книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб

Автоматический индикатор метана типа ИМ-2 (рис. 20) предназначен для контроля содержания метана в рудничной ат­ мосфере. Дает возможность непрерывно контролировать содер­ жание метана в атмосфере. При повышении концентрации метана

до 1% индикатор подает световой и звуковой сигналы диспет­ черу, а при 2% и больше автоматически отключает электрообо­ рудование участка.

Вкомплект аппаратуры входят (см. рис. 20):

а— датчик метана типа ДМ-3, устанавливаемый в том месте,

где необходимо контролировать содержание метана (на исходя­ щей струе, в лаве, глухом забое и т. д.);

Рис. 20. Автоматический индикатор метана типа ИМ-2

б — аппарат сигнализации и контроля метана типа АСМ-1,

устанавливаемый на участке;

в — сигнальное табло типа ТСМ-1, применяемое для контроля ■состояния рудничной атмосферы в нескольких пунктах. На нем воспроизводятся световые и звуковые сигналы каждого датчика из подключенных к нему через аппарат сигнализации и контроля

метана.

Принцип работы датчика основан на изменении сопротивле­ ния платиновой нити при сгорании в камере датчика метана, по­ ступающего из рудничной атмосферы. Теплота сжигания метана пропорциональна его процентному содержанию в атмос­ фере, что вызывает пропорциональное изменение сопротивления

платиновой нити и напряжения, подаваемого на показывающие процентное содержание метана в атмосфере прибор и усилитель, который воздействует на приборы сигнализации. Аппарат сигна­ лизации и контроля осуществляет питание электрическим током датчика.

Шкала милливольтметра отградуирована в процентах метана.

Техническая характеристика индикатора метана ИМ-2

скаемые фирмой Рингроз (Англия)

карманный метаномер «Рингроз»

с пределом измерений до 2% СН4 при точности 0,2% и метановый сигнализа­ тор типа «Рингроз».

Сигнализатор типа «Рингроз» (рис. 21) подает световые сигналы при по­ вышении содержания метана в воздухе

свыше установленной нормы.

Прибор состоит из двухвольтовой

кислотной батареи 1, при помощи ко­ торой накаливается тонкая нить в ка­ мере сжигания и горит белая лампочка 5. Камера сжигания образована стек­ лянным 2 и керамическим 9 кольцами. Наружный воздух непрерывно прони­ кает в прибор через отверстия 7, ме­ тан диффундирует через стенки коль­

ца 9 в камеру, где сгорает. За счет ва­ куума, образующегося в результате конденсации водяных паров, проги­ бается диафрагма 3, замыкается кон­ такт 4 и загорается красная сигналь­ ная лампочка 6, а белая гаснет. Лам­ почки 5 и 6 закрыты стеклянным коль­ цом 10. Прибор имеет магнитный за­ мок 8. Сигнализаторы выпускаются

Из приборов, основанных на иных принципах, чем описанные,

представляют интерес инфраанализаторы. Последние основаны на использовании того явления, что газы и пары обладают спо­ собностью абсорбции инфракрасных волн, причем каждый гав селективно абсорбирует только волну определенной длины. Про­

50

пуская через смесь газов инфраволну с длиной, соответствующей определенному газу, можно узнать по количеству абсорбирован­ ного излучения процентное содержание данного газа.

6. Борьба с метаном

Обеспечение безопасности горных работ при наличии метана в шахте достигается строгим соблюдением ряда обязательных правил и проведением специальных мероприятий.

Мероприятия против опасных скоплений газа в шахтах

Согласно Правилам безопасности, допустимыми концентра­ циями метана в рудничном воздухе в процентах по объему являются следующие:

местное (в отдельных местах) скопление в забоях

При наличии 2% СН4 работы в данном забое прекращаются; возобновление работ разрешается после снижения концентрации метана до 1 %.

Обеспечение этих норм достигается за счет правильной поста­ новки проветривания и управления газовыделением.

Газовые шахты должны иметь обязательное искусственное проветривание. Вентилятор (или вентиляторы) должен быть установлен на поверхности и работать на всасывание. Нагнета­ тельное проветривание допускается только для первого гори­ зонта шахт I и II категории по газу. Проветривание очистных за­ боев при угле падения свыше 5° должно быть восходящим, т. е. воздух в очистном забое должен двигаться снизу вверх.

Допускается нисходящее движение исходящей из очистных выработок вентиляционной струи в шахтах I, II и III категории

по газу при соблюдении условий: угол наклона выработок, по которым движется исходящая струя, для выработок длиной бо­ лее 50 м должен быть не более 10°; скорость струи должна быть более 1 м/сек-, содержание метана в исходящей струе должно быть не более 0,5%; в выработках не должно быть тупиков, ку­ полов, пустот, в которых может скопиться метан.

