книги из ГПНТБ / Машковцев И.Л. Проветривание горных выработок
.pdfСхема основных выработок угольной шахты с указанием мест проверки допустимого содержания метана: I - откаточный штрек; 2 , 3 - конвейерная печь и просек;
4 - лава; 5 - вентиляционный ствол; 6,7 - вентиляционные печь и штрек;
. — - свежая струя воздуха; —— поступающая из других забоев или исходящая струя воздуха
В зарубежных странах нормы на метан менее дифференци рованы и в большинстве своем выше, чем в СССР, например,
ФРГ |
в |
исходящих струях |
0 |
до I % по |
объему, |
|
при мест |
|||||
|
|
|
забоев |
|
|
ных скоп |
||||||
о |
|
|
О |
|
|
|
о |
|
|
|
|
лениях - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Франция |
(в |
- |
" - |
|
|
- |
I |
- |
" - |
|
- |
" - 2%і |
|
исходящих струях подготовительных забоев-1,5) |
|||||||||||
Англия |
|
. |
# в |
|
|
- |
1,25 |
|
— 11 |
— |
— |
II - 2,5% |
|
(‘(Предупреждение |
производится |
|
при |
1 % ) ' , |
|
|
|||||
Голландия
Бельгия
США
Канада
_ |
и |
_ |
- |
1,5 |
— |
М |
|
— |
II |
- |
2%; |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
_ |
и |
_ |
- |
• • |
П |
« |
— |
п |
- |
3 % ; |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||
— |
11 |
— |
- |
e |
II |
и |
|
II - |
нет; |
||
— |
11 |
— |
- |
2,5 |
_ |
П |
_ |
_ п |
- |
нет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Подобное положение создает на шахтах Советского Со юза более безопасные условия труда и предъявляет высокие требования к применяемому оборудованию. В связи с этим при пересмотре норм должен решаться комплекс горных вопро сов.
k . Газоносность месторождений и газообидьпость шахт
Под газоносностью месторождений понимается количество газа в м3, содержавшееся в единице веса /объема/ полезного ископаемого или пород в их естественном состоянии.
В верхних слоях земли угольных бассейнов газы распо лагаются четырьмя зонами. Первые три зоны содержат метан в
малых количествах / |
®кора газового выветривания/. |
Здесь |
||
содержатся, главным образом, СО± , |
/14 |
и Og_ . Мощность |
||
первых зон 100 - 300 м. В четвертой |
зоне |
содержатся |
газы |
|
невоздушного происхождения СН4 и его гомологи. На газоносность влияют следующие факторы;
Сорбционная способность. С повышением ее повышаемся и газоносность месторождений. Сорбционная способность улуч
шается с .повышением давления газа и ухудшается с повышени ем температуры. Количество сорбированного газа находится
из |
выражения |
а ое р |
я , |
|
||
|
|
|
|
х |
■ом /г- |
/э/ |
где |
р |
- |
давление газа, г/см^ |
; |
|
|
|
О. и |
Ô |
- |
коэффициенты Ленгмюра, имеющие размерность |
||
|
|
|
|
а - [ a m a ~ fj t S - [ с м 3/ г / |
|
|
Газопроницаемость. С повышением ее газоносность место рождений уменьшается. С глубиной работ влияние газопрони цаемости снижается, что видно из формулы
|
|
|
К ^ Ѵ 'ß i ~р ' 9 ° Р с и , |
/ 4 / |
||
где |
К |
- коэффициент Дарси, характеризующий легкость |
||||
|
|
|
прохождения |
газа через массив, для угля |
К |
|
|
I f ' |
- |
- 0, 4-0,9 |
миллидарси ; |
см/сек ; |
|
|
скорость «Фильтрации газа, |
|
||||
|
/ и |
- |
коэффициент |
вязкости газа, |
кг.сек/м ^. |
|
|
Пористость. Газоносность повышается с увеличением по |
|||||
ристости. |
Пористость увеличивает содержание как свободного, |
|||||
так |
и сорбированного газа. |
|
|
|||
Из геологических факторов заметное влияние на увели чение газоносности оказывают наличие нарушений типа закры тых трещин, пологого залегания, большой угленасыщеняости и глубины работ.
