Анализ возможностей управления газовыделением при отработке угольных пластов Воркутского месторождения

TECHNOLOGIES OF VENTILATING MINES M.J. Liskova

Technologies of ventilating underground mining enterprises with using underground ventilators, which allowing getting solutions a lot of problems by ventilation of mines were considered. Ejectors were used for redistributing air flows between different mining workings too.

Key words: mining ventilation, underground ventilator, ejector, mine, coefficient of

ejection.

Liskova Maria Jurevna, candidate of technical sciences, docent, mary. 18.02@mail.ru , Russia, Perm, Perm National Research University

УДК 622.817.4

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ВОРКУТСКОГО

МЕСТОРОЖДЕНИЯ

М.С. Кислицын, В.В. Ярошенко

Рассмотрена история развития способов управления газовыделением на шахтах Воркуты. Отмечена определяющая роль дегазации в обеспечении безопасности горных работ по газовому фактору. Показано, что основным резервом повышения эффективности дегазации является вовлечение в этот процесс нижних спутников пласта «Четвертый». Даны рекомендации по перспективному развитию дегазации на угольных шахтах Воркутского месторождения.

Ключевые слова: угольный пласт, подземная разработка, метанообильность, управление газовыделением, дегазация.

Методами и средствами борьбы с газовыделением в угольных шахтах являются проветривание горных выработок, дегазация и отвод метано-воздушной смеси. Проблема снятия ограничений нагрузки на очистной забой по газовому фактору на угольных шахтах России остается до сих пор острой. Важность и сложность решения данной проблемы, в первую очередь, связаны с ежегодным увеличением глубины ведения горных работ, которые обусловлены ухудшением горно-геологических условий. Эффективность методов управления газовыделением на выемочных участках при отработке высокогазоносных пластов во многом определяет конкурентоспособность угольной шахты в современных условиях.

Воркутское месторождение расположено в северо-восточной части Воркутского угленосного района в среднем течении р. Воркуты. Месторождение имеет форму мульды с длинной осью, ориентированной в направлении с северо-востока на юго-запад. По контуру мульды расположены поля шахт «Северная», «Южная», «Аяч-Яга», «Октябрьская», «Заполярная», «Юр-Шор», «Центральная», «Промышленная», «Воркутинская», «Комсомольская», из которых в настоящее время работают лишь четыре: «Северная», «Заполярная», «Воркутинская» и «Комсомольская».

По итогам 2013 г. добыча угля увеличилась на 1,5 % против уровня 2012 г. и составила 13,9 млн т. По программе развития угольной промышленности к 2030 г. ожидается увеличение добычи угля в Печорском бассейне с 13,9 до 21 млн т. Для создания условий увеличения угледобычи в 1,5 раза нужно решить проблемы управления газовыделением на шахтах Воркуты.

История применения высокоэффективных способов управления ме-тановыделением на шахтах Воркутского месторождения начинается в 50-х годах 20 века. Высокое газовыделение на выемочных участках по пластам «Первому», «Двойному» и «Тройному» стало главным сдерживающим фактором в увеличении угледобычи, поэтому в 1956 г. на шахте № 40 (сейчас поле шахты «Воркутинская») была запущена опытная установка по отсосу метана из выработанного пространства через скважины в лаве по пласту «Первому». Первые дегазационные установки показали высокую эффективность. Метановыделение в очистном забое снизилось до 40 %, а добыча угля возросла на 25.. .30 % .

В своих трудах Бобровников В.Н. и другие [1] выделяют три этапа развития дегазации на шахтах Воркуты. Первый период характерен отработкой пластов длинными столбами, разделенными целиками угля. В этот период начали развиваться дегазация сближенных пластов-спутников и дегазация разрабатываемого пласта. Эффективность дегазации по выемочному участку достигала 50.70 %.

Второй этап характеризуется внедрением бесцеликовой технологии подготовки выемочных участков угольных пластов с поддержанием конвейерной выработки за лавой. В этот период эффективность дегазации подрабатываемых пластов была доведена до 80. 90 %.

