Совершенствование технологических схем выемочных участков при разработке высокогазоносных угольных пластов на больших глубинах

УДК 622.273

А.В.МОНТИКОВ, А.П.ГОСПОДАРИКОВ

Санкт-Петербургский государственный горный институт

Б.В.БОКИЙ

начальник ВТБ шахты Засядько, Донецк

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

Отработка пластов современными угольными шахтами ведется на больших глубинах, характеризующихся высокой природной газоносностью массива, что повышает интенсивность газовыделения при высоких скоростях подвигания очистных забоев.

Дан краткий обзор опыта работы угольных шахт на больших глубинах. Предложены основные направления совершенствования технологических схем выемочных участков.

Coal recovery in modern coalmines is carried out at great depths characterized with a high level of natural seam gas content. In such conditions, higher rates of working face advance lead to a rise in gas release intensity.

The paper gives a brief review of experience in coalmine operation at great depths. Basic ways to improve working area development plans are suggested.

Увеличение глубины разработки и интенсификация добычных работ на шахтах Донбасса обострили проблему обеспечения безопасности и показали настоятельную необходимость разработки новых научно обоснованных принципов подхода к организации выбора новых технологических схем выемочных участков.

Анализ отечественного и зарубежного опыта работы угольных шахт на больших глубинах показал, что дегазация угольных пластов и вмещающих пород, обеспечивающая безопасные условия ведения горных пород, является неотъемлемой частью процесса добычи газоносных углей. Она применяется на шахтах Донбасса, Воркуты и Кузбасса, разрабатывающих высокогазоносные угольные пласты. Известно, что при работе лавы газ выделяется из разрабатываемого угольного пласта, из пород кровли и почвы, а также поступает в горные выработки из выработанного пространства шахты. Существующие способы дегазации базируются на бурении скважин с поверхности земли, по угольному пласту, в породы

кровли и почвы, а также на использовании газопроводящих перфорированных труб в выработанном пространстве с последующим подключением их к вакуумным насосам для откачки метана.

Результаты изучения геомеханических процессов, протекающих в шахтах при проведении очистных и подготовительных работ, показывают возможность их использования для определения параметров формирующихся зон дренирования газа в породах кровли и почвы разрабатываемого угольного пласта, оценки ресурсов газа в этих зонах и выбора методов и средств его извлечения. Принципиально важным является вопрос о дегазации конкретных геодинамических зон, формирующихся над и под разрабатываемым угольным пластом.

Обычно на шахтах, разрабатывающих газоносные пласты на больших глубинах, применяется столбовая система разработки с обратной отработкой очистных забоев по простиранию, падению или восстанию. В процессе доработки столба формируется угольный целик, оконтуренный или защем-

' КХУ WO/

- ♦ ♦ ♦ \ХХ ♦ V

^ Е ZL{ ♦ ♦ V

; ♦ ♦ "T/^lTl

nS: * ♦

------

wwwwwwwwwwwwwv

Рис. 1. Прямоточная схема проветривания с подсвежением исходящей струи и изоляцией выработанного пространства стабильной пеной

ленный с трех сторон и концентрирующий повышенное горное давление. При достижении критических размеров такого целика происходит потеря устойчивости вмещающего угольного массива, в результате чего возникает резкое увеличение газовыделения по плоскостям разлома. Скачкообразное увеличение выделения метана и его неравномерность может нарушить устойчивость вентиляции на выемочном участке и привести к аварийной ситуации.

Для снижения газообильности выработок применяется дегазация подрабатываемого массива через скважины, пробуренные из горных выработок и с поверхности. Однако такая дегазация зачастую дает отрицательный эффект, так как при столбовых системах разработки пластов невозможно поддерживать в исправном состоянии участковый трубопровод, а поверхностные дегазационные скважины заполняются водой из водоносных горизонтов, которые выдавливают каптированный скважиной газ в выработанное пространство лавы.

Рекомендованные МакНИИ для применения прямоточные схемы нисходящего проветривания с подсвежением (СПОРВ) характеризуются большими утечками через выработанное пространство.

На больших глубинах отчетливо проявляются недостатки прямоточных схем проветривания с подсвежением исходящей струи и дегазацией.

При протяженности выемочного поля более 600 м применение таких схем не обеспечивает подачу в очистной забой необходимого количества воздуха из-за

134 -

ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.

