книги из ГПНТБ / Морев, А. М. Дегазация угольных шахт и использование метана

временных работ по проходке специальных тупиковых выработок или по бурению скважин.

Дегазация спутников угольных пластов и вырабо­ танных пространств скважинами, пробуренными с по­ верхности. Этот способ дегазации может осуществлять­ ся при помощи вертикальных скважин и скважин, имею­ щих вертикальную и горизонтальную части (ВГС).

Дегазацию вертикальными скважинами в основном применяют в Карагандинском бассейне, где мощные пла­ сты и спутники залегают на небольшой глубине от по­ верхности. Вертикальные скважины с поверхности обыч­ но бурят до подрабатываемых спутников угольных пла­ стов. Иногда этими скважинами пересекают разраба­ тываемые пласты.

Места пересечения спутников скважиной обсажи­ ваются перфорированными трубами, а остальная часть скважины — металлическими трубами диаметром 1 0 0 мм. Расстояние между скважинами по простиранию состав­ ляет около 1 0 0 м.

Эффективность дегазации спутников этим способом составляет от 30 до 50%, его рекомендуется применять, когда бурение дегазационных скважин из подземных вы­ работок до спутников и в купол обрушения становится практически невозможным.

На шахтах Донбасса ведутся работы по дегазации спутников угольных пластов и выработанных про­

шахтах «Пролетарская-Глубокая» и «Чайкино-Глубо- кая» комбината «Макеевуголь».

На шахте «Пролетарская-Глубокая» ВГС была зало­ жена над 7-й северной лавой пласта l's с направлением горизонтального участка навстречу очистному забою (рис. 13). Проекция скважины на пласт располагалась примерно на Ѵ3 длины лавы от вентиляционного штрека. Бурение скважины было прекращено, когда расстояние от проекции забоя скважины до лавы составило 15 м. Об­ щая длина скважины равна 561 м, из которых вертикаль­ ная часть — 74 м, криволинейная — 282 м. Вертикальная и криволинейная части скважины обсажены трубами ди­ аметром 146 мм. Горизонтальная часть скважины пробу­ рена над пластом-спутником ш2і на расстоянии около 45 м от разрабатываемого пласта. Наблюдения за газовыделением из скважины проводились более 2 мес. За

40

Рис. 13. Схема дегазации спутников угольных пластов верти­ кально-горизонтальной скважиной в поле шахты «Пролетар- ская-Глубокаях комбината «Макеевугольх.

это время было извлечено около 368 000 лг3 метана. Де­ бит метана составил более 4 м31мин. Отсасывание газа проводилось временной вакуум-насосной установкой. В период работы вакуум-насоса концентрация метана в смеси составила 70—85%, а при естественном истече­ нии— около 95%. Эффективность дегазации, определен­ ная по снижению метановыделения на вентиляционный штрек, в среднем равнялась 60—65%.

Для дегазации спутников в районе 7-й северной лавы были пробурены скважины из 6 -го сборного вентиля­ ционного штрека. В период работы вакуум-насоса, уста­ новленного у устья В ГС, подземные скважины оказались малоэффективными и от бурения их можно отказаться. В связи с тем, что при работе ВГС добывается значитель­ ное количество метана с высокой концентрацией его в смеси, эти скважины следует рассматривать не только как дегазационные, но и как метанодобывающие. Рас­ смотренный способ дегазации может оказаться перспек­ тивным при отработке лав обратным ходом с погашени­ ем выработок в районах, характеризующихся высокой

41

спутников скважинами применяют различные способы дегазации выработанного пространства.

Метан из обрушающпхея п частично из дегазируемых скважинами спутников утечками воздуха выносится в верхнюю часть лавы и па вентиляционный штрек. При отработке лав обратным ходом и возвратно-точной схеме проветривания с погашением вентиляционного штрека за лавой весь газ выносится в район сопряжения лавы с вен­ тиляционным штреком. В связи с большими утечками воздуха концентрация метана в выработанном простран­ стве остается низкой (до 1 0 — 1 2 %) даже при значитель­ ном поступлении газа в него пз различных источников. Поэтому отсасывание газа пз выработанного простран­ ства по отросткам газопровода с применением вакуум­ ной техники малой производительности не дает желае­ мого результата.

