книги из ГПНТБ / Патрушев М.А. Проветривание высокомеханизированных лав

ву. Его концентрация на выходе доходила до 7% (рис. 37,1, а). После увеличения аэродинамического со­ противления выхода и перепада давления через него на 0,4 мм вод. ст,. за счет перекрытия 1/3 ширины выходно­ го окна вынос газа снизился до 55%, а содержание его— до 3—4% (рис. 37, 1,6).

С ростом размеров «паруса» и перепада давления до 2 мм вод. ст. (перекрыто 2/3 ширины выхода из лавы) вынос метана ликвидирован полностью (рис. 37, 1, в). Отработка четырех лав на данной шахте вплоть до их погашения показала, что при строгом соблюдении ука­ занных параметров выхода поступление метана из вы­ работанного пространства в очистной забой не наблю­ далось. Анализ полученных результатов по данной и дру­ гим (ш/у «Бутовское», шахта им. 50-летия СССР) шах­ там, показал, что для исключения выноса газа при не­ плотных изоляторах должно выполняться условие

где /грег — потеря напора воздуха на выходе за счет установки дополнительного сопротивления регулятора, мм вод. ст.;

—депрессия участка дополнительной выработ­ ки, примыкающего к очистному забою, дли­ ной-50—100 м, мм вод. ст.

Влавах с плотными изоляторами хотя и удавалось уменьшить количество выносимого в рабочее простран­

ство газа, более чем в 2 раза, однако при прямом выхо­ де в тех пределах, в которых изменялись величины /?вых и /гВых (рис. 36,а,б, кривые 3), вынос метана не исклю­ чался.

Так, в 3-й западной лаве шахты «Чайкино» из-за ма­ лых величин сопротивления выхода (# вых= 0,004 кр) и его депрессии (Нвых— 1,14 мм вод. ст.) в очистной забой выносилось 87% метана из выработанного пространства. Удельный вес газовыделения из забоя составлял 65% от общего по участку. Концентрация метана вдоль бу­ товой полосы в лаве была 2—4% (рис. 37,2, а), а в ис­ ходящей струе лавы —1,4—2,0%. Перекрытие 3/4 попе­ речного сечения выходного окна (за исключением доро­ ги для прохода людей) позволило снизить вынос газа до 30%, а содержание его— до требуемых ПБ норм

94

(рис. 37,2, б). Но плотный изолятор (бутовая полоса шириной 15 м) не позволял полностью исключить по­ ступление метана в рабочее пространство лавы.

При значительном первоначальном Сопротивлении выхода и полностью перекрытом сечении выходного окна (рис. 36,а,б, кривые 4) иногда удавалось устранить по­ ступление газа в рабочее пространство лавы. Например, /?вых1-й западной лавы ш/у им. Горького в исходном по­ ложении было 0,22 ку. при перепаде давления через не­ го 11 мм вод. ст. (выход второго типа). Так как выра-. ботка поддерживалась плотными изоляторами (целик, бутокостер с бутовой полосой шириной 6 м), в лаву по­ ступало 20—30% метана из выработанного пространст­ ва концентрацией 1,2—1,5% (рис. 37,3, а). При увеличе­ нии R выХв 2,6 раза (до 0,6 кц при Нвых = 18 мм вод. ст.) путем перекрытия всего сечения выходной печи, вынос метана в лаву прекратился (рис. 37,3,6). Хотя данный пример и показывает принципиальную возможность ис­ ключения газа даже при плотных изоляторах, но пол­ ное перекрытие сечения выхода недопустимо как по ПБ (§32), так и часто с точки зрения технологии ведения горных ра'бот.

Метан, выделяющийся в выработанное пространство, выносится в выработки воздухом. Как видно из рис. 38,

коэффициент утечек kyT растет пропорционально увели­ чению сопротивления выхода. С ростом его значений снижается коэффициент kc (рис. 36, в). Для исключе­ ния выноса метана в лаву необходимо создать такие ус­ ловия, чтобы kyT был не менее 1,25—1,3. Анализ резуль­ татов газовоздушных съемок показал, что дополнитель­ ное сопротивление мало влияет на количество воздуха, проходящего по очистному забою. Даже при почти пол­ ном перекрытии сечения выхода лавы (рис. 37, 3, б) ко­ личество воздуха снизилось всего на 14,3% (с 9,8 до

95

-----,----■

2

концентрация со стороны выработанного пространства.

Так, при увеличении депрессии выхода в 1-й запад­ ной лаве пл. Ню уклонного поля ш/у им. Горького в 2 ра­ за максимальное содержание метана повысилось с 0,25

ты «Чайкино» в 4,5 раза максимальное содержание ме­ тана повысилось с 0,54 (кривая 2') до 0,96% (кривая 2): Постановка дополнительного сопротивления /?рег оказы­ вала влияние на поступление газовоздушной смеси в вы­ работку на участке длиной до 50—10б м, причем, осо­ бенно сильно (при изоляторах I типа) — на расстоянии 5 м от лавы.

