Способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами Советский патент 1993 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при управлении газовыделением на выемочных участках при бесцеликовой отработке угольных пластов.

Известен способ управления газовыделением с изолированным отводом метана из выработанного пространства по неподдерживаемой вентиляционной выработке.

Недостатками данного способа является;

подготовка выемочного поля к отработке осуществляется одиночными штреками, что связано с большими затратами (охрана выработок бутовыми полосами) по сохранению и поддержанию выработок в выработанном пространстве для повторного использования;

проветривание по прямоточной схеме с подачей свежего воздуха по выработке на контакте с выработанным пространством,

что связано с большими утечками воздуха в выработанное пространство;

наличие фланговой выработки для отвода метановоздушной смеси (МВС);

ограничение возможности применения при отработке пластов, опасных по самовозгоранию угля, что связано с дополнительными затратами на профилактику эндогенных пожаров и трудностями по регулированию утечек воздуха через выработанное пространство;

при отводе МВС из выработанного пространства в противоположную движению очистного забоя сторону трудно выполнимо условие, чтобы утечки воздуха не превышали 30% от количества воздуха, поступающего на выемочный участок.

Наиболее близким к изобретению и выбранным в качестве прототипа является способ управления газовыделением из выVI

00 Ю

о

:СО

Ј

работанного пространства с использованием дренажных выработок или выработок ранее отработанных лав. Известный способ заключается в предотвращении образования опасных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой при отработке пластов средней мощности, в том числе склонных к самовозгоранию. Отвод МВС осуществляется по дренажной выработке, которая проводится в 5-10 м от вентиляционной выработки в период подготовки выемочного поля и через определенные расстояния соединяется с ней сбойками, в которых до начала выемки возводятся изолирующие перемычки. Сечение дренажной выработки в свету должно быть не менее 3,7 м , а сбоек - не менее 3 м2.

Для отвода газа может быть использована также выработка, которая сохраняется после отработки вышележащей лавы. Повышение эффективности дренажных выработок Достигается отводом МВС с помощью центробежного вентилятора (газоотсасыва- ющей установки ГОУ) через шурф или скважину большого диаметра (0,5-0,6 м), пробуренную с поверхности.

Однако применение существующего способа управления газовыделением не предусматривается при бесцеликовой отработке выемочных полей. К недостаткам следует отнести также необходимость проведения дополнительной (дренажной) выработки или сохранение и поддержание последней в выработанном пространстве при отработке вышележащей лавы, что связано со значительными материальными затратами, при этом практически не удается сохранить требуемые геометрические параметры поддерживаемой выработки и обеспечить необходимый расход воздуха для проветривания за счет общешахтной депрессии, что и является зачастую причиной скоплений метана с опасной концентрацией. Кроме того, отвод МВС из выработан- но Го пространства в пределах отрабатываемого выемочного столба в про- тив бположную движению очистного забоя сторону, создает известные трудности при устаШвлеШй по ддёржанийзаданных геометрических и аэродинамических параметров, особенно на пластах, склонных к самовозгоранию. Существенным недостатком является необходимость бурения скважин большого (0,5-0,6 м) диаметра для отвода МВС на поверхность. Для гористой поверхности, или даже незначительно заболоченной, это условие практически не выполнимо.

Целью изобретения является предотвращение опасных скоплений метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной и неподдерживаемой при бесцеликовой отработке выемочных полей без поддержания в выработанном пространстве выработок ранее отработанных лав (без проведения дополнительных дренажных выработок) и устранение вышеперечисленных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что

в известном способе управления газовыделением, включающем подготовку выемочных полей к отработке парными штреками, последовательное разбавление вредностей по источникам их поступления, 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 с обеих сторон, в направлении движения очистного забоя, отвод МВС по дренажной выработке с помощью ГОУ (центробежного вентилятора ЦВ), предотвращение опасных скоплений метана на

сопряжении очистной выработки с вентиляционной и неподдерживаемой осуществляется за счёт того, что, часть метана с опасной концентрацией отводится по выработанному пространству отрабатываемого

выемочного столба в выработанное пространство вышележащего отработанного выемочного участка с помощью собственной подъемной силы метана и наличия аэродинамической связи выработанных

пространств, которая обеспечивается бесцеликовой отработкой выемочного поля (без оставления в выработанном пространстве искусственных препятствий - целиков угля или бутовых полос), другая часть вместе с

