СПОСОБ УЛУЧШЕНИЯ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ГАЗООБИЛЬНЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ СИНТЕЗА ЭФФЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОВЕТРИВАНИЕМ
METHOD FOR IMPROVING GAS DYNAMICS OF WORKING AREAS OF COAL MINES RICH IN GAS FOR SOLUTION OF PROBLEM OF SYNTHESIS OF EFFECTIVE AUTOMATIC VENTILATION CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к области угледобычи, в частности к проблеме автоматизации проветривания газообильных угольных шахт и обеспечению безопасных условий труда шахтеровю
В горных выработках нередко наблюдается выделение метана и других природных газов из толщи полезного ископаемого и вмещающих его пород. Различают газовыделение обыкновенное (происходит медленно, но непрерывно из трещин и пор в угле и породе по всей свободной поверхности; оно увеличивается при отделении угля от массива); суфлярное (местное выделение газа из трещин, газовый фонтан, действующий иногда продолжительное время); внезапное (местное бурное выделение больших количеств газа за небольшой промежуток времени, сопровождающееся разрушением поверхности выработки).
Знание газового баланса является основной предпосылкой для прогнозирования газодинамических характеристик рудника или шахты; для выбора методов управления газовыделением; для выбора системы вентиляции шахты и в целом всей системы разработки полезного ископаемого.
Известен метод установления и контроля газового баланса - газовая съемка - это метод определения интенсивности выделения газов в горные выработки. Она производится отбором и последующим анализом проб воздуха для установления концентрации конкретных газов и замера количества проходящего по выработке воздуха. (См. БСЭ, М., 1971, Т.6, С.13,15,16.)
Известен способ предотвращения газовых всплесков путем применения глубокой дегазации массива. Для этого осуществляют проведение скважин и определение динамики изменения концентрации газа в исходящем из тупикового забоя воздушном потоке (см. №2219349).
Известен способ прогнозирования и оценки содержания газа в месторождении и выработке, типа и свойств прилежащих пород, наличия и размера выбросоопасных участков, автоматизированный мониторинг загазованности выработки. При этом отслеживается концентрация и ее изменения растворенных газов в воде, поступающей в выработку из прилежащих структур (см. №2350754).
Предложенные методы и способы управления геомеханическими и физическими процессами при подземной разработке угольных пластов и автоматизации проветривания угольных шахт, особенно газообильных, весьма сложны в практическом применении, достаточно дорогостоящи и ненадежны, что подтверждается многочисленными авариями и человеческими жертвами при взрывах газа и гибелью шахтеров как в нашей стране, так и за рубежом.
Техническим результатом, достигаемым настоящим изобретением, является расширение арсенала средств, обеспечивающих безопасность работ в горных выработках, предотвращение газовых всплесков - выделение метана и других природных газов из толщи полезного ископаемого и вмещающих его пород в выработанном пространстве каждого выемочного участка.
Данный технический результат достигается тем, что выработанное пространство каждого выемочного участка периодически (по мере продвижения добычных механизмов и механизированных крепей, например, через каждые 20-30 м проходки) изолируется от атмосферы добычного участка путем орошения его полиэфирной пеной, либо глиняным или цементным раствором.
В результате проведенных операций интенсивность выделения метана и других природных газов, а также воды из толщи полезного ископаемого и вмещающих его пород в выработанном пространстве каждого выемочного участка значительно сокращается или полностью предотвращается, что упрощает задачу синтеза системы автоматического управления проветриванием газообильных шахт и значительно снижает затраты электрической энергии на вентиляцию и водоотведение, повышает безопасность и улучшает условия труда шахтеров. До настоящего времени системы вентиляции газообильных шахт проектируют на максимально возможный дебит воздуха за счет многократного увеличения допустимой (санитарными нормами) скорости движения воздуха (до 4 м/с при максимально допустимой 0,5-1,8 м/с). А это, в свою очередь, ведет к перерасходу электроэнергии на вентиляцию и к росту простудных заболеваний шахтеров.
Угольная шахта как объект автоматизации проветривания является весьма сложным многосвязным объектом, а по газовому фактору подобные объекты еще в 70-х годах прошлого столетия были отнесены к специфическому классу объектов автоматизации, получивших название неминимально-фазовые.
В.М. Колмагоров в работе «Управление геомеханическими и физическими процессами при подземной разработке угольных пластов» (Кемерово, Кузбассвузиздат, 2002, С.80, отмечал, что: «…газодинамические процессы, происходящие при выемке угля, относятся к наиболее трудноуправляемым в горном деле…».
В рассматриваемой проблеме автоматизации проветривания угольных шахт наиболее сложным участком является, как показано выше, динамика добычного участка по газовому фактору. На нейтрализацию специфики такой динамики и следовало бы направить основную энергию исследователей. Этого, к сожалению, не произошло. Тем не менее, многими исследователями установлено, что резкое увеличение концентрации метана при увеличении подачи свежего вентиляционного воздуха происходит в основном за счет поступления метана из выработанного (и зачастую обрушенного) пространства (более 60% от общего дебита метана). Это, по сути, и есть основная причина сложной динамики газовыделения добычного участка. Ее и следовало бы попытаться нейтрализовать, что существенно упростило бы задачу синтеза системы автоматического управления проветриванием по газовому фактору.
В этой связи и предлагается способ добычи угля в газообильных шахтах по известной технологии, основанной на использовании добычных машин и механизированных крепей, отличающийся тем, что с целью повышения безопасности и улучшения условий труда шахтеров, упрощения задачи синтеза системы автоматического управления проветриванием газообильных шахт и снижения затрат электрической энергии на вентиляцию выработанное пространство каждого выемочного участка периодически (по мере продвижения добычных механизмов и механизированных крепей, например, через каждые 20-30 м проходки) изолируется от атмосферы добычного участка путем орошения его полиэфирной пеной, либо глиняным или цементным раствором.
Преимущество предложенного способа перед известными заключается в том, что предлагаемый способ улучшения газовой динамики выемочных участков газообильных угольных шахт для решения задачи синтеза эффективной системы автоматического управления проветриванием является более простым в техническом исполнении, достаточно дешевым, наиболее надежным по сравнению с известными, позволяет значительно сократить интенсивность или полностью предотвратить выделения метана и других природных газов, а также воды из толщи полезного ископаемого и вмещающих его пород в выработанном пространстве каждого выемочного участка, что упрощает задачу синтеза системы автоматического управления проветриванием газообильных шахт и значительно снижает затраты электрической энергии на вентиляцию и водоотведение, повышает безопасность и улучшает условия труда шахтеров.