Большинство угольных месторождений СССР газоносны,осо бенно Кузнецкий, Карагандинский и Донецкий /Ю го-запад/ бас сейны. В связи с углублением горных работ повышается газо- ‘•'билъног.ть рудных шахт /Хибинские апатиты, Забайкальское мі торождение золота, Норильское полиметаллическоеСССР,
ачкже : полиметаллическое месторождение Онтарио /Кана
д а /, цинковое - Эдвардс /США/, золотой рудник"Св.Елена" (ЮДР) и др,
Рудничный газ рудных месторождений имеет сложный глав ный образом углеводородный состав с неустановленными
пределами взрывчатости, что делает его более опасным. Количество газа, которое выделяется в шахте в течение
суток^назнвается абсолютной |
газообильностью: |
|
|||||
|
|
Q_a§c ~ |
п @ |
6 ° 2 ^ |
• м3/суткп ; |
/ 5 / |
|
где |
П |
- |
содержание |
С11^ в исходящей струе шахты, |
%; |
||
|
О. |
- |
количество |
подаваемого |
в шахту воздуха, |
м3/мин. |
|
|
Относительной газообильностью |
называется |
количество |
||||||
газа в м3/сутки, |
приходящееся на |
I |
т добываемого |
полезного |
|||||
ископаемого ; |
|
О. aâc. |
|
|
|
|
/ 6/ |
||
|
|
?>отн |
|
, м3/т |
, |
|
|||
|
Т |
г |
|
|
|
|
|
||
где |
- добыча полезного ископаемого в |
сутки, |
т. |
||||||
Но газообильности шахты разбиваются на категории, |
|||||||||
оогласно которым они должны обеспечиваться |
воздухом. Кате |
||||||||
гории |
шахт |
приведены в табл.2 . |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
||
Категория |
Относительная г |
а |
з о о б и л ь н о с т ь |
||||||
|
шахты |
угольных шахт, |
|
рудных шахт |
(рУѵ |
||||
|
|
|
м3/т |
|
|
мз/мз |
|
||
|
I е |
|
до |
5 |
|
до 7 |
|
|
|
|
II |
|
|
5-10 |
|
|
7-1^ |
||
|
Ш |
|
10-15 |
|
|
14-21 |
|
||
Свѳрхкатегор- |
Относительная |
газообильность |
шахты |
||||||
|
ная |
|
больше Шкатегории или шахты, |
опасные |
|||||
|
|
|
|||||||
Опо суфляраы и'выбросай
Прогноз газообильности. Производится всякий раз перед проектированием шахт и новых горизонтов. Существует прог ноз горностатический и по газоносности.
При горностатическом прогнозе анализируются показате ли метанообильности по данному месторождению за ряд лет.
С глубиной газообильность растет прямо пропорционально, что видно из графика на рис.2 .
йаъообилыіость
Лн>,2 » График изыѳнѳниягазообильнооти с углу блением горных работ
б
Формула полученной прямой имеет вид
|
|
Н - Н о |
о |
А / |
|
|
а = |
||
|
|
9 - 9 * |
J |
|
где |
а |
|
|
|
ступень метанообильности или глубина |
в м, |
|||
|
|
при снижении на которую горных работ, |
газо- |
|
|
|
обилъность |
шахты возрастает на I мэ/т |
; |
Нглубина горизонта, для которого определяет ся газообилыюсть, м ;
Но |
глубина |
зоны газового выветривания, м ; |
9 |
иснвмая |
газообильность, м3/т ; |
2- |
газообильность в пределах зоны газового |
|
|
выветривания, м3/т . |
|
Отсюда с
и в общем случае
Н п Н П-і
Яп = 9п-< + |
а |
В пределах современных глубин разработки угольных месторождений ступень метанообильности в среднем равна дляДонбасса 30 м, Кузбаоса - 25, Карагандинского бассейна -
10.
- Приведенная формула требует поправок, особенно при разработке с дегазацией или с закладкой, так как эти про цессы влияют на уменьшение величины газовыделения и исклю чают ее прямую зависимость от глубины разработки.
