выемочного столба 1, начиная от монтажной камеры 38, длина участка поддержания l_х дополнительной дренажной выработки 61 будет определяться текущей длиной L₀ подвигания очистного забоя 10. В качестве дополнительной крепи 74, используемой для поддержания дополнительной дренажной выработки 61, могут применяться деревянные костры, ремонтины и другие виды крепи. В процессе доработки выемочного столба 1, исходя из условия активного прососа значительно существенной части потока газовоздушной смеси через зону l предварительного уплотнения 72 обрушенных пород, дополнительную дренажную выработку 61 поддерживают до границы окончания участка поддержания 75, место расположения которой определяют относительно линии остановки 76 очистного забоя 10, исходя из условия, согласно которому длина участка поддержания дополнительной дренажной выработки 61 равна по крайней мере X = L - l, м, где X - длина участка поддержания дополнительной дренажной выработки 61 за период отработки выемочного столба 1, м, L - длина отрабатываемого выемочного столба 1, м, l - длина зоны предварительного уплотнения 72 обрушенных пород в выработанном пространстве 11 за очистным забоем 10, м (фиг. 14, 16).

Величину l определяют по мере отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 (фиг. 14, 15, 16). Критерием выбора величины l служит расстояние между очистным забоем 10 и началом 77 зоны повышенной концентрации метана 78, возникающей вблизи изолирующей стенки 13 и превышающей в этом случае предельно допустимую согласно ПБ величину, равную 2%, после отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 на расстояние L₀ (фиг. 15). Как видно из графика 78 изменения концентрации метана на фиг. 15, длина зоны l предварительного уплотнения 72 обрушенных пород после отхода лавы 622-ю пласта Четвертого шахты "Воркутинская" ОАО "Воркутауголь" от монтажной камеры 38 на 600-630 м составляет около 300 м. Соответственно длина l_сл первичной зоны слеживаемости 79 обрушенных пород, примыкающая к монтажной камере 38, после отхода очистного забоя 10 от монтажной камеры 38 на величину L₀ определится из выражения l_сл = L₀ - l, м, где l_сл - длина первичной зоны слеживаемости 79 обрушенных пород, примыкающая к монтажной камере 38, по условию исключения пропускной способности утечек воздуха, м, L₀ - текущая длина участка подвигания очистного забоя 10 после формирования первичной зоны слеживаемости 79 обрушенных пород (фиг. 15).

В результате влияния общешахтной депрессии, депрессии газодренажной камеры 16, аэродинамического сопротивления зоны слеживаемости 71 и депрессии газоотсасывающего вентилятора 17 значительно существенную часть потока газовоздушной смеси, протекающую через выработанное пространство 11, направляют к дополнительной дренажной выработке 61 вдоль подвижной границы 80 зоны слеживаемости 71, а затем по дополнительной дренажной выработке 61, поддерживаемой путем возведения в ней дополнительной крепи 74, к газоотсасывающему вентилятору 17 (фиг. 14).

Поддержание в выработанном пространстве 11 на границе 78 со смежным отработанным выемочным столбом 82 дополнительной дренажной выработки 61 обеспечивает ее значительные геометрические поперечные размеры вдоль подвижной границы 80 зоны слеживаемости 71 обрушенных пород, что вызывает интенсивное поступление метана повышенной концентрации в эту выработку из зон активного газовыделения 32 и 33 за очистным забоем 10 вследствие эффекта выравнивания динамического давления между дополнительной дренажной выработкой 61 и зоной слеживаемости 71 обрушенных пород, а повышение депрессии газодренажной камеры 16 за счет влияния дополнительных перемычек 26 с учетом возрастания влияния депрессии газоотсасывающего вентилятора 17 - соответственно повышенную величину утечек воздуха через выработанное пространство 11, а, следовательно, интенсивности потока газовоздушной смеси (фиг. 14).

