Особенности управления газовыделением при отработке лавы 321 Д6-ц шахты «Шахтинская» Угольного департамента ОАО «Испат Кармет» при высоких нагрузках на очистной забой

Баймухаметов С.К.; Баймухаметов Т.К.; Задавин Г.Д.; Полчин А.И.

УДК 622.268.13:624.138.4

С.К. Баймухаметов, Т.К. Баймухаметов,

Г.Д. Задавин, А.И. Полчин

ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЛАВЫ 321 Дб-Ц ШАХТЫ «ШАХТИНСКАЯ» УГОЛЬНОГО ДЕПАРТАМЕНТА ОАО «ИСПАТКАРМЕТ» ПРИ ВЫСОКИХ НАГРУЗКАХ НА ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ

Семинар № 5

ш Ш роблема безопасного и эффективного

-Ж.-1 ведения горных работ на шахтах Угольного департамента стала более актуальной в последнее время в связи с интенсификацией производственных процессов и переходом на отработку угольных пластов по схеме шахта-лава. Это привело к увеличению нагрузки на очистной забой и скорости его подвига-ния, при этом резко возросла газообильность выемочных участков и собственно газообильность шахт.

В этих условиях хорошо показала себя предложенная технической дирекцией Угольного департамента технологическая схема подготовки выемочного участка с возвратноточным проветриванием и спаренной вентиляционной выработкой для обеспечения газового дренажа, которая была успешно применена при отработке лав 231К10-с, 221К10-с, 31К10-ю на шахте «Абайская» и 62 К10-в на шахте «Саранская».

Ряд особенностей управления газовыделе-нием выемочного участка имеет лава 321 Д6-Ц на шахте «Шахтинская». Схема вентиляции и дегазации выемочного участка приведена на рис. 1.

Лава 321Д6-ц отрабатывает пласт Д6 общей мощностью до 5,3 м, вынимаемая мощность - 4,2 м.

Пласт отнесен к категории опасных по внезапным выбросам угля

Рис. 1. Схема дегазации выемочного участка лавы 321Дб-ц ш. «Шахтинская»

и газа. Длина столба - 2250 м, лавы - 200 м. Запасы угля составляют 2 700 тыс. т. Углы падения пласта в пределах выемочного столба изменяются по простиранию 0-8 градусов, по падению от 10-12 до 15-18 градусов. Непосредственная кровля пласта мощностью до 15 м представлена алевролитом (1р = 3,5-4,0). Основная кровля мощностью до 10-15 м представлена песчаником и алевралитом (1кр = 4,55,5). Почва пласта представлена в основном алевролитом, реже песчаником не склонным к пучению. Природная газоносность пласта - 1518 м3/т.г.м. Лава оборудована комплексом УКП-5 с комбайном БЬ-300. Среднесуточная нагрузка на очистной забой составляет 6000 т/сут, максимальная - 8000 т/сут. и ограничена возможностями скипового ствола. При таких нагрузках на лаву абсолютная газообильность выемочного участка в среднем составляет 110 м3/мин, максимальная - 140 м3/мин. Для обеспечения безопасных условий по газовому фактору требуется комплексный подход к управлению газовыделением выемочного участка. Схема проветривания - возвратноточная. Ко-

Съем метана, Эффективность дегазации,0/»

Способы извлечения Qcм, м3/мин К,% Qcн4, м3/мин

1. Средствами вентиляции 2910 1,0 29,1 -

2. Вертикальные скважины 62,8 85 53,3 42,6

3. Пластовая дегазация 48,8 8 3,9 3,1

4. Скважины в купола обрушения 10,2 53 5,4 4,3

5. Дренажные скважины 10,6 35 3,7 3,0

6. Изолированный отвод метана из-за перемычки (дегазация) 46,0 25 11,5 9,2

7. Газодренаж за счет общешахтной депрессии 120 15 18,0

Итого: 124,9 62,2

личество воздуха подаваемого в лаву ограничивается регламентируемой ПБ скоростью в призабойном пространстве - 4 м/с, площадью его поперечного сечения и составляет 2910 м3/мин, поэтому средствами вентиляции максимально можно снять около 30,0 м3/мин метана. Применение возвратноточной схемы проветривания значительно снижает затраты на поддержание выработок. На выемочном участке лавы 321 Д^д-ц применяются следующие способы удаления метана:

- вертикальные скважины с поверхности;

- предварительная пластовая дегазация;

- передовая пластовая дегазация;

- скважины в купола обрушения;

- дренажные скважины с парного на вентиляционный штрек;

- изолированный отвод метана из-за перемычки за счет дегазации;

- изолированный отвод метана из-за перемычки за счет общешахтной депрессии

Особенности управления газовыделением заключаются в следующем.

Парный вентиляционный штрек проведен выше вентиляционного на расстоянии 40 м, которые сбиты между собой вентиляционными сбойками. Сбойки, расположенные впереди линии очистного забоя, за исключением ближней, по которой отводится исходящая струя из очистного забоя, изолированы. После перехода сбойки ее изолируют и подключают к дегазационной сети шахты.

Для увеличение миграции метана из выработанного пространства в сторону изолированной сбойки (для исключения загазирования сопряжения лавы с вентиляционной выработкой) на вентиляционном штреке между очистным забоем и сбойкой, по которой отводится исходящая струя из лавы, устанавливается вентиляционное сооружение.