Проветривание забоев подготовительных выработок при их проходке должно быть нагнетательным.

Система разработки должна обеспечивать возможность лег­ кого и надежного проветривания забоев. Схема проветривания должна быть такой, чтобы исключалась возможность коротких замыканий струи, рециркуляции воздуха и другие нарушения проветривания, могущие повлечь за собой загазирование забоев.

Подаваемое в шахту количество воздуха должно соответствовать требованиям Правил безопасности. Дебит воздуха должен быть устойчивым, а его распределение в сети горных выработок дол­ жно соответствовать их действительной потребности в воздухе

с учетом фактического газовыделения. Должен обеспечиваться

надежный контроль за соблюдением всех правил и требований в отношении проветривания.

Газовыделение в забоях зависит, как было показано выше, от интенсивности ведения выемки, от принятого способа управле­ ния кровлей и целого ряда других технических факторов, кото­ рые можно изменять. Следовательно, в некоторой степени

Рис. 22. Схема движения газа при регулируемом проветривании выработан­ ного пространства:

/ — направление движения воздуха; 2 — направление движения метана

газовыделением можно управлять, что надлежит учитывать и использовать в целях обеспечения и повышения эффективности проветривания.

Так, для разработки пластов с высокой газообильностью це­ лесообразно применять угольные струги, так как последние сре­ зают стружку угля небольшой толщины (15—20 см) и обеспечи­ вают равномерное газовыделение по всей поверхности угольного забоя. Применение в очистных забоях вместо врубовой машины комбайна типа «Донбасс» также дает положительные резуль­ таты. С другой стороны, схема проветривания должна быть при­ нята с учетом особенностей газовыделения каждого из участков. Так, если от управления с обрушением кровли (см. рис. 13)

перейти к управлению частичной закладкой, то это должно дать уменьшение газовыделения в выработанном пространстве. Однако, если последнее оказывается все же очень значительным, то при возвратноточной схеме можно прибегнуть к организации проветривания выработанного пространства. С этой целью буто­

вые штреки соединяют в шахматном порядке (рис. 22) специаль­ ными печами. В печах, которые выходят на откаточный и венти­

ляционный штреки, устанавливаются перемычки с окнами для регулирования количества воздуха, поступающего в выработан­

52

ное пространство. В некоторых случаях для снижения концентра­ ции метана в струе воздуха на вентиляционном штреке приме­

няют «подсвежение» исходящей струи воздуха. Возможны и дру­ гие мероприятия подобного рода.

Извлечение и утилизация метана

В ряде случаев газовыделение в шахтах оказывается столь значительным, что обеспечение нормального состава атмосферы только за счет проветривания встречает большие затруднения.

С другой стороны, при большой газообильности возникает воз­

можность обособленного извлечения значительных масс газа. Эти два условия предопределили развитие в течение последних 15 лет способов извлечения из пластов угля метана с концентра­

циями, допускающими его промышленное использование как

топлива или сырья. Метан извлекается: 1) за счет предваритель­ ной дегазации скважинами или выработками разрабатываемого угольного пласта; 2) отсосом из выработанного пространства разрабатываемого угольного пласта; 3) при дегазации скважи­ нами (или выработками) спутников разрабатываемого угольного

пласта.

Дегазация разрабатываемых угольных пла­

стов осуществляется преимущественно отсосом газа через дре­ нажные скважины, пробуриваемые из опережающего вентиляци­

онного или чаще откаточного штрека параллельно очистному забою. Отсос производится при помощи вакуум-насосов. Газовы­ деление из скважины происходит энергично с периода, когда до нее доходит зона трещинообразования. Расстояние между

скважинами устанавливают опытным путем. Удачный опыт при­ менения этого метода был получен в Карагандинском бассейне

при разработке мощного пологопадающего пласта Верхняя Ма­ рианна наклонными слоями в нисходящем порядке. В этом слу­ чае до начала очистных работ проводят до границ шахтного поля штреки. Из камер, располагаемых в откаточных штреках, про­ буривают веером серии (две-восемь) скважин диаметром 100— 120 мм, длиной до 300 м. Устья скважин на глубину до 10 м рас­ ширяют, в них цементируют трубы, которые присоединяются к газосборной магистрали. Заметное повышение дебита метана

из скважин отмечается при приближении к ним очистного забоя

верхнего слоя до расстояния 14—18 м; максимума оно достигает при опережении скважин забоем верхнего слоя на 3—6 м и сни­ жается при увеличении расстояния между лавой и скважиной до

20—40 м. На шахте № 3 им. С. М. Кирова при применении этого метода максимальный дебит метана по отдельным скважинам достигал 3000—6000 м31сутки при высокой концентрации (80— 90%) отсасываемого газа. В Фушуне (Китай) на шахте «Лунфын» мощный пласт (8—45 м), залегающий под углом 30—40°, успешно дегазировался [61] путем отсоса газа при помощи ва­

53

куум-насоса из заблаговременно проводимых по пласту нарез­ ных выработок (ортов, слоевых штреков, скатов), изолируемых перемычками. Количество метана, отсасываемого с выемочного

участка размерами 320X40 м, достигало 8500 м31сутки при вы­

сокой концентрации отсасываемого газа.