Для снижения газовыделеиня из выработанных про­ странств на шахтах Караганды н Донбасса дегазацию в основном осуществляют короткими скважинами, пробу­ ренными над куполами или в купола обрушения пород (рис. 14). Такими скважинами извлекается метан, прони­ кающий в выработанное пространство из дегазируемых спутников. Этот способ дегазации применяют в случаях, когда при дегазации спутников не обеспечивается необ­ ходимая газовая обстановка на участке. В зависимости

42

от примятой системы разработки и схемы движения воз­ душной струн эффективность дегазации короткими сква­ жинами составляет 20—40%. Концентрация метана в от­ сасываемой смеси при регулировании работы дегаза­ ционных скважин и тщательной их герметизации может составлять 20—40%.

Способ дегазации выработанного пространства с при­ менением изоляции его от воздухопроводящих вырабо­ ток. Применение рассмотренного выше способа дегаза­ ции ограничено в ряде случаев из-за сравнительно низ­ кой эффективности и невысокой концентрации метана. Последнее обстоятельство особенно необходимо учиты­ вать при одновременной дегазации спутников угольных пластов и выработанного пространства. Повышения кон­ центрации метана в выработанном пространстве можно достичь путем изоляции его от воздухопроводящих выра­ боток. Опытные работы в этом направлении были прове­ дены МакНИИ [24]. Для изоляции применялся безуса­ дочный карбамидный пенопласт МФП-Б, который полу­ чали непосредственно на рабочем месте, механически смешивая мочевино-формальдегидную смолу МФФ-1 ил11- мочевиниіо-формальдепідио-фурфурольную смолу МФФ-М со вспенивающим продуктом "АВО-1, содержа­ щим дпэтиленгл.иколь. Концентрация метана в отсасыва­ емой по коротким скважинам смеси при изоляции выра­ ботанного пространства со стороны вентиляционного штрека и лавы повышается до 55%, а эффективность де­ газации — до 50%.

Отсасывание метано-воздушной смеси из выработан­ ного пространства. При отработке лав обратным ходом с погашением откаточного п вентиляционного штреков сразу за лавой дегазация спутников п выработанного пространства рассмотренными выше способами во мно­ гих случаях не дает желаемых результатов. В этих усло­ виях дополнительно с дегазацией спутников целесообраз­ но производить изолированный отвод метано-воздушной смеси с применением мощных газоотсасывающих устано­ вок. В качестве таких установок испытывались центро­ бежные вентиляторы, кожух и рабочее колесо которых изготовлены из незакаленной стали [25].

Способ изолированного отвода метана заключается в том, что газовоздушную смесь, поступающую из вырабо­ танного пространства в горные выработки, отсасывают вентилятором н по специальному трубопроводу транс­

43

портируют в общую исходящую струю, далее — в смеси­ тельную камеру, где метан разбавляется до безопасных концентрации. Схемы отвода метано-воздушной смеси при различных схемах проветривания участков могут быть также различным^. Они отличаются в основном способом подключения всасывающего трубопровода к выработанному пространству.

Возможные способы их соединения при обратном по­ рядке отработки лав показаны на рис. 15. Отсасывание

Рис. 15. Схема подсоединения всасывающего га­ зопровода газоотсасывающей установки с выра­ ботанным пространством:

а — по поддерживаемому штреку; б — по неподдержи­ ваемому вентиляционному штреку; I — газопровод; 2 — перемычка; 3 — вентиляционный штрек.

газа вентиляторами рекомендуется применять при отработке пластов мощностью от 0,5 до 2 м, причем не склонных к самовозгоранию. В зависимости от мощности пласта общее газовыделение на участке, где целесооб­ разно применять этот способ, составляет от 4 до 8 мѴмин. При этом газовыделение из выработанного пространства должно составлять не менее 35% от выделения метана на участке.

Отсасываемая метано-воздушная смесь со взрывча­ той концентрацией метана представляет определенную опасность. Поэтому работа установки должна регулиро­ ваться путем изменения подсосов воздуха в газопровод таким образом, чтобы содержание метана в нем не пре­ вышало 3%. В месте выпуска смеси в исходящую струю воздуха содержание метана не должно превышать 1 %. Эффективность рассматриваемого способа дегазации вы­ работанного пространства зависит от целого ряда усло­ вий. При опытных работах на шахтах Донбасса в ряде случаев она превышала 70%.