На фиг. 16 представлен характер изменения концентрации метана в отводимой из выработанного пространства 11 существенной части потока газовоздушной смеси по дополнительной дренажной выработке 61, согласно результатам инструментальных наблюдений при отработке выемочного столба 622-ю пласта Четвертого шахты "Воркутинская" (кривая 83). Как видно из графика, по мере отхода очистного забоя 10 лавы 622-ю от монтажной камеры 38 концентрация метана в потоке газовоздушной смеси по длине выработанного пространства 11 возрастала с 0,8 до 2,5%, что свидетельствовало об эффективности механизма отвода значительно существенной части потока газовоздушной смеси и доли ее выноса при поддержании дополнительной дренажной выработки 61 в выработанном пространстве 11.

По мере подвигания очистного забоя 10 газодренажную камеру 16 периодически переносят в направлении подвигания, приурочивая расположение ее частей к заранее подготовленным в изолирующей стенке 13 дренажным окнам 15, с шагом, равным R_ср, располагая перемычки 22 и 26 впереди дренажных окон 15. Перенос газодренажной камеры 16 осуществляют путем периодического демонтажа задней ее части 21 и монтажа этой части напротив нового дренажного окна 15 впереди передней части 19 камеры 16. При этом ее новое дренажное окно 15 в изолирующей стенке 13 открывают, а старое дренажное окно 15, перешедшее за зону разгрузки 33 наиболее удаленного из надрабатываемых пласта-спутника 9 от разрабатываемого пласта 4, после завершения переноса камеры 16 наглухо заделывают в изолирующей стенке 13, после чего цикл управления газовыделением из выработанного пространства 11 повторяют.

На фиг. 17 представлена газодренажная камера 16, дренажные окна 15 которой в промежуточной части 20 камеры 16 выполняют попарно и устанавливают попарно дополнительные перемычки 26 с вентиляционными дверями 23. Дополнительные перемычки 26 соединяют между собой посредством дополнительной смесительной камеры 30, включающей элементы, которые идентичные элементам смесительных камер передней части 19 или задней части 21 газодренажной камеры 16. Необходимость в указанной компановке возникает на участках отрабатываемого выемочного столба 1, характеризующихся неустойчивой непосредственной кровлей 31 разрабатываемого угольного пласта 4. Переход таких участков сопровождается вывалами неустойчивой непосредственной кровли 31, образованием куполов 84 над поддерживаемой выработкой 3 и скоплением в них метана вдоль выработанного пространства 11 (фиг. 17, 18).

Наличие дополнительной смесительной камеры 30 в промежуточной части 20 газодренажной камеры 16 по длине указанных выше участков выемочного столба 1 с неустойчивой непосредственной кровлей 31 создает благоприятные условия для оттеснения потока газовоздушной смеси от изолирующей стенки 13 в глубину выработанного пространства 11 и для подпора и оттеснения метановых слоев из куполов 84 и полостей расслоения (условно не показаны) пород кровли 73 над поддерживаемой выработкой 3 по системе трещин подрабатываемого углепородного массива в направлении к забою дегазационных скважин (условно не показаны), пробуренных в зону расположения подрабатываемого пласта-спутника 5, и обеспечивает таким образом механизм управления газовыделением из выработанного пространства 11.