Таким образом, способ управления газовыделением путем увеличения аэродинамического сопротивления вы­ хода из лавы не исключает выноса метана при плотных изоляторах и весьма эффективен при неплотных.

Управление газовыделением путем изменения депрессии дополнительной выработки

Влияние дополнительного потока свежего воздуха на вынос метана из выработанного пространства в лаву изу­ чалось на 5 выемочных участках при изоляторах различ­ ной плотности. Исходные'параметры и полученные ре­ зультаты приведены в табл. 17. Из анализа полученных данных видно, что изменение величины депрессии допол­ нительной выработки оказывает различное влияние на количество выносимого метана из выработанного про-

96

странства в рабочее. Определяющим фактором являет­ ся аэродинамическое сопротивление изолятора. При плотных изоляторах это влияние незначительно. Так, по трем участкам рост депрессии дополнительной выработ­ ки в 1,5—3 раза привел к повышению коэффициента kc всего на 15—25%. Это объясняется слабой аэродинами­ ческой связью дополнительного потока свежего воздуха с газовоздушной смесью в выработанном пространстве из-за большого удельного сопротивления изолятора.

При неплотных изоляторах влияние дополнительного потока большее и усиливается по мере снижения его аэродинамического сопротивления. В проведенных опы­ тах снижение kc составило 40 и 310% при уменьшении количества воздуха в дополнительной выработке соот­ ветственно на 25 и 254%.

Значительная разница в эффективности регулирова­ ния дебитом воздуха в дополнительной выработке объясняется существенной разностью сопротивлений изоляторов. Если в первом случае (1-я восточная лава) сопротивление его было на верхнем пределе для I типа из-за большого расстояния между окнами (10—14 м), то во втором, наоборот, на нижнем. Кроме того, в послед­ нем случае породы кровли не успели уплотниться из-за малого отхода от разрезной печи, и аэродинамическое сопротивление выработанного пространства, примыкаю­ щего к дополнительной выработке, было весьма низким. Вследствие этого влияние дополнительного потока на вынос метана в лаву проявилось наиболее наглядно. Рассмотрим данный опыт детальнее (рис. 40).

При существуКЗТцем (первом) режиме проветривания в очистной забой поступало 70% (kc =0,7) метана, выде­ ляющегося из выработанного пространства". Средняя концентрация газа на выходе из лавы составляла 1,5%, а

Уменьшение количества воздуха в дополнительном потоке в 1,8 раза и депрессии в 3,6 раза позволило сни­ зить среднее содержание метана на выходе из лавы до

98

■»ч

ции его по длине лавы (1) и дополнительной вы­ работки (2)

Обращает на себя внимание изменение расхода воздуха по длине дополнительной выработки. Так, во втором режиме (рис. 40,2, а, кривая 2) расход воз­ духа, проходящего по средней части дополнительной вы­ работки, уменьшился почти в 2,5 раза но сравнению с расходом воздуха, проходящим по концам ее. Объяс­ няется это тем, что поперечные размеры выработки бы­ ли на этом участке почти в два раза меньше, чем в на­ чале и конце. Этим же в большой степени объясняются и малые (5—7 м; рис. 40,2, б, в, кривые 1 и 2) размеры участка дополнительной выработки, на котором проис­ ходило основное, поступление метана из выработанного пространства.

Результаты проведенных экспериментов в шахтных условиях подтвердили влияние дополнительного потока на вынос метана в лаву. Чем больше потеря депрессии на участке дополнительной выработки, примыкающей к забою, тем большее количество метана выносится в ра­ бочее пространство при прочих равных, условиях. Осла­ бить отрицательное воздействие дополнительного пото­ ка можно тремя путями: увеличением аэродинамическо­ го сопротивления изолятора; уменьшением сопротивле­ ния дополнительной выработки; снижением расхода воздуха в дополнительном потоке.

Первый путь достаточно эффективный, но односто­ ронний. Он позволяет резко снизить влияние дополни­ тельного потока, но в то же время увеличение сопротив­ ления изолятора снижает утечки воздуха в дополнитель­ ную выработку. Изменение направления их движения усиливает поступление метановоздушной смеси в рабо­ чее пространство. Поэтому такой путь неприемлем.

