книги из ГПНТБ / Технология добычи и обогащения углей в Печорском бассейне [коллектив. моногр

Согласно научно-техническому прогнозу, до 1985 г. газообиль­ ность шахт не будет превышать 9 м3/т. При таких объемах газовыделения успешную борьбу с аэрогазовыми явлениями можно вести средствами вентиляции. Газообильность очистных забоев позволяет применять возвратноточную схему проветривания на вентиляционный штрек в целике. Таким образом, на рассматривае­ мый временный масштаб прогноза технологии производства газовый фактор не лимитирует условия концентрации горных ра­ бот и возможности эффективного использования средств комплекс­ ной механизации.

Шахты Воркутинского промышленного района в масштабе рас­ сматриваемого периода в основном перейдут на разработку глу­ боких горизонтов с высоким газовыделением в горные выработки

(табл. 23).

10S

При прогнозных значениях газообильности и проектируемых нагрузках на очистной забой газовый фактор будет лимитирую­ щим. Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование мето­ дов и схем управления газовыделением в горных выработках.

По проветриванию очистных забоев с учетом внедрения про­ грессивных схем и способов подготовки и отработки выемочных участков следует переходить на комбинированную, компрессион­ ную и прямоточную с подсвежением схемы проветривания, кото­ рые обеспечивают увеличение нагрузки в 1,3—2,0 раза [12, 13, 14].

Следующим направлением в этой области является увеличение допускаемой концентрации метана на исходящих струях участков. Еще в 1960 г. акад. А. А. Скочинский и проф. Г. Д. Лидин ставили вопрос о возможном повышении предела допускаемой концентра­ ции метана до 2% при наличии аппаратуры контроля. В настоя­ щее время такая аппаратура (АМТ-3) разработана и успешно внедрена на шахтах Печорского бассейна [15]. Подобное мнение высказывают также и зарубежные ученые, которые в увеличении

время [16], тем более, что в отдельных европейских странах [17] допустимые концентрации метана значительно выше, чем в уголь­ ной промышленности СССР.

Изложенные соображения позволяют считать изменение допу­ стимой концентрации метана реальным резервом в области реше­ ния проблемы концентрации горных работ и интенсификации ис­ пользования выемочных агрегатов в очистных забоях.

В области дегазации основным направлением является повы­ шение ее эффективности. На шахтах Печорского бассейна пред­ варительная дегазация пологих пластов средней мощности и мощ­ ных (до 4 м) была впервые начата в 1960 г. Однако в последую­ щие годы при увеличении общего количества каптируемого на шахтах метана дебит отсасываемого газа из разрабатываемых пластов непрерывно уменьшался и в 1971 г. составил 4,1% (или 6,1 млн. м3) объема каптированного газа. Коэффициент эффек­ тивности дегазации разрабатываемых угольных пластов пласто­ выми скважинами определяется количеством отсасываемого мета­ на по отношению ко всему метану, выделившемуся из пласта без дегазации. На основании результатов наблюдений за период от­ работки 24 выемочных участков эффективность дегазации харак­ теризуется данными, приведенными в табл. 24.

Однако в настоящее время и в будущем применение пласто­ вой дегазации возможно только на пластах Мощном и h. Попыт­ ки дегазировать защитный пласт Четвертый оказались малоус­ пешными из-за низкой его проницаемости. Таким образом, приме­ няемые технологические схемы дегазации разрабатываемых пла­ стов параллельными и веерообразными скважинами исчерпали свои возможности, поэтому в условиях бассейна необходимо про­ вести промышленные испытания новых методов дегазации, а имен-

107

но: направленного гидравлического расчленения пласта и физико­ химической обработки [18].

В условиях Воркутского месторождения содержание минера­

разрабатываемых пластов как в очистных выработках, так и при проведении подготовительных забоев.