При удалении линии очистного забоя от сбойки, за счет увеличения количества отсасываемого дегазацией или отводимого за счет общешахтной депрессии метана из-за перемычек сбойки и дренажных скважин, пробуренных с парной выработки на вентиляционный штрек, регулируется точка разделения потоков, определяющая направление движения струи в сторону газоотводящей сбойки.

Кроме того, при подвигании забоя практически не изменяются вентиляционные параметры газоотвода, так как дренажные сбойки вводятся в работу поочередно и тем самым ограничивается размер проветриваемой зоны выработанного пространства. В результате чего появляется возможность использование таких схем управления газовыделением на пластах, склонных к самовозгоранию. При этом ведется постоянный контроль за ранними признаками самовозгорания угля и содержанием кислорода в выработанном пространстве.

Газовый баланс выемочного участка лавы 321Дб-ц приведен в таблице.

Как видно из таблицы основная доля в газовом балансе приходится на вертикальные скважины с поверхности - 53,3 м3/мин, что составляет 42,6 % от общего съема метана. В работе одновременно находятся до 6-ти вертикальных скважин, которые работают на две вакуум-насосные станции - №92 (1 насос), расположенную непосредственно в районе пробуренных вертикальных скважин и №107 (1 насос), расположенную на промплощадке шахты. Метан, извлекаемый вертикальными скважинами с высокой концентрацией до 70-80 % и достаточно высоким дебитом 3540 м3/мин утилизируется в газовой котельной путем прямого сжигания для выработки тепла и горячей воды для нужд шахты.

Для дегазации выработанного пространства бурятся скважины в купола обрушения и газодренажные скважины с парного вентиляционного штрека, которые подключены к газопро-

воду на ПВНС-77. Общий съем данного способа доходил до 10 м3/мин.

Для снижения газообильности очистного забоя применяется предварительная дегазация пласта. Скважины передовой пластовой дегазации пробурены с конвейерного штрека через 8 м и с вентиляционного штрека через 4 м, также с вентиляционного штрека пробурены опережающие скважины через 2 м, которые работают на 2 вакуум-насоса ПВНС-15, и общий съем метана составляет до 4,0 м3/мин.

Как видно из таблицы, суммарная эффективность дегазации составляет 62,2 %. Основой такого высокого результата при общей газообильности 125 м3/мин. является взаимодействие средств вентиляции и дегазации при данной технологической схеме отработки выемочного участка.

Еще одним из важных факторов является содержание метана на сопряжении очистного забоя с вентиляционным штреком. За счет большого объема отсасываемой метановоздушной смеси по погашаемой части вентиляционного штрека со стороны выработанного пространства достигается безопасное содержание метана в «кутке» лавы.

По результатам анализа газовой обстановки в лавах 231 К10-с, 31 К10-ю шахты «Абайская», 62 К10-в шахты «Саранская» и 321 (!6-ц шахты «Шахтинская» разработан метод расчета оптимального расстояния между сбойками с парной выработки на вентиляционный штрек, исключающий загазирование верхнего «кутка» лавы, которое определяется по формуле:

1сб = (13,6^ -\)С2Улср , м (1)

Я2 (Скут - С^ )2 0,0035 х т„2’65 где Ску1 - концентрация метана у сопряжения лавы с вентиляционной выработкой (в кутке), %, находится по формуле

Ску1 = 84,7 х I тх Б2

(2)

в.пр г--уч '

Ипер. - разряжение в газопроводе у сбойки, мм.рт.ст.; - узловая депрессия у сопряжения

лавы с вентиляционным штреком, даПа; Ул ср. -среднемесячное подвигание лавы, м/мес; QC6. -

суммарный расход м.в.с. при различных способах отвода метана из рабочей сбойки, м3/мин; шв - вынимаемая полезная мощность пласта, м; 1ВП - среднее фактическое(ожидаемое) метано-выделение из выработанного пространства, м3/мин; Боч. - площадь поперечного сечения лавы, м2; шв пр. - вынимаемая мощность пласта с учетом породных прослоек, м; Qyч. - расход воздуха на участке, м3/мин; V оч. - скорость под-вигания очистного забоя, м/сут; С0 - концентрация метана в поступающей на участок струе воздуха, %.

Узловая депрессия у сопряжения лавы с вентиляционной выработкой определяется после расчета естественного распределения воздуха по сети, смоделированной на период отработки лавы. Схема изолированного отвода м.в.с. с помощью ВНС по газопроводу проложенному через сбойку и дренажный штрек приведена на рис. 2.

Как показывают расчеты и практика, оптимальное расстояние между сбойками, в зависимости от разрабатываемого пласта, горногелогиче-ских условий, составляет от 130 до 200 м.

Таким образом применение данной схемы управления газовыделением на практике позволяет сделать вывод ее надежности, иметь высокий коэффициент дегазации (0,6-0,8) и обеспечить высокую нагрузку на очистной забой и повысить безопасность при отработке высокогазообильных выемочных участков.

__ Коротко об авторах

Баймухаметов С.К. - профессор, доктор технических наук, технический директор, Баймухаметов Т.К. — кандидат технических наук,

Задовин Г.Д., Пол-чин А.И — инженеры,

Угольный департамент ОАО «Испат Кармет», г. Караганда.