Третий период развития дегазации для шахт Воркутского месторождения связан с переходом к многоштрековой подготовке выемочных столбов [2].

Наибольшая метанообильность выемочных участков отмечается при отработке пласта «Четвертый». Абсолютная метанообильность достигает 80.100 м 3/мин, а относительная - 70.80 м 3/т при нагрузке на очи-

стной забой до 3000 т/сут. Коэффициент эффективности дегазации на выемочном участке составляет 0,70...0,80 и более. При отработке пласта «Четвертый» дегазационные скважины на надрабатываемые пласты-спутники обычно не бурят, но для некоторых участков коэффициент эффективности дегазации нижних пластов составляет не более 0,3. При бурении нисходящих скважин для дегазации надрабатываемых пластов нисходящие дегазационные скважины заполняются водой, что препятствует процессу газовыделения [3].

Дегазация пластов-спутников на шахтах Воркутского месторождения осуществлялась из фланговых выработок и бремсбергов (уклонов) путем бурения дегазационных скважин в направлении выработанного пространства. Такая схема расположения скважин называлась «схемой фланговой дегазации». В дальнейшем с увеличением длины выемочных столбов и нагрузки на очистной забой эффективность фланговой дегазации снижалась. В настоящее время в условиях отработки пласта «Четвертый» дегазация осуществляется по контуру выработанного пространства, эффективность дегазации подрабатываемых пластов-спутников достигает 90 %, для надрабатываемых пластов дегазация не применяется.

Решением проблемы дегазации нижних спутников занимались институты «Печорниипроект», Национальный научный центр горного производства - ИГД им. А.А. Скочинского и другие. Анализ патентной базы по дегазации нижних спутников газоносных пластов позволяет выделить несколько направлений повышения эффективности дегазации:

- бурение скважин в породы почвы пласта навстречу очистному забою вне зоны опорного давления в направлении зоны разгрузки, обсадку, цементацию и герметизацию скважин подключение их к вакуумной сети;

- введение энерговыделяющей системы в дегазационные скважины с инициатором термораспада и жидкую пробку: нагнетение энерговыделяющей системы в трещины угленосной толщи, создание в скважинах давления не менее 12 МПа и инициация энерговыделяющей системы, которая разрушает породу и уголь, после чего подключение обработанных скважин к дегазационному (рис. 1);

- бурение газоотсасывающих скважин из выработки первого выемочного столба в углепородный массив подрабатываемых и надрабаты-ваемых угольных пластов, динамическое воздействие на углепородный массив, герметизацию скважин, подключение их к магистральному газопроводу, отсос газа.

Применяемая на шахтах Кузнецкого бассейна комплексная дегазация подрабатываемых пластов и выработанного пространства скважинами, пробуренными с земной поверхности, вблизи очистных работ обладает

следующими преимуществами - требуется лишь ограниченная инфраструктура для установок; могут быть снижены общие капитальные и эксплуатационные расходы [4]. Но извлечение метановоздушной смеси из глубоких горизонтов шахт через скважины, пробуренные с поверхности, малоэффективно по следующим основным причинам:

- ввиду специфики концентрации метана в горном массиве и угольных пластах в сорбированном состоянии основное выделение метана происходит в процессе разрушения угольного пласта и растрескивания вмещающих пород;

- бурение глубоких дегазационных скважин с поверхности имеет высокую стоимость и проблематично с выдерживанием проектной траектории скважины (возможны значительные отклонения, непосредственно связанные с конкретными геологическими условиями залегания

пород) [5].

Щ

Рис. 1. Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи: 1 - горная выработка; 2 - почва угленосной толщи;3 - дегазационная скважина; 4 - обсадная труба; 5 - бетонная рубашка; 6 - устье скважины; 7 - энерговыделяющая система; 8 - инициатор термораспада; 9 - шахтная вода; 10 - буровая установка

Так, на шахтах Хуайнань (Китайская народная республика) была применена схема дегазации надрабатываемых пластов-спутников из дренажной выработки, пройденной по породе ниже самих пластов на 10. 20 метров (рис. 2).

