Способ предупреждения внезапных выбросов угля,породы и газа Советский патент 1988 года по МПК E21F5/00 

У

/

о

00

о

00 О5

Изобретение относится к угольной пром-сти и м. б. использовано при разработке выбросоопасных пластов. Цель изобретения - повышение эффективности и безопасности работ в очистных выработках выбросоопасных пластов (П) за счет предотвращения диспергирования угля при конденсации в нем насыщающего П газа. Над П параллельно осевой линии этажа проводят выработку 2, из которой бурят вееры скважин 3 в породы кровли и Г1 угля до пересечения с почвой П впереди очистного забоя. Производят измерение т-ры П. При обнаружении участка П с т-рой, пониженной по сравнению с естественной, в скважины 3 вводят теплопередающие устр-ва 5. Присоединяют их к магистральному теплопроводу 6 с циркулирующим агентом от нагревательной установки. Нагревание участка П проводят до выравнивания т-ры этого участка с естественной т-рой П, что позволяет предотвратить конденсацию газов в углях. Г1одачу агента производят за зоной опорного давления обрабатывамого участка. Это позволяет произвести необходимую обработку пoтeнц aльнo выбросоопасного участка до возникновения на нем дополнительных напряжений, связанных с формированием зоны опорного давления. Затем производят отработку пласта участками. 2 ил. i (Л

Г

7f

llllllllllllllllllllllllllllinilllllllllllllllllllllllllllllllllllHIinillli

XXX/:

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для борьбы с выбросами угля и газа при разработке выросоопасных пластов.

Целью изобретения является повышение эффективности и безопасности работ в очистных выработках выбросоопасных пластов за счет предотврашения диспергирования угля при конденсации в нем насыщающего пласт газа.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема осуществления предлагаемого способа, вид сверху; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Способ реализуют следующим образом.

Над пластом 1 проводят профилактическую выработку 2 параллельно осевой линии этажа, из которой бурят веера скважин 3 в породы кровли и пласт угля до пересечения с почвой пласта впереди очистного забоя 4. При обнаружении участка пласта с температурой, пониженной по сравнению с естественной на 1° и более, в скважины вводят теплопередающие устройства 5, присоединяют их к магистральному теплопроводу 6 с циркулирующим теплоносителем от нагревательной установки 7. Датчики для измерения температуры расположены в скважинах 3. После того, как температура обрабатываемого участка пласта сравнивается с естественной, теплопередающие элементы извлекают из скважин.

Обнаружение потенциально выбросоопас- ного участка с пониженной по сравнению с естественной температурой и его обогревание до тех пор, пока температура выбросо- опасного участка не сравняется с естественной температурой пласта, позволяет предотвратить явление конденсации газов в ископаемых углях.

j Принцип предупреждения выбросов угля |и газа путем поддержания такого температурного режима пласта, при котором устра- ;няются локальные очаги понижения температуры, а необходимая профилактическая обработка выбросоопасных участков сводится к их прогреванию, базируется на обнаруженном явлении резкого понижения прочности ископаемых углей при конденсации в них насыщающих уголь газов.

Суть явления состоит в следующем. В по- ровом объеме ископаемого угля существуют многочисленные области, в которых содержащийся в этом объеме газ конденсируется при охлаждении ниже критической температуры, даже если со свободным газом этого не происходит, т. е. если на фазовой диаграмме его вещества оно находится в состоянии под кривой фазового равновесия газ - жидкость. В упомянутых областях давление повышается действующими там силовыми полями, вплоть до значения, принадлежащего этой кривой, или еще более высокого. Образующиеся при такой конденсации многочисленные жидкие включения проявляют себя как объемно распределенные понизи5

тели прочности. Например, они уменьшают предел прочности угля на одноосное сжатие на порядок и более. Разупрочненный уголь разрушается и диспергируется при напряже- с ниях, ничтожно малых по сравнению с действующими в шахтопластах. В результате уголь переходит в выбросоопасное состояние, так как практически полностью утрачивает несущую способность.

Механизм разрушения угля при пониже0 НИИ температуры насыщающего уголь газа до критической обусловлен физико-химическими процессами фазообразования, определяется пористой структурой самого вещества угля и термодинамическими свойстваг ми насыщающего уголь газа и не зависит от конкретных условий залегания угольного пласта.

