книги из ГПНТБ / Савенко Л.В. Дегазация спутников угольных пластов

слойки длиной 70 л и заперемычен квер­ шлаг.

Когда работы подошли к точке В, пере­ мычка начала давать до 21 м3/мин газа с co-

в его кровлю и почву, с тем чтобы пересечь максимальное количество пропластков.

При этом дегазации подвергались и про­ пластки вблизи рабочего пласта, которые не могли бытьдегазированы при проведении скважин с рабочего пласта. Скважина, про­ буренная вниз, начала давать газ, когда лава прошла 40 м от ее устья. Газовыделение установилось 80 м3 в сутки. Выделение мета­ на достигло максимума (200 м3 в сутки), когда лава находилась в 140—175 м от устья, и резко упало при отходе лавы на 195 м. Содержание метана в газе составляло

60—70%.

20

Наилучшим положением дренажной выра­ ботки считается такое, при котором ограни­ ченная площадь достигает максимума, и, сле­ довательно, количество газа, поступающее в выработку, — наибольшее.

При практических расчетах следует, одна­ ко, учитывать не только геометрическое поло­ жение выработки, но и такие факторы, как разность удельного веса метана и воздуха и депрессия лавы. Благодаря меньшему удель­ ному весу метан стремится вверх в больших количествах, чем вниз, и параболы, как вид­ но из рис. 6, получаются с учетом этого эф­ фекта более пологими. Это значит, что ме­ тана ■в дренажную выработку поступает больше.

Влияние депрессии лавы сказывается толь­ ко в том, что нарушается симметричность па­ раболы. Площадь, ею ограниченная, остается прежней, следовательно, не изменяется и ко­ личество извлекаемого метана.

Исследования Виддаля показывают, что положение дренажной выработки по длине лавы имеет существенное значение. Он счи­ тает, что наименьшим будет выход газа в вы­ работку, лежащую около откаточного штрека. Однако последнее вызывает сомнение, так как породы в центре лавы более уплотнены, чем по ее контурам.

Оценивая метод «Гиршбах», надо отметить следующие его недостатки:

1)требуется проведение специальных вы­ работок;

2)не каптируется газ из потенциальных спутников;

22

3) трудно создать достаточное уплотне­ ние в перемычке;

4) нет возможности регулировать про­ центное содержание выходящего газа.

С другой стороны, преимущества метода следующие:

1)избавляет от необходимости вести тру­ доемкие буровые работы при крепких породах

вкровле;

2)четко разграничивает дегазацию и экс­

для шахт, склонных к пожарам от самовозго­ рания;

4) попутно добывается уголь, что снижает стоимость работ.

В СССР метод «Гиршбах» не применялся. Отсасывание газа из выработанного про­ странства применяется в том случае, если верхние спутники лежат в зоне беспорядочно­ го обрушения и не могут быть дегазированы первым или вторым методами или если при работе лавы остаются невыработанными пач­ ки угля и углистого сланца. Газ, выделяющий­ ся из пачек, попадает в выработанное про­ странство и выносится утечками на вентиля­ ционный штрек, повышая концентрацию мета­ на в шахтном воздухе выше допустимой. От­ сасывание газа из выработанного простран­ ства является в этом случае единственным ме­ тодом искусственного снижения газообильнос­

ти выемочных участков.

Газ так же, как и при дегазации спутников скважинами, может выходить за счет депрес­

23

сии на концах трубопровода либо отсасывать­ ся вакуум-насосом или вентиляторами, кото­ рые могут быть установлены как на поверх­ ности, так и в шахте.

Первые работы по отсасыванию газа из выработанного пространства проводились в Донбассе в 1950 г. на шахте № 9 «Капи­ тальная» (Мушкетово) для возобновления работы западной лавы пласта «Верхний Кальмиусский» и на шахте «Анна», 11-го шахто­ управления треста Шахтерскантрацит для де­ газации седьмой восточной лавы. Дегазация на шахте № 9 проводилась за счет депрессии, а на шахте «Анна» — с помощью установ­ ленного под землей центробежного вентиля­ тора.

В дальнейшем этот метод применялся еще на ряде шахт. В основе своей он подобен ме­ тоду, примененному Гасманном. Только в про­ секах делаются герметические перемычки. Некоторым усовершенствованием этого мето­ да является выкладка параллельных вентиля­ ционному штреку породных полос и отшивка их вдоль вентиляционных штреков. Отшивка повышает содержание метана в газе до 30— 35% (рис. 7).

Для повышения выхода газа по трубопро­ воду, проложенному вдоль лавы в вырабо­ танном пространстве, трубопровод не следует тщательно уплотнять. Действительно, пусть депрессия между конечными точками трубо­ провода равна ho- Величина ее обусловлена лишь депрессией вентиляционной струи и длиной трубопровода и не зависит от его уплотнения.

24

Сопротивление трубопровода равно R. Ес­ ли в него поступает воздух только в началь-

Рис. 7. Извлечение метана из выработанного пространства.

ном отверстии, то при поступлении количества воздуха Qо потеря напора составит

К = R Q I

Если воздух подсасывается, то

из трубопровода.

