Способ отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства
METHOD FOR REMOVAL OF METHANE-AIR MIXTURE FROM THE WASTE AREA

Техническое решение относится к горной промышленности и может использоваться для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства при отработке выемочных столбов на пологих или наклонных угольных пластах.
Известен способ дегазации выработанного пространства угольного пласта и купола обрушения, образующегося по мере отработки угольного пласта, по авт. свид. СССР №883514, E21F 7/00, опубл. в БИ №43, 1981 г., включающий прохождение в массиве горных пород гезенка из горной выработки, оконтуривающей отрабатываемый участок угольного пласта по простиранию угольного пласта, образование из гезенка в угольном пласте буровой камеры, прохождение из буровой камеры с помощью бурового оборудования, содержащего буровую штангу и став наращиваемых перфорированных буровых труб, дегазационной скважины вдоль простирания угольного пласта на высоте купола обрушения горных пород, проведение дегазационных и очистных горных работ. При этом с одновременным подвиганием очистного забоя за счет долговременного поддержания дегазационных скважин, а также исключения необходимости перемонтажа бурового оборудования, гезенк проходят на высоту купола обрушения горных пород предварительно, перед началом ведения очистных работ. Дегазационную скважину проходят вслед за подвиганием очистного забоя, увеличивая ее протяженность соответственно величине подвигания очистного забоя. При этом протяженность дегазационной скважины по простиранию угольного пласта от ее устья ограничивают контуром обрушенных пород выработанного пространства со стороны очистного забоя. Кроме того, долговременное поддержание дегазационной скважины производят, оставляя буровую штангу и став наращиваемых перфорированных буровых труб в скважине на протяжении всего времени ведения очистных работ.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются прохождение в массиве горных пород оконтуривающих участок угольного пласта горных выработок, прохождение дегазационной скважины, проведение дегазационных работ.
Недостаток данного способа заключается в необходимости дополнительного объема работ - проходки гезенка и буровой камеры в нем. Наличие в тупиковой части гезенка дегазационной скважины, которую, по мере подвигания очистного забоя, предусматривается добуривать и наращивать обсадными трубами, предопределяет необходимость обеспечить гезенк постоянным и интенсивным проветриванием. При этом следует отметить, что обеспечить герметичность устья дегазационной скважины от буровой камеры, соответственно и от гезенка, - задача трудновыполнимая, так как данным способом предусматривается производить бурение дегазационной скважины с наращиванием в ней става обсадных труб и одновременно использовать эту же скважину для газоотсоса. Кроме того, став из обсадных перфорированных труб в дегазационной скважине, при сдвижении пород над выработанным пространством, будет задавлен. После чего невозможно будет производить наращивание в скважине става из обсадных труб соответственно и продолжать бурение дегазационной скважины по выработанному пространству вслед за подвиганием очистного забоя.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ дегазации выработанного пространства, патент РФ № 2360128, E21F 7/00, опубл. 27.06.2009, Бюл. № 18, включающий проходку вскрывающих и оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение по крайней мере одной дегазационной скважины в купол обрушения горных пород, обсадку указанной скважины трубами, герметизацию затрубного пространства в ней и подключение дегазационной скважины к дегазационному трубопроводу. При этом оконтуривающие выемочный столб горные выработки проходят под углом наклона к горизонту не менее 3°, а монтажную камеру располагают на максимальной высотной геодезической отметке оконтуренного выемочного столба, при этом дегазационную скважину бурят в купол обрушения горных пород над монтажной камерой из наклонной фланговой вскрывающей горной выработки.
Общими признаками с заявляемым техническим решением являются проходка вскрывающих и оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение по крайней мере одной дегазационной скважины и подключение дегазационной скважины к дегазационному трубопроводу и отсос метановоздушной смеси по нему.
Недостаток данного способа заключается в том, что с продвижением очистного забоя, т.е. с его удалением от дегазационной скважины, аэродинамическое сопротивление на пути движения метановоздушной смеси из выработанного пространства до дегазационнй скважины увеличивается. Это приводит к значительному снижению производительности газоотсасывающей установки, находящейся на поверхности, т.е. к снижению эффективности метаноудаления и, как следствие, к снижению безопасности горных работ. Для устранения этого недостатка либо дополнительно устанавливают (последовательно) вентиляторы в газоотсасывающей установке, либо проходят дополнительные дегазационные скважины, которые соединяют с дополнительными дегазационными трубопроводами. Но это значительно повышает стоимость процесса метаноудаления из выработанного пространства.