У некоторых высокометаморфизованных антрацитов наблю дается. обратная .ыѳтаноноонооти.-c.fr снижение содержания газа с глубиной работ.
Газообильность по газоносности находится из выражения,
которое |
включает |
газовыделение |
из отбитого урля /1 член/, |
массива |
и одликов |
/ 2-й член/ |
и выработанного пространст |
ва /3 -й |
член/: |
|
|
Ç = [(/+ п )(х 0 - X {) + K ( h y )(X o -X")* и(і+у)(х<,-х'")]С ,М
где |
Хо |
- природная газоносность угля, м3/т ; |
||
|
П - |
коэффициент, |
учитывающий газовыделенце из пород. |
|
|
|
|
Л = 0,1 - |
0,25 ; |
|
* ' |
- |
остаточная газоносность угля, выданного на по |
|
|
К |
|
верхность, |
м3/т ; |
|
- |
коэффициент потерь угля в целйках ; |
||
|
У |
- |
коэффициент, учитывающий газоносность неразра |
|
|
|
|
батываемой пачки угля по отношений к разраба |
|
|
х " - |
тываемой ; |
|
|
|
остаточная газоносность угля, оставленного в |
|||
|
|
|
целиках, м3/т ; |
|
и- коэффициент, учитывающий потери угля в вырабо танном пространстве ; остаточная газоносность угля, оставленного в
выработанном пространстве, м3/т ;
с- коэффициент, учитывающий изменение объема газа
при приведении его к нормальной шахтной темпе ратуре /формула была выведена для Ѣ - 0° С/.
О
В формуле / 9 / не учтено возможное повышение газообиль ности шахты из-за спутников пласта.
5. Дегазация и управление газсвцделением
Уменьшение газообильности шахт о помощью, изменения систем и схем проветривания называетоя управлением газовыделением, В понятие системы проветривания входит использо вание для целей вентиляции шахты воасывающего, нагнетатель
ного или комбинированного проветривания. |
4 |
При всасывающем проветривании разряженная по сравне нию о поверхноотью рудничная атмосфера способствует увели чению газовыделения. Однако при аварийной остановке глав ного вентилятора давление воздуха в шахте возрастает, при ближаясь к атмосферному, а газовыделение уменьшается, что очень важно, так как отсутствие движения воздуха ь;ожет вызвать быстрое образование взрывоопасных концентраций ме тана. По этой причине в СССР все газовые шахты имеют вса
сывающие вентиляторы. |
t |
|
|
.Соответственно при нагнётательном проветривании при |
|
остановке вентилятора давление воздуха в шахте |
снижается, |
|
а |
гйзрвыделѳние возрастает. |
|
|
При комбинированном проветривании,одновременной рабо |
|
те |
всасывающего и нагнетательного вентиляторов, |
в очистном |
забое могут сложиться благоприятные условия, так как абсо
лютное давление здесь будет наименьшее |
/р и с .З ./. |
|
Рис.З.Схема распределе- |
||
•ния давления |
в выработ |
|
ках шахты при комбиниро- |
||
ванной проветривании: |
||
1 -давление"в |
стволах ; |
|
2 -в |
очистном |
забое |
Возможность управления газовыделением на участке устанавливается из сравнения различных схем проветривания,
представленных на рис.4. Из рио.4 видно, что наименьшее’ газовыделение характерно для схем проветривания а минималь ным подсосом воздуха из выработанного пространства.К та ким схемам относятся возвратно-точная и прямоточная черѳэ целики, характеризующие столбовые системы разработки.
а) возвратно-точная через целик, газовыделение принято равным /00% ;
S) гпо же через завал, газовыделение 320% ;
о) прямоточная через целим, газовыделение /50% ; в) то же через завал, газовыделение SOO% .
Рис.4. Схемы проветривания очистных участков:-
I |
и 2 - откаточная |
и вентиляционная |
выработки; |
|
3- |
очистной забой; |
4- |
выработанное |
пространство; |
|
5- утечка |
воздуха |
|
|
свежая струя
• - исходящая струя
Дегазация - предварительное искусственное создание обнажений в полезном ископаемом с целью газоотдачи. Она являетоя эффективным средством снижения газообильности выра боток. Проводится различными способами.