Приравнивая эти два уравнения, получим:

коэффициент, который представляет собой правильную дробь.

Тогда

= Q k > Qo.

т. e. через неплотный трубопровод отсосется

25

больше смеси воздуха с метаном, чем через

уплотненный.

Проф. И. М. Печуком дан метод правиль­ ного подбора длины и диаметра трубопровода для случая выхода газа за счет депрессии

ипри отсасывании его вентилятором [7].

Втом случае, если метан выделяется в вы­ работки из спутников, расположенных в зоне беспорядочного обрушения, его частично

можно извлечь скважинами, пробуренными в верхнюю часть этой зоны. Во-первых, метан поднимается вверх благодаря своему меньше­ му удельному весу, во-вторых, вакуум-насос создает около скважины воронку разрежения.

гося из близких спутников метана собирается в глубине выработанного пространства. При расстоянии от забоя лавы 30 м содержание

стет. Поэтому следует использовать для отсо­ са не только скважины, расположенные вблизи лавы, а и скважины, находящиеся в 60—80 м позади лавы. При этом извлекает­ ся метан из глубины выработанного простран­ ства, который в противном случае вымывался бы утечками на вентиляционный штрек и со­ здавал недопустимые Правилами безопасности концентрации.

Дегазация с поверхности. Опыты по дега­ зации спутников с помощью скважин, пробу­

26

ренных с поверхности, проводились в Чистяковском районе Донбасса. Этот метод дает воз­ можность вести работу независимо от работ шахты и не требует прокладки трубопрово­ дов в подземных условиях. Подземные маги­ страли бывают обычно длиной 3—4 км и име­ ют очень большое сопротивление, снижающее производительность установки. Да и сама про­ кладка их очень трудоемка. Недостатком ме­ тода является необходимость в случае исполь­ зования газа прокладки коммуникаций на по­ верхности, что создает угрозу их замерзания в зимнее время.

При дегазации с поверхности скважина бу­ рится до ближайшего к рабочему пласту спут­ ника и пересекает все вышележащие пласты и пропластки. По мере проникновения возду­ ха вследствие обрушения пород в полости ближайших спутников нижняя часть скважи­ ны может цементироваться, и таким образом сохраняется высокая концентрация газа. Этот метод не получил достаточного распростране­ ния, так как опыт показал, что по мере откач­ ки газа и, следовательно, снижения его дав­ ления полость заполняется водой, и выход га­ за прекращается. .

Например, на шахте № 9, треста Чистяковантрацит, бурилась скважина с поверхности на спутники пласта Къ (их всего шесть на рас­ стоянии 64 м от рабочего пласта). Первона­ чальное выделение газа было очень бурным. Он выбрасывался из скважины вместе с во­ дой на высоту до 10 м (с глубины 268 м ). Концентрация метана достигала 100%.

В дальнейшем по мере снижения давления

27

метана скважина все больше заполнялась во­ дой, выделение газа становилось все меньше, и лишь периодически происходили выбросы во­ ды и метана через скважину на высоту 5—10 и. Выделение прекратилось, когда лава отошла от скважины всего лишь на 50 м. При этом вся скважина оказалась заполненной водой.

В то же время скважины, пробуренные на те же спутники из горных выработок шахты, продолжали давать до 17 м3/мин высокопро­ центного (70—90%) газа. Это свидетельствует о том, что для нормальной эксплуатации скважины необходимо удерживать воду на определенном уровне, чтобы она не мешала свободному проходу газа. Этого можно до­ стичь следующими способами: 1) с помощью глубинных насосов, 2) с помощью эрлифтов,

3)перепуском воды в шахту.

Достаточно бурить четырехдюймовые де­

газационные скважины для откачки воды глу­ бинным насосом. Опыт треста Чистяковантрацит показывает, что такие скважины сохра­ няются без обсадки до-6 мес. Этого времени вполне достаточно для полного их использо­ вания.

Имея сёмивтулочный глубинный насос НГН

2-32-600 120 (ГОСТ 6444—57 и Н 606-52

МНП СССР) и все необходимое для его работы оборудование (станок-качалка СКН-2-615, шланги насосные, муфты соедини­ тельные и переводные, штоки сальниковые ШТС-30-2600, трубы стальные бесшовные ГОСТ 633—50 и т. д. общей стоимостью 1040 руб. для 200 м скважины), можно свое­ временно откачивать воду. Вода, находящаяся

28

в скважине ниже спутника, служит своеобраз­ ным гидрозатвором, препятствующим проник­ новению воздуха из выработанного простран­ ства.

Примерная схема работы такой установки показана на рис. 8, а. Этот метод применим

б— с эрлифтом;

в— с перепуском воды в шахту.

при глубине скважины нё более 200 м.

Для. откачки воды с помощью эрлифта не­ обходимо, чтобы ниже спутника был слой во­ ды. Характерным для эрлифтов является от­ ношение

где h — расстояние от места выхода воздуха из подающей трубы до зеркала воды; Н — расстояние от зеркала воды до по­

верхности.

29