Следует, однако, отметить, что уголь, находящийся под

значительным внешним давлением, равным весу столба вышеле­ жащих пород, обладает малой газопроницаемостью, поэтому дега­ зация разрабатываемого пласта в ряде случаев очень затруд­ нена и примеры удачного ее осуществления немногочисленны.

При разгрузке угля от давления его газопроницаемость уве­

личивается в сотни и тысячи раз, что обеспечивает возможность более успешной дегазации подрабатываемых и надрабатывае-

мых угольных пластов.

Извлечение метана из выработанного про­

странства разрабатываемого пласта осуществляется путем отсоса его из специальных газосборных выработок, создаваемых в выработанном пространстве. Так, в Саарском угольном бас­ сейне при работе с закладкой в последней через каждые 40 м оставляют газосборные галереи, параллельные очистному забою. Выходы из галерей на верхний и нижний штреки изолируются бутом, через который прокладывается патрубок для присоедине­ ния коллектора газа к газопроводу. При работе с обрушением кровли в качестве газового коллектора используют бутовый

штрек, специально проводимый для этой цели параллельно вен­ тиляционному штреку и отделяемый от последнего тщательно выложенной бутовой полосой, а от выработанного простран­ ства— деревянными кострами.

При управлении кровлей частичной закладкой выработанного

пространства газосборниками могут служить бутовые штреки, до которых и доводятся патрубки газопровода.

В Караганде на шахте № 3 им. С. М. Кирова [90] был осуще­

ствлен отсос газа из выработанного пространства через перфо­ рированные трубы диаметром 100 мм, длиной 10—12 м, остав­

ленные в выработанном пространстве и подключенные к газопро­ воду.

Отсос газа успешно осуществляется в некоторых случаях также из отработанных выемочных участков, для чего последние

изолируются перемычками с заделанными в них патрубками для

присоединения к газосборной магистрали.

Содержание метана в отсасываемом из выработанных про­ странств воздухе в зависимости от конкретных условий меняется в очень широких пределах: от единиц до десятков процентов, а в особо благоприятных условиях до 50—80% СН4.

Дегазация подрабатываемых и надрабаты-

ваемых пластов-спутников состоит в том, что со штрека разрабатываемого пласта бурят на его спутники скважи­

54

ны, через которые и отсасывается газ; иногда прибегают также к прохождению в кровле пласта специальных выработок, исполь­ зуемых в качестве коллекторов метана. В Донбассе дегазацион­ ные скважины задают чаще с откаточного штрека лавы. Сква­

жину (рис. 23) бурят с таким расчетом, чтобы она пересекала

спутник над выработанным пространством на расстоянии 5—Юм

ниже (или выше) бутовой полосы или целика и чтобы точка пе­

ресечения спутника скважиной после прохождения под ней лавы проектировалась на выработанное пространство лавы. Наклон

Рис. 23. Определение угла наклона дегазационной скважины

скважины определяют графически или аналитически [5] по фор­

муле

w

tg ( ± а) = ± а) + г, . (9)

где р — угол наклона скважины к горизонту в плоскости вкрест простирания пластов;

нии с вентиляционного горизонта дегазируемой лавы — со знаком плюс, при бурении на нижележащие спут­ ники — наоборот);

N — расстояние по нормали между разрабатываемым плас­ том и спутником, м;

7 — угол обрушения вышележащих пород (можно прини­ мать 75°);

b — величина, учитывающая протяженность неразгружен­ ной зоны плюс 5 — 10 м.

55

При дегазации вышележащих спутников расстояние между скважинами по простиранию принимается согласно данным

табл. 6.

Таблица 6

Расстояния между дегазационными скважинами при дегазации вышележащих спутников

Расстояние между дегазационными

Нижележащие спутники удается дегазировать при их удале­ нии от разрабатываемого пласта на расстояние не более 20 м. В этом случае расстояние между скважинами по простиранию принимается 30—100 м.

