книги / Рудничная аэрология

A i — добыча угля на объекте в i-м месяце в истекшем году, т; п — число месяцев работы объекта в году.

Категория шахты устанавливается по наибольшей относитель­ ной метанообильности участка, крыла, горизонта, пласта или шахты в целом.

Шахты, в которых хотя бы в одной выработке обнаружен ме­ тан, относятся к опасным по метану.

Интенсификация добычи и увеличение глубины работ вызывают увеличение метанообильности угольных шахт. В 1957 г. в СССР

30% всех шахт относилось к III категории и сверхкатегорным по газу, в 1966 г. их было уже 45%, в 1974 г. — 56%. В насто­ ящее время метанообильность шахт может достигать 100 и даже 140 м®/т. В связи с высокой метанообильностыо увеличивается опасность работ в шахтах и ограничиваются производственные возможности угледобывающих машин и агрегатов.

§ 12. ДОПУСТИМОЕ СОДЕРЖАНИЕ МЕТАНА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Для обеспечения безопасных условий работы в газовых шахтах содержание метана в выработках должно быть значительно меньше нижнего предела взрывчатости метано-воздушной смеси (5%). Согласно Правилам безопасности, содержание метана в руднич­ ном воздухе не должно превышать пределов, приведенных в табл. 4.

При контроле содержания метана в исходящих вентиляцион­ ных струях участков угольных шахт стационарными автомати­ ческими приборами последние должны обеспечить отключение электроэнергии при содержании метана 1,3%.

Как видно из табл. 4, допустимые содержания метана значи­ тельно ниже нижнего предела воспламенения, что гарантирует безопасность работ при их соблюдении.

Более высокое допустимое содержание метана (2%) в случав его местных скоплений объясняется в определенной степени

Недопус­ тимое со­

Вентиляционная струя держание Примечание метана, %

по объему

с прилегающими к ним подготовительными выработками).

меньшей опасностью этих скбплений вследствие относительно небольших объемов содержащегося в них метана.

При установлении нормы для исходящих струй крыла, шахты (0,75%) большей, чем для исходящей участка (1%), учтено раз­ бавление метана утечками воздуха за пределами участков.

Ограничение допустимого содержания метана в поступающих струях (0,5%) необходимо как для обеспечения безопасных усло­ вий работы, так и для возможности увеличения нагрузки на очистной забой. Чем меньше содержание метана в поступающей струе, тем большее газовыделенив можно допустить в лаве, а так как газовыделение в лаве в определенной степени пропорци­ онально добыче угля в ней, то тем больше может быть нагрузка на лаву. Иными словами, чем ниже содержание метана в поступа­ ющей струе, тем больше может быть нагрузка на лаву при прочих равных условиях.

§ 13. МЕРЫ БОРЬБЫ С МЕТАНОМ СРЕДСТВАМИ ВЕНТИЛЯЦИИ

На шахтах для борьбы с метаном применяется комплекс специ­ альных мер с целью недопущения опасных скоплений метана в выработках, предупреждения воспламенения метана, ограниче­ ния последствий взрывов, борьбы с суфлярами и внезапными вы­ бросами.

Основной мерой предртвращения опасных скоплений метана является вентиляция, которая считается эффективной, если по всей сети действующих выработок шахты поддерживаются допу­ стимые содержания газа (см. табл. 4). Необходимое увеличение количества поступающего воздуха в газовую шахту и на отдельные

Естественно, что даже кратковременная остановка вентиляторов

вгазовой шахте недопустима.

Впоследнее время наблюдается быстрый рост газообильности шахт вследствие их углубления и интенсификации добычи угля. При этом вентиляционные возможности шахт могут оказаться исчерпанными, в связи с чем потребуется проведение специальных мероприятий по борьбе с метаном. Основным из них является дегазация выработок, сущность и методы которой рассматриваются

вследующем параграфе.

Тупиковые забои в газовых шахтах должны проветриваться нагнетательным способом, при котором вентиляторы постоянно омываются свежим воздухом (см. гл. XIX).

