Способ управления газовыделением при бесцеликовой отработке выемочного поля столбами Советский патент 1993 года по МПК E21F7/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при управлении газовыделением на выемочных участках при бесцеликовой отработке угольных пластов. . Целью настоящего изобретения является предотвращение опасных скоплений метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной (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 кон-1 вейерным 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 (неподдерживаемой) осуществляется за счет того, что, часть метана с опасной концентрацией отводится по выработанному пространству отрабатываемого выемочного столба в выработанное про-1 странство вышележащего отработанного выемочного участка с помощью собствен00

о

ю

ся

ной 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 № В С отводится по участку очистной выработки, находящемуся в межштрековом целике, за счет депрессии, создаваемой ГОУ (ЦВ), в направлении к неподдерживаемой выработке и отводится по ней и трубопроводу изолированно 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 (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 предлагаемого способа управления га зовы дел ей нем 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 вы- работанном 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 (уклоны), 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 затрата- ми;

- 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.

5 Нафиг.1 показан способ управления газовыделением с помощью ГОУ; на фиг.2 - конкретный пример осуществления,

В показанном на фиг.1 способе, по мере . подвигания лавы 1, та часть конвейерного

0 штрека 2, которая переходит в выработанное пространство 3 погашается полностью или частично (что зависит в основном от крепости вмещающих пород и горногеоло- гических параметров выемочного участка)..

5 При устойчивых вмещающих породах крепление выработки извлекается полностью или частично (что обусловлено производственной необходимостью и принятой технологией отработки), а при неустойчивых

0 вмещающих породах усиливается кострами (для повышения эффективности газоотвода - на чертеже не показано).

По окончании отработки лавы 1, она изолируется от действующих выработок пе5 ремычками 4 и 5 в зоне охранного целика 6. Для последующего изолированного отвода МВС по неподдерживаемой выработке 2 через перемычку 5, изолирующую неподдерживаемую выработку 2 от действующей

0 18, прокладывают жесткий трубопровод 7. В период подготовки к отработке выемочного участка 8 вентиляционная выработка 9 проводится в 10-20 м от неподдерживаемой выработки 2 и черезопре5 деленные, расстояния соединяется с ней

сбойками 10.

В этот же период оборудуются электромашинная камера, в которой размещается

ГОУ 11 и всасом соединяется с жестким тру

0 бопроводом 7. С нагнетательной стороны подсоединяется гибкий (или жесткий) нагнетательный трубопровод 12.Конец трубопровода 12, через который выпускается МВС, заводится в смесительную камеру 13 и снаб5 жается коленом, обеспечивающим выход МВС из трубопровода под углом 45° к направлению основного вентиляционного, по-1 тока. Смесительная камера 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.

Параметры изолированного отвода MB С 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 очисной 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 подьем- ной силы, утечек воздуха 20, наличия свободной аэродинамической связи между выработанными пространствами 21 и 3 метан 22 отводится в вышележащее отработанное пространство, 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 7 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 условий обеспечения концентрации метана на сопряжении лавы 16с неподдерживаемой выработкой 2 не более 1% по формуле

О.ОТ8 -

100 1Вп Кн С -Со

где QOTB - необходимый расход воздуха от- 5 водимого по неподдерживаемой выработке, м3/мин;

вп -газовыделение из выработанного пространства (определяется по прогнозу или из фактического газового баланса дей0 ствующего или аналогичного выемочного участка), м3/мин;

% -допустимое содержание метана в отводимом в неподдерживаемую выработку воздухе;

5 Со - содержание метана в поступающей на выемочный участок струе воздуха, %.

Полученный расход воздуха проверяется по допустимой скорости движения воздуха.

0 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 нисхо5 дящее проветривание) и расположением выработки с общеисходящей струей воздуха.

П р и м е р. На шахте Распадская МУП СССР в июле 1990 г. проводилось экспери0 ментальное опробывание предлагаемого способа управления газовыделением в лаве 4-7-17, как показано на фиг.2. Длина лавы составляла 120 м, участка очистной выработки между вентиляционной и неподдер5 живаемой 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. Протодьяконова, управле0 ние кровлей - полным обрушением.

В процессе отработки выемочного столба 1 конвейерная выработка 2 сохранялась для последующего использования при отработке лавой 3. Однако, в период отработки

5 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 цент0 рального 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

5 лаву 3 поступало в среднем 600-650 м3/мин воздуха, который практически весь (90- 95%), проветрив лаву 3 отводился по венти- . ляционной выработке 8 с содержанием метана 0,6-0,8%. Газовыделение на выел

мочном участке составило 5-6 м /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 была 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 З-ч часа 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 м /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 м /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 рабо- ты по выемке угля в режиме без снижения добычи, В результате месячное подвигание очистного забоя составило 140 м или более 90 тыс. тонн угля.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

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, отвод метано-воздушной смеси с помощью газоотсасывающей установки, о т- личающийся тем, что, с целью предотвращения опасных скоплений метана на сопряжении очистной Вофаботки с вентиляционной и неподдерживаемой выработкой, вентиляционную выработку следующего отрабатываемого столба проводят на расстоянии 10-20 м от неподдерживаемой конвейерной выработки отработанного столба, которую изолируют от действующих выработок посредством перемычки, при этом через перемычку прокладывают жесткий трубопровод, подсоединенный к газоотсасывающей установке, и осуществляют отвод части метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба через выработанное пространство отработанного столба и упомянутую неподдерживаемую конвейерную выработку в направлении движения очистного забоя, а другую часть метано-воздушной смеси отводят по вентиляционной выработке отрабатываемого столба, причем обе части

отводимой метано-воздушной смеси направляют в смесительную камеру, оборудованную в выработке с исходящей струей воздуха.

Использование: разработка газоносных пластов. Сущность изобретения: подготавливают выемочное поле к отработке парными штреками. Вентиляционную выработку следующего отрабатываемого столба проводят на расстоянии 10-20 м от неподдерживаемой конвейерной выработки отработанного столба, которую изолируют от действующих выработок посредством перемычки. Через перемычку прокладывают трубопровод, подсоединенный к газоотса- сывающей установке, и осуществляют отвод части метановоздушной смеси из выработанного пространства отрабатываемого столба через выработанное пространство отработанного столба и неподдерживаемую конвейерную выработку в направлении движения очистного забоя. 2 ил.