Опыт концентрации работ по дегазации на шахтах бассейна в управлении «Спецшахтомонтаждегазация» АО «АрселорМиттал Темиртау»

К.С. Кашапов, А.И. Полчин, Н.Н. Грозное

ОПЫТ КОНЦЕНТРАЦИИ РАБОТ ПО ДЕГАЗАЦИИ НА ШАХТАХ БАССЕЙНА В УПРАВЛЕНИИ "СПЕЦШАХТОМОНТАЖДЕГАЗАЦИЯ" АО "АРСЕЛОРМИТТАЛ ТЕМИРТАУ"

С увеличением глубины ведения горных работ, сопровождающейся резким ростом газоносности разрабатываемых угольных пластов, на шахтах Карагандинского бассейна дегазация превратилась в неотъемлемый элемент технологии добычи угля подземным способом. Средствами дегазации осуществляется извлечение и изолированный отвод метана на поверхность, что, наряду с вентиляцией, способствует созданию безопасных по газовому фактору условий труда шахтеров.

Для комплексного решения задач борьбы с такими факторами, как высокая газообильность, выбросоопасность и склонность к самовозгоранию разрабатываемых угольных пластов в бывшем ПО «Карагандауголь» в 1970 году было создано специализированное предприятие - управление «Спецшахтомонтаждегазация». До настоящего времени аналогов такой концентрации работ по дегазации на угольных шахтах в странах СНГ не имеется. В настоящее время численность штата этого управления составляет около 500 человек.

Со дня организации и до настоящего времени управление предназначалось для выполнения и научно - практического обоснования параметров специализированных работ, способствующих созданию безопасных условий труда шахтеров:

• Выполнение комплекса дегазационных работ;

• Предупреждение и тушение подземных пожаров;

• Утилизация извлеченного средствами дегазации газа метана;

• Заблаговременная дегазационная подготовка угольных пластов к метанобезопасной отработке;

• Контроль, аттестация рабочих мест, определение их запыленности, шума, вибрации, освещенности, выбросов в атмосферу продуктов сгорания и качества сбрасываемой шахтной воды;

261

• Химупрочнение углепородных массивов, очистных и подготовительных забоев;

• Тушение и разработка шахтных породных терриконов с последующей рекультивацией поверхности;

• Контроль и оптимизация параметров главного проветривания шахт.

В настоящее время управление «Спецшахтомонтаждегазация» располагает административно - бытовым зданием, механическим и сварочным цехами, складскими помещениями, столовой, боксами для автотранспорта, складом ГСМ и полностью асфальтированной территорией площадью 27 тыс.м2.

В основу деятельности управления положено выполнение комплекса дегазационных работ и предупреждение подземных пожаров. В широком перечне работ, выполняемых УСШМД, дегазация занимает ведущее место (70-80 %).

За весь срок работы управлением «Спецшахтомонтаждегаза-

ция

• Пробурено 22 тыс. км подземных скважин;

• Смонтировано 5,2 тыс. км газопроводов;

• Из шахт извлечено 4,5 млрд. м3 газа метана.

Шахты угольного департамента АО "АрселорМиттал Темир-тау" разрабатывают пласты весьма газообильные по метану и склонные к внезапным выбросам угля и газа. Добыча одной тонны угля сопровождается выделением в горные выработки шахт от 75 до 125 м3 метана, поэтому особое внимание в технологических процессах уделяется дегазации как способу снижения до безопасных значений содержания метана и предупреждения внезапных выбросов в районах ведения горных работ. Следует отметить, что в Карагандинском угольном бассейне применяются практически все известные способы дегазации. На рис. 1 приведены сведения о добыче угля на шахтах АО "АрселорМиттал Темиртау". Как видно из приведенных данных, объем добычи угля из очистных забоев, отрабатывающих газоносные и газообильные пласты с применением комплексных средств дегазации, достиг 60 %.

Характерно, что объемы дегазационных работ, выполняемых управлением «Спецшахтомонтаждегазация», изменялись пропорционально объемам добываемого угля. Максимального уровня дегазация достигла в 1985-90 гг., когда в бассейне ежегодно бурилось около 800 км подземных дегазационных скважин и извлека-

262

лось свыше 200 млн м3 метана. Эта тенденция сохранилась и после реструктуризации угледобывающих предприятий и связанных с ними вспомогательных служб. Это позволило поддержать страте -гическое направление Угольного департамента АО "АрселорМит-тал Темиртау" на концентрацию горных работ. С 1997 г. по 2007 годы ежегодные объемы бурения подземных дегазационных скважин возросли со 119 до 355 км, а объемы каптажа метана с 48 до 122 млн м3 в год (рис. 2). Так, в 2004 г. вся очистная добыча осуществлялась в 11 лавах со среднесуточной нагрузкой 3750 т против 780 т в 1996 г., причем газообильность отдельных выемочных участков достигала100-150 м3/мин, 60-80 % из которых необходимо было извлекать средствами дегазации. Объем каптированного метана в 2004 г. составил 103 млн м3, против 48,2 млн м3 в 1997 г.

