СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ МЕТАНА В ШАХТАХ
PREVENTION METHOD OF EXPLOSIONS OF METHANE IN MINES

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с взрывами метана в шахтах.
Известен способ предупреждения взрывов метана в шахтах путем подачи в газовую смесь ингибиторов, например хладона 114В2 (Умнов А.Е., Голик А.С., Палеев Д.Ю. и др. Предупреждение и локализация взрывов в подземных условиях. М., Недра, 1990. - 286 с.).
Недостатком известного способа является невозможность заполнения и поддержания необходимой концентрации ингибитора во всем объеме горных выработок, где может появиться метан, из-за подачи свежего воздуха в шахту.
Известен также способ предупреждения взрывов метана в шахтах, включающий изменение концентрации метана до взрывобезопасных значений путем разбавления вентиляционным потоком воздуха (Охрана труда: Учебник для вузов / К.3.Ушаков, Б.Ф.Кирин, Н.В.Ножкин и др. Под ред. К.З.Ушакова. М.: Недра, 1986. - 624 с.).
Недостатком известного способа является его низкая эффективность в шахтах с высокой интенсивностью выделения метана, суфлярными выделениями, выбросами угля и горючего газа.
Наиболее близким техническим решением является способ предупреждения взрывов метана в шахтах, включающий изоляцию горных выработок, в которых выделяется метан, от притока свежего воздуха и повышение концентрации метана за счет выделения его из добываемого угля, выработанного пространства и вмещающих пород до значений, превышающих верхний предел взрываемости метана (RU 2189448 С1 (Носенко В.Д. и др.), опубл. 20.09.2002).
Недостатком известного способа является низкая эффективность в период повышения концентрации метана в изолированных горных выработках, когда образуется взрывоопасная смесь.
Задачей изобретения является повышение эффективности способа предупреждения взрывов метана в шахтах.
Поставленная задача достигается тем, что в способе предупреждения взрывов метана в шахтах, включающем изоляцию горных выработок, в которых выделяется метан, от притока свежего воздуха и повышение концентрации метана за счет выделения его из добываемого угля, выработанного пространства и вмещающих пород до значений, превышающих верхний предел взрываемости метана, согласно изобретению после изоляции горных выработок их заполняют инертным газом, снижая концентрацию кислорода до взрывобезопасных значений, а затем повышают концентрацию метана за счет естественного притока до значений, превышающих верхний предел взрываемости метана.
Указанную задачу достигают также тем, что метановую атмосферу изолированных горных выработок откачивают, постоянно поддерживая небольшое избыточное давление газа по сравнению с атмосферным давлением на земной поверхности.
Применяемый способ предупреждения взрывов метана в шахтах (Охрана труда: Учебник для вузов / К.3.Ушаков, Б.Ф.Кирин, Н.В.Ножкин и др. Под ред. К.З.Ушакова. М.: Недра, 1986. - 624 с.) предусматривает постоянную подачу в горные выработки свежего воздуха для снижения концентрации выделяющегося метана до значений, меньших нижнего предела взрываемости. Однако в условиях высоких нагрузок на очистной забой и ограничениях по скорости движения воздуха в горных выработках в шахтах зачастую образуются взрывоопасные скопления метана. Этому способствуют также внезапные выбросы угля и газа, суфлярные выделения метана, крупноблочное обрушение пород кровли и т.п. Кроме того, подаваемый в шахту воздух разбавляет метан, что затрудняет использование этого горючего газа, например, для получения тепла, энергии.
Известный способ предупреждения взрывов метана в шахтах (RU 2189448 С1 (Носенко В.Д. и др.), опубл. 20.09.2002) предусматривает изоляцию горных выработок и повышение в них концентрации метана до значений, превышающих верхний предел взрываемости. Повышение концентрации метана происходит за счет выделения его из добываемого угля, выработанного пространства и вмещающих пород. Метан взрывается при его концентрации в воздухе в пределах 5-15%. Если концентрация метана в воздухе превышает 15%, то такая смесь не горит и не взрывается. Однако при реализации известного способа возникает опасность взрыва из-за образования взрывоопасных скоплений метана в процессе роста концентрации метана после изоляции горных выработок.
Для предотвращения образования взрывоопасных концентраций газа на первом этапе после изоляции горных выработок, когда происходит увеличение содержания метана в воздухе, эти горные выработки заполняют инертным газом, снижая концентрацию кислорода до взрывобезопасных значений. Затем происходит рост концентрации метана за счет его естественного выделения из добываемого угля, выработанного пространства и вмещающих пород, но взрывоопасной смеси не образуется из-за низкой концентрации кислорода.
С целью использования горючего газа выделяющийся метан откачивают. Однако для предотвращения поступления свежего воздуха в изолированные горные выработки в них постоянно поддерживают небольшое избыточное давление газа метана по сравнению с давлением атмосферного воздуха на земной поверхности.
Применение предложенного способа позволит избежать опасности образования взрывоопасных концентраций в действующих горных выработках. В процессе добычи угля в горных выработках формируют газовую среду, содержание метана в которой за счет постоянного его выделения достигает 100%, что позволит предотвратить возникновение эндогенных и экзогенных пожаров. В условиях образованной взрывобезопасной атмосферы в горных выработках создаются условия неограниченного увеличения темпов угледобычи.
Способ осуществляют следующим образом.
Перед началом очистных или проходческих работ в шахтах с интенсивным выделением метана действующие горные выработки, в которые возможно выделение метана, изолируют от притока свежего воздуха. Затем изолированный объем заполняют инертным газом, например азотом, из условия снижения концентрации кислорода до взрывобезопасных значений, например, до 8%. Для доставки людей и грузов в изолированные выработки используют специальные шлюзы. Работа людей в метановой или инертной газовой среде происходит в изолирующей дыхательной аппаратуре.
После снижения концентрации кислорода до заданного значения, например, менее 8%, осуществляют очистные или проходческие работы, сопровождающиеся выделением метана. Концентрация метана в изолированном объеме начинает повышаться, а содержание кислорода падает. После того, как за счет выделения метана давление смеси газов в изолированном объеме превысит атмосферное давление на земной поверхности, начинают откачивать из изолированного объема метановую смесь при условии поддержания избыточного давления газа в этом объеме. По мере выделения метана его концентрация в изолированном объеме повышается, достигая 100%. Откачиваемый метан используют, например, для получения тепловой и электрической энергии в двигателях внутреннего сгорания, турбинах.
В созданной газовой среде из-за отсутствия кислорода невозможны взрывы метана и угольной пыли, эндогенные и экзогенные пожары. Преимуществом предложенного способа является экономия средств за счет снижения затрат на вентиляцию горных выработок, на профилактику самовозгораний угля, на проведение горных выработок за счет уменьшения их поперечного сечения. Отпадет необходимость в предварительной дегазации угольных пластов. В создавшихся условиях значительно упрощается использование шахтного метана.
Применение предложенного способа позволяет снизить экономический ущерб, наносимый взрывами метана, повысить безопасность горных работ.