Скважина должна быть пройдена и оборудована до того, как забой лавы подойдет к ней. Бурение скважины в разгруженную зону не рекомендуется. Скважина начинает выделять газ после того, как забой лавы продвинется за проекцию скважины на ра­ бочий пласт. Скважина заглушается, когда дебит ее и концен­ трация метана сильно падают. Дегазация наиболее эффективна,

если газ из скважины отсасывается. Обычно это производится

при помощи вакуумнасоса РМК-4. Опыт Донбасса показал, что для эффективной бесперебойной работы лавы длиной 150—100 м, производительностью 400—500 т угля в сутки, относительной газообильностью 80 м31т, из которых 45—50 м31т. поступает из спутников, достаточно отсасывать 10—12 м^мин. газа с концен­ трацией метана 80—95%.

При дренировании выработками (так называемый Гиршбах-

ский метод) последние располагаются по неразрабатываемому пласту, проходятся до начала очистных работ и сбиваются с вен­ тиляционным штреком. В сбойке устанавливается перемычка, че­ рез которую пропускается труба от сборного газопровода. Когда такая выработка подрабатывается, из пластов-спутников в нее выделяется газ, который отсасывается вакуумной установкой.

В практике применения метода (Саарский бассейн) наиболее удачным оказывалось расположение дренажного штрека на рас­ стоянии от ’/4 до 'А высоты этажа ниже вентиляционного штрека

56

и в 25 л! от разрабатываемого пласта. Для усиления дегазации из газосборного штрека иногда бурят скважины по нерабочему пласту. Концентрация отсасываемого метана — 60—70%.

Широкого распространения этот метод дегазации не полу­

чил.

Применение каптажа метана весьма благоприятно сказы­ вается на улучшении вентиляции сильногазовых шахт. Кроме того, сам по себе газ представляет значительную ценность. По­

этому за последние годы применение каптажа получило интен­ сивное развитие во многих странах мира, и в том числе в Совет­ ском Союзе.

В настоящее время считается целесообразным прибегать к де­ газации в том случае, когда относительная метанообильность

участка более 20 м3 на 1 т суточной добычи, а абсолютная ме­ танообильность превышает 10 000 м3 в сутки.

Утилизация газа производится в различных направле­

ниях, а именно:

1)в качестве горючего в топках паровых котлов, в коксовых

иметаллургических печах, для обогащения газа коксовых

производных метана;

4)в газовых турбинах, где можно использовать не только газ высокой концентрации, но и «метановый воздух» с малым содержанием газа;

5)как горючее для двигателей внутреннего сгорания.

15 кг/см2.

Борьба с суфлярами

Впрактике работы шахт при появлении суфляров прибегали

кследующим мерам борьбы с ними: выжидали самопрекращения суфляра; продолжали работы при усиленном проветривании уча­ стка; производили тампонаж суфляра; каптировали суфляр с вы­ водом газа в общую исходящую струю или на поверхность; при­ меняли специальные способы проходки.

Наиболее эффективным способом борьбы с суфлярами яв­

ляется их каптаж.

В качестве мер борьбы с суфлярами следует предусматривать

также' соответствующий порядок выемки сближенных пластов и управления кровлей; передовое разведочное и дренажное буре­ ние; подачу в случае необходимости увеличенного количества

воздуха к месту суфляра.

57

Борьба с внезапными выбросами

Наиболее эффективным средством предупреждения внезап­ ных выбросов угля и газа является предварительная разработка защитного пласта. Защитным по отношению к выбросоопасному

пласту является пласт, залегающий выше или ниже его, но в таком удалении, чтобы при отработке его происходила раз­

грузка (изменение напряженного состояния) опасного пласта и он частично дегазировался. За такое расстояние, по ПБ, при­

нимается расстояние в 60 м, если опытом не доказано, что защит­ ное действие пласта проявляется на большем расстоянии. Необ-

Рис. 24. Схема надработки опасного по выбросам пласта

ходимо учитывать, что, если защитный пласт не выработан на вышележащем горизонте, то при надработке им верхняя часть опасного пласта рабочего горизонта окажется незащищенной

(рис. 24). При подработке защитным пластом на опасном пласте оказывается незащищенной нижняя часть пласта, если защит­ ный пласт на нижележащем горизонте не выработан.

Незащищенными участками на опасном пласте будут также

участки, расположенные под целиками, оставленными при выемке защитного пласта.

Размеры незащищенной зоны на опасном пласте определяются размерами зоны, находящейся против целика на защитном пла­ сте по нормали, увеличенными в каждую из сторон по прости­

ранию на расстояние, равное мощности междупластья, а по вос­

станию и падению —• на 0,8 мощности междупластья.

Очистной забой в защитном пласте должен опережать забои

■очистных и подготовительных работ в опасном пласте не менее,

чем на расстояние двукратной мощности пород междупластья.

В некоторых случаях защитные пласты сами являются опас­ ными по выбросам, и их отработка должна производиться с со­

58