СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ
UNDERGROUND COAL MINING METHOD

Предлагаемое изобретение относится к горному делу, в частности к освоению угольных месторождений при подземном способе их разработки, и может быть использовано в шахтах сверхкатегорных по газу метану.
Известен способ подземной добычи угля, включающий подготовку выемочного участка проведением подготовительных выработок, бурение дегазационных скважин и дегазацию угольного пласта, выемку угля и выдачу его на поверхность [1]. При этом кроме положительного эффекта - повышения безопасности ведения горных работ, окружающей природной среде наносится вред в виде насыщения атмосферы парниковым газом, со всеми вытекающими отсюда последствиями, и допускаются существенные потери ценного энергоносителя, каковым является шахтный метан.
Наиболее близким аналогом, принятым в качестве прототипа, является способ подземной добычи угля, включающий подготовку выемочного участка проведением вскрывающих и подготавливающих выработок, бурение дегазационных скважин и объединение их в дегазационную сеть, предварительную дегазацию разрабатываемых угольных пластов с выдачей метана по дегазационной сети вакуумным насосом на поверхность, сжигание дегазационного метана в топке котла и добычу угля из дегазированных пластов [2].
Недостаткам прототипа является то, что зачастую работа дегазационной сети шахты с утилизацией метана в топке котла входит в противоречие с нормативными документами по дегазации угольных шахт, которые запрещают транспортирование метановоздушной смеси с концентрацией метана менее 25% [3]. Именно это происходит когда, в силу тех или иных причин производственного характера (аварийность очистных забоев и т.д.), на шахте допускаются отставания в бурении новых дегазационных скважин и подключении их в дегазационную сеть, и дебит метана снижается. При этом вакуумный насос дегазационной сети обеспечивает заданную производительность по отсосу метановоздушной смеси из шахты, в которой концентрация метана становится ниже допустимой.
При снижении концентрации метана в метановоздушной смеси ниже допустимой вакуумный насос отключают; работа дегазационной сети осуществляется в режиме самоистечения, когда только горное давление выталкивает газ на поверхность; сжигание метановоздушной смеси в топке котла прекращают. В результате метан выбрасывается в атмосферу и при этом не только теряется ценный энергоноситель, но загрязняется сама атмосфера парниковым газом. Этот недостаток снижает эффективность добычи угля подземным способом и повышает экологическую напряженность в угледобывающем регионе.
Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности добычи угля подземным способом и снижение экологической напряженности в угледобывающем регионе.
Поставленная цель достигается тем, что в способе подземной добычи угля, включающем подготовку выемочного участка проведением вскрывающих и подготавливающих выработок, бурение дегазационных скважин и объединение их в дегазационную сеть шахты, предварительную дегазацию разрабатываемых угольных пластов с выдачей метановоздушной смеси по дегазационной сети дегазационным вакуумным насосом, установленным в насосной станции, на поверхность, сжигание метановоздушной смеси в топке котла и добычу угля из дегазированных пластов, в насосной станции устанавливают дополнительный вакуумный насос, включение дегазационного и дополнительного вакуумных насосов в дегазационную сеть шахты осуществляют по параллельной схеме, а производительность дополнительного вакуумного насоса принимают многократно меньшей, чем дегазационного.
Способ поясняется схемой дегазационной сети шахты.
Способ может быть реализован следующим образом. Угольный пласт вскрывают главными стволами воздухоподающим 1 и вентиляционным 2. Выемочный участок подготавливают проведением транспортного 3 и вентиляционного 4 штреков, между которыми нарезают очистную выработку, поддерживаемую секциями механизированной крепи 5. До начала очистных работ с транспортного штрека 3 в угольный массив в направлении вентиляционного штрека 4 бурят систему дегазационных скважин 6. На поверхности шахты устанавливают насосную станцию 7, в которой монтируют вакуумный насос 8, обеспечивающие гарантированный отсос расчетного количества дегазационного метана из скважин 6, которые включают в дегазационную сеть шахты. Параллельно вакуумному насосу 8 монтируют дополнительный вакуумный насос 9, производительность которого принимают, например, в десять раз меньше, чем насоса 8. Задвижками 10 обеспечивают работу дегазационной сети с насосом 8 или 9, а задвижками 11 и 12 обеспечивают сброс дегазационного метана в атмосферу или подачу его на котельную.
Добычу угля ведут после предварительной дегазации выемочного столба. Одновременно с очистными работами продолжают бурение дегазационных скважин 6 и включение их в дегазационную сеть шахты; вместе с тем, по мере подвигания линии очистного забоя часть дегазационных скважин 6 будет выходить из эксплуатации. Примерно равное выбытие и ввод дегазационных скважин в дегазационную сеть шахты, т.е. ритмичная работа шахты, обеспечивают примерно одинаковое количество дегазационного метана, выдаваемое на поверхность вакуумным насосом 8, паспортные характеристики которого соответствуют дебиту дегазационного метана, и ритмичную работу котельной, работающей на дегазационном метане.
В случае, когда по различным причинам бурение дополнительных дегазационных скважин будет приостановлено, а из-за аварийности очистного забоя подвигание линии очистного забоя замедлится, количество метана в дегазационной сети шахты уменьшится. При этом вакуумный насос 8 будет продолжать отсос метановоздушной смеси с той же производительностью, т.е. будет присасывать большее количество шахтного воздуха через неплотности в устьях скважин. Концентрация метана в метановоздушной смеси резко снизится и может стать недопустимой для транспортирования по дегазационному газопроводу или для сжигания в топке котла.
В этом случае вакуумный насос 8 выключают; включают вакуумный насос 9, обладающий во много раз меньшей производительностью. Тогда подсос шахтного воздуха в дегазационную сеть шахты будет уменьшен, а концентрация метана будет повышена. Это позволит без снижения уровня безопасности ведения очистных работ обеспечить нормальную работу котельной по утилизации метана и выработке горячей воды, а также не допустить выбросов дегазационного метана в атмосферу. Все это свидетельствует о повышении эффективности подземной добычи угля и снижении экологической нагрузки на окружающую природную среду, а это и есть цель изобретения.
Источники информации
1. Горная энциклопедия. / Гл. ред. Е.А.Козловский. М.: Сов. Энциклопедия. Т.2, Геосферы - Кенай. 1985, с.206-207 - Дегазация (аналог).
2. Бирюков Ю.М., Садчиков В.А. Способы и технологические схемы управления газовыделением на угольных шахтах средствами вентиляции и дегазации. Калининград: Из-во ФГОУ ВПО «КГТУ», 2009, с.25 (прототип).
3. Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт (РД-15-2006). Серия 05. Вып.14./ А.Д.Рубан, B.C.Забурдяев и др. - М.: ОАО «НТЦ по безопасности в промышленности», 2007, 256 с.