Способ проветривания высокогазообильных очистных забоев

 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с обрушением кровли. Способ заключается в том, что очистной забой проветривают по прямоточной или возвратноточной схеме с отводом части исходящей струи через выработанное пространство с помощью газоотсасывающего вентилятора. При этом в зонах выработанного пространства, прилегающих к сопряжениям очистного забоя с воздухоподающей и воздуховыдающей выработками, по мере подвигания забоя возводят воздухонепроницаемые полосы (ВНП). В зоне сопряжения очистного забоя с воздухоподающей выработкой ВНП возводят вдоль очистного забоя, через расстояние, не превышающее шага посадки непосредственной кровли. В зоне сопряжения очистного забоя с воздуховыдающей выработкой при применении возвратноточной схемы проветривания ВНП возводят аналогично вышеописанному, а при прямоточной схеме проветривания вдоль поддерживаемой воздуховыдающей выработки. ВНП можно создавать путем обработки обрушенных пород вспененными гелеобразующими составами. Технический результат - снижается объем утечек воздуха и возрастает эффективность работы газоотсасывающего вентилятора, снижается вынос метана в призабойное пространство и уменьшаются утечки воздуха. 3 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов столбовыми системами с использованием газоотсасывающих вентиляторов.

Известен способ проветривания газообильных очистных забоев, заключающийся в том, что очистной забой проветривают по прямоточной или возвратноточной схемам с отводом части газовоздушной смеси через выработанное пространство в воздуховыдающие выработки или скважины с помощью газоотсасывающего вентилятора (патент РФ N 1809115, МКИ E 21 F 1/00, 1993 г.). Основным недостатком известного способа проветривания является то, что во всем реальном диапазоне технических возможностей данной схемы максимальная нагрузка на очистной забой при его высокой газообильности не превышает 2000 т/сутки, т. к. уже при этой нагрузке в горной выработке с исходящей струей воздуха концентрация метана достигает предельно допустимого значения (1%).

Известен способ проветривания при отработке очистного забоя с одновременной выемкой межлавного целика, заключающийся в том, что очистной забой проветривают по прямоточной или возвратноточной схемам с отводом части исходящей струи через выработанное пространство в воздуховыдающую выработку или скважину с помощью газоотсасывающего вентилятора (авторское свидетельство СССР N 1681018, МКИ E 21 F 1/00, 1991 г.). Отличием известного способа является то, что на всю ширину отрабатываемого целика и на треть очистного забоя на секциях механизированного комплекса закрепляют полиэтиленовую пленку, за счет чего снижаются утечки в выработанное пространство. К недостаткам известного способа следует отнести, в первую очередь, низкую надежность пленочного покрытия, т.к. через несколько циклов передвижки механизированного комплекса герметичность покрытия будет нарушена. Кроме того, данный способ не исключает возможности образования местных скоплений метана за покрытием, а также у второго сопряжения лавы с последующим выдавливанием газа в призабойное пространство при деформациях пленочного покрытия в процессе передвижки секций крепи и особенно при обрушении кровли.

Сущность изобретения заключается в том, что при выемке высокогазоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с обрушением кровли и отводом части исходящей струи через выработанное пространство с помощью газоотсасывающего вентилятора в зонах выработанного пространства, прилегающих к сопряжениям очистного забоя с воздухоподающей и воздуховыдающей выработками, возводят воздухонепроницаемые полосы, причем в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздухоподающей выработкой, воздухонепроницаемые полосы возводят вдоль очистного забоя на расстоянии друг от друга, не превышающем шага посадки непосредственной кровли. При прямоточной схеме проветривания воздухонепроницаемую полосу в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с поддерживаемой воздуховыдающей выработкой, возводят вдоль указанной выработки. При возвратноточной схеме проветривания воздухонепроницаемые полосы в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздуховыдающей выработкой, возводят вдоль очистного забоя через расстояние, не превышающее шага посадки непосредственной кровли. Воздухонепроницаемые полосы можно возводить путем обработки обрушенных пород вспененными гелеобразующими составами.

Основным назначением воздухонепроницаемых полос, возводимых в зоне выработанного пространства, прилегающей к воздухоподающей выработке, является гашение скоростного напора поступающей воздушной струи, направление ее вдоль очистного забоя и снижение утечек воздуха в выработанное пространство.

