Управление газовыделением при отработке пласта «Тройной» на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркутауголь»

В.А. Зуев, В.Н. Бобровников, Ю.А. Горин, К.В. Быстров, Л.Ю. Самаров

УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПЛАСТА «ТРОЙНОЙ» НА ШАХТЕ «КОМСОМОЛЬСКАЯ.» ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ»

~П 2004-2006 гг. на шахте «Комсомольская» ОАО «Воркута-

-L9 уголь» отрабатывали выемочный столб 312-с пласта «Тройной», подготовленный спаренными штреками 312-с и 412-с, разделенными целиком угля шириной 8 м. С целью выявления характера и особенностей газовыделения из углепородной толщи в процессе отработки пласта «Тройной» филиал СПГГИ (ТУ) «Вор-кутинский горный институт» и ОАО "Воркутауголь" проводили шахтные исследования. В процессе исследований устанавливали: наличие ограничивающих нагрузку на забой факторов, характер и величину утечек воздуха через изолирующие перемычки, а также длину участка изолированного отвода метановоздушной смеси между лавой и смесительной камерой, длину участка максимальной разгрузки или газовыделения углепородной толщи в выработанном пространстве выше пласта «Тройной». Утечки через изолирующие перемычки определяли по известной методике по разности количества воздуха, протекающего по вентиляционному штреку между конечным и начальным участками по ходу вентиляционной струи.

Пласт «Тройной» мощностью 2,1-2,3 м отрабатывали на глубине 960 м. Система разработки -длинные столбы по простиранию. Угол падения пласта по простиранию и падению - соответственно, 0-2 и 3о-4о. Мощность непосредственной кровли, представленной аргиллитами и алевролитами (осж = 30-60 МПа), составляла 7,4 м. Основная кровля - песчаник (осж = 60-90 МПа) толщиной 6,5 м, выше которого залегает углепородный массив общей мощностью до 300 м, включающий до 18 угольных пропластков-спутников. Непосредственная почва-аргиллит толщиной 3,5 м (осж = 45-60 МПа).

Лава 312-с длиной 250 м оборудована механизированным комплексом 2КМ800В (комбайн 4LS-5 с шириной захвата 0,8 м фирмы JOY, крепь М-800В, конвейер «Анжера-34», дробилка ДУ-910). Уголь из лавы транспортировали от лавы посредством пере-

284

гружателя ПСП-308, а затем штрековым ленточным конвейером 3 ЛТ-120.

Выемочные штреки 312-с и 412-с пласта «Тройной», а также вентиляционные сбойки, пройденные между ними через каждые 100 м, закреплены арочной крепью КМП-А3 с расстоянием между рамами 1 м. Поперечное сечение выемочных штреков на поступающей, подсвежающих и воздухоотводящей вентиляционных струях составляло, соответственно, 10, 12,8 и 5,7-8,0 м2. Схема проветривания выемочного участка - возвратноточная с изолированным отводом метановоздушной смеси из выработанного пространства по неподдерживаемой части конвейерного штрека 312-с пласта «Тройной». Исходящую воздушную струю из лавы выдавали на массив угля, на переднюю вентиляционную сбойку. Изолированный отвод метановоздушной смеси осуществляли с помощью смесительной камеры, оборудованной вблизи монтажной камеры. Смесительная камера была выполнена в виде изолирующей перемычки с окном, сооруженной в конвейерном штреке 312-с, с возможностью подсвежения метановоздушной смеси через первую вентиляционную сбойку, соединяющую конвейерный 312-с и вентиляционный 412-с штреки пласта «Тройной».

Замеры газовентиляционных параметров выполняли как в ремонтные, так и в добычные смены. Нагрузка на забой в период наблюдений колебалась в диапазоне 4165-5880 т/сут.

Обработка результатов наблюдений показала, что количество воздуха, поступающего в лаву по вентиляционному штреку 312-с, изменялось от 750 до 1340 м3/мин, составляя в среднем 942 м3/мин, что на 13 % превышало расчетное. Количество воздуха на исходящей участка составляло в среднем 527 м3/мин, а средняя величина утечек воздуха, протекающих через выработанное пространство и определяемых как разность между поступающим на участок и исходящим с участка количеством воздуха, равна 415 м3/мин (44 %). С учетом подсвежения исходящей выемочного участка по воздухо-подающим штрекам 312-с и 412-с пласта «Тройной» количество воздуха,

285

5300

4800

4300

3800

3,1 А ' 5057 12,9

> \ 12 3 2,426 ^

\ 4 4167 Т ' '4038 Т 4^29 402 2 4' 9 1 )10 401Ь 1,9' 1 1,9 | 4010 1

IV

VII

IX

3 3

2,8 2

2,6 ^ 2,4 ¡5

2,2 §

2 х 1,8 ^

ч Месяцы 2006 г.

Рис.

Влияние нагрузки на забой (1) на дебит метана (2) в исходящей выемочного участка

II

V

2

протекающего за пределами выемочного участка по вентиляционному штреку 412-с пласта «Тройной», в районе фланговой вентиляционной сбойки, составляло в среднем 1076 м3/мин, а концентрация метана в исходящей участка - 0,44 %.