Уменьшения сопротивления дополнительной выработ­ ки (второй путь) практически можно достигнуть только увеличением ее поперечных размеров. Но при этом не­ обходимо учитывать два обстоятельства. Увеличение се­ чения связано с уменьшением скорости движения воз­ духа и, следовательно, с опасностью слоевых скоплений метана. Поэтому, в первую очередь, по известному или расчетному газовыделению из выработанного простран­ ства в дополнительную выработку определяется мини­ мально безопасная скорость движения воздуха, а затем уже, с учетом необходимого расхода его,— сечение выработки. Но увеличение сечения выработки связано с

100

дополнительными затратами, и в то же время уменьше­ ние коэффициента kc — с возможностью роста нагруз­ ки, и отсюда — снижения себестоимости угля. Тогда оп­ тимальный размер сечения выработки определяется рас­ четом. При этом должно выполняться предыдущее, ус­ ловие обеспечения минимальной безопасной скорости движения воздуха.

Третий путь, связанный со снижением расхода воздуха, подаваемого по дополнительной выработке, име-' ет еще более ограниченную область применения. На­ пример, при разработке пластав с весьма низкой газо­ носностью (шахты Львовско-Волынского бассейна), ког­ да нагрузка на лаву при новых схемах практически по­ ка не ограничивается газовым фактором, а газовыделение из выработанного пространства значительное, часть воздуха из дополнительной выработки можно направить через лаву (в пределах допустимой скорости движения).

Из изложенного следует, что управление газовыделением за счет изменения депрессии дополнительной вы­ работки практически возможно-только путем увеличения поперечных ее размеров и то в определенных условиях и пределах.

Комбинированный способ управления газовыделением

Выше было показано, что управление газовыделением путем регулирования аэродинамического сопротивле­ ния изолятора или выхода из лавы хотя и позволяет в довольно широком диапазоне изменять величину коэф­ фициента kc, но во многих случаях не устраняет пол­ ностью поступление метана в лаву. Поэтому возникает необходимость прибегать к комбинированному регулиро­ ванию, т. е. одновременному применению двух или не­ скольких способов. Такое комбинированное регулирова­ ние аэродинамическими параметрами было проведено на 10 выемоч'ных участках 8 шахт (табл. 18),.

На 9 участках из 10 одновременным изменением двух параметров /?из и RBЬ1Х удалось полностью устранить по­ ступление метана из выработанного в рабочее простран­ ство (£с—0). Поступление метана не наблюдалось вплоть до отработки лав. При этом за счет снижения аэродина­ мического сопротивления изолятора дебит метана в лаву

101

Т а б л и ц а 18. Результаты шахтных исследований комбинированного управления газовыделением

уменьшился примерно на 50% и на остальные 50% — за счет роста перепада давления воздуха через выход из лавы. Только в 1-й восточной лаве ш/у «Бутовское» вы­ нос метана в рабочее пространство хотя и был умень­ шен почти в 6 раз, но из-за большого расстояния между окнами в бутовой полосе (/ = 10—17 м) полностью не устранен. Необходимый ^эффект можно было получить при оставлении окон не более чем через 4-—6 м.

Указанные результаты получены в большинстве слу­ чаев при неблагоприятных условиях — значительной депрессии дополнительной выработки, составившей в среднем 7,5 мм вод. ст. В то же время при удовлетвори­ тельном состоянии участков дополнительных выработок, примыкающих к очистному забою, и средних размерах ,-их поперечных сечений величина к д находится в преде­ лах 0,5—2,0 мм вод. ст. Следовательно, в этих условиях потребуется меньшее значение' аэродинамического со­ противления регулятора для достижения &с= 0 .

Комбинированный способ регулирования позволил в ряде лав, оборудованных механизированными комплек­ сами, повысить нагрузку в 2—3 раза (до 800—3000 т!сут) и одновременно безопасность ведения горных работ за счет ликвидации местных скоплений метана.

Опыт отработки более 20 лав, проветриваемых по но­ вым схемам с выдачей исходящей струи на целик угля, показал, что обязательным условием их эффективной и безопасной работы является применение изоляторов, удельное сопротивление которых не превышает сопро­ тивления обрушенных пород выработанного пространст­ ва. Для полного исключения выноса метана из вырабо­ танного пространства в рабочее достаточно, чтобы

/?вых = 0,02—0,03 yiA (/гвых= 2—4 мм вод. ст.). Последнее обеспечивается перекрытием 2/3 выхода из лавы «пару­ сом» или специальным устройством, что не вносит за­ труднений в нормальный технологический процесс. При плотных изоляторах сопротивление выхода должно пре­ вышать 0,1—0,2/ср- (/гвых> 1 5 —20мм вод. ст.), что в ла­ вах, оборудованных механизированными комплексами, достичь весьма сложно.

Основное ’назначение дополнительного потока состо­ ит в обособленном разбавлении метана /в.п, поступаю­ щего в выработку, минуя очистной забой, до требуемой ПБ концентрации. В выработке не должны образовы­

103