Одним из перспективных направлений деятельности управления «Спецшахтомонтаждегазация» являются работы по заблаговременной дегазационной подготовке угольных пластов с гидро-пневмовоздействием через скважины, пробуренные с поверхности, которые ведутся с 1970 года. Основой технологии является способ гидрорасчленения угольных пластов разработанный специалистами Московского Государственного горного университета.

За этот период на шахтах обработано 152 скважин (табл. 1) с последующим гидрорасчленением пласта (ГРП) и извлечено более 93 млн. м3 метана. Достигнутые показатели по интенсификации газоотдачи пласта ё6, позволили на шахте им Ленина отказаться от проведения парных подготовительных выработок, увеличить нагрузку на очистной забой и ограничить выполнение других мероприятий.

В настоящее время работы по заблаговременной дегазационной подготовке особовыбросоопасного пласта ё6 ведутся на поле шахты «Казахстанская» (табл. 1). В настоящее время обработано и осваивается 21 скважина, а всего на этом участке шахтного поля в соответствии с программой работ ГРП. Предусмотрено 33 скважины (рис. 3). На заблаговременную дегазацию угольный департамент АО "АрселорМиттал Темиртау" тратит ежегодно до 50 млн. тенге.

263

Рис. 1 Динамика добычи угля на шахтах УД АО "АрселорМиттал Темиртау"

450-

400-

350«

г

I 300-

ге

оз 250-н си

г

о 20000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

-Средствами вентиляции 408 350 318 256 314 284 258 315 268 268 258

_ Средствами дегазации 55 48,2 42,8 28 41 51,1 75 94 103 93 122

Годы

Рис. 2. Динамика извлечения метана на шахтах УД АО "АрселорМиттал Темиртау"

0

6 Таблица 1

Заблаговременная дегазационная подготовка угольных запасов Методом ГРП на шахтах карагандинского бассейна

№ ШАХТА Пласт Период про- Количество Срок Съем метана

изводства Сква- Пластоопе- освое- Всего, млн. м3 На тонну запа-

работ жин раций ния, лет сов, м3/т

1 Им. Калинина К10, К12, К13 1970-1974 9 19 Извлечение метана на поверхность не производилось. В зонах ГРП бурились пласто-

2 Чурубай-Нуринская К13, К14 1983 3 4 вые скважины, эффективность которых была увеличена в 1,8-2,5 раза

3 Карагандинская К12 1979-1980 2 2

4 Им.50 лет. Окт. рев К12 1980-1982 8 8 4 7,463 3,40

5 Саранская К10, К12 1973-1988 18 29 6 14,150 4,80

6 Стахановская К12 1985-1988 4 4 2 1,663 1,38

7 Им. Костенко К10, К12 1967-1980 41 51 3 24,90 2,90

8 Сокурская К7, К10, 1977-1990 7 22 4 10,233 3,35

К11, К12 1987-1990 14 54 2 2,087 0,14

9 Им. Ленина Д6 1983-1990 14 14 8 18,230 6,0-9,0

Д6 1996-2004 8 8 3 4,157 1,5-2,8

10 Шахтинская Д6, Д7 2005-2007 3 6 2 0,178 0,9

11 Казахстанская Д6 2000-2007 21 21 8-10 11,32 6-8

до 2011 33 33

ВСЕГО 152 242 94,773

1996-2007 годы - в угольном департаменте АО "АрселорМиттал Темиртау"

/ ----------^ —\

2010 г.

! / 1 / | / ГРП №23 ¿/ ГРП №24 —\

; ОП №29 ¿Г ГРП №28

2013-2014 г.г.у-^ЗПг "П.^-! / Ь-" ГРП№3> / ! -7 ¿Г"

у""* УУХрпм!^ / / ГРП №26 / ;

: "Тл-—ГРП №„6 ] 5

/ / грп№32 ГРПмипП ™4Х

п. грпшт-у ч...!..'-

-150 -------

Рис. 3. Схема заблаговременной дегазации пласта й6 на поле шахты «Казахстанская»

1996 - 2006 г.г. - 170 млн.м метана, что эквивалентно 333 тыс.т угля, сокращены выбросы СО2 на 2,2 млн.т.