При дегазации спутников всевозможные сочетания дегазацион­ ных скважин по условиям поддержания можно разделить на две группы: скважины, пробуренные из поддерживаемых выработок, и скважины, пробуренные из выработок, которые погашаются вслед за очистным забоем. По первой группе скважин эффектив­ ность дегазации по мере подвигания лавы стабильная и состав­ ляет около 70%, при погашении вентиляционного штрека эффек­ тивность снижается до 30—40% (рис. 43). Поэтому конструкции схем дегазации должны в первую очередь обеспечивать устойчи­ вое поддержание скважин.

При работе по простиранию и отработке межлавных целиков с погашением промежуточных выработок должна быть принята типовая схема, предусматривающая расположение скважин с под­ держиваемых вентиляционных этажных штреков и участковых бремсбергов (уклонов) на подрабатываемые спутники (рис. 44), которая обеспечивает эффективность дегазации до 90% по участ­ ку [19].

Менее эффективными вариантами дегазации при этой схеме отработки могут быть: диагональное расположение скважин по отношению к лаве, пробуренных с погашаемых выработок (для повышения эффективности дегазации расположение скважин сле­ дует предусматривать с нижней и верхней промежуточных выра­ боток); комбинированное расположение скважин из наклонных квершлагов или гезенков (рис. 45), при котором в верхней части

108

109

располагаются в поддерживаемых выработках — с вентиляцион­ ного штрека и рельсового бремсберга смежной лавы (рис. 46, б).

Общим условием для всех типовых схем является необходи­ мость дегазации выемочного поля после окончания очистных работ.

Рис. 45. Схема дегазации при бурении скважин

с г е з е н к о в

Дело в том, что процесс естественной дегазации отработанных выемочных полей является длительным, поэтому после отработки пласта продолжается интенсивное газовыделение из выработанно­ го пространства. Количественное соотношение выделения метана на выемочном участке при его отработке к метану, выделивше­ муся после отработки участка, составляет 1:1. Кроме того, с глубиной работ увеличивается мощность активной зоны угленос­ ной толщи, участвующей в газовыделении. Установленные коли­ чественные характеристики удельной интенсивности газовыделения из выработанного пространства позволяют сделать вывод о необходимости проведения дегазации в течение года после отра­ ботки лавы [20]. За счет этого мероприятия общую газообильность шахты можно снизить на 10—20%.

Изложенные рекомендации по научно-техническому прогнозу газообильности, дегазации и проветривания выемочных участков

ПО

и вентиляционного факторов на выбор оптимальных параметров системы разработки защитных пластов. Изучение проведено ана­ литическим методом для разработки пласта средней мощности длинными столбами по простиранию. Относительная метанообильность выемочного участка изменялась от 5 до 65 м3/т суточной до-

ного оборудования и необходимого расхода воздуха. Выемка угля в лавах производилась комплексом КМ-87. Рассмотрены две схе­

выработанном пространстве с подсвежением исходящей. струи на вентиляционном штреке.

Затраты на 1 т добываемого угля определялись по общеизве­ стным методикам [21] как функции независимых переменных: длины лавы (/, м), размера поля по простиранию (Z, м) количе­ ства подэтажей в этаже (п), относительной метанообильности выемочного участка (q, м3/т), расхода воздуха (Q, м3/с).

В результате суммирования учтенных затрат на проведение и поддержание горных выработок, выемку и транспортирование уг­ ля, монтажные и демонтажные работы, отнесенные к 1 т добы­ ваемого угля, получено уравнение

Уравнение решено на ЭВМ «Проминь» при изменении длины лавы от 50 до 250 м, выемочного столба от 300 до 2700 м, расхода воздуха для возвратноточной схемы проветривания от 4 до 16 м3/с, прямоточной — от 6 до 36 м3/с.

112

Результаты расчёта йЭмёнёнИя затрат на i т добываемого уг­ ля за счет изменения длины лавы и размеров поля по прости­ ранию и падению приведены на рис. 47. На величину затрат наи­ большее влияние оказывает длина лавы, которая имеет четко выраженный оптимум. Вторым по степени влияния фактором является длина выемочного поля. Этот пара­ метр хотя и имеет оптимальное зна­ чение, однако значительное влияние оказывает только при уменьшении длины относительно оптимальной.

