XVII.3.4. Дегазация выработанных пространств

Дегазация выработанных про­странств действующих очистных участков применяется в тех слу­чаях, когда другие способы дега­зации не обеспечивают снижения газовыделения из выработанного пространства до допустимых пре­делов и в верхних частях лав создаются высокие концентрации метана.

Существуют два способа дегаза­ции выработанных пространств: с применением вакуум-насосов и транспортированием извлекаемой смеси по дегазационным трубопро­водам и с изолированным отводом метана газоотсасывающими уста­новками.

Дегазация с применением ва­куум-насосов может производиться:

'скважинами, пробуренными над куполами обрушения из подземных выработок; скважинами, пробуренными с поверхности; отростками дегазационного трубопровода.

Вариант дегазации выработанного пространства при помощи скважин, пробуренных над куполами обрушения (рис. XVII.16), применяют при залегании сближенных пластов в зоне обрушения и интенсивного смещения пород (до 10 вынимаемых мощностей раз^ рабатываемого пласта). Коэффициент эффективности дегазации изме­няется от 0,3 до 0,6.

Дегазацию при помощи скважин, пробуренных с поверхности (рис. XVI1.17), применяют при глубине разработки до 500 м.

Рис. XVII. 16. Схема дегазации сква­жинами, пробуренными над куполом обрушения:

1 — купол; 2 — скважина; S — дегаза­ционный трубопровод

Технология этого способа аналогична дегазации неразгружен­ных пластов при помощи вертикальных скважин. Расстояние

между скважинами по про­стиранию составляет 300— 400 м, по падению — 500 м. В дегазируемом одной скважиной блоке не должно быть барьерных целиков угля. Отсос газовоздушной смеси по скважине осущест­вляется стационарными или передвижными вакуум-на­сосными установками. Коэф­фициент эффективности де­газации — 0,5.

Дегазацию выработанных пространств отростками тру­бопровода (рис. XVII.18) применяют при |управлении кровлей полным обрушением. Отсос газа осуществляется по перфорированным трубам длиной 10—30 м, укладыва­емым в верхней части выра­ботанного пространства. Как правило, трубы проклады­вают через перемычку, изо­лирующую выработанное пространство. Коэффициент эффективности дегазации до­стигает 0,7.

Дегазация с помощью га-зоотсасывающих установок производится с применением центробежных вентиляторов или пневматических эжек­торов. Изолированный отвод метана осуществляется по неподдерживаемым горным выработкам или трубам за пределы выемочного участка, где метан, предварительно разбавленный до безопасной концен­трации, выпускается в общую исходящую вентиляционную струю (рис. XVII.19).

Применение подобных схем целесообразно при газовыделении на выемочном участке (без учета других способов дегазации) не менее 4—8 м3/мин при мощности пластов 1—2 м. Эффективность дегазации выработанного пространства при этом способе в зависи­мости от применяемой системы разработки составляет 0,4—0,9.

Рис. XVII.17. Дегазация выработанных пространств скважинами с поверхности:

21— колонна обсадных труб; U — цементное кольцо; з — перфорационные отверстия; 4 — де­газационный трубопровод; S — вентили (запор­ные)

Рис. XVII.18. Дегазация выработанного пространства отростками трубопровода:

1 — перфорированные трубы; 2 — вентили

Недостатком всех способов дегазации выработанного простран­ства является низкая концентрация метана в смеси вследствие связи выработанного пространства с окружающими выработками.

Рис. XVII.19. Изолированный отвод метана с помощью газоотсасыва-гощей установки:

1 — вентилятор; 2 — трубопровод; 3 — смесительная камера; 4 — всасывающий па­трубок; 5 — перемычка

XVII.4. Процессы борьбы с пылью в очистных забоях

XVII.4.1. Основные направления борьбы с пылью

Согласно требованиям Правил безопасности, на каждой шахте в ме­стах пылеобразования должны осуществляться мероприятия по сни­жению запыленности рудничной атмосферы до уровня допустимых концентраций (см. п. XVII.1.3).

На каждой шахте должен быть проект комплексного обеспылива­ния, утвержденный техническим директором производственного объединения, на каждом участке — паспорт противопылевых меро­приятий, составленный начальником участка, согласованный с на­чальником BTB и утвержденный главным инженером шахты. В про­екте комплексного обеспыливания предусматриваются:

основные мероприятия по борьбе с пылью при всех процессах, сопровождающихся пылеобразованием (выемка, доставка и погрузка угля, проведение выработок, буровзрывные работы и т. д.);

проветривание забоев шахты, обеспечивающее снижение запылен­ности воздуха;

наличие оборудования и материалов для борьбы с пылью, распо­ложение средств пылеподавления в горных выработках;

индивидуальные средства защиты от пыли.

Интенсивность пылеобразования при выемке полезного ископае­мого зависит от большого числа факторов, которые можно подразде­лить на три группы:

геологические факторы — естественная влажность угля, крепость угля, угол падения пласта, степень метаморфизма углей, мощность пласта и др.;

технологические параметры добычи полезного ископаемого — характер взаимодействия исполнительного органа машины с пла­стом, способ погрузки и транспортирования угля, способ выполне­ния концевых операций и т. п.;

параметры угледобывающих машин — геометрические, конструк­тивные, энергетические, кинематические и динамические.