Для ограничения возможных последствий взрыва метана вен­ тиляционная сеть шахты должна состоять из возможно большего числа независимых участков, а свежие и исходящие струи должны быть надежно разделены.

Борьба с суфлярами ведется либо увеличением подачи воздуха в выработки (при небольших суфлярах), либо каптированием газа. Для каптажа суфляра сооружают герметичную камеру у его устья и из нее отводят газ по трубопроводу. Иногда применяют тампонаж суфляров.

Предупреждение внезапных выбросов угля и газа в основном сводится к мерам по дегазации пласта, снижению концентрации напряжений в пласте, укреплению забоя и к специальным органи- з ационно-техническим мероприятиям.

Дегазация опасного по внезапным выбросам пласта может производиться путем бурения специальных дегазационных сква­ жин по пласту (опережающих или параллельных забою) или с при­ менением методов, рассмотренных в § 14. При вскрытии опасных пластов применяется их предварительная дегазация (обычными способами путем гидроразмыва) через оставляемую породную пробку.

Снижение концентрации напряжений в опасном пласте дости­ гается устранением острых углов в забоях, применением упра­ вления кровлей полным обрушением, сотрясательного взрывания, торпедирования пласта, отказом от применения машин и механиз­ мов ударного действия.

Укрепление забоя достигается применением специальных кре­ пей, обеспечивающих жесткое и прочное поддержание забоя и на­ висающих массивов угля.

§ 14. ДЕГАЗАЦИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

С углублением и интенсификацией горных работ во многих случаях метанообильность угольных шахт увеличивается на­ столько, что снижение содержания метана в выработках до до­ пустимых пределов средствами одной вентиляции оказывается

невозможным. В таких случаях в шахты требуется подавать очень большое количество воздуха, что приводит к превышению допу­ стимых скоростей его движения в выработках и к необходимости создания специальных вентиляторов. Вентиляция метанообиль­ ных шахт будет облегчена, если искусственно уменьшить коли­ чество поступающего газа в горные выработки, т. е. применить дегазацию.

П о д д е г а з а ц и е й выработок будем понимать комплекс мероприятий по уменьшению поступления метана в действующие выработки шахты.

Следует различать понятия «дегазация выработок» и «дегаза­ ция угольного пласта». В последнем случае имеются в виду меро­ приятия, снижающие газоносность угольных пластов, в то время как дегазация выработок является более широким понятием и помимо мер по снижению газоносности допускает и такое воздей­ ствие на пласт, при котором будет происходить консервация газа в пласте или значительное замедление выделения газа из пласта без существенного снижения газоносности; сюда же относится каптаж суфляров. При применении дегазации уменьшается газовыделение в выработки, повышается безопасность работ, увели­ чиваются нагрузки на очистные забои и, следовательно, повы­ шается производственная мощность шахты.

Попытки искусственной дегазации выработок в виде каптажа метана из суфляров относятся еще к первой половине XVIII в. В России они были осуществлены в начале этого века. Широкое промышленное внедрение дегазации на шахтах нашей страны началось в конце 40-х годов. В настоящее время дегазация при­ меняется во всех основных угольных бассейнах страны.

Методы дегазации можно разделить на две основные группы: методы оперативной дегазации, применяемые при разработке пласта (участка, блока), и заблаговременной дегазации, применя­ емые до начала очистных работ.

К методам оперативной дегазации относятся: дегазация сбли­ женных пластов и разрабатываемого пласта скважинами и выра­ ботками, отсос газа из выработанных пространств, нагнетание воды в пласт.

К методам заблаговременной дегазации относятся: дегазация пласта при подработке (надработке) и проводимыми по пласту до начала на нем очистных работ выработками, дегазация под­ готавливаемых горизонтов (блоков, участков) скважинами, с по­ мощью гидравлического расчленения и разрыва пласта, а также биохимическими методами.

Эффективность дегазации характеризуется коэффициентом эф­ фективности Дегазации, представляющим собой отношение коли­ чества газа, извлеченного с помощью дегазации за данный про­ межуток времени, к общему газовыделению за этот период.

Дегазация сближенных пластов скважинами является одним из первых методов* нашедших широкое применение на шахтах.