МВС отводится по участку очистной выработки, находящемуся в межштрековом целике, за счет депрессии, создаваемой ГОУ (ЦВ), в направлении к неподдерживаемой выработке и отводится изолированно по

участку неподдерживаемой выработки через опережающую лаву сбойку (скважину), соединяющую неподдерживаемую выработку с вентиляционной, и трубопроводу, проложенному по вентиляционной выработке, всасывающая часть которого одним концом заводится за перемычку, изолирующую неподдерживаемую выработку от вентиляционной в опережающей лаву сбойке (или подключается к устью опережающей

скважины, соединяющей неподдерживаемую выработку с вентиляционной), другим концом подсоединяется к ГОУ (ЦВ), с помощью ГОУ (ЦВ) в пределах отрабатываемого выемочного столба в направлении,

совпадающем с направлением движения очистного забоя.

Принципиальное отличие предлагаемого способа управления газовыделением от существующего состоит в том, что отвод МВС в пределах выемочного столба осуществляется в направлении движения очистного забоя, а не в противоположном, при этом предотвращение опасных скоплений метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной и неподдерживаемой осуществляется за счет предотвращения попадания метана в очистное пространство вследствие его свободного истечения в вышележащее отработанное пространство (что обеспечивается наличием аэродинамической связи выработанных пространств) и интенсивного движения воздушного потока на участке очистной выработки в межштрековом целике за счет разряжения, создаваемого на сопряжении очистной выработки с неподдерживаемой депрессией ГОУ (ЦВ).

Использование заявляемого способа управления газовыделением позволит обеспечить по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

отработку выемочных полей без целиков угля, оставляемых в выработанном пространстве, что исключает потери угля и повышает надежность эндогенной пожаро- безопасности;

исключить затраты на проведение дополнительных дренажных выработок или сохранения и поддержания последних в выработанном пространстве, в свою очередь исключение необходимости поддержания выработок позволит сократить время на концевые операции и тем самым увеличить нагрузку на очистной забой или высвободить дополнительную численность;

проветривание выемочных участков осуществляется на передние бремсберги (углоны), что позволяет значительно сократить утечки через выработанное пространство и повысить пожаробезопасность пластов, склонных к самовозгоранию;

отсутствует необходимость в проведении фланговых выработок или бурения скважин большого диаметра с поверхности, что связано с большими капитальными затратами;

применение способа практически не ограничивается горногеологическими условиями;

обеспечивает высокую и надежную безопасность ведения горных работ;

значительно улучшает аэродинамические характеристики вентиляционных сетей, позволяет регулировать распределение воздуха в широких пределах.

На фиг. 1 показан способ управления газовыделением с помощью ГОУ; на фиг. 2

- конкретный пример осуществления.

В показанном на фиг. 1 варианте, по

мере подвигания лавы 1, та часть конвейерного штрека 2, которая переходит в вырабо- танное пространство 3 погашается полностью или частично (что зависит в основном от крепости вмещающих пород и

0 горногеологических параметров выемочного участка).

При устойчивых вмещающих породах крепление выработки извлекается полностью или частично (что обусловлено произ5 водственной необходимостью и принятой технологией отработки), а при неустойчивых вмещающих породах усиливается кострами (для повышения эффективности газоотвода

- на чертеже не показано).

0 По окончании отработки лавы 1 она изолируется от действующих выработок перемычками 4 и 5 в зоне охранного целика 6.

Для осуществления способа (фиг. 1) в период подготовки выемочного участка 8

5 при проведении вентиляционной выработки 9 последняя через определенные расстояния соединяется с неподдерживаемой выработкой 2 сбойками 10, в которых до начала очистной выемки возводятся изоли0 рующие перемычки 14 (сбойки 10 могут быть заменены скважинами, пробуренными в межштрековом целике 17 с выработки 9 в выработку 2, которые до начала очистной выемки перекрываются заглушками - на

5 чертеже не показано). По вентиляционной выработке 9 прокладывается жесткий трубопровод 15, который соединяется с одной стороны с всасом ГОУ 11, а с другой заводится за перемычку 14 в первой от очистной

0 выработки 16 сбойке 10 (или подключается к устью первой от лавы скважине - на чертеже не показано),

