CC BY
27
УДК 622.454.2:622.41.32.33
Ли Хи Ун
ООО «ВостЭКО» А.Н. Кнышенко ОАО «Шахта Первомайская» Ю.С. Лермонтов
ЗАО «Кузбасский центр мониторинга промышленной и экологической безопасности»
К вопросу управления газовыделением средствами вентиляции
Приведен анализ применения различных методов управления газовыделением с помощью средств вентиляции при различных горно-геологических условиях и технологических процессах
Управление газовыделением с помощью средств вентиляции находит все более широкое применение. Особенно эффективно применение комбинированных схем проветривания. Однако в отдельных случаях такие схемы экономически неэффективны из-за трудности поддержания подготовительных выработок в выработанном пространстве.
Поэтому широко используются способы управления газовыделением, основанные на изменении перепада давления воздуха в системе горных выработок и в выработанном пространстве. За рубежом на некоторых шахтах для этого применяют так называемые камеры выравнивания давления.
Эффективным методом борьбы с повышенным газовыделением из выработанных пространств является применение схем вентиляции со специальными газосборными выработками, оконтуривающими выработанное пространством и соединенными с вентиляционным штреком, по которому выходит исходящая струя участка. Эти выработки выполняют двойную функцию: по ним непрерывно отводится газ из выработанного пространства, благодаря чему предотвращается его выделение в действующие выработки, и, кроме того, они предупреждают загазирование призабой-ного пространства при резких колебаниях атмосферного давления.
На шахтах Кузбасса для предупреждения эндогенных пожаров, а также для управления газоотделением широко применяется способ выравнивания давления в вентиляционной системе.
Многие исследователи отмечают, что при выборе способов проветривания необходимо учитывать следующие факторы: интенсивность газовыделения, схему проветривания шахт, утечки воздуха, опасность возникновения эндогенных пожаров, общешахтную депрессию, наличие аэродинамической связи горных выработок с поверхностью, глубину горных работ, стоимость вентиляции.
Для условий шахт Кузбасса впервые и наиболее обстоятельно были проведены исследования различных способов проветривания И. М. Печуком, А. А. Мясниковым и И. Д. Мащенко
[1] - [3], которые отметили следующие достоинства нагнетательного способа: устойчивость и надежность проветривания; возможность реверсирования вентиляционной струи; пониженную пожа-роопасность и экономию на обслуживании, переноске и монтаже вентиляторов.
В качестве недостатков нагнетательного проветривания отмечается невозможность контроля температуры и состава атмосферы в выработанном пространстве и опасность загазирова-ния выработок при остановке вентилятора. Последний недостаток почти не проявляется при отработке верхних горизонтов, но и здесь в некоторых случаях выделение газа может быть значительным.
В условиях Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, характеризующегося углями, весьма склонными к самовозгоранию, рекомендуется, как правило, применять нагнетательно-всасывающий способ проветривания.
Из недостатков этого способа проветривания следует отметить: трудность герметизации надшахтного здания и околоствольного двора; значительные поверхностные утечки воздуха и увеличение затрат на сооружение и содержание вентиляционных установок.
Зарубежные исследователи Ф. Хинслей, Т. Вельбир, Г. Шпакеллер и другие считают, что основные факторы, которые необходимо учитывать при выборе способа проветривания, это опасность загазирования в период пуска и остановки вентиляторов, пылеобразование у скипового ствола и туманообразование в надшахтном здании вследствие взаимодействия насыщенного влагой воздуха, выдаваемого из шахты, с холодным воздухом на поверхности. Пуск и остановка вентиляторов обусловливают резкие изменения давления, которые оказывают на газовыделение такое же влияние, как и колебания барометрического давления. Поэтому во время пуска нагнетательного вентилятора резко увеличивающееся давление на атмосферу выработанного пространства приводит к увеличению утечек воздуха в глубь выработанного пространства. Процессы движения утечек воздуха и газа обратимы, т. е. при остановке вентилятора газы начинают поступать в вентиляционную сеть, давление в которой ниже, чем в выработанном пространстве. Скорость истечения газа зависит от величины перепада давления и от аэродинамического сопротивления, которое существует между выработанным пространством и вентиляционной сетью. Они также отмечают, что наряду с другими причинами в глубоких шахтах нагнетательный способ почти не применяется, так как для управления тепловым режимом более благоприятен всасывающий способ проветривания. Далее они указывают, что нагнетательный способ проветривания нельзя применять:
- в шахтах с большим газовыделением (СО2 и СН4);
- при больших объемах сжатого воздуха, поступающего в забои;
- при использовании вентиляционных выработок для транспортирования закладочных материалов в случаях применения гидравлического способа закладки.
В соответствии с этим делается правильный вывод о том, что во всех случаях для движения воздуха по вентиляционной сети требуются такие значения депрессии (особенно на исходящих струях), которые могут быть обеспечены только при всасывающем способе проветривания.