Задачи воздухонепроницаемых полос в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздуховыдающей выработкой, и требования к этим полосам зависят от применяемой схемы проветривания. При прямоточной схеме проветривания воздухонепроницаемая полоса предназначена для снижения утечек воздуха через выработанное пространство в исходящую струю и из поддерживаемой воздуховыдающей выработки к газоотсасывающему вентилятору. Данная полоса должна иметь длительный срок службы, высокую податливость и возможность оперативного ремонта. При возвратноточной схеме проветривания назначением полос является уменьшение выноса метана из выработанного пространства за счет снижения притечек воздуха. Основными требованиями к этим полосам являются воздухонепроницаемость и ограниченный срок службы. В результате совместного влияния воздухонепроницаемых полос снижаются утечки воздуха, происходит более эффективное управление газовоздушными потоками в направлениях от рабочего пространства и действующих выработок, снижается опасность динамических выдавливаний газовоздушной смеси из выработанного пространства и более четко разделяются функции отдельных элементов комплексной системы газовоздушного управления на выемочном участке. Дополнительным положительным фактором является снижение опасности эндогенных пожаров в выработанном пространстве за счет уменьшения утечек воздуха и инертизации атмосферы. Сущность изобретения поясняется примерами и чертежом, где на фиг. 1 приведено распределение газовоздушных потоков на выемочном участке при прямоточной схеме проветривания, а на фиг. 2 - то же, при возвратноточной схеме проветривания.

Пример 1.

Подготовка очистного забоя 1 к выемке произведена двумя подготовительными выработками 2 и 3. Подготовительная выработка 2 является воздухоподающей и по ней к очистному забою подают свежую струю воздуха (Q_в). Проветривание осуществляют по прямоточной схеме, при этом по подготовительной выработке 3 подают подсвежающую струю (Q_к), основную часть исходящей струи (Q_исх) отводят по поддерживаемой в выработанном пространстве воздуховыдающей выработке 4, а оставшуюся часть исходящей струи (Q_вмцг) отводят через выработанное пространство 5 с помощью газоотсасывающего вентилятора 6, например типа ВМЦГ. В выработанном пространстве по мере подвигания очистного забоя возводят воздухонепроницаемые полосы 7 и 8. Воздухонепроницаемые полосы 7 возводят вдоль очистного забоя в зоне 9 выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя 1 с воздухоподающей выработкой 2. Указанная зона начинается непосредственно за механизированной крепью 10 и длина ее по простиранию не превышает шага посадки непосредственной кровли, а по падению - 25-30 м. Воздухонепроницаемую полосу 8 возводят в зоне 11 выработанного пространства, расположенной за крепью вдоль поддерживаемой воздуховыдающей выработки 4. Указанная зона начинается от механизированной крепи и размер ее по падению пласта совпадает с шириной полосы 8. Ширину полос определяют исходя из свойств материала, используемого для ее возведения. Например, при использовании для этих целей вспененного водного геля на основе жидкого стекла и сульфата аммония в соотношении 1:3 с кратностью вспенивания 6-8 достаточная воздухонепроницаемость для перепада давления 1000 мм вод.ст. достигается даже при ширине полосы по верху 1 м. По результатам экспериментальной проверки в лаве длиной 150 м существенный эффект обеспечивается при длине полосы 7 не менее 30 м и ширине 4-6 м. Целесообразность применения известных гелеобразующих составов для возведения воздухонепроницаемых полос подтверждается таким их свойством, как возможность регулирования сроков твердения пены и стойкости ее. Воздухонепроницаемые полосы возводят путем обработки через механизированную крепь или из поддерживаемой воздуховыдающей выработки 4 обрушенных пород соответствующими составами, снижающими воздухопроницаемость. Ширина воздухонепроницаемой полосы 8 также зависит от свойств материалов, используемых для возведения ее и может быть в пределах 4-10 м. Для сооружения этой полосы могут быть использованы такие материалы, как полиэтиленовая пленка, старые конвейерные ленты, гелеобразующие составы и т.д.

Проветривание очистного забоя осуществляют в основном за счет струи свежего воздуха Q_в, поступающей по воздухоподающей выработке 2. Подсвежающая струя Q_к служит для подсвежения исходящей струи и, как правило, в значительных объемах в выработанное пространство 5 не поступает. В известных способах проветривания разделение Q_в начинается непосредственно от сопряжения. В предложенном способе разделение струи начинается только ниже воздухонепроницаемой полосы 7 за счет градиентов давления, в связи с чем увеличивается количество воздуха, движущегося вдоль забоя Q_з, и сокращается объем утечек: Q_в=Q_з+Q_вмцг+Q'_исх+Q'_з, где Q_з, Q_вмцг, Q'_исх, Q'_з - соответственно объемы воздуха, поступающего в забой, отсасываемого газоотсасывающим вентилятором, утечек в исходящую струю и притечек в призабойное пространство.

Величина каждого потока зависит от перепадов давления и аэродинамического сопротивления по каждому направлению. За счет разрушения ранее возведенных полос 7 снижается аэродинамическое сопротивление выработанного пространства 5 в направлении к газоотсасывающему вентилятору 6, что повышает эффективность отсоса метана, выделяющегося в выработанное пространство. Воздухонепроницаемая полоса 8 препятствует выносу обогащенных в выработанном пространстве метаном утечек воздуха Q'_исх в поддерживаемую воздуховыдающую выработку 4 и из нее к газоотсасывающему вентилятору 6 (Q_{вмцг.исх}), в связи с чем происходит перераспределение газовоздушных потоков: снижаются величины Q'_з, Q_вмцг и Q'_исх в пользу Q_з, что обеспечивает улучшение газовой ситуации в призабойном пространстве.

