книги из ГПНТБ / Газообильность каменноугольных шахт

Г л а в а VI

УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ В ШАХТАХ

§15. УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ НА ПОЛОГИХ

ИНАКЛОННЫХ ПЛАСТАХ

Пологие и наклонные пласты Кузбасса разрабатываются преимущественно длинными столбами по простиранию; в Ведов­ ском районе применяется в отдельных случаях система разра­ ботки парными штреками.

Управление газовыделением в условиях Ленинского, Байдаевского, Осиновского и Ведовского районов осуществляется путем выбора рациональных схем проветривания, соответствующей орга­ низации работ на участке, изолированного вывода метано-воздуш­ ных смесей, дегазации угольных пластов.

Выбор конкретных мероприятий по управлению газовыделе­ нием зависит, в частности, от стадии работ на выемочном участке.

В процессе подготовки участка, если концентрация метана в отдельных выработках близка к предельно допустимой, практику­ ется перераспределение воздуха между выработками. При газовыделении в подготовительные выработки свыше 3 м3/мин борьба с метаном возможна только путем дегазации угольного массива дренажными скважинами в контуре разгрузки вокруг выработок (так называемая ограждающая дегазация).

В начальный и средний периоды очистной выемки в зависи­ мости от условий применяются следующие способы управления га­ зовыделением: обособленное проветривание забоев подготовитель­ ных выработок — при высокой природной газоносности разрабаты­ ваемого пласта и проведении подготовительных выработок ком­ байном; разделение во времени сопровождаемых наиболее высо­ ким газовыделением рабочих процессов в подготовительных забоях (проходческие работы) и в лавах (зарубка и отбойка угля) — при последовательном проветривании подготовительных выработок, газовыделение в которые превышает 1,5 м3/мин, с очистными за­ боями; обособленное проветривание отдельных лав — при превы­ шении предельно допустимой концентрации метана в верхней лаве в результате суммарного поступления газа из всех лав участка.

При использовании высокопроизводительных выемочных ком­ плексов и агрегатов на пластах со значительной природной газо­

197

носностью бурят скважины для дегазации разрабатываемого пла­ ста впереди очистного забоя.

Для стадии полного развития очистных работ характерно су­ щественное возрастание роли газовыделения из выработанного пространства. Если следствием этого является только загазирование сопряжения лавы с вентиляционным штреком, то проклады­ вают став труб от вентилятора местного проветривания, устанав­ ливаемого на свежей струе, до указанного сопряжения или же проводят специальный (дегазационный) штрек параллельно вен­ тиляционному для отвода метано-воздушной смеси из вырабо­ танного пространства по трубам или без труб. В некоторых слу­ чаях трубопровод прокладывают по вентиляционному штреку. Иногда метано-воздушную смесь направляют через старые выра­ ботанные пространства на вентиляционный горизонт; последнее мероприятие не может быть рекомендовано, так как оно представ­ ляет собой элемент неуправляемой вентиляции.

Если газовыделение из выработанного пространства превыша­ ет 2 м3/мин, то необходимое снижение газовыделения достигается только способом дегазации надрабатываемых и подрабатываемых сближенных пластов скважинами.

При отработке высокопроизводительными агрегатами сильно газоносных пластов, вблизи от которых залегают другие пласты, применяется комбинированная дегазация, т. е. одновременно осу­ ществляется комплекс мероприятий по дегазации нескольких источников газовыделения.

На гидроучастках (при любой системе разработки) газовыде­ ление из отбитого угля может в начальный момент смыва дости­ гать за короткий промежуток времени больших значений, чем вы­ деление газа из любого другого источника. Как правило, при смы­ ве за один прием большой массы отбитого угля (50 т и более) во время работы гидромониторов повышается концентрация газа не только в забое, но даже в исходящей вентиляционной струе. Поэтому при высокой газоносности пласта следует избегать при­ менения взрывных работ, заменяя их непрерывной отбойкой угля гидравлическим или механогидравлическим способом. Если все же применяется гидротранспорт в комплексе с буровзрывными рабо­ тами, то паспорт буровзрывных работ должен составляться с та­ ким расчетом, чтобы выход мелких фракций угля был сведен к ми­ нимуму. Для уменьшения количества одновременно смываемого угля добыча должна равномерно распределяться в течение смены. Там, где позволяют условия, применяется самотечный транспорт угля от забоя с последующим гидротранспортированием по гори­ зонтальным выработкам; в этом случае обводнение угля и, следо­ вательно, выделение из него газа происходят более равномерно по времени.

Если перечисленные мероприятия не дают необходимого эф­ фекта, применяют увлажнение угольного массива впереди забоя

198

(эффективно на гидрофильных пластах угля — с выходом летучих веществ Уг=25ч-37%), а также меры по снижению температуры воды перед ее поступлением на участки.