1

12,5--

1 4,7

1.

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Годы

Рис. 4. Утилизация метана на шахтах угольного департамента АО "АрселорМиттал Темиртау"

10,3

5

4

В результате деятельности управления "Спецшахтомонтажде-газация» на шахтах УД АО "АрселорМиттал Темиртау" применяется комплексная дегазация выемочных участков, позволяющая обеспечивать нагрузку на лаву до 5-6 тыс. т в сутки при их общей метанообильности до 130 м 3/мин (табл.2). Создание управления, специализирующегося на комплексном решении вопросов техники безопасности, положительно отразилось на работе шахт Карагандинского угольного бассейна. Благодаря технически грамотной инженерной политики, специалистами управления в практику работы шахт введена комплексная дегазация подготавливаемых к разработке угольных пластов и выемочных участков, учитывающая особенности ведения горных работ на отдельных шахтопла-стах, эффективность которой достигает 60-80%.

Применение дегазации, как основного способа управления газовыделением имеет значительную социальную и экономическую эффективность, в части улучшения безопасности и увеличения производительности очистных и подготовительных забоев.

При себестоимости добычи угля 2442 тенге/т, затраты на дегазацию составляют 67,6 тенге/т, или около 2,9 % от себестоимости добычи угля. Вопросы экономической эффективности дегазации в 60-70 гг. исследовались Карагандинским филиалом института ВостНИИ (ныне - КазНИИ БГП). Расчеты, произведенные по этой методике за 1996 год, подтверждают прирост нагрузки для лав с дегазацией на 51,8 %, при обеспечении допустимых норм содержания метана на исходных струях. Это позволяло обеспечить дополнительную добычу угля в 17 очистных забоях, применяющих дегазацию, в объемом 2 млн. т и стоимостью 17,8 млн. у.е. При участии дегазации в дополнительной прибыли 25 % (методика КазНИИ БГП), ее экономическая эффективность составит 4,45 млн. у.е., при затратах на дегазацию (управление СШМД и подрядные организации) 1,2 млн. у.е. Таким образом, доход от дегазации можно оценить в 3,25 млн. у.е. в год без учета эффекта от утилизации извлеченного газа.

Управлением «Спецшахтомонтаждегазация» также ведутся работы по проектированию и переоснащению шахтных котельных с угля на извлекаемый средствами дегазации метан.

269

7 Таблица 2

Исследования структуры газового баланса очистных забоев с комплексной дегазацией

Шахта, Нагрузка Абсолют- Съем метана, м 3/мин Абсол. Эффек-

лава на лаву т/сут ная газообильность исходящей струи участка, м 3/мин Выраб. пр-во Пласт. скв ГРП газообильность участка м 3/мин тивность комплексной дегазации %

Костенко 28-к 10 -Ю 1500-1800 10-12 14-16 - - 24-28 53-58

Им. Ленина 303-д 6-1В 1900-2100 15-16 16-18 5-6 5-6 41-46 63-70

Им. Ленина 305-д 6-1В 2300 20,2 23,7 1,3 5,0 50,2 60

Саранская 62-к 10-1В 3600-5600 24-30 60-68 4-6 - 90-104 60-75

Саранская 64-к 10-1В 5100 32,4 82,0 0,6 - 115 72

Абайская 321-к 10 -С 2100-2800 9-11 40-50 4-5 - 53-66 65-80

Абайская 31-к 10 -С 4500 33,3 40-50 3,3 - 123,5 73

Абайская 31-к 10 -С 4200 31.4 83.8 1.8 - 117.0 73

Шахтинская 321-д 6 -Ц Шахтинская 322-д 6 -Ц 4800 5325 39,8 38.1 88,0 77.4 2,2 2,4 - 130,0 117.9 70 68

В настоящее время на метане, извлекаемом средствами дегазации, работают котельные пяти шахт: им Ленина, «Саранская», им. Костенко, «Шахтинская», «Абайская». В 2008 г. планируется перевод котельной на метан шахты «Казахстанская». Показатели утилизации метана на шахтах угольного департамента АО "АрселорМиттал Темиртау" представлены на рис. 4. За период с 1996 по 2006 годы в шахтных котельных утилизировано 170 млн м3 метана, что эквивалентно 333 тыс.т угля, причем за этот период выбросы парниковых газов в пересчете на эквивалент С02 сокращены на 2,2 млн т. птш

— Коротко об авторах -

Кашапов К.С., Полчин А.И., Грозное Н.Н. - УД АО "АрселорМиттал Темиртау".

Д_

--© В.Н. Бобровников, В.А. Зуев,

Ю.М. Погудин, 2008

271