По мере подвигания очистного забоя 1 и передвижки механизированной крепи 10 возводят новую воздухонепроницаемую полосу 7 и наращивают полосу 8. Увеличение расстояния между полосами 7 более величины шага посадки непосредственной кровли является недопустимым, т.к. это может привести к преждевременному нарушению герметичности полосы при обрушении кровли.

Пример 2.

Подготовку очистного забоя 1 к выемке производят двумя подготовительными выработками 2 и 3. В данном примере подготовительная выработка 2, как и в примере 1, является воздухоподающей. Проветривание осуществляют по возвратноточной схеме, и выработка 3 является воздуховыдающей. Воздухонепроницаемую полосу 7 возводят, как и в примере 1, в зоне выработанного пространства 9, прилегающей к сопряжению очистного забоя 1 с воздухоподающей выработкой 2, а воздухонепроницаемую полосу 8 - в зоне 12 выработанного пространства. Обе полосы возводят за крепью вдоль очистного забоя 1 из расчета не менее одной полосы на каждый шаг посадки непосредственной кровли. Ширину каждой полосы определяют исходя из свойств материала, используемого для ее возведения. Длину каждой полосы выбирают исходя из газообильности лавы, количества подаваемого воздуха и т.д. При использовании для возведения воздухонепроницаемых полос гелеообразующих составов длина каждой полосы 7 и 8 для лавы длиной 150 м может быть в пределах 25-30 м при ширине 4-6 м. Основным назначением обеих полос является уменьшение проветриваемых зон в выработанном пространстве, снижение утечек и притечек воздуха и уменьшение опасности выдавливания газа из выработанного в призабойное пространство. Свежая струя воздуха Q_в поступает по воздухоподающей выработке 2 в очистной забой 1 и движется между забоем и воздухонепроницаемой полосой 7. Ниже полосы 7 происходит разделение Q_в, и часть воздуха (Q_з) движется вдоль забоя, другая часть (Q_вмцг) через выработанное пространство 5 отводится газоотсасывающим вентилятором 6 в направлении, противоположном направлению движения очистного забоя, а некоторое количество воздуха (Q'_з) возвращается из выработанного пространства в Q_з в виде притечек Q_в = Q_з + Q_вмцг + Q'_з и Q_исх = Q_з+Q'_з. Воздухонепроницаемые полосы 7, 8 ограничивают поступление воздуха в зоны выработанного пространства, наиболее опасные по самовозгоранию угля, увеличивают эффективную дальность отсоса газовоздушной смеси газоотсасывающим вентилятором 6 и снижают вынос газа в призабойное пространство с притечками Q'_з и при посадках кровли.

По мере подвигания очистного забоя производят посадку непосредственной кровли и возводят за крепью новые воздухонепроницаемые полосы 7 и 8, при этом ранее возведенные полосы постепенно разрушаются и влияние их на аэродинамическое сопротивление выработанного пространства прекращается.

Результаты проведенных исследований показали, что применение способа проветривания с использованием воздухонепроницаемых полос и отводом части исходящей струи через выработанное пространство при отработке высокогазоносных пластов позволяет повысить эффективность системы управления газовоздушными потоками средствами вентиляции до 40% и обеспечить повышение допустимой по газовому фактору производительности очистного забоя в 2,0-2,5 раза.

Формула изобретения

1. Способ проветривания высокогазообильных очистных забоев, включающий использование прямоточной или возвратноточной схем проветривания с отводом части исходящей струи через выработанное пространство с помощью газоотсасывающего вентилятора, отличающийся тем, что по мере подвигания забоя в зонах выработанного пространства, прилегающих к сопряжениям очистного забоя с воздухоподающей и воздуховыдающей выработками, возводят воздухонепроницаемые полосы, причем в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздухоподающей выработкой, воздухонепроницаемые полосы возводят вдоль очистного забоя на расстоянии друг от друга, не превышающем шага посадки непосредственной кровли.

2. Способ проветривания высокогазообильных очистных забоев по п.1, отличающийся тем, что при использовании прямоточной схемы проветривания с отводом исходящей струи по поддерживаемой воздуховыдающей выработке воздухонепроницаемую полосу возводят вдоль указанной выработки.

3. Способ проветривания высокогазообильных очистных забоев по п.1, отличающийся тем, что при использовании возвратноточной схемы проветривания воздухонепроницаемую полосу возводят в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздуховыдающей выработкой вдоль очистного забоя через расстояние, не превышающее шага посадки непосредственной кровли.

4. Способ проветривания высокогазообильных очистных забоев по любому из пп. 1 - 3, отличающийся тем, что воздухонепроницаемые полосы возводят путем обработки обрушенных пород вспененными гелеобразующими составами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2