Опыт снижения газообильности выемочных участков при разработке высокогазоносных угольных пластов Воркутского месторождения

ные скопления возникают, например, в периоды влияния осадок основной кровли.

На основе оценки технических решений по управлению газовыделением на выемочных участках шахт ОАО "Воркутауголь" предложено следующее.

1. Применение многоштрековой подготовки выемочных участков для обеспечения их надежной вентиляции с возможностью подачи до 5000-5500 м3/мин и более свежего воздуха на участок.

2. Применение схем изолированного отвода метана из выработанного пространства выемочного участка за счет общешахтной депрессии или с помощью газоотсасывающих вентиляторов для удаления за пределы участка до 15-25 м3/мин и более метана.

3. Совершенствование применяющихся (дегазация углемета-ноносного массива скважинами, расположенными по контуру выработанного пространства выемочного участка) и разработка новых (предварительная, комплексная дегазация) схем дегазации для отвода за пределы выемочного участка до 100-120 м3/мин и более метана.

4. Создание в итоге комплекса методов и средств газоуправления на высокометанообильном выемочном участке «вентиляция-дегазация-изолированный отвод», обеспечивающего безопасный газовый режим при метанообильности участка до 150-200 м3/мин. ЕШ

— Коротко об авторах -

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

Зуев В.А. - кандидат технических наук,

Погудин Ю.М. - кандидат технических наук,

филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт».

--© В.Н. Бобровников, В.А. Зуев,

2008

В.Н. Бобровников, В.А. Зуев

283

ОПЫТ СНИЖЕНИЯ ГАЗООБИЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ВОРКУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

А нализ схем управления газовыделением на выемочных участках при отработке угольных пластов Воркутского месторождения за 2005-2007 гг. показал, что защитный пласт «Четвертый» отрабатывается на шахтах ОАО "Воркутауголь" с применением прямоточной схемы проветривания в двух вариантах: при бесцеликовой и парной подготовках выемочного столба. По первому варианту, исходящую из лавы отводят с подсвежением по поддерживаемой за очистным забоем конвейерной выработке, а по второму варианту - по поддерживаемой за лавой дренажной выработке длиной до 100 м до ближайшей отстающей вентиляционной сбойки, с подсвежением исходящей в вентиляционной выработке.

Большинство выемочных участков подрабатываемого "Четвертым" пласта «Тройной» в 2005-2007 гг. имело прямоточную схему проветривания при повторном использовании конвейерной выработки. Однако часть лав, например, 312-с шахты "Комсомольская" работало, используя возвратноточную схему проветривания участка, при которой исходящая лавы получала подсвежение у передней вентиляционной сбойки, а далее на выходе из нее получала второе подсвежение на вентиляционном штреке 412-с пласта «Тройной» и изменяла направление движения на прежнее прямоточное.

Большая газообильность выемочных участков пласта "Четвертый", достигавшая в период наблюдений 80-85 м3/мин, осложняла очистные работы. Осложняющими факторами являлись ограниченное количество подаваемого на выемочный участок воздуха и сравнительно невысокая эффективность дегазации, не превышающая зачастую 70 %. Наряду со слоевыми скоплениями метана, возникающими в поддерживаемой за лавой выработке (лава 1312-ю пласта «Четвертый» шахты "Северная"), имело место также «выдавливание» метана в призабойное пространство из подрабатываемой углепородной толщи в периоды осадок основной кровли (лавы 612-с пласта «Четвертый», 312-с пласта «Тройной» шахты "Комсо-

284

мольская"). При этом дегазация пластов-спутников пласта «Тройной» в процессе отработки выемочного столба 312-с не осуществлялась.

В сходных по способу подготовки выемочного столба 312-с условиях отрабатывались пласты "Мощный" и "Пятый" шахты "Северная" ОАО "Воркутауголь", соответственно, ла-вами 112-з и 312-з. Отличие схемы их проветривания и управления газовыделением от применяемой на выемочном участке 612-с пласта "Четвертый" шахты "Комсомольская", с поддержанием в выработанном пространстве дренажной выработки длиной 100 м, является то, что в обоих случаях, на пластах "Мощный" и "Пятый", попытались совместить достоинства прямоточной и возвратноточной схем проветривания выемочного участка. Используя прямоточную схему проветривания с дренажным неподдерживаемым штреком для изолированного отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства, через смесительную камеру отводят до 75-80 % расхода метана, приходящегося на вентиляцию участка, при одновременном выпуске в исходящей струе лавы оставшейся доли метана по возвратноточной схеме. Коэффициент дегазации выемочных участков 112-з пласта "Мощный" и 312-з пласта "Пятый" достигает 0,90.

