Способ предотвращения газодинамических явлений

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для обеспечения безопасных условий труда в угольных шахтах. Техническим эффектом изобретения является предотвращение 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. В каждом цикле подвигания забоя выработки устанавливают продолжительность превышений предела измерения концентрации газа в воздушном потоке. Затем определяют объем газового всплеска и проводят мероприятия по предотвращению очередных проявлений последнего. Объем газового всплеска устанавливают по расходу воздуха, продолжительности всплеска и концентрации газа, которую определяют в точке пересечения экстраполируемых логарифмических линий во временных границах начала и окончания всплеска. При этом концентрацию газа, превышающую 100%, принимают за 100%. Мероприятия по предотвращению газовых всплесков осуществляют путем интенсификации процесса дегазации угольного массива впереди забоя выработки, для чего на угольный массив активно воздействуют через подземные скважины. Внедрение изобретения позволяет обеспечивать безопасные условия труда шахтеров в подготовительном забое и прилегающих к нему горных выработках путем проведения мероприятий по интенсификации процесса дегазации угольного массива с помощью подземных скважин. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано для обеспечения безопасных условий труда путем предотвращения газодинамических явлений, в основном внезапных выбросов газа и угля в подготовительных горных выработках, преимущественно проводимых с применением буровзрывных работ (БВР), а также для повышения надежности прогноза газообильности выработок.

Число подготовительных выработок, проводимых с применением БВР, в России составляет 120 - 130 в год.

Их проведение по газоносным и выбросоопасным пластам как с подрывкой боковых пород, так и без нее сопровождается в определенные периоды мгновенным всплеском газовыделения (метана, углекислого газа и других газов), причем во многих случаях концентрация газа в выработке значительно превышает предел его измерения датчиками, установленными в исходящем потоке воздуха проводимой выработки (например, ДМТ системы "Метан" - 2,5% СН₄). При встрече аномальных зон превышение концентрации газов может наблюдаться и на исходящей выемочного участка, и даже крыла. Объем газового всплеска может составлять 25-50% суточного газовыделения, а в зонах геологических нарушений или газодинамических явлениях - до 90%. Максимальная концентрация, например, метана в таких случаях составляет 5-50% и более. Естественно, при имеющихся датчиках непосредственно измерить в обычных условиях максимальную концентрацию метана и выделившееся его количество не представляется возможным.

Известен способ предотвращения газодинамических явлений при проведении подготовительных выработок, включающий воздействие на массив из выработки источником импульсов и текущий контроль выбросоопасности, причем при воздействии на массив частоту спектрального максимума одиночного импульса источника устанавливают равной резонансной частоте собственных колебаний массива, при этом непрерывно регистрируют и анализируют акустический сигнал от работы источника и но изменению амплитудно-частотных характеристик сигнала дают прогноз выбросоопасности (патент РФ на изобретение № 2131517, Е 21 F 5/00, БИ №16, 1999 г.).

Недостатки этого способа состоят в том, что он не позволяет устанавливать концентрацию газа в газовом всплеске в выработке и его объем, а также устанавливать резонансную частоту собственных колебаний массива, поскольку в шахте на изменение частоты собственных колебаний массива оказывают влияние как работа, так и простои горной техники, в частности комбайнов и конвейеров, а также БВР в других выработках.

Наиболее близким по технической сути является способ предотвращения газодинамических явлений в подготовительных горных выработках, проходка которых ведется преимущественно с применением буровзрывных работ, включающий проведение скважин и определение динамики изменения концентрации газа в исходящем из тупикового забоя воздушном потоке (Томилин П.И., Иванов Б.М., Крупеня В.Г. и др. Исследование эффективности виброимпульсной обработки призабойного выбросоопасного угольного массива. - Безопасность труда в промышленности, 2000, №2, с.50-52).

Недостатки этого способа, так же, как и предыдущего, состоят в том, что он не позволяет установить фактическую концентрацию газа в выработке в период газового всплеска и его объем. Более того, радиус эффективного импульсного воздействия небольшой (6-11 м), всего на 2-4 цикла подвигания забоя.

Задача изобретения заключается в обеспечении безопасных условий труда за счет проведения мероприятий по недопущению газовых всплесков путем применения глубокой дегазации массива.

Согласно изобретению эта задача решается тем, что в способе предотвращения газодинамических явлений в подготовительных горных выработках, преимущественно проводимых с применением буровзрывных работ, включающем проведение скважин и определение динамики изменения концентрации газа в исходящем из тупикового забоя воздушном потоке, в каждом цикле подвигания забоя выработки устанавливают продолжительность превышений допустимого предела измерения датчиком концентрации газа в воздушном потоке, затем определяют объем газового всплеска и проводят мероприятия по недопущению очередных проявлений последнего, объем газового всплеска устанавливают по расходу воздуха, продолжительности всплеска и концентрации газа, фактическую величину которой определяют в точке пересечения экстраполируемых логарифмических линий во временных границах начала и окончания всплеска, при этом определенную путем экстраполяции пересекающихся логарифмических линий концентрацию газа, превышающую 100%, принимают за 100%, причем мероприятия по предотвращению газовых всплесков осуществляют путем интенсификации процесса дегазации угольного массива впереди забоя выработки за счет активного на него воздействия через подземные скважины.

