Способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих метанообильных очистных забоев Советский патент 1983 года по МПК E21F5/00 

(54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ

В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ

МЕТАНООБИЛЬНЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВ

1

Изобретение относится к технике безопасности при подземной разработке угольных месторождений и может быть использовано для предупреждения подземных пожаров от самовозгорания угля.

Известен способ предупреждения подземных эндогенных пожаров при отработке пластов угля крутого падения, заключающийся в заполнении отработанных выемочных участков инертными газами, для чего участки изолируются перемычками и в них через скважины, пробуренные с поверхности, подаются топочные газы I.

Однако этот способ не применим для предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих очистных забоев, так как топочные газы, содержащие вредные примеси,, могут проступать в действующие выработки.

Наиболее близким к изобретению техническим рещением является способ предупреждения эндогенных пожаров, основанный На методе выравнивания давления, предусматривающий ограничение объема выемочного участка путем установки перемычек и вентиляционных шлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов для создания в ограниченном объ:еме участка давления, равного атмосферному давлению на поверхности. Эффект дан ного способа заключается в том, что при равенстве указанных давлений будет отсутствовать приток свежего воздуха с поверхности через выработанное пространство и в нем будет формироваться атмосфера с низ10 КИМ содержанием кислорода, исключающая возможность самовозгорания угля 2.

Недостатки известного способа состоят в трудности поддержания постоянного равенства давлений между вентиляционным горизонтом отрабатываемого участка и земной поверхностью, в результате чего возможен воздухообмен между поверхностью и выработанным пространством, невозможности создания в выработанном пространство ве газовоздушной среды с концентрацией килорода, исключающей самовозгорание угля. Концентрация кислорода в выработанном пространстве в период отработки участков колеблется от 14,5 до 19,7/о при средНИХ значениях 17,1%, что значительно превышает пожаробезопасный предел. Целью изобретения является повышение эффективности предупреждения эндогенных пожаров путем формирования утечек метановоздушной смеси с низким содержанием кислорода и пожаробезопасными скоростями фильтрации через верхние отработанные горизонты на поверхность. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действуюших метанообильных выемочных участков, включающему ограничение объема выемочного участка с помощью перемычек и вентиляционных щлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов, подачу воздуха в забой осуществляют с напором, превышающим давление на поверхности, причем величину действующего напора определяют по формулеhg (Я + Т-) () где 100;0,001 - коэффициенты, характеризующие пожаробезопасные утечки воздуха, м/с; (А,/,Ь -безразмерные коэффициенты, характеризующие выработанное пространство в зависимости от крепости пород и состава наносов на поверхности в период отработки участка; а - коэффициент, характеризующий фильтрацию воздуха через насосы в зависимости от их состава и мощности, Н - глубина ведения горных работ до вентиляционного горизонта, м; JM -вязкость воздуха, кг. Р - коэффициент сопротивления трения воздуха, кг. - соотношение между коэффициентами макрошероховатости и проницаемости выработанного пространства, 1/м. Под действием избыточного давления выделяющийся из массива и отбитого угля метан отжимается в выработанное пространство, где создается атмосфера с низким содержанием кислорода и формируются потоки - утечки данной метановоздушной смеси через вышележащие отработанные горизонты На поверхность. Исключение доступа воздуха с высоким содержанием кислорода в выработанное пространство с поверхности и ограничение скорости фильтрации пожаробезопасными значениями обеспечивают высокую надежность предупреждения эндогенных пожаров. На чертеже показан пример осуществления способа при щитовой системе разработки крутого мощного пласта. Ограничение объема выемочного участка со стороны подачи воздуха производится путем установки в промквершлаге 1 щлюзовых перемычек 2 с проемами для конвейера и дверями для прохода людей и в сбойке 3 - перемычек 4, в которые встроены вспомогательные вентиляторы 5. На вентиляционном промквершлаге 6 устанавливают шлюзовые вентиляционные двери 7 с регулировочными окнами. Свежий воздух в очистной забой под щит 8 подают по полевому щтреку 9, а далее нагнетают с помощью вентиляторов 5 по сбойке 3, промквершлагу 1 и основному штреку 10. Отвод исходящей струи осуществляют по вентиляционному щтреку 11 через регулировочные окна вентиляционных дверей 7 и промкверщлагу 6. Ограниченный объем выемочного участка включает основной штрек 10, участки промквершлага 1 и сбойки 3 до перемычек 2 и 4, щитовой абой с нарезными выработками, вентиляционный штрек 11 и промквершлаг 6 до перемычек 7. Величину необходимого действуюшего напора воздуха в указанном ограниченном объеме определяют по выражению (1), которое составлено с учетом требования направленной фильтрации утечек метано-воздушной смеси с пожаробезопасной скоростью (0,001 м/с). Поддерживают данный напор с помощью вентиляторов 5 и регулировочных окон в вентиляционных дверях 7. В приведенном выражении имеются коэффициенты, значения которых определены экспериментально путем изменения утечек воздуха через отработанное пространство при постоянной площади и длине пути фильтрации для различных горно-геологических условий. Расчет коэффициентов производился при решении системы уравнений по двучленНому закону сопротивления движению воздуха. Они характеризуют влияния наносов на поверхности и крепости пород выработанного пространства на фильтрацию газоврздущной смеси. Коэффициенты а и Ь характеризуют наносы и зависят от их мощности и состава. Значения их изменяются соответственно в пределах 0,11-0,15 и 0,77-1,12. Значения коэффициентов а и Ь представлены в табл. 1. Коэффициент d( характеризует влияние крепости вмещающих пород и принимается равным: для слабых пород 0,85; для пород средней крепости 1,0; для крепких пород 1,15. Коэффициент /В учитывает изменение проницаемости и выработанного пространства в период ведения очистных работ и зависит от глубины разработки, состава и мощности наносов. Значения его изменяются от 1,5 до 4,5. Значения коэффициента представлены в табл. 2. Коэффициент характеризует соотношение между масштабом макрошероховатости (t) и коэффициентом проницаемости (k). Значения его зависят от глубины разработки, мощности и состава наносов и изменяются в пределах 220-580. Значения коэффициента представлены в табл. 3. Кроме указанных коэффициентов в формуле используются следующие показатели: вязкость воздуха ju 1,71- 10 кг.с/м и коэффициент сопротивления трения воздуха / 0,1225 кг-с2/м В качестве исходных данных для определения действующего напора приняты: глубина от поверхности до вентиляционного горизонта отрабатываемого участка 180 м, на поверхности .глинистые наноси мощностью 8-10 м, вмещающие пласт породы средней крепости. Для этих условий по табл. 1-3 значения коэффициентов составята 0, b 0,91; at 1.0; 3,5; 470 м. }оо-) ./, 71-10- + t-Щ Mw « - ( 1 + 470 8 кг/м. Поддержание данного действующего напора обеспечивается вспомогательными вентиляторами 5, регулирующими и ограничивающими вентиляционными сооружениями. За счёт разности давлений между поверхностью и вентиляционным штреком выемочного участка возникают направленные утечки метановоздущной смеси из выработанного пространства 12 действующего очистного заОоя через отработанные верхние горизонты 13 на поверхность. Наблюдения показали, что через 30 ч после начала испытаний в атмосфере выработанного пространства на границе отработанного столба и верхнего отработанного горизонта концентрация кислорода снижается до 5% против 15-17 по известному способу. Способ может применяться при отработке свиты сближенных взаимноподрабатывающихся пластов при включении их в общий объем регулирования. Предлагаемый способ позволит повысить эффективность предупреждения пожаров при отработке особенно газоносных пластов, так как в этом случае исключается выход газа из выработанного пространства в вентиляционный поток, а больщая часть выделяющегося газа направляется не в исходящую струю, а отжимается в выработанное пространство. Таблица 1

