СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ СКЛОННОГО К САМОВОЗГОРАНИЮ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА Российский патент 2014 года по МПК E21F7/00 E21B43/295 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при отработке склонных к самозогоранию метаноносных угольных пластов с целью обеспечения безопасных условий труда шахтеров за счет уменьшения вероятности возникновения взрывов газа и пыли, эндогенных пожаров и загазирования горных выработок.

Известен способ управления газовыделением на выемочных участках, который использовался при отработке мощных угольных пластов (до 5 м), в частности на шахте «Распадская», где угольные пласты относятся к весьма опасным по самовозгоранию.

По этому способу подготовка выемочного участка осуществлялась путем проведения трех выработок с оставлением 30-50 м целика угля в верхней части ширины выемочного столба. Угольный целик отрабатывался одним лавным комбайном: сначала основная (длинная) часть лавы, затем целик угля. Для проветривания выработок выемочного участка свежий воздух подавался по откаточному штреку в лаву, основная часть воздушного потока, омывая длинную часть лавы, направлялась по вентиляционному штреку на вентиляционный бремсберг, а часть воздушного потока омывала забойную часть целика угля и уходила в выработанное пространство [1].

Недостатком этого способа управления газовыделением является то, что воздушный поток, предназначенный для проветривания верхней (целиковой) части лавы, направлялся в выработанное пространство как действующей лавы, так и ранее отработанной, причем этот поток воздуха не поддавался контролю и способствовал возгоранию угля, оставляемого в завале, что нередко приводило к взрывам метана и пыли на шахтах, разрабатывающих особо опасные по самовозгоранию угольные пласты, в том числе и на шахте «Распадская» 8 мая 2010 г.

Известен другой способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами, включающий подготовку выемочного поля к отработке парными штреками, проветривание участка очистной выработки между конвейерным и вентиляционным штреками за счет общешахтной депрессии, отвод исходящей из очистной выработки струи воздуха по вентиляционной выработке, охраняемой целиками угля с обеих сторон, отвод метановоздушной смеси с помощью газоотсасывающей вентиляторной установки, при этом вентиляционную выработку следующего отрабатываемого столба проводят на расстоянии 10-20 м от неподдерживаемой конвейерной выработки отработанного столба, которую изолируют от действующих выработок посредством перемычек, через перемычку прокладывают жесткий трубопровод, подсоединенный к газоотсасывающей установке, осуществляют отвод части метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба через выработанное пространство ранее отработанного столба и упомянутую неподдерживаемую выработку в направлении движения очистного забоя, а другую часть метановоздушной смеси отводят по вентиляционной выработке отрабатываемого столба, причем обе части отводимой метановоздушной смеси направляют в смесительную камеру, оборудованную в выработке с исходящей струей воздуха [2].

Этому способу присущи недостатки. Это прежде всего отвод метановоздушной смеси по выработанному пространству, что создает условия для самовозгорания угля на пластах, опасных и весьма опасных по эндогенной пожаре-опасности, и теряется энергоноситель, то есть угольный метан, выбрасываемый в атмосферу Земли. Кроме того, отвод метана из выработанного пространства по неподдерживаемой выработке из-за перемычки по жесткому трубопроводу с помощью газоотсасывающей вентиляторной установки требует больших энергетических затрат, поскольку отводят значительные объемы метановоздушных смесей с низким содержанием метана, а в выработанном пространстве могут формироваться взрывоопасные по метану смеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является известный способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами, включающий подготовку выемочного поля к отработке парными штреками, проветривание участка очистной выработки между конвейерным и вентиляционным штреками за счет общешахтной депрессии, отвод исходящей их очистной выработки струи воздуха по вентиляционной выработке, охраняемой целиками угля с обеих сторон и отвод метановоздушной смеси с помощью газоотсасывающей установки, при этом вентиляционную выработку следующего выемочного столба соединяют сбойками с конвейерной выработкой, причем до начала очистной выемки в сбойках устанавливают изолирующие перемычки, а в вентиляционной выработке прокладывают трубопровод, один конец которого присоединяют к всасу газоотсасывающей установки, а другой заводят за изолирующую перемычку в сбойке, при этом газовоздушную смесь из выработанного пространства отводят по упомянутой сбойке к проложенному по вентиляционной выработке трубопроводу в направлении движения очистного забоя [3].

Недостатком и этого способа является то, что утечки воздуха протекают по выработанному пространству и способны создавать при определенных условиях повышение температуры оставляемого в завале угля и к его возгоранию при отработке особо склонных к самовозгоранию угольных пластов с оставлением целиков угля, а также потери энергоносителя, каковым является угольный метан, когда его извлекают из выработанного пространства из-за перемычки, причем зачастую с некондиционным содержанием метана в отводимых смесях, взрывоопасные метановоздушные смеси.

Целью изобретения является повышение безопасности ведения горных работ на выемочных полях при отработке угольных пластов, опасных и весьма опасных по самовозгораемости угля, и извлечение метановоздушных смесей с кондиционным содержанием в них метана (согласно Правилам безопасности в угольных шахтах ≥25% объемных).

