Особенности формирования газового режима выемочных участков глубоких горизонтов шахт ОАО «Воркутауголь» Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

В.Н. Бобровников, В.А. Зуев, Ю.М. Погудин

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ГАЗОВОГО РЕЖИМА ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ ШАХТ ОАО "ВОРКУТА УГОЛЬ "

~П семидесятых годах прошлого века в ПО "Воркутауголь"

-Я-М было принято решение перейти от способа подготовки выемочных столбов парными выработками, разделенными целиком угля шириной 30-40 м, к бесцеликовому способу подготовки. Схема проветривания выемочных участков как защитных, так и защищенных пластов была принята прямоточной с подсвежением исходящей из лавы вентиляционной струи воздуха.

С 2002 г. на шахтах ОАО "Воркутауголь" реализуется новое техническое решение, связанное с переходом от бесцеликовой подготовки выемочных столбов к способу их подготовки спаренными выработками, разделенными податливым целиком угля заданной ширины (6,0-12,0 м) в зависимости от вынимаемой мощности пласта. Переход от бесцеликовой подготовки к подготовке выемочных столбов спаренными выработками был практически завершен в 2006-2007 гг. по большинству шахтопластов на шахтах "Комсомольская", "Северная", "Заполярная".

В табл. 1 представлены сведения, характеризующие аэрогазодинамические параметры схем проветривания и газовый баланс выемочных участков защитных пластов шахт ОАО "Воркутауголь" в 2006 г. Схема проветривания выемочных участков защитного пласта "Четвертый", подрабатывающих выбросоопасный пласт "Тройной", - прямоточная с подсвежением исходящей из лавы вентиляционной струи воздуха. Причем, при бесцеликовой подготовке исходящую из лавы отводят с одновременным подсвежением по поддерживаемой до и за очистным забоем конвейерной выработке, а далее - по фланговой сбойке на вентиляционный горизонт к вентиляционному стволу. При наличии спаренных выработок исходящую струю из лавы отводят также по поддерживаемой за лавой, до ближайшей задней вентиляционной сбойки, конвейерной выработке с последующим подсвежением исходящей в вентиляционной выработке.

272

Схема проветривания выемочного участка лавы 212з пласта "Пятый", подрабатывающего выбросоопасный пласт "Мощный" (шахта "Северная"), в процессе отработки выемочного столба длиной более 2000 м изменилась от прямоточной с подсвежени-ем до возвратноточной с выпуском исходящей воздушной струи из лавы на переднюю вентиляционную сбойку и последующим ее подсвежением, за пределами участка, и отводом по прямоточной схеме до фланговой выработки.

Большинство выемочных участков пласта "Тройной" в 20052007 гг. имело прямоточную с подсвежением схему проветривания при повторном использовании конвейерной выработки. Часть выемочных участков работало, используя возвратноточную схему проветривания. Например, участок лавы 834ю (шахта "Заполярная") и лавы 312с (шахта "Комсомольская"). Однако последняя, в отличие от первой, работала в условиях подготовки выемочного столба спаренными выработками, разделенными податливым целиком угля. Исходящая вентиляционная струя лавы получала под-свежение у ближайшей впереди лавы (передней) сбойки за счет воздуха, поступающего по конвейерному штреку 312с, а затем на выходе из вентиляционной сбойки дополнительно подсвежалась и изменяла направление движения на прямоточное в вентиляционном штреке 412с пласта "Тройной".

В идентичных, по проветриванию и подготовке выемочного столба 312с, условиях работал и выемочный участок лавы 112з пласта "Мощный" шахты "Северная", то есть в обоих случаях применяется комбинированная схема проветривания выемочного участка: возвратноточная с выпуском исходящей воздушной струи из лавы на переднюю вентиляционную сбойку и прямоточная после подсвежения исходящей за пределами участка, с одновременным изолированным отводом метановоздушного потока из выработанного пространства по неподдерживаемой за лавой выработке - конвейерному бремсбергу 112з пласта "Мощный".