В этот же период оборудуется электромашинная камера, в которой размещается

5 вентилятор ГОУ 11 и всасом соединяется с жестким трубопроводом 15. С нагнетательной стороны подсоединяется гибкий (или жесткий) нагнетательный трубопровод 12. Конец трубопровода 12, через который вы0 пускается МВС, заводится в смесительную камеру 13 и снабжается коленом, обеспечивающим выход МВС из трубопровода под углом 45° к направлению основного вентиляционного потока. Смесительная камера

5 13 представляет собой часть выработки, отшитую сплошной продольной перегородкой из негорючего материала. Длина смесительной камеры 5-6 м, ширина не менее 1,5 м. Вход в камеру и выход из нее ограждается металлическими решетками. Выработка в

месте сооружения камеры на протяжении 5 м в обе стороны от нее должна быть закреплена негорючей крепью. При отводе метана на поверхность предусматриваются меры, обеспечивающие безопасность выпуска его в атмосферу. При подходе очистной выработки 16 к ближайшей сбойке 10 (к скважине) трубопровод 15 заводится через перемычку очередной опережающей сбойки (подключается к очередной опережающей скважине), а на участке между сбойками 10 (скважинами) демонтируется.

Оптимальное расстояние между сбойками 10 (скважинами) и параметры изолированного отвода МВС в горные выработки или на поверхность определяются расчетным путем.

Способ осуществляется следующим образом.

Свежий воздух с центральных бремсбергов (уклонов) 18 поступает по конвейерному штреку 19 к очистной выработке 16. Часть воздуха (80-90%) поступает в лаву 16, другая часть воздуха вместе с утечками 20 в выработанное пространство 21, оттесняя метан 22 от лавы 16. Под действием общешахтной депрессии, собственной подъемной силы, утечек воздуха 20, наличия свободной аэродинамической связи между выработанными пространствами 21 и 3 метан 22 отводится в вышележащее отработанное пространство 3 и за счет разрежения, создаваемого депрессией ГОУ 11 направляется к неподдерживаемой выработке 2.

Часть воздуха, поступающего в лаву 16, направляется по участку очистной выработки 23, находящемуся в межштрековом целике 17 с помощью депрессии, создаваемой ГОУ 11 и отводится в неподдерживаемую выработку 2. Перемешиваясь с метаном 22, образуемая МВС 24 с опасной концентрацией метана.отводится изолированно по выработке 2 и трубопроводу 15 с помощью ГОУ 11 через смесительную камеру 13 (или непосредственно на дневную поверхность - на чертеже не показано) в общеисходящую струю шахты или выемочного участка.

Другая часть воздуха, составляющая разность между поступающим количеством воздуха в лаву 16 и отводимым по неподдерживаемой выработке 2 с помощью ГОУ 11, с допустимым содержанием метана за счет общешахтной депрессии отводится по вентиляционной выработке 9 в общеисходящую струю выемочного участка и шахты.

Расход воздуха для проветривания участка очистной выработки 23 определяется из условия обеспечения концентрации метана на сопряжении лавы 16 с неподдерживаемой выработкой 2 не более 1% по формуле

п ЮР U Кн

QoTB---С 1

где QOTB. - необходимый расход воздуха,отводимого по неподдерживаемой выработке, м /мин;

1вп - газовыделение из выработанного

пространства (определяется по прогнозу, из фактического газового баланса действующего или аналогичного выемочного участка), м /мин

- допустимое содержание метана

в отводимом в неподдерживаемую выработку воздуха;

С0 - содержание метана в поступающей на выемочный участок струе воздуха, %. Полученный расход воздуха проверяется по допустимой скорости движения воздуха.

Направление движения воздуха в вентиляционной выработке 9 и конвейерной 19 может отличаться от показанного на фиг. 1,

что зависит от порядка проветривания очистной выработки 16 (восходящее или нисходящее проветривание) и расположением выработки с общеисходящей струей воздуха.

П р и м е р. На шахте Распадская МУП СССР в июле 1990 г. проводилось экспериментальное опробывание предлагаемого способа управления газовыделением в лаве 4-7-17, (фиг. 2). Длина лавы составляла 120

м, участка очистной выработки между вентиляционной и неподдерживаемой 20 м, длина столба 700 м, мощность угольных пачек 4-4,5 м, угол падения пласта 6-8°, природная газоносность 12-15 м3/т, крепость

вмещающих пород 6-9 по шкале проф. Про- тодьяконова, управление кровлей - полным обрушением.