Согласно изобретению эта цель достигается тем, что в способе управления газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающим подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника его выделения, отвод метана при разработке свиты угольных пластов осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя, затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта - через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы, при этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. В выработке с поступающим свежим воздухом возводят изолирующую выработанное пространство полосу, при этом исходящий из призабойного пространства очистного забоя поток воздуха направляют на ближайшую впереди лавы сбойку между парными выработками. Отвод метана из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта осуществляют через ориентированные на очистной забой скважины при коэффициенте крепости угля по М.М.Протодьяконову более 1,2, либо через перекрещивающиеся пластовые скважины - при коэффициенте крепости угля 1,2 и менее.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена прямоточная схема проветривания выработок выемочного участка и схема размещения скважин, пробуренных на сближенные пласты угля; на фиг.2 - возвратноточная схема проветривания выработок выемочного участка и схема размещения скважин, пробуренных на сближенные угольные пласты; на фиг.3 - прямоточная схема проветривания выработок выемочного участка и схема размещения скважин, пробуренных ориентированно на очистной забой в плоскости разрабатываемого угольного пласта; на фиг.4 - возвратноточная схема проветривания выработок выемочного участка и схема размещения перекрещивающихся скважин в плоскости разрабатываемого угольного пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

Подготовку отрабатываемого пласта (фиг.1) на выемочном участке осуществляют парными штреками 2 и 3, соединенными сбойкой 4. Свежая струя воздуха на выемочный участок поступает по выработке 5, омывает призабойное пространство 6 очистного забоя 1. Исходящую из забоя 1 струю воздуха отводят по выработке 2, сбойке 4 и выработке 3, по которой дополнительно подают свежий воздух для подсвежения исходящего потока воздуха, содержащего метан. Для предотвращения утечек воздуха через выработанное пространство 7 вслед за подвиганием забоя лавы возводят изолирующую полосу 8 как при прямоточной схеме проветривания (фиг.1 и 3), так и при возвратноточной схеме проветривания выработок выемочного участка (фиг.2 и 4).

Для предварительной дегазации отрабатываемого пласта проводят ориентированные на очистной забой скважины 9 (фиг.3) при коэффициенте крепости угля по М.М.Протодьяконову более 1,2, либо (при коэффициенте крепости менее 1,2) перекрещивающиеся скважины, включающие ориентированные на очистной забой скважины 9 и параллельные ему скважины 10 (фиг.4). Обе серии упомянутых скважин 9 и 10 проводят за 6 месяцев до начала отработки пласта и поочередно после бурения герметизируют их устья и подключают к дегазационному трубопроводу (на чертежах не показан).

В процессе работы очистного забоя на выемочном участке из выработки 3 над целиком угля проводят скважины 11 (фиг.1 и 2) на сближенные подрабатываемые угольные пласты, которые подсоединяют к дегазационному трубопроводу (на чертежах не показан). Скважины 11, пробуренные на подрабатываемые угольные пласты, на чертежах фиг.3 и фиг.4 также не показаны.

Параметры дегазационных скважин 9, 10 и 11, режимы и сроки их работы устанавливают по рекомендациям нормативного документа - «Инструкции по дегазации угольных шахт», утвержденной Ростехнадзором 01.12.2011 г. и согласованной с МЧС России, Минрегион России и Минэнерго России.

Для исключения утечек воздуха через выработанное пространство 7 выемочного участка на пластах угля, склонных к самовозгоранию, возводят изолирующую полосу 8 (фиг.1-4), выработку 2 и ближайшую в завальной части лавы сбойку 4 между выработками 2 и 3 погашают за лавой, а часть метановоздушной смеси из призабойного пространства 6 очистного забоя и метан, выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого угольного пласта, отводят через ориентированные на забой скважины 9 (фиг.3), либо через перекрещивающиеся скважины 9 и 10 (фиг.4) в дегазационный трубопровод, проложенный в выработке 2 (на чертежах не показан).

Внедрение изобретения, целенаправленного на управление газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, обеспечит безопасные условия труда шахтеров по газовому фактору и фактору эндогенных пожаров в процессе ведения очистных работ, уменьшит метанообильность выемочного участка путем извлечения метана из отрабатываемого пласта и сближенных угольных пластов, исключит вероятность самовозгорания угля, теряемого в выработанном пространстве очистного забоя.

Источники информации

1. Саламатин А.Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. - М.: Недра, 1997. - 407 с.

2. Патент РФ №1809115, М.кл.5 E21F 7/00 «Способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами». Бюл. №2, 1993 г.

3. Патент РФ №1789031, М.кл.5 E21F 5/00 «Способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами». Бюл. №14, 1993 г. (прототип).

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. В способе при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающем подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источника выделения, отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя. Затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта отвод метана осуществляют через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы. При этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта, включающий подготовку выемочного участка парными выработками, проветривание выработок очистного участка за счет общешахтной депрессии и отвод шахтного метана из источников его выделения, отличающийся тем, что при разработке свиты угольных пластов отвод метана осуществляют сначала через пробуренные на сближенные пласты дегазационные скважины с возможностью исключения подсосов воздуха из призабойного пространства действующего очистного забоя, затем после сдвижения пород основной кровли отрабатываемого пласта - через оставшуюся часть длины скважины при режимах, исключающих подсосы воздуха из призабойного пространства лавы, при этом интенсивно выделяющийся из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта вблизи забоя лавы метан отводят в дегазационную вакуумную сеть выемочного участка через пробуренные ориентированно на очистной забой пластовые скважины с концентрацией метана, пригодного для утилизации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в выработке с поступающим свежим воздухом возводят изолирующую выработанное пространство полосу, при этом исходящий из призабойного пространства очистного забоя поток воздуха направляют на ближайшую впереди лавы сбойку между парными выработками.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отвод метана из разгружаемых от горного давления зон отрабатываемого пласта осуществляют через ориентированные на очистной забой скважины при коэффициенте крепости угля по М.М.Протодьяконову более 1,2, либо через перекрещивающиеся пластовые скважины - при коэффициенте крепости угля 1,2 и менее.