На шахтах Кузбасса выемочные участки часто имеют вентиляционную связь со старыми выработанными пространствами не только на данном пласте, но и на смежных пластах, а в ряде
случаев они связаны и с земной поверхностью. В таких условиях при всех способах и схемах проветривания регулирующие устройства необходимо устанавливать на вентиляционном горизонте, чтобы уменьшить поступление газовоздушной смеси из старых выработанных пространств в выработки действующего участка при всасывающем способе проветривания или увеличить вынос ее из выработанных пространств действующего участка за его пределы при нагнетательном способе проветривания. Кроме того, интенсивное движение транспорта при откатке угля, а также транспортирование угля конвейерами затрудняют регулирование расхода воздуха на откаточном горизонте.
При отсутствии вентиляционной связи горных выработок действующего участка со старыми выработанными пространствами и с земной поверхностью в течение всего срока отработки выемочного поля регулирующие устройства могут устанавливаться как на вентиляционном, так и на откаточном горизонте.
Регулирование расхода воздуха на данном участке с целью снижения уровней дебита и концентрации газа вызывает значительные изменения расхода воздуха на смежном участке, что может привести к возникновению переходных газовых процессов.
На основе переходных процессов на смежном участке возможно возникновение на нем опасной газовой ситуации. Это относится, прежде всего, к участкам, расположенным на сближенных крутых пластах или на разных крыльях складки одного и того же пласта, когда проветривание осуществляется с одного промежуточного квершлага в условиях шахт Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса.
При всасывающем способе проветривания и наличии вентиляционной связи со старыми выработанными пространствами уровень всплесков концентрации газа при переходных процессах определяется в основном уровнем расхода воздуха и величиной изменения статического разрежения.
Для управления газовыделением при разработке наклонных и крутых пластов системой длинных столбов по простиранию с разделением на несколько подэтажей в первую очередь отрабатывается верхняя лава и со значительным опережением с тем, чтобы вентиляционный штрек этой лавы использовать в дальнейшем в качестве дренажной выработки при отработке нижележащих лав.
При полевой и групповой подготовке выемочных полей проводятся промежуточные квершлаги с полевого и группового штреков на вентиляционный штрек верхней лавы. Эти квершлаги обычно выполняют роль дренажных выработок в период отработки выемочного поля и обеспечивают вынос значительной части газа из выработанных пространств действующего участка, а также из старых выработанных пространств непосредственно в вентиляционный полевой или групповой штрек, минуя вентиляционный штрек верхней лавы.
Снизить газовыделение в лавах, расположенных в средней и нижней частях этажа, можно путем увеличения количества поступающего в них воздуха, перераспределения его в пределах участка или общего увеличения расхода его на участке.
Перераспределение воздуха в пределах участка может быть достигнуто установкой перемычки, вентиляционной двери с окном или без окна на исходящей струе той лавы, в которой в
данную смену работы не ведутся или в исходящей струе которой концентрация газа значительно ниже допустимого уровня.
При разработке наклонных пластов системой длинных столбов по простиранию без разделения этажа на подэтажи, когда имеется непосредственная вентиляционная связь выработанных пространств действующей лавы с хорошо проветриваемой выработкой за пределами участка и при этом статическое давление в лаве выше статического давления (или ниже разрежения) в этой выработке или равно ему, управление газовыделением в лаве производится путем установки перемычки в вентиляционном штреке. При этом часть газовоздушной смеси из выработанных пространств лавы выносится непосредственно через указанную выработку.
Данный способ управления газовыделением тем эффективнее, чем выше удельное газовыделение из выработанных пространств в газовом балансе участка.
При разработке пологих пластов системой длинных столбов по простиранию без разделения этажа на подэтажи для управления газовыделением из выработанных пространств лавы выше вентиляционного штрека проводят дренажный штрек.
Эффективность указанного способа управления газовыделением можно повысить, если установить перемычку или вентиляционную дверь в вентиляционном штреке. При этом статическое давление в вентиляционном штреке повышается, и в результате происходит перераспределение газовоздушной смеси, выделяющейся из выработанного пространства лавы, между вентиляционным и дренажным штреками. В первом из них дебит и концентрация газа снижаются, а во втором - повышаются.
При разработке наклонного пласта системой длинных столбов по простиранию без разделения этажа на подэтажи, а также крутого пласта щитовой системой, если при этом имеется вентиляционная связь выработанных пространств действующего участка со старыми выработанными пространствами или с земной поверхностью, управление газовыделением осуществляется путем установки перемычки или вентиляционных дверей в вентиляционном штреке.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Мясников, А.А. Проветривание горных выработок при различных системах разработки. - М.: Госгортехиздат, 1960.
2 Печук, И.М. Обратная метаноносность высокометаморфизированных антрацитов с глубиной // Уголь Украины. - 1967. - №6.
3 Временное руководство по проектированию и организации проветривания угольных шахт восточных бассейнов страны. - Кемерово, 1969.