Сущность данного метода состоит в том, что из выработок разраба­ тываемого плаета, обычно из штреков, бурят скважины на сбли­ женные пласты, через скважины с помощью трубопроводов и вакуум-насосов отсасывают метан (рис. 4).

Чтобы обеспечить высокую эффективность дегазации, важно правильно заложить скважины. Скважина должна быть пробурена до подхода к ней очистного забоя. Она должна пересекать сбли­ женный пласт в зоне его разгрузки от горного давления и при про­ хождении лавы и не попадать в зону активного обрушения. Если скважина окажется в зоне разгрузки сближенного пласта, то дебиты метана из нее будут высокими, поскольку, как отмечалось

длительности их эффективного действия и горнотехнических условий (расстояния до сближенного пласта, его мощности и марки угля, свойств пород междупластья, скорости подвигания лавы и др.) и находится в пределах 25—200 м.

Дегазационные скважины обычно бурят диаметром не менее 100 мм. Устье скважины имеет больший диаметр для цементации в нем металлической трубы, соединяющей скважину с магистраль­ ным газопроводом. Цементация устья позволяет уменьшить под­ сасывание воздуха из выработки. К магистральному трубопроводу подключают все действующие скважины, а сам трубопровод со­ единяют с вакуум-насосом, располагаемым обычно на поверхности.

ния, затем он падает, и через несколько месяцев скважина исто­ щается. Длительность практически целесообразного действия скважины иногда достигает 10 мес.

Содержание метана в отсасываемой смеси нормально работа­ ющей скважины находится в пределах 60—100%, а ее максималь­ ный дебит составляет 2—10 м8/мин.

Дегазацию сближенных пластов скважинами целесообразно применять при большом газовыделении из них в выработки шахты (не менее 3 м3/мин), так как при меньшем газовыделении дегазация оказывается неэффективной.

Эффективность дегазации при рассматриваемом способе нахо­ дится в пределах 0,5—0,8, возрастая с увеличением расстояния до сближенного пласта.

Дегазация сближенных пластов выработками заключается в проведении по вышележащему сближенному пласту специаль­ ных дренажных выработок до начала отработки соответствующего участка разрабатываемого пласта. Выработки обычно соединяют

нии дренажной выработки на расстоянии 1/4—х/3 наклонной высоты этажа ниже вентиляционного штрека и при расстоянии до сбли­ женного пласта 20—30 м. Эффективность дегазации при рассма­ триваемом методе 0,6—0,7.

Дегазация разрабатываемого пласта скважинами применяется в КарагандинСК(Ш, Кузнецком и Печорском бассейнах при мощ­ ности пластов не менее 4 м. Сущность способа состоит в том, что по пласту с Некоторым опережением относительно очистных работ бурят дегазационные скважины, подключаемые к вакуум-насосу, через которые осуществляют отсос метана из пласта (рис. 6).

Этот способ дегазации применяют при столбовой системе раз­ работки на Цдастах с относительно высокой газопроницаемостью. Эффективное^ дегазации скважинами определяется расстоянием между ними и временем их эксплуатации, определяемыми в зави­ симости от Конкретных условий. Так, в условиях Карагандин­ ского бассейна при расстоянии между скважинами 10—20 м и времени их эксплуатации 6—8 мес газообильность лав сни­

жается в 2—2,5 раза, эффективность дегазации составляет обычно 0,3—0,5.

При дегав^ции разрабатываемого пласта выработками пол­ ностью подго-гОВленный участок закрывают перемычками. Через перемычки пропускают трубопроводы, по которым выделяющийся в выработки г^3 отводят на поверхность или в общую исходящую

струю шахты. Этот метод применялся в КНР при начальном газовыделении с обнаженной поверхности пласта не менее 0,7 м3/(мин-м2). Время дегазации составляло 1,5—2,5 года, эф­ фективность дегазации 0,2—0,5.

Дегазация выработанных пространств действующих очистных участков применяется при значительном газовыделении из сбли­ женных пластов, особенно при столбовых системах разработки, когда в результате большого газовыделения из выработанного пространства в верхних частях лав создаются высокие концентра­ ции метана (см. гл. XIV).