§ 16. УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕН И ЕМ НА КРУТЫХ ПЛАСТАХ

условиях производится изменением схем проветривания и элемен­ тов систем разработки, изолированным выводом, метано-воздуш­ ной смеси, дегазацией угольных пластов и вмещающих пород.

На стадии подготовки участков при всех системах разработки применяются одинаковые мероприятия по борьбе с газом.

При слоевых скоплениях метана в штреках, если перераспре­ деление воздуха по выработкам затруднено или неэффективно, устанавливают трубопровод до места слоевого скопления. Устра­ нение небольших скоплений (длиной 8—10 м) возможно также путем местного увеличения скорости воздуха за счет установки па­ русов, перекрывающих 2/3 сечения выработки снизу, или отвода

является отсос газа из выработанного пространства вентилятором, установленным в одной из сбоек или в вентиляционном штреке. Однако применение этого мероприятия возможно только в случае, если отсасываемая смесь не содержит взрывоопасной концентра­ ции метана.

При наличии в выработанном пространстве источников газовы­ деления (сближенных пластов, неразрабатываемых пачек угля), попадающих в зону беспорядочного обрушения, в условиях, когда уголь не склонен к самовозгоранию, производят дегазацию выра­ ботанных пространств путем отвода газа по трубам. Это меро­ приятие преимущественно применяют на завершающей стадии отработки выемочного участка.

199

Наиболее эффективным методом управления газовыделением при разработке первого из сближенных пластов и газовыделении из выработанного пространства более 2 м3/мин явдяется дегазация смежных пластов скважинами.

При щитовой системе разработки установка гидромониторов под щитовым перекрытием повышает газоопасность участка. В этом случае приток газа со свежеобнаженной поверхности в соче­ тании с обильным его выделением из отбитого угля в начальный момент смыва приводит часто к образованию взрывоопасной газо­ воздушной смеси в небольшом по объему подщитовом пространст­ ве. Положение осложняется еще тем, что при движении пульпы по углеспускным печам происходит опрокидывание вентиляцион­ ной струи, вследствие чего наблюдается рециркуляция воздуха в выработках участка. Для уменьшения газоопасности гидромонито­ ры устанавливают на аккумулирующем или промежуточном штре­ ке, т. е. под печами; в этом случае в единицу времени увлаж­ няется меньшее количество отбитого угля и максимальный газо­ вый дебит снижается на 10—15%. Кроме того, направление струи воды при этом совпадает с движением воздушного потока, что значительно улучшает условия вентиляции забоев.

С л о е в ы е и к омби н и р о в а н н ы е с и с т е м ы р а з р а б о т ­ ки с о б р у ш е н и е м к р о в л и . При этих системах в зависимо­ сти от условий осуществляют следующие мероприятия по управле­ нию газовыделением: увеличение скорости отработки верхнего (монтажного) слоя — при наличии горнотехнических условий, бла­ гоприятствующих высокопроизводительной механизации выемки уг­ ля на пластах высокой степени метаморфизма, т. е. с небольшой на­ чальной скоростью газоотдачи из временно невынимаемой уголь­ ной толщи; дегазацию угольного массива впереди очистных забо­ ев в зоне разгрузки его работами опережающих подэтажей — при высокой газоносности разрабатываемого пласта и большом опе­ режении подэтажей по отношению к соседним; дегазацию нижнего слоя — при газообильности участка не менее 5—6 м3/мин и значи­ тельном опережении очистных работ нижнего слоя работами верх­ него слоя; дегазацию сближенных пластов — при газовыделении из выработанного пространства свыше 2 м3/мин; дегазацию выра­ ботанного пространства путем отвода газа — при наличии источни­ ков газовыделении в выработанном пространстве (сближенных пла­ стов, неразрабатываемых пачек угля), попадающих в зону беспо­ рядочного обрушения, если уголь пластов не склонен к само­ возгоранию.

п о л о с а м и по п р о с т и р а н и ю . Одним из мероприятий по управлению газовыделением при этой системе является уменьше­ ние шага закладки с 20—25 до 10—12 м. При ширине вынимае­ мых угольных полос 15—18 м газовыделение может при этом уменьшиться примерно на 30%. В условиях высокой газоносности

200

пласта, обусловливающей величину газовыделения не менее 5— 6 м3/мин, применяется дегазация подготовленных к выемке слоев.

При наличии слоевых скоплений метана у кровли верхних слоевых штреков, что характерно для данной системы разработки при высокой газоносности пластов, рекомендуется дегазация уголь­ ного пласта в контуре разгрузки путем бурения скважины, парал­ лельной слоевому штреку.