уменьшения сечения воздухоотводящей выработки. Кроме того, через выработанное пространство возможны большие утечки воздуха, которые приводят к выносу тепла и метана в воздухоотводящую выработку, что ведет к повышению концентрации газа и температуры в очистном забое и воздухоот-водящей выработке.

В связи с этим авторами предлагается совершенствование технологических схем и схем проветривания, позволяющее исключить или уменьшить влияние этих недостатков. Так, при прямоточной схеме проветривания с подсвежением исходящей струи предлагается* в выработанное пространство за механизированную крепь периодически подавать стабильную пену с интервалом, кратным шагу обрушения основной кровли (рис.1.). Это позволит управлять утечками воздуха в выработанном пространстве путем смещения их к призабойному пространству за пределы зоны высоких концентраций метана и снижения его содержания в утечках, поступающих в воздухоотводящую выработку. Кроме того, для охраны конвейерного штрека предлагается возведение охранной литой полосы. Полоса должна возводиться с технологическим минимальным отставанием от очистного забоя и практически сразу же оказывать нарастающий отпор интенсивно оседающим породам кровли в районе сопряжения лавы со штреком.

В тех же случаях, когда прямоточные схемы проветривания не позволяют эффективно проветривать рабочее пространство лав и не создают условий для изолированного газоотвода, было принято решение применить возвратноточную схему проветривания с отводом «вредностей» на фланг по неподдерживаемым выработкам**.

Так в условиях 8-й восточной лавы шахты Засядько данное решение привело к резкому, на порядок, снижению концентра-

* Патент № 2203425. Способ предотвращения взрывов газа в выработанном пространстве очистных забоев угольных шахт / Ю.В.Шувалов, А.В.Монтиков, И.А.Павлов. Б.И. № 12. 2003.

** Ефремов И.А. О целесообразности применения схем прямоточного проветривания / И.А.Ефремов, Б.В.Бойкий, Г.С.Ирисов // Уголь Украины. № 1. 2000. С.34-37.

ции метана в исходящей струе лавы, резкому увеличению скорости воздуха по сечению лавы и заметному снижению температуры в лаве.

Таким образом, изменение прямоточной схемы проветривания на возвратноточ-ную позволило без расходов на дегазацию резко повысить допустимую по газу нагрузку на лаву и увеличить поток воздуха через лаву, снизив за счет этого его температуру.

После изменения схемы проветривания, когда основная часть исходящей струи была направлена к центру шахтного поля, возникла новая схема, включающая элементы как возвратноточной, так и прямоточной схем (рис.2). В возвратноточный поток поступает бЦльшая часть воздуха и меньшая часть выделяющегося на участке метана, а в прямоточный - наоборот, бЦльшая часть метана и меньшая часть воздуха (до 200 м3/мин). Это позволило повысить концентрацию метана в погашаемой части вентиляционного штрека и путем изолированного газоотвода снизить на 30-35 м3/мин газообильность выработок участка.

Другим положительным эффектом от изменения схемы проветривания явилась подача свежего воздуха к месту подрывки нижнего (конвейерного) штрека для использования его в качестве вентиляционного для 11 -го этажа. Кроме того, свежий воздух был подан ко всасу ВМП, при помощи которого проветривалась проходка фланговой вентиляционной выработки.

Еще одним положительным эффектом явился отвод части газа по неподдерживаемому участку вентиляционного штрека к флан-

' QуT = 300-500 \ QуT = 200-250

Рис.2. Наиболее рациональная схема проветривания добычного участка пласта ^ на восточном крыле

1 - 10-й восточный вентиляционный штрек пласта 1ь

2 - труба газоотвода к ПВНС; 3 - глухая перемычка; 4 - направление давления СН4; 5 - 10-й восточный

конвейерный штрек пласта ^

говой наклонной выработке (10-15 м3/мин), где этот газ разбавлялся потоком воздуха, поднимающегося по нижнему этажу к верху от подготовительного забоя.

Снижение газообильности участка с 40-50 до 10-17 м3/мин позволило решить проблему борьбы с высокой концентрацией метана в поддерживаемой части вентиляционного штрека, а увеличение количества подаваемого воздуха - проблему борьбы с метаном на выходе из лавы и значительно увеличить охлаждающий эффект, в основном, за счет повышения скорости струи на выходе из лавы. Кроме того, увеличение количества воздуха на выходе из лавы привело к снижению его температуры в выработках.