На фиг. 19, 20 представлена горнотехническая ситуация, суть которой сводится к тому, что для повышения эффекта аэродинамической изоляции поддерживаемых выработок выемочный блок 85 отрабатывают выемочными столбами 86 и 87 попарно. Как видно из фиг. 19, при отработке в выемочном блоке 85 каждого первого выемочного столба 86 в каждой их паре I и II часть поступающего по вентиляционной выработке 2 к очистному забою 10 свежего воздуха отводят по выработке 2, которую поддерживают со стороны выработанного пространства 11 для повторного использования и изолируют от выработанного пространства 11 вслед за подвиганием очистного забоя 10 путем возведения на границе 88 с выработанным пространством 11 сплошной изолирующей стенки 13. Соответственно, как видно из фиг. 20, для отвода из выработанного пространства 11 значительно существенной части потока газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка одновременно с образованием за очистным забоем 10 дренажной выработки 14 погашаемую вентиляционную выработку 2, являющуюся дополнительной дренажной выработкой 61, поддерживают в выработанном пространстве 11 на границе 81 со смежным отработанным первым в выемочном блоке 85 выемочным столбом 86 путем возведения в ней дополнительной крепи 74 при отработке в выемочном блоке 85 каждого второго выемочного столба 87 в то же паре I и II. При этом вентиляционную скважину 53, соединяющую в обоих случаях монтажную камеру 38 каждого из отрабатываемых выемочных столбов 86 и 87 с указанным выше комплексом газоотсасывающего оборудования, который размещают в дополнительной выработке 54, пройденной из вентиляционной выработки 89, расположенной между магистральными вентиляционными выработками 90 и 91 соответственно разрабатываемого пласта 4 и подрабатываемого пласта-спутника 5, располагают между вентиляционной 2 и поддерживаемой 3 выработками, оконтуривающими каждый из отрабатываемых выемочных столбов 86 и 87.

Таким образом, использование заявленного способа управления газовыделением из выработанного пространства позволяет обеспечить надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке на участке активного газовыделения при отработке выемочного столба в сложных горно-геологических условиях за счет повышения интенсивности создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси с последующим его отводом в исходящую выемочного и вентиляционного участков. Применение способа позволит повысить нагрузку на забой, расширить технологические возможности отработки высокогазоносных угольных пластов при наличии сближенных пластов-спутников, повысить эффективность и безопасность очистных работ.

Изобретение может быть использовано при разработке полого-наклонных угольных пластов. Задача изобретения - обеспечить надежность предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке. Для этого первоначально определяют состав, мощность и прочность пород непосредственной кровли, протяженность зон активного газовыделения и разгрузки пластов-спутников. Затем после сооружения передней и задней частей газодренажной камеры устанавливают в промежуточной части этой камеры по крайней мере одну дополнительную перемычку с вентиляционной дверью и дренажным окном, выполненным в изолирующей стенке, с примыкающей к перемычке дополнительной смесительной камерой, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней или задней части газодренажной камеры. Одновременно с отводом по дренажной выработке в исходящую выемочного участка части потока газовоздушной смеси, другую значительно существенную часть этого потока отводят по погашаемой вентиляционной выработке, являющейся дополнительной дренажной выработкой, которую поддерживают в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным выемочным столбом путем возведения в ней дополнительной крепи, начиная от монтажной камеры. Дополнительную дренажную выработку поддерживают до границы, расстояние от которой до линии остановки очистных работ после доработки выемочного столба длиной L не должно превышать длину зоны l предварительного уплотнения обрушенных пород в выработанном пространстве. 4 з.п.ф-лы, 20 ил.