Основное достоинство комбинированных схем проветривания выемочных участков, как с применением дренажных штреков для изолированного отвода из выработанного пространства МВС (ме-тановоздушной смеси), так и без дренажных штреков - с отводом МВС через выработанные пространства действующих и ранее отработанных выемочных столбов, состояло в использовании поверхностных и подземных газоотсасывающих вентиляторных установок. Комбинированные схемы, нашедшие применение на шахтах Кузбасса, обеспечивали снижение газообильности выемочных участков и значительный рост нагрузок на забой (до 4000- 6000 т/сут) преимущественно без применения дегазации выработанного пространства.

Недостатком вышеуказанных комбинированных схем управления газовыделением, как элементов технологических схем очистных работ, являлось то, что они не обеспечивали в перспективе возможность дальнейшего увеличения нагрузки на забой в 3-5 раз в условиях высокогазоносных пластов, так как это увеличение основывалось только на использовании средств вентиляции путем подачи на участок до 5000-6000 м3/мин и более воздуха, что не всегда возможно. Наиболее очевидным техническим решением, с целью

285

ликвидации отме-ченного недостатка комбинированных схем управления газовыделением, является то, что, наряду с удалением метана средствами вентиляции, его необходимо удалять из выработанного пространства и средствами дегазации - путем каптирова-ния части метана, протекающего по выработанному пространству в зоне влияния неподдерживаемой газодренажной выработки, дегазационными скважинами, пробуренными в углепородную толщу из вентиляционной параллельной выработки.

Анализ достигнутых и планируемых нагрузок на очистные забои, в особенности по защитному пласту "Четвертый", показывает, что увеличение нагрузки на забой этого пласта до 3000-4000 т/сут только за счет использования средств вентиляции не представляется возможным. Обеспечение дальнейшего роста нагрузок на забои пласта "Четвертый" при сущест-венном заданном ограничении подаваемого на участок воздуха становится выполнимым только при соответствующем росте эффективности дегазации выемочного участка. Согласно полученным расчетным показателям газообильности выемочного участка (до 170-180 м3/мин), величина коэффициента дегазации должна составлять не менее 0,85-0,90 при нагрузке на забой около 4000 т/сут и заданном расходе воздуха на участке (до 2100-2500 м3/мин).

Эффективность изолированного отвода МВС из выработанного пространства обусловлена влиянием нескольких факторов, основной среди которых - длина зоны свежеобрушенных подработанных пород кровли за очистным забоем. Длина этой зоны зависит от литологического состава обрушенных пород и характеризуется максимальными утечками МВС. Согласно шахтным исследованиям, объем пустот и трещин расслоения в выработанном пространстве достигает 10 % и более от объема приходящих в сдвижение пород, а фракционный состав обрушенных пород и степень уплотнения (остаточной трещиноватости) их существенно зависят от того, являются ли породы кровли первично или вторично обрушенными (подработанными).

Согласно шахтным наблюдениям, выполненным на выемочном участке лавы 112-з пласта "Мощный", длина зоны изолированного отвода метана по неподдерживаемой дренажной выработке между забоем лавы и смесительной камерой достигала 1000 м. Пласт "Мощный" на шахте "Северная" подрабатывается защитным пластом "Пятый".

286

Следует отметить, что поскольку под неподдерживаемой выработкой для отвода метановоздушной смеси из выработанного пространства действующей лавы понимается погашаемая выработка, находящаяся в обрушенном пространстве, осуществить контроль концентрации метана по ее длине не представляется возможным. Величину концентрации метана в неподдерживаемой выработке можно определить по количеству воздуха, поступающего в неё, и газообильности выработанного пространства с учетом поступления некоторого количества газа из призабойного в выработанное пространство (с утечками).

Анализ газовентиляционных параметров для условий выемочного участка лавы 112-з пласта "Мощный" шахты "Се-верная" показывает, что максимальная величина утечек воздуха, протекающих через выработанное пространство, проявлялась в первый месяц работы лавы. Концентрация метана в неподдерживаемой выработке существенно зависит от расхода протекающего по ней воздуха. Концентрация метана в неподдерживаемой выработке в первый месяц работы лавы, т.е. при отходе от монтажной камеры, составляла 1-1,5 %, а на четвертом месяце подвигания забоя - около 8 %. Расход воздуха в неподдерживаемой выработке сократился с 680 до 130 м3/мин, а метано-обильность выработки возросла с 7,6 до 16,9 м3/мин.