Существование фазовых переходов насыщающих уголь газов в пористой структуре угля при понижении температуры до крити0 ческой не зависит от химической природы газа и способы борьбы с этим явлением одинаково действенны как для пластов, на- сьшденных метаном, так и для пластов, насыщенных углекислым газом.

Тот факт, что угольные пласты, насыщенные углекислым газом, значительно более опасны по выбросам, чем угольные пласты, насыщенные метаном, объясняется тем, что критическая температура СО2 (31°С) легко достижима.

Критическая температура метана низка (-82,5°С). однако в разрабатываемых угольных пластах происходят процессы, способные вызвать достаточно глубокое локальное охлаждение, например быстрый рост газонаполненных макроскопических трещин,

5 приводящий к адиабатическому охлаждению заполняющего их газа, десорбции газа и явлению Джоуля-Томсона.

Для примера оценим, во сколько раз п объем газа должен возрасти, чтобы темпе0 ратура адиабатически понизилась до значения Ткр (СН) 191 К, газ в трещине будем считать идеальным и пренебрежем десорбцией с границ трещины. При температурах, близких к комнатной, а тем более ниже ее, f. внутренние степени свободы молекулы метана не возбуждены. Следовательно, в этом случае применимо уравнение адиабаты для идеального газа, состоящего из точечных молекул. Согласно этому уравнению п (Ti/T2) . где Т| - первоначальная темQ пература, а Т2 - конечная. Положив (СН4) 191 К и, например, Ti 300 К, находим nst:2. Эта оценка показывает, что быстро растущая газонаполненная трещина может сыграть роль источника локального охлаждения, вызывающего разупрочнение ок5 ружающего угля. Отсюда следует, что если объем трещины возрастет только в два раза, температура находящегося в ней газа понизится более, чем на 100°.

0

Практическим подтверждением существования обнаруженного явления служит предшествующее выбросу понижение температуры поверхности забоя вблизи очага выброса.

Локальное понижение температуры может быть обусловлено начавщимся процессом механического разупрочнения угля вплоть до его диспергирования. Следовательно, для того, чтобы остановить такой процесс, нужно повысить температуру выбро- соопасного участка до естественной температуры массива.

Установленное понижение температуры на определенном участке массива по сравнению с естественной хотя бы на один градус свидетельствует о возможности локальных фазовых переходов насыщающего уголь газа в глубине зоны с пониженной температурой, дальнейщего механического разупрочнения угля и.расщирения очага происходящих процессов. Для предотвращения начавшегося процесса необходимо повысить температуру выбросоопасного участка до естественной и выровнять температуру в пласте. До тех пор, пока будут продолжаться самопроизвольные процессы трещинообразования, повышенного массопереноса, фазовых переходов и десорбции, их протекание будет сопровождаться понижением температуры. Выравнивание температуры в пласте будет свидетельствовать об окончании этих процессов на выбросо- опасном участке и установлении в пласте квазиравновесного состояния.

Подачу агента для осущестсления теп- лопереноса ведут за пределами зоны опорного давления, что позволяет произвести необходимую обработку потенциально выбросоопасного участка до возникновения дополнительных напряжений на этом участке, связанных с формированием зоны опорного давления.

Формула изобретения

Способ предупреждения внезапных выбросов угля, породы и газа, включающий проведение в кровле пласта выработки параллельно осевой линии этажа, бурение из нее серии нисходящих скважин до пересечения с почвой пласта, измерение температуры пласта, введение в скважины устройств для теплопереноса, подачу агента для осуществления теплопереноса и отработку пласта участками, отличающийся тем,

что, с целью повышения эффективности и безопасности работ в очистных выработках выбросоопасных пластов за счет предотвращения диспергирования угля при конденсации в нем насыщающего пласт газа, подачу агента для осуществления теплопереноса

производят при понижении температуры пласта по сравнению с естественной, при этом участок пласта с пониженной температурой подвергают нагреванию до выравнивания температуры этого участка с естественной температурой пласта, причем подачу указан

ного агента производят за зоной опорного давления отрабатываемого участка.

5 5 з J