В СССР дегазация проводится более чем на 300 шахтах. В мире в год о помощью дегазации отсасывается около 1,5 млрд.м3 СН4, Для сравнения укажем, что вентиляторами за это же время выбрасывается около 20 млрд.м8 газа..
Вдегазационную систему при всех способах входят: . устройство для герметизации газоотдающих обнажений или про странств, трубы и вакуумные насосы. Последние, как правило, устанавливаются на поверхности шахт.
Внастоящее время существуют следующие основные спо собы дегазации:
а/ дегазация пластов и спутников с помощью скважин
или выработок ; |
> |
|
0 |
б / дегазация |
выработанного пространства с помощью пер |
||
форированных газоприемников ; |
|
||
в / дегазация |
из естественных |
трещин и плоскостей, рас |
|
крытых гидрорасчленением |
пласта. |
|
|
Применение указанных |
способов |
в каждом случае экономи |
|
чески обосновывается. Установлено, что бурить скважины в спутник пласта с целью его дегазации эффективна только при
газообильности спутника не менее 12 |
м3/т или 4500 |
м3 |
СН4 |
|
в сутки. Эффективность отсоса газовоздушной смеси |
из |
выра |
||
ботанного пространства определяется |
количеством выходящего |
|||
оттуда газа, |
оно должно быть не менее 4000 м3 0Н4 в |
сутки |
||
или соответствовать 50$ общего газовыделения. |
|
|
||
. Значительно повышены значение |
и эффективность |
способа |
||
дегазации с |
помощью бурения скважин |
по пласту, что |
связано |
|
сиспользованием этих скважин в последующем для нагнетания
впласт воды или специальных раотвороЙ с целью уменьшения пылеобразовяпия и опасности самовозгорания пласта при его разработке.
Перспективным является способ дегазации с помощью подэемного или поверхностного гидрорасчленения пласта.
В СССР после успешно проведенного поискового эксперимента на пласте Верхняя Марианна в Карагандинском бассейне спо соб находит все большее распространение.
Во время указанного эксперимента с помощью четырех скважин,, пробуренных на пласт с поверхности,и нагнетания воды с песком /песок является в данном случае материалом,
закрепляющим естественную |
трещину после |
откачки воды/ |
||
было дегазировано запасов пласта около I млн. т, |
съем га |
|||
зов с |
I т 'составил в среднем 3,8 м3 /максимальный |
по одной |
||
скважине около 5,5 м3/т / |
и уменьшена в |
8-12 раз |
запылен |
|
ность |
горных выработок. |
|
|
|
|
6. Особенности разработки пластов, опасных |
|||
|
|
по газу |
|
|
|
Если на одном из пластов обнаружен метан, то |
разработ |
||
ка этого пласта и других пластов шахты требует специальных мер профилактики и борьбы с газом. К опасным поогазу отно сятся таклсе пласты с суфлярными выделениями и внезапными выбросами.
Борьба с газом предусматривает комплекс мероприятий, включающих не только меры по профилактике взрыва, но и ло кализации его. Например, к основным мерам против 'образова ния опасных концентрации СН4 относятся примере на шахтах восходящего проветривания, изоляция старых выработок пере мычками и др. К мерам против воспламенения газа - примене ние беспламенного взрывания горных пород, введение автома
тического |
контроля рудничной атмосферы, повышение искробе- |
||||
зопаснооти |
электрооборудования |
и т .д . |
|
||
|
Для локализации взрывов применяется разделение шахты |
||||
на ряд изолированных участков, |
тщательная изоляция |
свежей |
|||
и |
исходящей струй, |
соблюдение |
сечений выработок при проход |
||
ке |
и др. |
|
|
0 |
с |
|
Важным также |
является соблюдение ПБ при работе |
с эле |
||
ктрооборудованием, ведении взрывных работ, а также выполне ние правил газового режима, введенного на шахтах, опорных по газу.