При управлении кровлей полным обрушением дегазация обычно производится путем отсоса газа через перфорированные трубы длиной 10—30 м, прокладываемые в верхней части выра­ ботанного пространства (рис. 7).

Возможно также бурение дренажных скважин с вентиляцион­ ного или откаточного штрека вышележащего горизонта в купола обрушения (рис. 8). Эффективность этих способов дегазации

через перемычки трубопроводам.

При дегазации выработанного пространства вследствие его связи с окружающими выработками в дегазационные трубопро­ воды засасывается значительное количество чистого воздуха, в результате чего содержание метана в отсасываемой смеси может снизиться до взрывоопасных пределов. Это создает определенную опасность и снижает эффективность дегазации. Для устранения этого применяется изоляция выработанных пространств от гор­ ных выработок с помощью пенопласта.

Нагнетание воды в пласт производится в настоящее время обычно для уменьшения пылеобразования при выемке угля. В то же время при этом происходит консервация части находящегося в угле газа вследствие заполнения существующих трещин и пор угля водой под действием давления нагнетания и капиллярных сил. Механизм этого явления еще недостаточно изучен, однако замеры показывают существенное (на 20—40%) уменьшение газо­ выделения при отбойке увлажненного угля.

Исследования Днепропетровского горного института (ДГИ) показали, что длительное, в течение 20—30 сут, нагнетание воды в пласт снижает газовыдедоние на пластах, склонных к увлаж­ нению, в 2 раза.

Физико-химический способ дегазации основан на затвердева­ нии нагнетаемого в пласт специального раствора с образованием

впоровом пространстве твердого продукта, блокирующего метан

вугле. Этот способ применим на пластах, склонных к увлажне­ нию. Его эффективность 0,75—0,95.

Дегазация пластов при подработке (надработке) состоит в опе­ режающей выемке нижележащих (вышележащих) сближенных

пластов. При этом происходит разгрузка подрабатываемого пласта от горного давления, десорбция значительных количеств содер­ жащегося в пласте газа и выделение его по образующимся в про­ цессе подработки трещинам в выработки разрабатываемого пласта. Время опережения выемки нижележащего пласта в зависимости от условий изменяется от нескольких месяцев до нескольких лет.

Подработка выбросоопасных пластов является эффективным методом предупреждения внезапных выбросов угля и газа. Не­ достатком ее является увеличение газообильности выработок разрабатываемого пласта. Поэтому при предварительной отра­ ботке сближенных пластов и ряде случаев по разрабатываемому пласту проводятся дренажные выработки или бурятся дренажные скважины для обособленного отвода метана.

Дегазация пластов с их гидрорасчленением (гидроразрывом) состоит в увеличении газопроницаемости угля путем раскрытия существующих (гидрорасчленение) или создания новых (гидро­ разрыв) трещин нагнетанием воды или других жидкостей в пласт и последующем (после осушения) отсасывании метана. Жидкость нагнетается через скважины, пробуриваемые с поверхности или из подземных выработок. Достоинством метода является независи­ мость дегазации от разгрузки пластов от горного давления и, как следствие, возможность заблаговременной дегазации пластов (одного или одновременно нескольких), что позволяет увеличивать степень их дегазации. Увеличению степени дегазации способствует также искусственное увеличение газопроницаемости пластов.

Промышленные эксперименты по применению метода гидро­ расчленения, выполненные МГИ в Карагандинском бассейне, показали, что дегазация этим методом снижает газообильность выработок до 80%.

Биохимический способ основан на окислении метана в процессе жизнедеятельности некоторых видов бактерий. При этом в пласт нагнетается бактериальная суспензия в смеси с воздухом. Иссле­

Взвешенную в воздухе рудничную пыль называют аэрозолем. Аэрозоль состоит из мелких и мельчайших горючих и энергично окисляющихся с выделением тепла частиц. При определенных концентрациях и температурах он может воспламеняться и взры­ ваться вследствие соприкосновения тонкодиспергированной пыли