Проблемой предлагаемого способа отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства является повышение безопасности труда шахтеров при повышении эффективности технологии изолированного отводаметановоздушной смеси из выработанного пространства действующего очистного забоя за счет снижения аэродинамического сопротивления воздушного тракта от места всасывания метановоздушной смеси в дегазационный трубопровод до дегазационной скважины.
Проблема решается тем, что в способе отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства, включающем проходку вскрывающих и оконтуривающих выемочный столб горных выработок, в том числе вентиляционную печь и конвейерный штрек, бурение по крайней мере одной дегазационной скважины и подключение к ней дегазационного трубопровода, расположенного в вентиляционной печи, соединенной сбойками с конвейерным штреком и выработанным пространством, и последующий отсос метановоздушной смеси по нему, согласно техническому решению по мере продвижения очистного забоя закрывают сбойки, соединенные с выработанным пространством перемычками, соединяя ближайшую к очистному забою сбойку с дегазационным трубопроводом, при этом используют газоотсасывающий вентилятор, размещенный в дегазационном трубопроводе вблизи соединения дегазационного трубопровода с дегазационной скважиной таким образом, чтобы в дегазационном трубопроводе на участке от газоотсасывающего вентилятора до места соединения дегазационного трубопровода с ближайшей к очистному забою сбойкой создавалось разряжение.
Указанная совокупность признаков позволяет снизить аэродинамическое сопротивление вентиляционного тракта на пути движения метановоздушной смеси от выработанного пространства до дегазационной скважины за счет того, что газоотсасывающий вентилятор создает дополнительную тягу. А расположение газоотсасывающего вентилятора в дегазационном трубопроводе вблизи дегазационной скважины исключит возможность распространения метановоздушной смеси из выработанного пространства в примыкающие к нему горные выработки при повреждении дегазационного трубопровода, т.к. в вентиляционной печи, в которой размещен дегазационный трубопровод, всегда будет зона разряжения на участке от газоотсасывающего вентилятора до места повреждения дегазационного трубопровода.
В результате практической реализации предлагаемого технического решения при одновременном повышении эффективности технологии изолированного отвода метановоздушной смеси повысится безопасность труда шахтеров за счет предотвращения аварий, обусловленных загазированием горных выработок метаном.
Сущность технического решения иллюстрируется примерами реализации способа отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства (далее - способ) и чертежами, где на фиг. 1 показан 1-ый пример реализации способа: представлена схема отработки выемочного столба в плане, на фиг. 2 – место I на фиг. 1, на фиг. 3 – 2-ой пример реализации способа.
1-ый пример реализации способа осуществляют следующим образом. Проходят вскрывающие и оконтуривающие выемочный столб 1 горные выработки (фиг. 1), в том числе конвейерный штрек 2, вентиляционный штрек 3 и вентиляционную печь 4. Вентиляционную печь 4 соединяют с конвейерным штреком 2 сбойками 5, которые по мере продвижения очистного забоя 6 соединяют вентиляционную печь 4 с выработанным пространством 7. Бурят по крайней мере одну дегазационную скважину 8 в начале выемочного столба 1. В вентиляционной печи 4 располагают дегазационный трубопровод 9, который соединяют с одной стороны с дегазационной скважиной 8, имеющей газоотсасывающую установку 10, а с другой стороны с выработанным пространством 7 через сбойки 5. В сбойках 5, которые соединены с выработанным пространством 7, устанавливают перемычки 11, а в ближайшей к очистному забою 6 перемычке 11' выполняют отверстие для соединения дегазационного трубопровода 9 с выработанным пространством 7. В дегазационный трубопровод 9 устанавливают газоотсасывающий вентилятор 12 (фиг. 2) вблизи соединения дегазационного трубопровода 9 с дегазационной скважиной 8.