Зависимость запылен­ности рудничной атмо­сферы от некоторых гео­логических факторов пред­ставлена на рис. XVII.20. Из рисунка видно, что наибольшее влияние на запыленность оказывает влажность угля. Зависи­мость пылеобразования от крепости угля 'носит ли­нейный характер. Gувели­чением крепости угля воз­растает пылевыделение при его отбойке.

Уменьшение выхода пыли достигается при от­работке пластов парал­лельно естественной тре-щиноватости (кливажу). Оптимальный угол между направлением резания (скалывания) и трещинами должен быть в пределах 0—30° или 150—180'.

Эффективное пылеподавление достигается только при условии применения комплекса средств и мероприятий: предварительного увлажнения угольных пластов, проветривания, обеспечивающего снижение запыленности воздуха, и орошения при работе выемочных машин и комплексов.

XVII.4.2. Предварительное увлажнение угольных пластов

Одним из эффективных методов борьбы с пылеобразованием является предварительное увлажнение пластов. Сущность процесса состоит в нагнетании в массив через скважины рабочей жидкости, заполня­ющей трещины и поры в пласте, связывающей пыль и изменяющей физико-механические характеристики углей (крепость, пластичность). Разработаны следующие способы нагнетания воды в угольные пласты: через скважины, пробуренные из подготовительных выработок параллельно очистному забою;

Рис. XVII.20. Зависимость запыленности воздуха от геологических факторов:

1 — от крепости угля; 2.— от влажности угля; з — от степени метаморфизма

через скважины или шпуры, пробуренные из очистного забоя; через скважины, пробуренные с поверхности или из полевых выработок перпендикулярно к напластованию пласта.

Рис. XVI1.21. Технологическая схема нагнетания воды в пласт черев восстающие скважины на участке, где пласт разрабатывается сплошной системой:

I — станок буровой; 2 — вентили; S — гидрозатвор; 4 — счетчик-расходомер; * — насос высоконапорный; 6 — манометр; 7 — водомер; 8 — дозатор смачивателя; 9 — во­дораспределительный пункт; 10 — фильтр; Il — водопровод участковый; 12 —воздухо­провод

В качестве рабочих жидкостей могут быть использованы: вода, водные растворы поверхностно-активных и химически-активных веществ, водно-воздушные смеси, водяной пар, пена и другие среды.

Нагнетание воды через скважины, пробуренные параллельно очист­ному забою, производится при столбовых и сплошных системах разработки, когда подготовительные выработки опережают очистной забой (рис. XVII.21). Скважины должны располагаться посредине

мощности пласта на расстоянии 40—50 м от плоскости очистного-забоя (в зоне статического горного давления). Длина скважин зави­сит от наклонной высоты этажа или длины лавы и определяется и» выражения

(XVII.7)

где L — высота этажа (длина лавы), м.

Если скважины бурят одновременно из откаточного и вентиля­ционного штреков, их длина определяется по формуле

(XVILS)

Количество воды, которое необходимо подавать в скважину

(XVII.9)

гДе 4кв — длина скважины, м;

/м с — расстояние между скважинами, м; т — мощность пласта, м; у — плотность угля, т/м3;

<7у — удельный расход воды на увлажнение, зависящий от пористости пласта; qy = IO -^- 40 л/т.

Расстояние между скважинами принимают в пределах 10—25 м, диаметр скважин — 45—100 мм. Давление воды при нагнетании за­висит от фильтрационных характеристик угля и темпа нагнетания. Экспериментально установлены рациональные давления для различ­ных бассейнов страны: Донецкого — 20—200 кгс/см2, Карагандин­ского — 30—50 кгс/см2, Кузнецкого — 50—150 кгс/см2, Печорского 40—90 кгс/см2 при темпе нагнетания 10—60 л/мин.

Нагнетание воды через шпуры, пробуренные из очистного забоя. Шпуры в этом случае бурят перпендикулярно или под некоторым углом к плоскости забоя. Длина шпуров Z111n должна на 0,3 м превы­шать ширину полосы угля, вынимаемой за сутки. Глубина гермети­зации должна быть не менее 1 м для плотных и 1,5—2 м для слабых и трещиноватых углей. Расстояние между шпурами определяют из выражения

(XVIUO)

где ап — расстояние, на которое распространяется вода от нагнета­тельного шпура по падению пласта; ак — то же, по восстанию пласта; су — величина, учитывающая перекрытие увлажненных зон

пласта, м; су = 0,3 -f-0,5 м.

Необходимое давление воды при нагнетании может быть опреде­лено по формуле

(XVII.11)

где qn — темп нагнетания;

/Ф — длина фильтрующей части шпура; принимается равной

1/3 гшп;

гш — радиус шпура; &Ф ср — средний коэффициент фильтрации.

Продолжительность нагнетания определяется исходя из равен­ства объемов поданной воды и увлажненного массива:

(XVH.12)

Темп нагнетания воды не должен превышать величины, при ко­торой может произойти гидрорасчленение пласта с последующим рез­ким падением давления и интенсивным выделением воды в забой. Средний темп нагнетания при различных пластах составляет от 2 до 30 л/мин. При увлажнении пластов из подземных скважин и шпу­ров применяют высоконапорные насосы типа УН-35, УГМН с расхо­дом 36—90 л/мин, высоконапорные шланги и герметизаторы различ­ных типов.

Нагнетание воды, через скважины, пробуренные с поверхности, осуществляется в основном в режиме гидрорасчленения. Технология работ в этом случае не отличается от технологии гидрорасчленения как средства борьбы с газом.

Эффективность пылеподавления при увлажнении массива угля различными способами составляет 50—80%.