На рисунке представлен характер влияния нагрузки на забой (1) на дебит метана (2) в исходящей вентиляционной струе выемочного участка по мере подвигания лавы 312-с в период с января по сентябрь 2006 г. Как видно из графиков, дебит метана зависит от величины нагрузки на забой, а на участке протяженностью до 600 м, примыкающем к монтажной камере и представляющем первую половину выемочного столба, абсолютная газообильность выемочного участка 1уч составляла в среднем 2,7 м3/мин. Через смесительную камеру в этот период отводили 5,2 - 12,2 м3/мин метана. При этом максимальное количество отводимого метана не превышало расчетную величину.

В процессе отработки второй половины выемочного столба 312-с пласта «Тройной», согласно анализу результатов наблюдений, утечки воздуха, отводимые через смесительную камеру, уменьшились до 50-60 м3/мин, а расход метана в них - до 1,0-1,2 м3/мин. Снижение содержания метана в утечках через смесительную камеру стало прослеживаться после отхода лавы от монтажной камеры на 600-700 м, то есть с февраля 2006 г. Забой лавы 312-с пласта «Тройной» находился в этот период в 200 м по восстанию выше верхней границы выемочного столба 612-с пласта «Четвертый», а лава 612-с пласта «Четвертый», находясь в 300 м от монтажной камеры в этом же блоке, отставала от лавы 312-с пласта «Тройной» на 290-300 м.

286

Фиксируемое по мере подвигания лавы 312-с уменьшение расхода метана через смесительную камеру можно объяснить влиянием слеживаемости и уплотнения обрушаемых в выработанном пространстве пород. Суммарная величина утечек метановоздушной смеси в этот период через ближайшие от лавы, со стороны выработанного пространства, изолирующие перемычки составляла 90-130 м3/мин, а на нижнем сопряжении лавы, в направлении тупиковой погашаемой части конвейерного штрека 312-с, - 80-90 м3/мин.

В отдельные сутки, когда нагрузка на забой достигала максимальных величин - 5600-5880 т/сут, а также в периоды вторичных осадок основной кровли расход метана в исходящей выемочного участка повышался до 6,9 -7,0 м3/мин, а его концентрация - до 0,91,4 % (по данным датчиков автоматической газовой защиты), что являлось причиной приостановок лавы контролирующими службами шахты и Ростехнадзора.

Таким образом, проявление фактора слеживаемости обрушенных пород и «пережима» метаноотводящего канала за лавой 312-с, сказывающееся после отработки первой половины выемочного столба, обуславливало возникновение в отдельные периоды экстремальных газопроявлений в исходящей вентиляционной струе лавы 312-с пласта «Тройной». Причиной этих проявлений являлось отсутствие оперативных дополнительных технологических мероприятий по управлению газовыделением из выработанного пространства (использование газосборных или газодренажных выработок, дегазационных скважин на вентиляционных горизонтах, пластовой дегазации, мер по обеспечению выемочного участка дополнительным под-свежением воздухом и др.).

Анализируемые, а также проявляющиеся в сходных условиях экстремальные метановыделения, как нам представляется, следует рассматривать, как следствие протекания процесса разгрузки подрабатываемой углепородной толщи. Формирование зоны разгрузки начинается, как известно, после начала отработки пласта «Четвертый» и продолжается в дальнейшем по мере отработки пласта «Тройной» - в течение 11-14 лет [1], охватывая в выработанном пространстве выемочного блока на первой стадии участки, активно образующиеся по простиранию длиной до 600-700 м, а на второй стадии - по восстанию длиной до 2000 м, формируя так называемые «старые поля» [2]. При этом одним из условий перехода одной стадии в другую является формирование в выработанном про-

287

странстве взаимодействующих полостей расслоения углепородной толщи, составляющих единую дегазационно-вентиляционную систему.

Исходя из изложенного, моделируемый механизм разгрузки уг-лепородной толщи, включающей многочисленные повторно подрабатываемые угольные пропластки, позволяет объяснить причину многократного повышения (в 1,8-4,5 раза) газообильности выработанного пространства (ВП), которое четко прослеживается по мере увеличения размера ВП (суммарной длины отработанных лав). Однако данное обстоятельство при расчете ожидаемого метановыделения применительно к выемочному участку в условиях подработанного и повторно разгружаемого углепородного массива не всегда учитывается, либо игнорируется.

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы. Для обеспечения безопасных по газовентиляционному фактору условий и резерва добычи угля применительно к подрабатываемому, в том числе повторно, углепородному массиву представляется целесообразным при определении абсолютной газообильности выемочного участка исходить из более жестких предпосылок и требований: выемочный участок рассматривать как вентиляционный с возможностью использования наиболее полного комплекса технических средств и способов по удалению метана из источников метановыделения, в особенности на вентиляционных горизонтах.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зуев В.А., Гусельников Л.М. К вопросу о раскройке и отработке донной части Воркутской мульды в условиях напряженно-деформированного состояния углепородного массива. Материалы 3-й межрегиональной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения». Воркута, филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», 2005.

2. Калимов Ю.И., Сморчков Ю.П., Зимаков Б.М. и др. Научно-технический прогноз газообильности, дегазации и проветривания шахт Печорского бассейна до 1985 г. В сб.: Технология добычи и обогащения угля в Печорском бассейне. Воркута, Печорниипроект, 1974. с. 105-121. н'.мз

— Коротко об авторах -

Зуев В.А. - кандидат технических наук,

Бобровников В.Н. - доктор технических наук,

филиал СПГГИ

Горин Ю.А. - горный инженер ОВГСО Печорского бассейна

Быстров К.В., Самаров Л.Ю. - горные инженеры, ОАО «Воркутауголь».