Глинистые, мощностью свыше 10 м

Глинистые, мощностью менее 10 м

Наносов нет, горельники

Глинистые.мощностью

свыше 10 м

Глинистые, мощностью

менее Юм

Наносов нет, горельники

0,15

1,12

0,U0,91

0,110,77

Таблица 2

,

3,5 2,5 Формула изобретения Способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих метанообильных очистных забоев, включающий ограничение объема выемочного участка с помощью перемычек и вентиляционных шлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов, отличающийся тем, что, с целью гювыщения эффективности способа за счет формирования утечек метановоздущной смеси с Низким содержанием кислорода и пожаробезопасными скоростями фильтрации через верхние отработанные горизонты На поверхность, подачу воздуха в очистной забой осуществляют с напором, превыщающим давление на поверхности, причем величину действующего напора определяют по формуле (f+ )-/- глубина ведения горных работ до вентиляционного горизонта, м/с;

Та6лица,3 0;0,00(- коэффициенты, характеризующие пожаробезопасные утечки воздуха, MС.Д b - безразмерные коэффициенты, характеризующие выработанное пространство в зависимости от крепости пород и состава наносов на поверхности; а - коэффициент, характеризующий фильтрацию воздуха через наносы в зависимости от их состава и мощности, j -вязкость воздуха, кг-с/м ; 0,1225 - коэффициент сопротивления трения воздуха, кг. -соотношение между масштабом макрошероховатости и коэффициентом проницаемости, 1/м. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 80019, кл. Е 21 F 5/00, 1945. 2.Руководство по применению метода авнивания давления для предупреждеи тушения эндогенных пожаров в услох Кузбасса. Кемерово, ВостНИИ, 1966, -12 (прототип).