Наклонная высота этажа не оказы­ вает практического влияния на ве­ личину затрат. На основе получен­ ных результатов в дальнейшем влияние метанообильности и расхо­ да воздуха изучалось только на из­ менение оптимальной длины лавы и размера поля по простиранию.

нородных уравнении:

~= (KirtQ + K-.nq* + к пп) п -

параметров, однако по мере роста метанообильности степень влия­ ния этого фактора снижается. Это объясняется высоким аэроди­ намическим сопротивлением призабойного пространства, в резуль­ тате чего расход воздуха лимитируется депрессией воздушной струи. В.таких случаях нагрузка на очистной забой увеличи­ вается за счет роста скорости подвигания забоя при меньшей длине лавы.

Депрессию воздушной струи, проходящей по очистному забой», можно рассчитать по формуле

п = RP2q*v2R, мм вод. ст.,

J-ДЛ

ч \

Из этой формулы видно, что при увеличении нагрузки на очи­ стной забой на 10% за счет удлинения лавы депрессия возрастает на 30%, а за счет увеличения скорости — только на 20%• Поэтому в тех случаях, когда расход воздуха лимитируется депрессией, нагрузку на очистной забой следует увеличивать за счет скорости подвигания забоя. Кроме снижения депрессии воздушной струи

114

применение такого мероприятия позволйт уменьшить газовыделёние из разрабатываемого пласта.

Из сравнения результатов расчета (см. рис. 47), выполненного для возвратноточного и прямоточного проветривания выемочного участка, видно, что прямоточная схема снижает степень влияния параметров системы разработки на величину затрат на 1 т добы­ ваемого угля и обеспечивает увеличение оптимальной длины ла­ вы и поля.

Это объясняется тем, что при возвратноточной схеме весь воз­ дух, подаваемый на выемочный участок, проходит по лаве, а при прямоточной — только та его часть, которая необходима для раз­ бавления метана, выделяющегося из разрабатываемого пласта, и аэродинамическое сопротивление призабойного пространства и его сечение не оказывают значительного влияния на расход воз­ духа по выемочному участку.

Соотношение между расходом воздуха, необходимым для про­ ветривания призабойного и выработанного пространства лавы, определяется структурой газового баланса участка. Расчеты пока­ зали, что возвратноточная схема целесообразнее прямоточной при долевом участии выработанного пространства и газовыделении по участку до 30%. При такой структуре утечки воздуха через выра­ ботанное пространство обеспечивают разбавление метана, посту­ пающего в выработанное пространство лавы, до безопасных норм, и нагрузка на лаву лимитируется газовыделением из разрабаты­ ваемого пласта, как и при прямоточной схеме проветривания. По мере увеличения долевого участия этого источника метана целе­ сообразен переход на прямоточную схему, которая обеспечивает обособленную подачу свежего воздуха к местам выделения мета­ на в горные выработки.

На шахтах Воркутского месторождения при отработке защит­ ных пластов, несмотря на применение дегазации, метанообильность выемочных участков достигает 30 м3/т, а долевое участие выработанного пространства в газовом балансе участка—-70%. В этих условиях при возвратноточном проветривании оптималь­ ная длина лавы не превышает 150 м, а размер поля по простира­

на прямоточные схемы проветривания обеспечит увеличение на­ грузки на очистной забой по фактору проветривания в 2,6 раза без увеличения сечений горных выработок вентиляционного уча­ стка.

§ 3. ДЕГАЗАЦИЯ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ОДНОВРЕМЕННОЙ ОТРАБОТКЕ ДВУХ СБЛИЖЕННЫХ ПЛАСТОВ

В связи с требованиями максимальной концентрации горных работ и увеличением длины выемочных полей (до 1500 м) на шах­ тах комбината Воркутауголь намечается (и начинает приме­

8* 115