В процессе отработки выемочного столба 1 конвейерная выработка 2 сохранялась

для последующего использования при отработке лавой 3. Однако, в период отработки лавой 3, вследствие повышенного горного давления, частичного пучения почвы и других природных факторов сохраняемую выработку 2 не удалось полностью сохранить и поддержать на участке 560-700 м от центрального уклона 4, в результате чего выработка была задавлена полностью, а на участке 80-560 м сечение сохранилось лишь

на 15-20% и составляло 2-2,5 м2.

При таком положении горных работ в лаву 3 поступало в среднем 600-650 м3/мин воздуха, который практически весь (90- 95%), проветрив лаву 3,отводится по вентиляционной выработке 8 с содержанием метана 0,6-0,8%. Газовыделение на выемочном участке составило 5-6 м3/мин. По участку очистной выработки 9 воздух почти не проходил, вследствие чего на этом участке и на сопряжении с неподдерживаемой выработкой 2 происходило накопление метана, концентрация которого изменялась от 0,6% у вентиляционной выработки 8 до 2% и более на концевом участке 10, что соответственно приводило к срабатыванию автома- тической газовой защиты и частым остановкам работ по выемке угля.

Тогда по примеру аналогичному фиг. 1 смонтировали ГОУ 5 (центробежный вентилятор ВМЦГ-7), подсоединили нагнетательную гибкую вентиляционную трубу 6 и через сбойку вывели в смесительную камеру 7, которая оборудована в выработке с общей исходящей струей выемочного участка.

Сразу после включения ГОУ 5 содержание метана на выходе из смесительной камеры 7 возросло до 2,5-3%, а в 15-20 м в точке 11 с 0,5-0,6% до 1,0-1,5%, на концевом участке 10 упало до 0,2-0,4% при расходе воздуха 280-300 м3/мин. Через 3-4 ч после стабилизации аэродинамических параметров выемочного участка были установлены следующие результаты: поступающее количество воздуха в лаву 3 составило 900- 1000 м /мин, по вентиляционной выработке 8 отводилось 600-700 м3/мин с содержанием метана 0,2-0,4%, по участку очистной выработки 9 300-350 м3/мин с содержанием метана 0,3-0,4%. На выходе из смесительной камеры 7 содержание метана составило 0,4-0,6%. Общее газовыделение по участку составило менее 5 м3/мин, В таком режиме выемочный столб отрабатывался на протяжении 140 м. При этом за весь период ни разу не наблюдалось превышения допустимого содержания метана. Увеличение расхода воздуха по участку свидетельствует об уменьшении общего аэродинамического сопротивления вентиляционной

сети, что очень существенно при отработке склонных к самовозгоранию пластов угля. И хотя можно было значительно сократить общий расход воздуха по участку, такие эксперименты не проводились. Принятые меры позволили значительно улучшить газовую обстановку и вести работы по выемке угля в режиме без снижения добычи. В результате месячное подвигание очистного забоя составило 140 м или более 90 тыс. т. угля.

Формула изобретения 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 с обеих сторон, и отвод метановоздушной смеси с помощью газоотсасывающей установки,

отличающийся тем, что, с целью предотвращения опасных скоплений метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной и неподдерживаемой выработкой, вентиляционную выработку следующего выемочного столба соединяют сбойками с неподдерживаемой конвейерной выработкой отработанного столба, причем до начала очистной выемки в сбойках устанавливают изолирующие перемычки, а

в вентиляционной выработке прокладывают трубопровод, один конец которого подсоединяют к всасу газоотсасывающей установки, а другой заводят за изолирующую перемычку в сбойке, опережающей лаву,

при этом газовоздушную смесь из выработанного пространства отводят по упомянутой сбойке и проложенному по вентиляционной выработке трубопроводу в направлений движения очистного забоя.

Использование: управление газовыделением на выемочных участках. Сущность изобретения: выемочное поле подготавливают к отработке парными штреками. Вен- тиляционную выработку следующего выемочного столба соединяют сбойками с неподдерживаемой конвейерной выработкой отработанного столба. До начала очистной выемки в сбойках устанавливают изолирующие перемычки. В вентиляционной выработке прокладывают трубопровод, один конец которого подсоединяют к всасу газоотсасываюицей установки, а другой - заводят за перемычку в сбойке, опережающей лаву. Газовоздушную смесь из выработанного пространства отводят в направлении движения очистного забоя по сбойке и проложенному по вентиляционной выработке трубопроводу. 2 ил. ел