CC BY
18
К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ И ОХРАНА ТРУДА»
I
Э
# : А.А. Эннс, 2000
УДК 622.4.33
А.А. Эннс
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СПОСОБОВ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ МЕСТНЫХ И СЛОЕВЫХ СКОПЛЕНИЙ МЕТАНА ПРИ БЕСЦЕЛИКОВОЙ РАЗРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Д
о начала 60-х годов на шахтах Ворку-тинского района применялась столбовая система разработки угольных пластов с оставлением межлавных целиков угля. Проветривание очистных забоев производилось по возвратноточной схеме с выдачей исходящей струи на массив угля.
С появлением на отметках -200- -300 м внезапных выбросов угля и газа на пластах Тройном и Мощном остро встал вопрос борьбы с этими явлениями.
Региональным методом борьбы с выбросами в 1964 г. была принята первоначальная отработка пласта Четвертого, как защитного при бесце-ликовой нарезке выемочных столбов. Применение такой технологии подготовки и выемки пластов закономерно привело к прямоточным схемам проветривания выемочных участков с выдачей на выработанное пространство.
Такие технологические решения позволили:
1) бороться с динамическими явлениями на пластах Тройном, Двойном и Пятом, так как они попадали в зону защитного действия при выемке пласта Четвертого, на котором в те годы запрещалось оставлять целики угля любых размеров. Бесцеликовая выемка пласта Четвертого полностью вошла в практику работ на шахтах;
2) разбавлять выделяющийся метан по источниками выделения и ликвидировать опасные скопления мета-
на на сопряжении очистного забоя с вентиляционным штреком;
3) увеличить расход подаваемого на участок воздуха до 2000 - 3000 м3/мин и, следовательно, повысить нагрузки на очистные забои с 400 -500 т/сут до 1000 - 2500 т/сут;
4) значительно увеличить объем каптируемого дегазацией метана, так как появилась возможность бурить и поддерживать дегазационные скважины из выработок по контуру выработанного пространства;
5) без дополнительных затрат производить дегазацию старых отработанных полей;
6) снизить объем подготовительных работ, так как поддерживаемая на границе с выработанным пространством выработка повторно использовалась для отработки последующего столба.
Принятые в начале 60-х годов технические решения полностью оправдали себя на протяжении трех десятилетий. Однако, при всех своих преимуществах бесцеликовая технология с прямоточным проветриванием имеет и крупные недостатки, а именно:
• при прямоточной схеме проветривания с выдачей исходящей струи участка на фланговую вентиляционную выработку утечками воздуха активно проветривается выработанное пространство на протяжении до 400 м за лавой, при этом до 75 % утечек приходится на первые 200 - 250 м. Большие утечки воздуха требуют значительного расхода воздуха для лавы в воздухоподающей выработке, который по выделению метана из разра-
батываемого пласта не требуется. До 40 % расхода воздуха, а иногда и более, на лавах пласта Четвертого уходит через верхнее сопряжение в выработанное пространство, не заходя в очистной забой;
• отсутствие межлавных целиков (в выемочных блоках отрабатывается до 10 столбов) при загорании метана приводит к тому, что пожар уходит в выработанное пространство и становится недоступным для активного тушения.
Проблема ликвидации указанных недостатков становится одной из важнейших задач для шахт ОАО “Воркутауголь”.
Пласт Четвертый отрабатывается первым в свите и выемочные участки его имеют наибольшую газообиль-ность. Газовый баланс выемочных участков складывается в среднем следующим образом:
• подрабатываемые пласты и про-
пластки - 60 - 62 %;
• надрабатываемые пласты и про-
пластки - 30 - 32 %;
• разрабатываемый пласт
- 7 - 8 %.
Анализ вентиляционного и газового режима выемочных участков пласта Четвертого на шахтах ОАО “Воркутауголь” показывает следуюющее:
• на выемочные участки существующая сеть выработок позволяет подавать 2500 - 3500 м3/мин воздуха, из которых 800 - 1500 м3/мин подводится по поступающей к лаве струе;
• абсолютное газовыделение выемочных участков на существующих глубинах (800 - 1000 м и более) составляет 60 - 80 м3/мин метана, из которых 60 - 70 % отводится дегазацией;
• концентрация метана на исходящих струях участков превышает в отдельные моменты времени допустимую ПБ норму;
• коэффициент утечек воздуха, как отношение подводимого к лаве расхода воздуха к исходящему из лавы, составляет около 2,50, а на верхнем сопряжении - 1,6. Не заходя в лаву, через верхнее сопряжение уходит в выработанное пространство до 40 % от подаваемого к лаве воздуха.
Прямоточные схемы зарекомендовали себя высокой степенью надежности, способностью соединить безопасный способ управления газо-
выделением с ростом нагрузки на очистной забой.
Вместе с тем, происшедшие на шахтах ОАО «Воркутауголь» аварии с загораниями и вспышками метана в поддерживаемых за лавой выработках показали, что прямоточные схемы проветривания имеют существенный недостаток: возможность образования местных и слоевых скоплений метана в поддерживаемой на контакте с выработанным пространством за лавой выработке с исходящей струей воздуха.
Газовоздушными съемками выявлено, что наиболее интенсивное выделение метана из выработанного пространства происходит на участке конвейерной выработки, поддерживаемой за лавой, длиной 150 - 200 м. При этом концентрация метана в газовоздушном потоке из выработанного пространства свыше 2 % отмечается на участке штрека, удаленного от лавы на 50 - 165 м.
