СПОСОБ ОЧИСТКИ ИСХОДЯЩЕЙ СТРУИ ВОЗДУХА ОТ МЕТАНА И ЕГО УТИЛИЗАЦИЯ Российский патент 2009 года по МПК E21F1/00 

Изобретение относится к охране окружающей среды и может быть использовано в угольной промышленности.

Известен способ улавливания метана на вентиляционном горизонте угольной шахты [1], который включает расположение перемычки в исходящей из лавы струе воздуха, выполненной с дверью и вентиляционным окном кассетного типа. Отличается тем, что к вентиляционному окну в перемычке периодически подсоединяют гибкие емкости с зажимами на концах и заполняют их смесью проходящего воздуха с метаном для последующей выдачи емкости на поверхность шахты. При этом регулируют скорость и количество воздуха в очистном забое, изменяя сечение открытого проема двери в соответствии с расчетной формулой и с учетом удовлетворения при открывании окна равенства S_oк/S_дв=const, где S_ок - сечение окна.

Известен способ улавливания метана на вентиляционном горизонте угольной шахты [2], включающий расположение перемычки в исходящей струе воздуха, выполненной с дверью и вентиляционным окном кассетного типа, отличающийся тем, что к вентиляционному окну в перемычке периодически подсоединяют гибкие емкости с зажимами на концах и заполняют их смесью проходящего воздуха с метаном для последующей выдачи емкости на поверхность шахты, при этом регулируют скорость и количество воздуха в очистном забое, изменяя сечение открытого проема двери в соответствии с формулой S_дв=0,38Qh^1/2, где Q и h - количество проходящего воздуха и депрессия выработки при закрытом окне, при условии сохранения при открывании окна равенства S_ок/S_дв=const, где S_ок - сечение окна.

Известна установка для удаления рудничного газа из шахты [3], которая может быть использована в угольной промышленности для удаления из шахт рудничного газа - метана, увеличения безопасности работы и утилизации газа.

Цель изобретения - усовершенствование и упрощение установки для удаления рудничного газа из шахты, в результате специального расположения трубопровода, соединяющего забой с поверхностью, и наличия устройства для тушения пожара обеспечивается понижение в рудничном газе содержания метана и увеличение его в месте отбора, и за счет этого повышается безопасность работы в шахтах и возможность использовать смесь в качестве горючего. Установка включает трубопровод (обсадную трубу), установленный в скважине и соединяющий забой с поверхностью. Трубопровод расположен в выемке, выполненной в верхней стенке наклонного шахтного прохода забоя, соединенного с забоями других шахт. Нижний конец трубопровода установлен в верхней точке наклонного шахтного прохода забоя. Разница высот верхней и нижней точек наклонного шахтного прохода должна составлять 3-3,5 м. На поверхности шахты в верхней части трубопровода установлены задвижка и авиационные турбины, размещенные в кожухе с люками для подачи воздуха в трубу.

В угольных шахтах на тонну добываемого угля [4] выделяется 30-40³ м метана, а при интенсивном проведении горных выработок 12-15 м³/мин. Метан потоком шахтного воздуха выносится в атмосферу с превышением ПДК.

В тупиковых горных выработках при недостаточной вентиляции метан образует у кровли выработок слоевые скопления с содержанием 6-25% [5], образуя при этом врывчатую смесь до (16%) или горючую смесь более (16%).

Установлено [6], что скорость всплытия метана в горных выработках сечением от 5 до 10 м³, высотой от 2,3-3,15 м и скорости проветривания 0,2-0,7 м/с находится в пределах 8,4·10³ м/с до 46,7·10³ м/с, что соответствует пузырьковой структуре газа с размерами диаметром 22,1-59,0 мкм.

Задачей настоящего изобретения является защита окружающей среды от выбросов газа метана в атмосферу и его утилизация.

Решение поставленной задачи достигается тем, что перед выбросом шахтного воздуха в атмосферу его направляют в наклонную горную выработку, при этом понижают его скорость в 2-4 раза для образования слоевого скопления метана с концентрацией 20-25%, достигаемого за счет перекрытия на одну треть верхней части выхода из горной выработки, из которого метан отбирают с помощью насоса и направляют для сжигания, а нижние слои шахтного воздуха, освобожденного от метана, свободно выпускают из нижней части наклонной горной выработки в атмосферу.

Длину горной выработки выбирают с учетом горизонтальной скорости движения воздуха, скорости всплытия метана, высоты и наклона горной выработки по формуле

где l - длина горной выработки, м;

α - угол наклона горной выработки, град.;

V_m - скорость воздуха в горной выработке, м/с;

V_мет - скорость всплытия метана, м/с, при V_мет=(30±5)·10^-3 м/с.

Угол наклона горной выработки выбирают в пределах 8-12°, а выброс в атмосферу освобожденного от метана воздуха производят через поворотный патрубок, поворачиваемый флюгером по ветру для устранения влияния атмосферного ветра на свободный выход, создавая эффект инжекции.