44

Метанодобываемость

Для оценки возможностей и определения направле­ ний использования извлекаемого из шахт метана преж­ де всего необходимо знать метанодобываемость. Под метанодобываемостыо понимается количество извлекаемого газа в единицу времени в результате осуществления де­ газационных мероприятий. Кроме того, при комплекс­ ном решении вопросов использования метана при разра­ ботке угольных месторождений необходимы также све­ дения о количестве газа, извлекаемого из шахт средства­ ми вентиляции.

Метанодобываемость должна выражаться количест­ вом метана, приведенным к нормальным условиям (дав­ ление Ро=760 мм рт. ст. и температура Г П=293°К ).

Различают абсолютную и относительную метанодо­ бываемость.

Абсолютной метанодобываемостыо (QM) называется количество метана, отсасываемое средствами дегазации в единицу времени, а относительной (УѴД) •— количество извлекаемого метана на тонну добываемого угля. Связь между абсолютной и относительной метанодобывае­ мостыо выражается формулой

(9)

где А — среднесуточная добыча угля, г; А^д ■— относительная метанодобываемость, м31т.

Для каждого способа дегазации метанодобываемость можно определить с учетом эффективности дегазации и газовыделеиия из дегазируемого источника.

где К — коэффициент, учитывающий увеличение газовыделения из источника вследствие его дега­ зации по сравнению с газовыделением без де­ газации;

g — эффективность дегазации, доли;

Qn — газовыделение из дегазируемого источника. ^

Если на участке дегазируется несколько источников (например, подготовительные выработки, разрабатывае­

45

мый пласт и его спутники), то метанодобываемость под­ считывается для каждого источника отдельно, а об­ щая — определяется путем суммирования полученных результатов.

Наиболее правильно метанодобываемость определяет­ ся по фактическим данным. Ранее в табл. 4 были приве­ дены данные о количестве метана, отсасываемого дегаза­ ционными установками угольных шахт всех бассейнов

СССР. По Донецкому бассейну, где дегазация находит самое широкое распространение, приведены данные о ко­ личестве извлекаемого метана и его концентрации по каждой шахте (табл. 9). В этом бассейне в основном при­ меняется дегазация спутников угольных пластов скважи­ нами.

Та б л и ц а 9. Метанодобываемость по шахтам Донецкого

иЛьвовско-Волынского угольных бассейнов

46

47

Следует отметить, что приведенные сведения в табл. 4 и 9 не являются неизменными и отражают фактическое положение в бассейнах в определенный период времени.

48

Вследствие изменения объемов и условий применения де­ газации фактические данные могут быть меньше или больше приведенных в таблицах.

Рассмотренные выше способы дегазации применяют­ ся при различных газовыделениях из дегазируемых источников и существенно отличаются по эффективности и концентрации метана в извлекаемой смеси. Следует от­ метить, что с применением большинства способов дегаза­ ции концентрация метана может быть обеспечена на за­ данном уровне путем управления работой дегазационных систем. Несмотря на это, при оценке возможностей ис­ пользования извлекаемого метана мы ориентировались на фактические данные по концентрации метана, так как они отражают технический уровень освоения дегазации в настоящее время.

В табл. 10 показана ориентировочная средняя метанодобываемость каждого способа дегазации по участку. Метановыделенпе из дегазируемого источника принято как средняя величина между максимальным и нижним пределами метановыделеиия, при котором целесообраз­ но применять дегазацию. Коэффициент «К» для всех спо­ собов дегазации разрабатываемых пластов и выработан­ ных пространств равен единице, так как общее газовыделение из дегазируемого источника нс увеличивается по сравнению с естественным метановыделением из него. При дегазации спутников угольных пластов наблюдается увеличение общего газовыделенпя из них примерно в 1,2— 1,5 раза. Поэтому коэффициент для этих условий был принят равным 1,35.

Полученные результаты расчета (см. табл. 10) пока­ зывают, что сравнительно высокая метанодобываемость может быть обеспечена при дегазации спутников уголь­ ных пластов. Это подтверждается и фактическими дан­ ными. Так, в Донбассе, где в основном применяется де­ газация спутников угольных пластов, извлекается боль­ шое количество газа с высокой концентрацией метана. Вследствие этого здесь на ряде шахт организовано регу­ лярное использование извлекаемого метана.

Следует отметить, что метанодобываемость определе­ на для одного эксплуатационного участка. На шахте обычно дегазацию применяют на 2 —3 участках, и поэто­ му общешахтная метанодобываемость будет в 2 —3 раза выше указанной в табл. 1 0 .