Механизм управления газовыделением в условиях вторичной подработки пород кровли мощного пологого пласта "Мощный" заключается в том, что часть метана, выделившегося с поверхности забоя разрабатываемого пласта и из отбитого угля в призабойное пространство, удаляется из очистной выработки вентиляционной струей с допустимым содержанием метана на переднюю вентиляционную сбойку, а другая часть метана, сносимая из призабойного пространства в выработанное, а также выделившийся из под- и надрабатываемых пластов-спутников метан отводятся за счет общешахтной депрессии по дренажной выработке и выработанному пространству. Последнее представляет собой систему аэродинамически активных каналов, как по длине дренажной неподдерживаемой (частично поддерживаемой) выработки, так и по мощности зон растягивающих напряжений, расположенных в подрабатываемых участвующих в сдвижении породах кровли с находящимися в этих зонах дегазационными скважинами, что обеспечивает снижение газообильности выемочного участка.

287

Сходный механизм проветривания выработанного пространства и управления газовыделением при изолированном отводе метана через смесительную камеру имел место и при отработке пласта "Пятый" лавой 312-з шахты "Северная". После отхода лавы на 300 м от монтажной камеры расход воздуха в поступающей в лаву струе составлял 600 м3/мин, в очистной выработке - около 500 м3/мин (концентрация метана 0,8 %); расход воздуха, поступающего к передней сбойке и в устье неподдерживаемой дренажной выработки - соответственно, 350 и 150 м3/мин с концентрацией метана 0,8 %. Полный расход воздуха и концентрация метана в неподдерживаемой выработке составляли, соответственно, 250 м3/мин и 2,2 %, концентрация метана на выходе из смесительной камеры в вентиляционном бремсберге 42-з - 0,4 %, количество воздуха на исходящей участка - 2800 м3/мин.

Для обеспечения надежности изолированного отвода из выработанного пространства по неподдерживаемой выработке метано-воздушной смеси анкерное крепление этой выработки усиливали путем возведения вблизи целика однорядных деревянных прогонов длиной 4 м под четыре-пять стоек. Наличие дополнительной крепи в неподдерживаемой выработке, вблизи угольного целика на участке длиной до 300 м, способствовало замедлению процесса сле-живаемости обрушенных пород и обеспечивало протекание дополнительных расходов воздуха через выработанное пространство.

Способ разработки свиты высокогазоносных угольных пластов полого-наклонного залегания, обеспечивающий снижение газообильности выемочного участка при его комбинированной схеме проветривания, может применяться на шахтах ОАО "Воркута-уголь" при основных условиях, согласно которым:

- метанообильности выработанного пространства очистных забоев, при применении изолированного отвода метана по частично поддерживаемым или неподдерживаемым газодренажным выработкам и дегазации пластов-спутников (выработанного пространства), должно соответствовать расчетное количество воздуха по условию допустимой ПБ концентрации метана в исходящей вентиляционной струе участка;

- величина коэффициента дегазации в условиях ограничения подаваемого на выемочный участок воздуха (до 2100-2500 м3/мин) при планировании нагрузок на забой до 3500-4000 т/сут на пласте "Четвертый", до 3000-3500 т/сут на пласте "Пятый", до 8000-10000

288

т/сут и более на пластах "Мощный" и "Тройной" должна быть доведена до уровня 0,85-0,90;

- наряду с применением предварительной пластовой дегазации, может использоваться также система мероприятий по газовому дренажу выработанного пространства путем отсоса метана из-за перемычек как с помощью вакуумно-насосных станций, так и общешахтной депрессии;

- длинные выемочные столбы, оконтуриваемые спаренными выработками, должны отрабатываться в обратном порядке;

- расстояние между вентиляционными сбойками при изолированном отводе метана из выработанного пространства, в зависимости от первичности или вторичности подработки (обрушения) пород кровли и величины коэффициента дегазации выемочного участка, может достигать 500-1000 м, этот параметр должен обосновываться с учетом конкретных условий и наработки шахтных данных и согласовываться с контролирующими и ведомственными организациями;

- схема проветривания выемочного участка, в период работы очистного забоя до первичного обрушения основной кровли, должна быть прямоточной с подсвежением исходящей из лавы вентиляционной струи при наличии поддерживаемой в выработанном пространстве газодренажной выработки, гггттз

— Коротко об авторах -

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

Зуев В.А. - кандидат технических наук,

Погудин Ю.М. - кандидат технических наук,

филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт»

^ © В.Н. Королева, Ю.1. Анпилогов,

2008

В.Н. Королева, Ю.Г. Анпилогов

ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНЫХ РАБОТ НА БАЗЕ ЗАБЛАГОВРЕМЕННОЙ ДЕГАЗАЦИИ

289