Из дегазационной выработки была пробурена сеть восстающих

23

скважин. Результаты применения такого способа показали увеличение коэффициента эффективности дегазации, а также уменьшение риска выбро-соопасностп пласта [6].

Рис. 2. Способ дегазации надрабатываемой угленосной толщи

на шахтах Хуайнань

Актуальным направлением для увеличения нагрузки на очистной забой и метанобезопасности шахт Воркуты на сегодняшний день является выбор технологических параметров по увеличению коэффициента эффективности дегазации надрабатываемых пластов. Перспективным направлением решения задачи является переход от дегазации нисходящими скважинами к бурению скважин восходящих или горизонтальных. Для осуществления данного решения необходимо проведение дополнительных выработок по нижним пластам-спутникам или по горной породе в зависимости от горно-геологических условий. По предварительным оценкам данный метод позволит увеличить коэффициент эффективности дегазации нижних спутников до 0,7 и повысить нагрузку на очистной забой до 30 %.

Список литературы

1. Бобровников В.Н., Коршунов Г.И., Суфияров А.М. О развитии вентиляции и дегазации на шахтах Воркуты // Труды 11-й Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения », 11-12 апреля 2013 г. / Воркутинский горный институт (филиал) Национального минерально-сырьевого университета «Горный». 2013. С. 271-274.

2. Бобровников В.Н., Зуев В. А. Опыт снижения газообильности выемочных участков при разработке высокогазоносных угольных пластов Воркутского месторождения. // ГИАБ. 2008. Отдельный вып. 6 «Безопасность». C.284-289.

3. Бобровников В.Н., Казанин О.И. Характер формирования газовго режима выемочных участков глубоких горизонтов шахт Воркуты // Труды 10-й Международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения », 11-13 апреля 2012 г. / Воркутинский горный институт (филиал) Национального минерально-сырьевого университета «Горный». 2012. С. 222-225.

4. Смирнов О.В., Бакхаус К. Децентрализация дегазации метана поверхностными скважинами на шахтах ОАО «СУЭК» // Уголь. 2014. № 7. С.36-38 с.

5. Левчинский Г.С. Повышение эффективности дегазации на глубоких шахтах // Уголь. 2014. № 7. С. 36-38с.

6. Yuanping Cheng, Qixiang Yu, Hongchun Xia. Technical methods of safe high-efficient exploitation of coal and gas together in high-gas coal seams in China // Third International Methane & Nitrous Oxide Mitigation Conference, 17-21 November 2003. Beijing, China. 2003. Pp. 113 - 123.

Кислицын Максим Сергеевич, асп., kuslusinmak@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»,

Ярошенко Валерий Валерьевич, valera2011yaroshenko@ mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Национальный минерально-сырьевой университет ««Горный»

ANALYZING POSSIBILITIES OF GAS EMISSION CONTROL DURING COAL SEAMS MINING OF VORKUTSKOYE DEPOSIT

M.S. Kislitsyn, V.V. Yaroshenko

The history of the methane emission control methods development for the Vorkuta coal mines is given. The main role of degasification to provide the safety of mining operations according to gas factor is noted. It is shown that the main reserve to increase the efficiency of degasification is to involve into degasification process the coal seams which underlined the seam "Tchetverty". Recommendations for the future degasification development at Vorkuta coal mines are given.

Key words: coal seam, underground mining, methane emission rate, methane emission control, degasification.

Kislitsyn Maxim Sergeevich, postgraduate, kiisliisinmakayandex.ru, Russia S.Petersburg, National Mineral-Row Materials University "Gorniy",

Yaroshenko Valeriy Valerievich, valera2011yaroshenko@ mail.ru, Russia S.Petersburg, National Mineral-Row Materials University "Gorniy"