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг.1 показана диаграмма изменения концентрации метана в исходящем воздушном потоке в течение одного цикла проведения выработки (например, с 11⁰⁰ до 17⁰⁰ часов), на фиг.2 - схема определения концентрации метана, на фиг.3 - схема дегазации пласта скважинами.

Способ осуществляется следующим образом.

В процессе проведения взрывных работ (точка А на фиг.1, время 11⁰⁵ час) концентрация метана резко возрастает и превышает предел измерения концентрации метана датчиком (2,5%; точка В). На диаграмме в течение некоторого времени (в частном случае 53 мин - от точки В до точки С) запись концентрации метанового всплеска отсутствует. В точке С запись концентрации возобновляется и продолжается до фоновой концентрации метана, равной 0,2% (точка D). Объем метана в пределах площади ABCD в данном случае составил 5925 м³, объем "фонового" метана - 1403 м³ за цикл.

Запись измерения концентрации метана осуществлена при помощи аппаратуры контроля метана (АКМ) и самописца на стойке приема телеметрической информации (СПТИ).

Концентрацию метана (метанового всплеска выше линии ВС), значительно превышающую 2,5%, определяют по линиям АВ и CD. Прологарифмировав данные по линиям АВ и CD, получают экспериментальные точки, лежащие на прямых линиях А'В' и C'D' (фиг.2). Аппроксимируя зависимости, находят точку пересечения прямых и их уравнения: для рассматриваемого случая

lgC=1,956 lgt-0,699 (1)

и

lgC=3,911-2,053 lgt, (2)

где С - концентрация метана, %;

t - время, отсчитываемое с момента взрывання горных пород в забое подготовительной выработки (от точки А), мин.

Координата точки пересечения по оси ординат - это концентрация метана в период метанового всплеска. В рассматриваемом случае концентрация метана С=35,48%. Фактическая концентрация метана при данном цикле проведения подготовительной выработки с применением буровзрывных работ составила

C_max=С+С_ф=35,48+0,2= 5,68%,

где С_ф - фоновая концентрация метана, %.

Допускают математическое или графическое решение поставленной задачи.

Зная расход воздуха, определенный, например, с использованием измерителя скорости и направления движения воздуха (ИСНВ), продолжительность метанового всплеска, снятую с графика (см. фиг.1, интервал времени между точками А и D), и концентрацию метана, устанавливают объем (полное количество) метана, выделившегося при данном цикле проходки выработки или в течение, например, суток, а также абсолютную газообильность (метанообильность) выработки. В данном цикле проведения выработки объем метана за пределами 2,5% составил 14340 м³, а полный объем - 21668 м³.

Ситуацию в забое считают аварийной, если концентрация метана в воздушном потоке на исходящей струе проводимой выработки будет более 2,5%, т.е. сложившуюся предпосылку к аварии следует считать аварией.

Мероприятия по недопущению опасных газопроявлений в проводимой выработке осуществляют путем интенсификации процесса дегазации массива угля впереди забоя. Для чего используют либо виброимпульсное воздействие на массив угля через скважину, пробуренную в почве пласта или слоя, с интенсификацией газоотдачи угольного пласта в выработку, либо проводят скважины вдоль оси проводимой выработки как в ее боках, так и в направлении подвигания ее забоя (см. фиг.3) для дегазации пласта. Скважины проводят в очередности 1, 2 и 3 (см. фиг.3). На пластах с высокой газоносностью через "забойную" скважину 1 до бурения скважин 2 и 3 осуществляют гидроимпульсное воздействие на массив угля, что позволяет повысить газоотдачу пласта и иметь трещины, сообщающие скважину 1 со скважинами 2 и 3, которые подключают к дегазационному трубопроводу 4. Протяженность (длину) скважин устанавливают исходя из возможностей буровой техники (от 100 до 1000 м и более). Затем снова оформляют ниши и проводят скважины 1', 2' и 3' в той же последовательности, что и скважины 1, 2 и 3 (см. фиг.3).

Применение способа позволяет предотвратить проявления газодинамических явлений, в том числе внезапных выбросов угля и газа, повысить производительность и безопасность ведения проходческих работ по фактору газа.

Формула изобретения

1. Способ предотвращения газодинамических явлений в подготовительных горных выработках, преимущественно проводимых с применением буровзрывных работ, включающий проведение скважин и определение динамики изменения концентрации газа в исходящем из тупикового забоя воздушном потоке, отличающийся тем, что в каждом цикле подвигания забоя выработки устанавливают продолжительность превышений предела измерения концентрации газа в воздушном потоке, затем определяют объем газового всплеска и проводят мероприятия по предотвращению очередных проявлений последнего.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что объем газового всплеска устанавливают по расходу воздуха, продолжительности всплеска и концентрации газа, которую определяют в точке пересечения экстраполируемых логарифмических линий во временных границах начала и окончания всплеска.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что определенную путем экстраполяции пересекающихся логарифмических линий концентрацию газа, превышающую 100%, принимают за 100%.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что мероприятия по предотвращению газовых всплесков осуществляют путем интенсификации процесса дегазации угольного массива впереди забоя выработки.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что интенсификацию процесса дегазации угольного массива осуществляют путем активного на него воздействия через подземные скважины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3