Способ поясняется чертежом 1. Шахтный воздух из горных выработок 1 поступает в наклонную горную выработку 2, угол наклона которой выбирают в пределах 8-12°, а выход в атмосферу производят через поворотный патрубок 4, поворачиваемый флигелем 5 по ветру для устранения влияния атмосферного ветра 10 на свободный выход воздуха из наклонной горной выработки, создавая эффект инжекции. Собранную в верхнем углу 9 горной выработки 2 метано-воздушную смесь насосом 6 по трубопроводу 7 направляют в устройство для сжигания 8. Воздух из горной выработки 1 направляют в выработку 2 путем установки в соответствующее положение ляды 12, расположенной на сопряжении этих выработок, при этом в существующих на действующих шахтах надстройки над выработкой 1 (над шурфом) 11 и 13 остаются без изменений. При выдаче воздуха из шахты 1200 м³/мин на утилизацию будет поступать не менее 25 м³/мин горючей смеси.

Применение этого способа снижает экологическую нагрузку на атмосферу и ослабляет парниковый эффект метана угледобывающих предприятий.

Литература

1. Патент РФ №2109959. Способ улавливания метана на вентиляционном горизонте угольной шахты. МПК E21F 1/00. Патентообладатель Российский университет дружбы народов. Изобретатели Машковцев И.Л., Балыхин Г.А. Заявл. 1996.04.22. Опубл. 1998.04.27.

2. Заявка №96108143. Способ улавливания метана на вентиляционном горизонте угольной шахты. МПК E21F 1/00. Патентообладатель Российский университет дружбы народов. Изобретатели Машковцев И.Л., Балыхин Г.А. Заявл. 1996.04.22. Опубл. 1998.07.20.

3. Заявка №95107820. Установка для удаления рудничного газа из шахты. МПК E21F 7/00. Патентообладатель Данилевич Ю.И. Изобретатель Данилевич Ю.И. Заявл. 1995.05.20. Опубл. 1997.04.20.

4. Краткий справочник горного инженера угольной шахты. - М.: Недра, 1998. - 297 с.

5. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. - М.: Недра, 1984. - 248 с.

6. Стефанюк Б.М. Физика флегматизации взрыва метановоздушной смеси. - Деп. НЦ ВостНИИ.

Изобретение относится к горному делу, а именно к способу очистки исходящей струи воздуха от метана и его утилизация. Способ включает образование слоевого скопления метана. Перед выбросом шахтного воздуха в атмосферу его направляют в наклонную горную выработку, при этом понижают его скорость в 2-4 раза, путем перекрытия верхней части наклонной горной выработки на одну треть ее высоты. Отбирают с помощью насоса из слоевого скопления метано-воздушную смесь, которую направляют для сжигания. Нижние слои шахтного воздуха, освобожденные от метана из наклонной горной выработки выпускают в атмосферу. Наклон горной выработки выбирают в пределах 8-12°, а выход в атмосферу производят через поворотный патрубок, поворачиваемый флигелем по ветру. Длину горной выработки рассчитывают по математической зависимости с учетом горизонтальной скорости движения воздуха, скорости всплытия метана, высоты и наклона горной выработки. Позволяет усовершенствовать и упростить процесс удаления рудничного газа из шахты. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки исходящей струи воздуха от метана и его утилизация, включающий образование слоевого скопления метана, отличающийся тем, что перед выбросом шахтного воздуха в атмосферу его направляют в наклонную горную выработку, при этом понижают его скорость в 2-4 раза для образования слоевого скопления метана с концентрацией 20-25% путем перекрытия верхней части наклонной горной выработки на одну треть ее высоты и отбора с помощью насоса слоевого скопления метано-воздушной смеси, которую направляют для сжигания, а нижние слои шахтного воздуха освобожденные от метана, из наклонной горной выработки выпускают в атмосферу.

2. Способ очистки исходящей струи воздуха от метана и его утилизация по п.1, отличающийся тем, что наклон горной выработки выбирают в пределах 8-12°, а выход в атмосферу освобожденного от метана воздуха производят через поворотный патрубок, поворачиваемый флигелем по ветру для устранения влияния атмосферного ветра на свободный выход воздуха из наклонной горной выработки, создавая эффект инжекции.

3. Способ очистки исходящей струи воздуха от метана и его утилизация по п.1, отличающийся тем, что длину горной выработки выбирают с учетом горизонтальной скорости движения воздуха, скорости всплытия метана, высоты и наклона горной выработки по формуле

где l - длина горной выработки, м;
α - угол наклона горной выработки, град;
V_m - скорость воздуха в горной выработке, м/с;
V_мет - скорость всплытия метана, м/с, при V_мет=(30±5)·10^-3 м/с.