Наряду с отводом газа средствами вентиляции удаление метана из выработанного пространства на выемочном участке осуществляется также средствами дегазации.

273

7 Параметры схем проветривания и газового баланса выемочных участков защитных пластов шахт ОАО "Воркутауголь " в 2006 г.

Шахта Лава Схема проветривания Нагрузка на забой, т/сут Расход воздуха, м3/мин Расход метана (м3/мин), удаляемого Дегазация

Лава Выемочный участок Поступающая Подсве-жающая вентиляцией дегазацией Всего Количество

Лава Участок Кустов Скважи н

"Северная" 1412ю пласта "Четверт ый" Прямоточ ная с подсвежен ием 1900 410550 27003350 12001350 15002000 1,6 16,4* 44,4-61,5 60,877,9 4 14

212з пласта "Пятый" Прямоточ ная с подсвежен ием 160-230 180 480-520 350 130-170 0,2-0,3 1,0-2,1 11,0-16,0 12,018,1 2 4-8

"Воркутин ская" 932ю пласта "Четверт ый" Прямоточ ная с подсвежен ием 1350 910 2750 1600 1150 0,9-1,8 5,0-10,0 30,0-35,0 40,045,0* 6-8 10-15

"Комсомо льская" 612с пласта " Четверт ый" Прямоточ ная с подсвежен ием 2050 400450 16002300 800-900 800-1400 3,2-4,3 20,0 45,0-48,5 65,068,5 10-12 25-35

"Заполярн ая" 414с пласта "Четверт ый" Прямоточ ная с подсвежен ием 1800 510 2400 1100 1300 2,5 20,4 41,4 61,8 5 14

* - применялся изолированный отвод метана из выработанного пространства - 5 м /мин

В работе постоянно находились от 4-8 до 25-35 дегазационных скважин, расположенных по контуру выработанного пространства выемочного участка. Длина скважин изменялась в диапазоне 100150 м, диаметр их составлял 76 мм, длина обсадки - 10-40 м, расстояние между кустами скважин - от 60-70 до 140-150 м. Куст состоит из 2-3 скважин, пробуренных на подрабатываемые (верхние) пласты-спутники, и 1-2 - на надрабатываемые (нижние). На шахтах "Северная", "Комсомольская" и "Заполярная" при отработке пласта "Четвертый" дегазационные скважины на нижние пласты-спутники не бурят. Причина отказа от дегазации надрабатываемых пластов-спут-ников на отрабатываемых выемочных полях часто связана с заполнением нисходящих скважин шахтной водой, сдерживающей процесс газовыделения.

Коэффициент эффективности дегазации выемочных участков пластов "Четвертый", "Пятый", "Тройной" и "Мощный" составляет 0,70-0,80 и более. В работе обычно находятся от 5-8 до 15-20 скважин - в зависимости от длины отработанной части выемочного столба. Исключение составляет шахта "Комсомольская", где при отработке пласта "Четвертый" на выемочном участке одновременно работает до 30-35 скважин, коэффициент дегазации при этом достигает 0,75.

Представляют интерес результаты анализа распределения метана в атмосфере примыкающих к лаве выработок - по схеме отвода метановоздушной смеси на выемочном участке, а также данные по изолированному отводу метана из выработанного пространства за счет общешахтной депрессии по неподдерживаемой выработке. На рисунке представлен пример распределения метана относительно лавы 414с пласта "Четвертый" шахты "Заполярная".

Анализ замеров показал, что газовыделение определяется нагрузкой на очистной забой, а также влиянием периодических посадок основной кровли. Концентрация (расход) метана в исходящей вентиляционной струе выемочного участка - на отрезке длиной 70100 м до ближайшей передней (при комбинированной или возврат-ноточной схеме проветривания) или задней (при прямоточной с подсвежением схеме проветривания участка) вентиляционной сбойки при парной подготовке выемочного столба - достигает опасной величины при недостаточном расходе воздуха на выемочном участке, уменьшении поперечного

275

Рис. 1 - Распределение метана относительно лавы 414-с пласта "Четвертый" (шахта "Заполярная")

в примыкающих к ней выработках.

