СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ПОДГОТОВКЕ И ВЫЕМКЕ ВЫСОКОГАЗОНОСНЫХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
COMPLEX GAS EMISSION CONTROL METHOD USED WHEN PREPARING AND EXTRACTING HIGH GAS-BEARING COAL BEDS

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к отработке угольных пластов подземным способом, и может быть использовано для проветривания и управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных пластов угля, преимущественно длинными столбами по простиранию.
Известен способ проветривания очистного забоя при отработке газоносных пожароопасных пластов угля длинными столбами по простиранию с выемкой межлавного целика, включающий подачу свежего воздуха по конвейерному штреку и отвод части исходящей струи через выработанное пространство смежного столба и по поддерживаемым выработкам (патент РФ №2180400, кл. Е21F 1/00, опубликован 10.03.2002 г., Б. №7). Сущность известного способа заключается в том, что по целику между вентиляционным штреком отрабатываемого выемочного столба и неподдерживаемым конвейерным штреком смежного отработанного столба в период подготовки или отработки проводят дополнительный вентиляционный штрек и соединяют его сбойками с указанными выработками, причем часть исходящей струи, отводимой через выработанное пространство смежного столба, направляют впереди очистного забоя из выработанного пространства через сбойки в дополнительный вентиляционный штрек. Оставшуюся часть исходящей струи в зависимости от конкретных условий и схем подготовки выемочного участка распределяют по системе поддерживаемых вентиляционных выработок.
Недостатками известного способа являются:
- сложность проветривания забоев при проведении подготовительных выработок;
- отвод части исходящей струи через выработанное пространство смежного столба увеличивает утечки воздуха через него, повышает пожароопасность и нарушает устойчивость режима проветривания участка;
- для управления газовыделением требуется проведение большого количества подготовительных выработок.
Частично указанные недостатки устранены в способе разработки горизонтальных и пологих пластов полезных ископаемых по авторскому свидетельству №1834976 (кл. Е21С 41/18, опубликовано в 1993 г., Б. №30). Сущность известного способа заключается в том, что подготовку выемочного столба осуществляют вентиляционным и конвейерным штреками, а впереди очистного забоя их соединяют разрезными выработками, из которых навстречу очистному забою бурят скважины. Свежую струю для проветривания очистного забоя подают по конвейерному штреку, а исходящую отводят по скважинам и вентиляционному штреку.
Существенными недостатками известного способа являются:
- ограниченные возможности подачи к очистному забою свежего воздуха, что снижает возможность использования данной схемы при отработке газоносных пластов;
- сложность проведения одиночных подготовительных выработок, особенно большой протяженности;
- высокая газовая нагрузка на вентиляционный штрек, по которому, в итоге, отводят всю исходящую из очистного забоя струю.
Предложен способ комплексного управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных угольных пластов, включающий проведение подготовительных выработок, подачу по ним в очистной забой свежего воздуха и отвод части исходящей струи и бурение вентиляционных скважин параллельно указанным выработкам.
Отличием предложенного способа является то, что скважины бурят при проходке подготовительных выработок, при этом скважины бурят большого диаметра и размещают их в выемочном столбе рядом с конвейерным и по обе стороны вентиляционного штреков с оставлением у штреков целиков шириной 2-3 м, подключают их к вентиляционной системе и при выемке угля свежий воздух подают по конвейерному штреку и скважинам, находящимся между штреками в вынимаемом столбе, а исходящую струю отводят по вентиляционному штреку и скважине, находящейся в межлавном целике. Указанные скважины могут быть использованы для проветривания конвейерного и вентиляционного штреков при их проходке.
Отличием является также то, что скважины могут быть закреплены, например, углепластом и они могут быть использованы в качестве запасных выходов.
3
Анализ сложившейся на угольных предприятиях ситуации показал, что невозможно достижение производительности в 8000 т/сутки, а в отдельных случаях и 2000 т/сутки при действующих на выемочных участках, отрабатывающих газоносные угольные пласты, системах управления газовыделением. Требуется увеличение и эффективное разделение вентиляционных потоков для подачи в забои свежего воздуха и выдачи исходящей струи с выделившимся газом. Выполнить данное требование за счет увеличения количества подготовительных выработок экономически нецелесообразно и технически трудно осуществимо. Эффективность предложенного способа управления газовыделением средствами вентиляции достигается подбором соответствующих характеристик вентиляционных установок для конкретного выемочного поля и не требует реконструкции вентиляционной сети шахты в целом. При этом следует учесть, что скорость вентиляционных струй по скважинам не ограничивается, поэтому количество дополнительного воздуха для достижения эффективного управления газовыделением на участке может составлять более 1000 м/мин.
Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где приведен пример осуществления способа комплексного управления газовыделением на выемочном участке.
Подготовку выемочных столбов 1 и 2 осуществляют с использованием путевого 3, вентиляционного 4 и конвейерного 5 уклонов, а также фланговых уклонов 6. Для каждого выемочного столба проходят подготовительные выработки - вентиляционный штрек 7 и конвейерный штрек 8. Проведение каждого штрека и уклона сопровождается бурением скважин большого диаметра (1,0÷1,5 м) параллельно указанным выработкам и на расстоянии 2-3 м от них. Рядом с конвейерным штреком 8 по подготавливаемому выемочному столбу бурят скважину 9, которую в период проходки через 50 м сбивают сбойками 10 с конвейерным штреком. Рядом с вентиляционным штреком 7 бурят скважины 11 и 12, причем скважину 11 размещают в подготавливаемом выемочном столбе, а скважину 12 - в межлавном целике 13. Бурение скважин осуществляют с помощью, например, буросбоечных машин (СБМ), для чего из проводимых штреков через 150-200 м проходят сбойки 14, размещают СБМ и бурят очередной участок скважины. Бурение скважин и проветривание забоев всех подготовительных выработок выполняют по одной схеме. Для подачи в скважины 9, 11, 12 свежего воздуха бурят воздухоподающую скважину 15 и соединяют ее с установленным на поверхности вентилятором 16. При проведении выработок 7 и 8 свежий воздух от вентилятора 16 по воздухоподающей скважине 15 подают в скважины 9, 11, 12, из которых с помощью вентиляторов местного проветривания 17, устанавливаемых в сбойках 10, направляют по вентиляционным трубам 18 в тупиковую часть проводимых выработок. Исходящие струи по этим выработкам отводят в вентиляционный уклон 4. При необходимости в скважинах может быть установлена крепь из, например, облегченных углепластовых тюбингов, пакетов цилиндрической или арочной формы и т.д. Технология крепления углепластом известна и довольно широко применяется в Кузбассе при креплении углеспускных скважин. Любая из скважин при проведении подготовительных выработок может быть оборудована и использоваться как запасной выход.
При необходимости проведения пластовой дегазации выемочного столба веера дегазационных скважин 19 бурят из сбоек между скважиной большого диаметра 9 и конвейерным штреком 8, причем пластовую дегазацию осуществляют как в процессе подготовки так и при очистных работах. Перед выемкой подготовленного столба скважину 12, пробуренную по межлавному целику 13, изолируют от скважины 15, по которой подают свежий воздух, и соединяют с вентиляционным уклоном 4. При необходимости на сопряжении скважины 12 и уклона 4 устанавливают всасывающую вентиляционную установку. В период выемки угля свежий воздух в очистной забой подают из конвейерного уклона 5 по конвейерному штреку 8 и по скважинам 9, 11 из воздухоподающей скважины 15. При этом скважина 11 создает вентиляционное давление, затрудняющее возврат потоков метановоздушной смеси из выработанного пространства в очистной забой и тем самым повышающее эффективность работы газоотводящей скважины 12. Исходящую струю из очистного забоя отводят в вентиляционный уклон 4 по вентиляционному штреку 7, а из выработанного пространства по скважине 12, которая выполняет роль газодренажной выработки. Связь скважины 12 с выработанным пространством осуществляется не только за счет сбоек, но и в результате разрушения опорным горным давлением целика угля размером 2-3 м между скважиной и погашаемым вентиляционным штреком 7. При увеличении размера целика его разрушение может на произойти.
Предложенный способ управления газовыделением позволяет снизить трудоемкость проведения подготовительных выработок, т.к. проветривание их осуществляют с использованием вентиляционных скважин, т.е. не требуется одновременного проведения спаренных выработок или использования вентиляционных трубопроводов большой длины с высоконапорными вентиляторами большой производительности.
При ведении очистных работ предлагаемая схема позволяет подать в забой требуемое количество свежего воздуха, используя вентиляционные скважины, оттеснить метановоздушную смесь от очистного забоя в выработанное пространство и направить часть ее в газодренажную скважину. Следует отметить, что по сравнению с другими способами отвод данной части исходящей струи производят по скважине, находящейся в межлавном целике, что повышает эффективность и надежность управления газовыделением.