1. Способ управления газовыделением из выработанного пространства, включающий определение состава, мощности и прочности пород непосредственной кровли разрабатываемого угольного пласта, протяженности зон активного газовыделения и разгрузки пластов-спутников, подачу свежего воздуха в очистной забой за счет общешахтной депрессии по оконтуривающим выемочный столб вентиляционной и поддерживаемой выработкам при прямоточной схеме проветривания с подсвежением исходящей струи и отводом ее по поддерживаемой за очистным забоем выработке, которую изолируют от выработанного пространства с помощью установки вслед за подвиганием очистного забоя органного ряда и возведения изолирующей стенки с образованием между ними дренажной выработки, а по мере подвигания очистного забоя в изолирующей стенке выполняют дренажные окна, которые до начала их работы герметично перекрывают, при этом одновременно с образованием дренажной выработки в поддерживаемой выработке сооружают газодренажную камеру, которую возводят в зоне активного газовыделения из пластов-спутников и выполняют относительно очистного забоя из передней, промежуточной и задней частей, причем переднюю и заднюю части камеры оборудуют идентично, каждая из которых включает часть изолирующей стенки с дренажным окном, перемычку с вентиляционной дверью и смесительную камеру, состоящую из направляющей стенки, которую возводят вдоль поддерживаемой выработки, и предохранительных решетчатых перегородок, при этом перемычку с вентиляционной дверью устанавливают впереди дренажного окна, а в качестве промежуточной части газодренажной камеры используют часть поддерживаемой выработки с изолирующей стенкой, причем одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя посредством утечек воздуха через выработанное пространство и органный ряд дренажной выработки создают поток газовоздушной смеси, часть которого отводят по дренажной выработке в исходящую выемочного участка за счет устройства в изолирующей стенке дренажных окон для выноса из зон активного газовыделения пластов-спутников метана, при этом смешивают часть этого потока с частью подсвежающего воздуха, поступающего в дренажную выработку из поддерживаемой выработки на сопряжении ее с очистным забоем, оттесняют этот разбавленный поток газовоздушной смеси в сторону выработанного пространства за счет подпора подсвежающего воздуха, причем часть этого разбавленного потока газовоздушной смеси отводят через дренажное окно передней части газодренажной камеры и после разжижения ее между направляющей и изолирующей стенками передней части камеры до безопасной концентрации направляют в промежуточную, а затем в заднюю часть камеры, при прохождении через которые ее дополнительно разжижают подсвежающим потоком воздуха, а остальную незначительную часть разбавленного потока газовоздушной смеси, которая продолжает протекать по дренажной выработке при оттеснении ее в сторону выработанного пространства, отводят через дренажное окно задней части камеры, на выходе из которого ее также дополнительно разжижают с последующим смешением указанных частей потока газовоздушной смеси с исходящей струей выемочного участка в поддерживаемой выработке, кроме того, одновременно с отводом исходящей струи из очистного забоя другую значительно существенную часть создаваемого в выработанном пространстве потока газовоздушной смеси отводят через выработанное пространство в исходящую вентиляционного участка по вентиляционным скважинам с помощью комплекса газоотсасывающего оборудования, включающего газоотводящий трубопровод и газоотсасывающий вентилятор, который устанавливают в устье газоотводящего трубопровода, противоположный конец которого пропущен через изолирующую перемычку, сооруженную в дополнительной выработке, которая пройдена из вентиляционной выработки подрабатываемого пласта-спутника и соединена с выработанным пространством разрабатываемого пласта посредством упомянутых скважин, пробуренных из погашенной вентиляционной выработки отрабатываемого выемочного столба, причем дополнительную выработку по подрабатываемому пласту-спутнику и соединяющие ее с выработанным пространством вентиляционные скважины располагают вблизи монтажной камеры отрабатываемого выемочного столба, при этом переднюю часть газодренажной камеры располагают от очистного забоя на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и началом зоны активного газовыделения надрабатываемых пластов-спутников, а заднюю часть соответственно на расстоянии не более протяженности участка между очистным забоем и концом зоны активного газовыделения надрабатываемых пластов-спутников, при этом заднюю часть газодренажной камеры периодически переносят вслед за подвиганием очистного забоя после его отхода от передней части газодренажной камеры на расстояние, не превышающее длину зоны активного газовыделения подрабатываемого пласта-спутника, а после переноски задней части газодренажной камеры дренажные окна, оставшиеся в изолирующей стенке за зоной разгрузки наиболее удаленного из надрабатываемых пласта-спутника от разрабатываемого пласта, наглухо заделывают, при этом комплекс газоотсасывающего оборудования в процессе отработки выемочного столба переносят по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя за зону влияния уплотненных обрушенных пород кровли разрабатываемого пласта и соединяют его с предварительно пройденными дополнительной выработкой и вентиляционными скважинами аналогично соединению, как его выполняют на момент отхода от монтажной камеры, отличающийся тем, что в промежуточной части газодренажной камеры устанавливают по крайней мере одну дополнительную перемычку с вентиляционной дверью впереди предварительно выполненного в изолирующей стенке дренажного окна с примыкающей к перемычке дополнительной смесительной камерой, включающей элементы, которые идентичны элементам смесительной камеры передней или задней частей газодренажной камеры. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения концентрации метана в отводимой из выработанного пространства значительно существенной части потока газовоздушной смеси при обеспечении интенсивности отвода последнего, одновременно с образованием за очистным забоем дренажной выработки в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным выемочным столбом поддерживают погашаемую вентиляционную выработку, являющуюся дополнительной дренажной выработкой, путем возведения в ней дополнительной крепи, начиная от монтажной камеры, на участке длиной, равной по крайней мере X = L - l, м, где X - длина участка поддержания в выработанном пространстве дополнительной дренажной выработки за период отработки выемочного столба, м, L - длина отрабатываемого выемочного столба, м, l - длина зоны предварительного уплотнения обрушенных пород в выработанном пространстве за очистным забоем, м. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения максимально возможной депрессии газоотсасывающего вентилятора в течение всего периода отработки выемочного столба отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси из выработанного пространства осуществляют в два этапа, на начальном этапе, при котором величина максимально возможной депрессии определяется заданным расстоянием l_д между всасывающим концом газоотводящего трубопровода и монтажной камерой отрабатываемого выемочного столба, значительно существенную часть потока газовоздушной смеси отводят в исходящую вентиляционного участка по фланговой выработке соседнего выемочного блока, при этом комплекс газоотсасывающего оборудования размещают в сети фланговых вентиляционных выработок отрабатываемого выемочного блока, посредством которого фланговую выработку соседнего выемочного блока соединяют с дополнительной дренажной выработкой отрабатываемого выемочного столба, причем всасывающий и нагнетательный конца газоотводящего трубопровода пропускают через изолирующие перемычки, которые сооружают соответственно в устьях помянутых выработок, а на последующем этапе отработки выемочного столба продолжают отвод значительно существенной части потока газовоздушной смеси в исходящую вентиляционного участка посредством чередующихся вентиляционных скважин за счет переноса по подрабатываемому пласту-спутнику в направлении подвигания очистного забоя комплекса газоотсасывающего оборудования с шагом, равным расстоянию между вентиляционными скважинами и не превышающим 2l_сл, где l_сл - длина участка слеживаемости обрушенных пород в естественных условиях, м, при этом указанную часть потока газовоздушной смеси отводят через ближайшую от монтажной камеры вентиляционную скважину после отхода очистного забоя от последней на расстояние не менее заданной величины l_д и соответственно после соединения комплекса газоотсасывающего оборудования посредством вентиляционной скважины с выработанным пространством разрабатываемого угольного пласта, при этом газоотсасывающий вентилятор с частью газоотводящего трубопровода размещают в смесительной камере, которую оборудуют в вентиляционной выработке подрабатываемого пласта-спутника. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для предупреждения местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой за очистным забоем выработке при отработке выемочного столба на участках с неустойчивой непосредственной кровлей, в изолирующей стенке промежуточной части газодренажной камеры выполняют попарно дренажные окна, устанавливают попарно дополнительные перемычки с вентиляционными дверями, которые соединяют между собой дополнительной смесительной камерой. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для повышения эффекта аэродинамической изоляции поддерживаемых выработок от выработанного пространства при отработке выемочного блока выемочными столбами попарно, одновременно с образованием за очистным забоем дренажной выработки погашаемую вентиляционную выработку, которая является дополнительной дренажной выработкой, поддерживают в выработанном пространстве на границе со смежным отработанным первым в выемочном блоке выемочным столбом путем возведения в ней дополнительной крепи при отработке в выемочном блоке каждого второго выемочного столба в каждой их паре, а вентиляционную скважину, соединяющую монтажную камеру каждого из отрабатываемых выемочных столбов с указанным комплексом газоотсасывающего оборудования, который размещают в обоих случаях в дополнительной выработке, пройденной из вентиляционной выработки, расположенной между магистральными вентиляционными выработками соответственно разрабатываемого пласта и подрабатываемого пласта-спутника, располагает между вентиляционной и поддерживаемой выработками, оконтуривающими каждый из отрабатываемых выемочных столбов.