По мере продвижения очистного забоя 6, наращивают дегазационный трубопровод 9, который достигает в длину нескольких км. Сбойки 5, соединяющие вентиляционную печь 2 с выработанным пространством 7, закрывают перемычками 11, а в ближайшей к очистному забою 6 перемычке 11' оставляют отверстие, через которое дегазационный трубопровод 9 сообщается с выработанным пространством 7. Вследствие удлинения дегазационного трубопровода 9, значительно возрастает его аэродинамическое сопротивление и газоотсасывающая установка 10 не может его преодолеть. Поэтому включают газоотсасывающий вентилятор 12, который создавая дополнительную тягу, снижает аэродинамическое сопротивление вентиляционного тракта от места соединения дегазационного трубопровода 9 с выработанным пространством 7 до дегазационной скважины 8 и газоотсасывающая установка 10 продолжает работать в штатном режиме.
2-ой пример реализации способа для отработки длинных выемочных столбов 1 осуществляют следующим образом. Проходят вскрывающие и оконтуривающие выемочный столб 1 (фиг. 3) горные выработки, в том числе конвейерный штрек 2, вентиляционный штрек 3 и вентиляционную печь 4. Вентиляционную печь 4 соединяют с конвейерным штреком 2 сбойками 5, которые по мере продвижения очистного забоя 6 соединяют вентиляционную печь 4 с выработанным пространством 7. Бурят по крайней мере одну дегазационную скважину 8, примерно по середине длины выемочного столба 1. В вентиляционной печи 4 располагают дегазационный трубопровод 9, который соединяют с одной стороны с дегазационной скважиной 8, имеющей газоотсасывающую установку 10, а с другой стороны с выработанным пространством 7 через сбойки 5. В сбойках 5, которые соединены с выработанным пространством 7, устанавливают перемычки 11, а в ближайшей к очистному забою 6 перемычке 11' выполняют отверстие для соединения дегазационного трубопровода 9 с выработанным пространством 7. В дегазационный трубопровод 9 устанавливают газоотсасывающий вентилятор 12 вблизи соединения дегазационного трубопровода 9 с дегазационной скважиной 8.
По мере продвижения очистного забоя 6 отсоединяют дегазационный трубопровод 9 от сбойки 5, которой он соединен с выработанным пространством 7. Для этого сбойку 5, соединяющую вентиляционную печь 2 с выработанным пространством 7, закрывают перемычкой 11. Затем соединяют дегазационный трубопровод 9 с ближайшей к очистному забою 6 сбойкой 5 с перемычкой 11', в которой оставляют отверстие, через которое дегазационный трубопровод 9 сообщается с выработанным пространством 7. При этом демонтируют часть дегазационного трубопровода 9 между перемычками 11 и ближайшей к очистному забою 6 перемычкой 11', уменьшая его длину. В начале отработки выемочного столба 1 аэродинамическое сопротивление дегазационного трубопровода 9 велико, поэтому включают газоотсасывающий вентилятор 12, который создавая дополнительную тягу, снижает аэродинамическое сопротивление вентиляционного тракта от места соединения дегазационного трубопровода 9 с выработанным пространством 7 до дегазационной скважины 8 и газоотсасывающая установка 10 продолжает работать в штатном режиме. По мере приближения очистного забоя 6 к дегазационной скважине 8, аэродинамическое сопротивления вентиляционного тракта уменьшается вследствии уменьшения длины дегазационного трубопровода 9, и газоотсасывающий вентилятор 12 можно отключить. При дальнейшем продвижении очистного забоя 6, он проходит мимо дегазационной скважины 8 и удаляется от нее. При этом наращивают дегазационный трубопровод 9 от газоотсасывающего вентилятора 12 до очистного забоя 6. Сбойки 5, соединяющие вентиляционную печь 2 с выработанным пространством 7, закрывают перемычками 11, а в ближайшей к очистному забою 6 перемычке 11' оставляют отверстие, через которое дегазационный трубопровод 9 сообщается с выработанным пространством 7. Вследствие удлинения дегазационного трубопровода 9, значительно возрастает его аэродинамическое сопротивление и снижается производительность  газоотсасывающей установки 10. Поэтому вновь включают газоотсасывающий вентилятор 12, который создавая дополнительную тягу, снижает аэродинамическое сопротивление вентиляционного тракта от места соединения дегазационного трубопровода 9 с выработанным пространством 7 до дегазационной скважины 8 и газоотсасывающая установка 10 продолжает работать с большей производительностью.