Одним из способов снижения газообильности участков, а так­ же борьбы со слоевыми и местными скоплениями является переход с восходящего на нисходящий порядок отработки слоев (там, где это возможно по'горнотехническим условиям) и изменение рас­ положения очистного забоя с прямолинейного на диагональное.

Методы управления газовыделением при высокой газообиль­ ности участков в основном аналогичны применяемым при данной системе разработки на пологом и наклонном падении (см. выше). При проведении большого числа выработок на стадии подготовки

стемы, так же как и для щитовой, характерна разветвленная сеть подготовительных выработок, дегазирующих угольный массив. Поэтому, если единственно возможным способом снижения газо­ обильности выработок является дегазация пласта, ее следует про­ водить до вскрытия пласта.

Если при системе подэтажной гидроотбойки невозможно избе­ жать случаев загазирования очистных забоев и прилегающих к ним выработок во время смыва угля, то газ из куполов заходок удаляют проточной струей воздуха, для чего проводят дополни­ тельный штрек в верхней части подэтажа.

При концентрации метана в отдельных выработках, близкой

кпредельно допустимой, производят перераспределение воздуха между подэтажами путем регулирования воздушных потоков в пе­ чах и ортах. Наиболее рациональный способ борьбы с газом при интенсивном его выделении из самого пласта (если он не склонен

ксамовозгоранию) —увеличение разрыва во времени между под­ готовкой этажа и очистной выемкой.

Применение активных методов управления газовыделением целесообразно при тех же условиях, что и при других системах

разработки. Следует отметить, что с интенсификацией добычи угля газовыделение в выработки гидроучастков будет возрастать. Со­ ответственно будет расширяться область применения активных методов управления газовыделением.

201

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате многолетних исследований, проводившихся ВостНИИ в Кузбассе, изучены основные особенности газопроявлений в шахтах этого уникального по своим горно-геологическим усло­ виям каменноугольного бассейна.

Выявлена структура газового баланса участков с учетом ее изменения по мере их отработки различными системами.

Проведенные исследования позволили уточнить некоторые по­ ложения общесоюзной инструкции по прогнозу газообильности шахт применительно к Кузбассу. В частности, это относится к оп­ ределению газообильности горных выработок при слоевых систе­ мах разработки, газовыделения из сближенных пластов большой и средней мощности, неравномерности газовыделения при сложных схемах проветривания участков. Разработаны также рекоменда­ ции по изменению методики расчета ожидаемого газовыделения в горизонтальные и наклонные подготовительные выработки, при­ емлемые для условий бассейна в целом.

Рассмотрение вопросов газовыделения при гидравлической технологии добычи угля показало, что ее особенности (повыше­ ние неравномерности выделения метана в результате двоякого влияния увлажнения на систему уголь — газ) проявляются в наи­ большей степени при взрывном способе отбойки или рыхления угля с последующим гидротранспортированием.

На основании проведенных исследований составлен сводный прогноз газообильности шахт Кузбасса, увязанный с развитием угольной промышленности бассейна. Динамика роста газообиль­ ности шахт бассейна представлена в виде рядов распределения в табл. 69. При этом в качестве величины газообильности до 1971 г. приняты максимальные из значений этого показателя за период 1953—1971 гг. (без анализа их представительности), а в качестве прогнозных величин — сопоставимые с ними значения максималь­ ной относительной газообильности горных выработок наиболее газовых шахтопластов.

Составленные прогнозы используются при корректировке комплексного проекта развития бассейна и при конкретном проек-

202

ранства от горнотехнических параметров при столбовой системе разработки

204

ности, охрана труда и горноспасательное дело», № 7—8. М., ЦНИЭИуголь, 1970.

ной части пласта по данным газообильности горных выработок. Кемерово, изд.

В кн.: «Труды Карагандинского политехнического института», вып. 4. Караган­ да, изд. КПТИ, 1960.

35. К р и ч е в с к и й Р. М. К прогнозу выделения метана на угольных шах­ тах Донбасса. — «Бюллетень МакНИИ», 1947, № 15.

205

сиве и газовыделения из него в подготовительные выработки методом гидрав­ лических аналогии. — В кн.: «Методы определения газоносности пластов и прог­ ноза газообильности шахт». М., Госгортехиздат, 1962 (ИГД им. А. А. Скочин­ ского) .

определения газоносности пластов и прогноза газообильности шахт». М., Гос­ гортехиздат, 1962 (ИГД им. А. А. Скочинского).

ности выработок при безлюдной выемке угля. М., изд. ИГД им. А. А. Скочин­ ского, 1962.

57.С о л о н и н И. С. Математическая статистика в технологии машинострое­ ния. М., Машгиз, 1960.

58.С о ф о н о в с к и й В. И. Метановыделение в гидрошахтах и расчет их проветривания. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук. М., МГИ, 1966.

206