сечения воздухоподающих и воздухоотводящих выработок, влиянии иных факторов. Показательной является лава 612с пласта "Четвертый" шахты "Комсомольская". Согласно показаниям датчиков телеметрии, превышения допустимой Правилами безопасности концентрации метана в исходящей вентиляционной струе лавы (1,3-1,5 %) сменялись превышениями такого же характера в исходящей выемочного участка (1,4-2,3 %). Превышения в первом случае продолжительностью по 25-45 мин повторялись многократно в течение 3-5 суток, а превышения во втором случае продолжительностью до 1,5 ч повторялись в течение 1,5-2,0 суток.

Абсолютная газообильность выемочных участков пластов "Четвертый" и "Пятый" изменяется обычно от 30 до 87 м3/мин, а пластов "Тройной" и "Мощный" - от 15 до 55 м3/мин. Причем, нагрузка на очистной забой, достигающая в отдельные периоды более 2000 т/сут по пластам "Четвертый" и "Пятый" и более 5000 т/сут по пластам "Тройной" и "Мощный", становится критической по газовому фактору при значительно меньших величинах, что следует из шахтных данных.

Расход метана в исходящей вентиляционной струе выемочного участка со стороны выработанного пространства лавы 612с пласта "Четвертый" шахты "Комсомольская", в поддерживаемой части конвейерного штрека длиной 100 м - до ближайшей вентиляционной сбойки, составлял 12,0-15,0 м3/мин при нагрузке на забой до 1500-1700 т/сут и коэффициенте дегазации подрабатываемых пластов-спутников, равном 0,7. Дебит метана, приходящийся на вентиляцию выемочного участка лавы 312с пласта "Тройной" шахты "Комсомольская", проветриваемого по возвратноточной схеме, составлял 7,0-10,0 м3/мин. Нагрузка на очистной забой - до 45005000 т/сут, дегазация не применялась. Дебит метана, приходящийся на вентиляцию выемочного участка лавы 414с пласта "Четвертый" шахты "Заполярная" с прямоточной схемой проветривания, составлял 10,0-15,0 м3/мин. Нагрузка на очистной забой - до 1800 т/сут, коэффициент дегазации участка - 0,67-0,70.

Важным элементом управления газовыделением на метано-обильном выемочном участке является смесительная камера. В 2005-07 гг. смесительные камеры использовались при отработке выемочных столбов 1312ю (шахта "Северная"), 512с и 612с (шахта "Комсомольская"), 314с (шахта "Заполярная") пласта "Четвертый". Через смесительную камеру из выработанного пространства лавы

277

612с, при прямоточной с подсвежением схеме проветривания выемочного участка, с помощью общешахтной депрессии отводили до 10-12 м3/мин метана (нагрузка на забой до 1500-1700 т/сут). На шахте "Северная", при отработке пласта "Мощный" лавой 112з, применена комбинированная схема проветривания выемочного участка с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства по неподдерживаемой выработке. При нагрузке на забой 5370 т/сут через смесительную камеру в вентиляционную выработку за пределы выемочного участка отводили 9,5-25,0 м3/мин метана.

Таким образом, высокие темпы добычи и концентрации производства на выемочных участках шахт ОАО "Воркутауголь" с достижением высокого уровня (до 8000-10000 т/сут на очистной забой и более) тормозятся не только техническими возможностями шахт. Одним из главных сдерживающих факторов на большинстве шахт Воркуты является «метановый барьер», связанный с высокой мета-ноносностью угольных пластов (до 20-25 м3/т и более) на глубинах ведения горных работ до 1000 м и более и метанообильностью выемочных участков, достигающей 80-100 м3/мин и более, ггш

— Коротко об авторах -

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

Зуев В.А. - кандидат технических наук,

Погудин Ю.М. - кандидат технических наук,

филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт».

Д_

--© В.Н. Бобровников, В.А. Зуев,

2008

278