Применяемые до начала 90 - х годов меры борьбы меры борьбы с местными скоплениями сводились в основном к увеличению скорости воздуха на участке с повышенным содержанием метана за счет увеличения расхода воздуха, либо возведения щитов, перемычек в сечении выработок, Заметных результатов эти меры не принесли, что является сдерживающим фактором возможности увеличения нагрузки на очистной забой.
Для решения данной проблемы на шахтах ОАО “Воркутауголь” последовательно были испытаны следующие средства управления газовыделе-нием из выработанного пространства.
1. Возведение на контакте поддерживаемой за лавой выработки с выработанным пространством сплошной изолирующей стенки из деревянных чураков и золошлакоблоков.
2. Устройство специальных “окон” в ограждающей стенке с целью организованного выпуска метановоздушной смеси из выработанного пространства в смесительную камеру, устанавливаемую в районе “окна”.
3. Применение вентиляционного комплекса, включающего изолирующую стенку, дренажную выработку сечением до 1,5 м2, “окна” и смесительные камеры.
Испытания показали что процесс поступления метана из выработанного пространства в поддерживаемую за лавой выработку по сравнению с
обычными условиями меняется. За счет наличия изолирующей стенки поступление метана происходит достаточно равномерно по всей длине выработки, поддерживаемой за лавой, а не на первых 200 - 250 м (при отсутствии стенки). Интенсивность поступления метана на участке изолирующей стенки снижается в несколько раз - от 0,25 до 0,03 - 0,05 м3/(мин. м).
“Окна” в изолирующей стенке и смесительные камеры с регулирующими перемычками позволяют осуществлять локальный выпуск метановоздушной смеси из выработанного пространства. Однако вследствие небольшого сечения дренажной выработки, и значительного ее аэродинамического сопротивления, основная часть метановоздушной смеси проходит в выработанном пространстве, а не через дренажную выработку, что существенно уменьшает возможность управления метановоздушным потоком из выработанного пространства.
Однако вышеперечисленные средства управления газовыделением не позволяют полностью исключить местные (слоевые) скопления метана.
Совместно с изолирующей стенкой исследовался способ управления газовыделением из выработанного пространства с помощью изолированного отвода метана. На шахтах ОАО “Воркутауголь” изолированный отвод метана осуществляется двумя способами: с применением газоотсасывающих вентиляторов типа ВМЦГ-7, устанавливаемых на фланговых вентиляционных сбойках, и за счет общешахтной депрессии.
В процессе исследований выявлено, что влияние газоотсасывающего вентилятора ВМЦГ-7 на динамику метановыделения из выработанного пространства в поддерживаемую за лавой выработку возможно только при длине отработанной части выемочного столба до 500 - 600м. При отходе лавы от монтажной камеры на расстояния, превышающие 500 - 600 м, влияние ВМЦГ-7 на процесс газо-выделения из выработанного пространства незначительно.
Наибольший интерес представляет способ управления газовыделением с помощью изолированного отвода метана за счет общешахтной депрессии. Данный способ испытывался на выемочном участке лавы 312-ю пласта Четвертого шахты “Комсомоль-
ская”, подготовка которого осуществлялась спаренными выработками с оставлением целика угля шириной 3 -6 м между ними. Одна из выработок использовалась в качестве конвейерного штрека, а вторая, непосредственно примыкающая к выработанному пространству, использовалась для изолированного отвода метана за пределы выемочного участка. Данный способ позволяет изолированно отводить 60 - 80 % выделяемого в вентиляционную струю метана. Вследствие этого в конвейерном штреке полностью исключается возможность образования местных и слоевых скоплений метана. За время отработки выемочного участка лавы 312-ю местных и слоевых скоплений метана в конвейерном штреке не наблюдалось.
Однако, по экономическим причинам, от парной подготовки выемочных участков пришлось отказаться. Поэтому основными способами управления газовыделением на шахтах ОАО “Воркутауголь” остались устройство изолирующих стенок из золошлакоблоков и изолированный отвод метана с помощью газоотсасывающих вентиляторов ВМЦГ-7.
При нагрузках на очистной забой 1000 - 1300 т/сут. данные средства управления газовыделением обеспечивают достаточно безопасные условия ведения горных работ, при этом местные и слоевые скопления метана практически отсутствуют.
Однако, с внедрением, в рамках реструктуризации угольной промышленности, высоко производительных комплексов очистного оборудования типа КМ-138 на выемочных участках пласта Четвертого, обеспечивающих нагрузку на очистной забой 1800 -2500 т/сут вопросы предотвращения и ликвидации местных и слоевых скоплений метана возникли вновь. Существующие средства управления газо-выделением из выработанного пространства, а также достигнутый уровень эффективности дегазации выемочных участков в 50 - 70% уже не обеспечивают необходимого уровня безопасности ведения горных работ.
Требуется поиск новых средств и методов управлением газовыде-ления из выработанного пространства, повышения эффективности существующих и поиск новых методов и средств дегазации надраба-тываемых и подрабатываемых пластов, а также выработанного про-
странства, способов и средств ликвидации возможности образования местных и слоевых скоплений в поддерживаемых за лавой выработках.
Одним из перспективных направлений в области ликвидации возможности образования местных и слоевых скоплений метана может быть применение пульсирующей
вентиляции, с помощью пульсирующего вентилятора разработанного в Московском горном университете (профессор К.З. Ушаков и др.). Опытно-промышленный образец экспериментальной установки “Пульсатор” прошел предварительные испытания в условиях выемочного участка лавы 214-с пласта
Четвертого шахты “Запо-лярная” ОАО “Воркутауголь”.
Еще одним направлением совершенствования управления газовыде-лением выемочного участка может быть использование предварительной дегазации угольных пластов как из выработок оконтуривающих выемочный участок, так и с поверхности.
