Способ комплексного управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных угольных пластов

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к отработке угольных пластов подземным способом, и может быть использовано для проветривания и управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных пластов угля, преимущественно длинными столбами по простиранию. Техническим результатом является повышение эффективности и надежности управления газовыделением как на стадии подготовки выемочного участка так и при ведении очистных работ. Способ включает проведение подготовительных выработок, подачу по ним в очистной забой свежего воздуха, отвод части исходящей струи и бурение скважин, параллельных указанным выработкам. Скважины бурят при проходке подготовительных выработок. При этом скважины бурят большого диаметра и размещают их в выемочном столбе рядом с конвейерным штреком и по обе стороны вентиляционного штрека с оставлением целиков шириной 2-3 м, подключают их к вентиляционной системе и при выемке угля свежий воздух подают по конвейерному штреку и скважинам, находящимся между штреками в вынимаемом столбе, а исходящую струю отводят по вентиляционному штреку и скважине, находящейся в межлавном целике около вентиляционного штрека. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к отработке угольных пластов подземным способом, и может быть использовано для проветривания и управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных пластов угля, преимущественно длинными столбами по простиранию.

Известен способ проветривания очистного забоя при отработке газоносных пожароопасных пластов угля длинными столбами по простиранию с выемкой межлавного целика, включающий подачу свежего воздуха по конвейерному штреку и отвод части исходящей струи через выработанное пространство смежного столба и по поддерживаемым выработкам (патент РФ №2180400, кл. Е21F 1/00, опубликован 10.03.2002 г., Б. №7). Сущность известного способа заключается в том, что по целику между вентиляционным штреком отрабатываемого выемочного столба и неподдерживаемым конвейерным штреком смежного отработанного столба в период подготовки или отработки проводят дополнительный вентиляционный штрек и соединяют его сбойками с указанными выработками, причем часть исходящей струи, отводимой через выработанное пространство смежного столба, направляют впереди очистного забоя из выработанного пространства через сбойки в дополнительный вентиляционный штрек. Оставшуюся часть исходящей струи в зависимости от конкретных условий и схем подготовки выемочного участка распределяют по системе поддерживаемых вентиляционных выработок.

Недостатками известного способа являются:

- сложность проветривания забоев при проведении подготовительных выработок;

- отвод части исходящей струи через выработанное пространство смежного столба увеличивает утечки воздуха через него, повышает пожароопасность и нарушает устойчивость режима проветривания участка;

- для управления газовыделением требуется проведение большого количества подготовительных выработок.

Частично указанные недостатки устранены в способе разработки горизонтальных и пологих пластов полезных ископаемых по авторскому свидетельству №1834976 (кл. Е21С 41/18, опубликовано в 1993 г., Б. №30). Сущность известного способа заключается в том, что подготовку выемочного столба осуществляют вентиляционным и конвейерным штреками, а впереди очистного забоя их соединяют разрезными выработками, из которых навстречу очистному забою бурят скважины. Свежую струю для проветривания очистного забоя подают по конвейерному штреку, а исходящую отводят по скважинам и вентиляционному штреку.

Существенными недостатками известного способа являются:

- ограниченные возможности подачи к очистному забою свежего воздуха, что снижает возможность использования данной схемы при отработке газоносных пластов;

- сложность проведения одиночных подготовительных выработок, особенно большой протяженности;

- высокая газовая нагрузка на вентиляционный штрек, по которому, в итоге, отводят всю исходящую из очистного забоя струю.

Предложен способ комплексного управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных угольных пластов, включающий проведение подготовительных выработок, подачу по ним в очистной забой свежего воздуха и отвод части исходящей струи и бурение вентиляционных скважин параллельно указанным выработкам.

Отличием предложенного способа является то, что скважины бурят при проходке подготовительных выработок, при этом скважины бурят большого диаметра и размещают их в выемочном столбе рядом с конвейерным и по обе стороны вентиляционного штреков с оставлением у штреков целиков шириной 2-3 м, подключают их к вентиляционной системе и при выемке угля свежий воздух подают по конвейерному штреку и скважинам, находящимся между штреками в вынимаемом столбе, а исходящую струю отводят по вентиляционному штреку и скважине, находящейся в межлавном целике. Указанные скважины могут быть использованы для проветривания конвейерного и вентиляционного штреков при их проходке.

Отличием является также то, что скважины могут быть закреплены, например, углепластом и они могут быть использованы в качестве запасных выходов.

Анализ сложившейся на угольных предприятиях ситуации показал, что невозможно достижение производительности в 8000 т/сутки, а в отдельных случаях и 2000 т/сутки при действующих на выемочных участках, отрабатывающих газоносные угольные пласты, системах управления газовыделением. Требуется увеличение и эффективное разделение вентиляционных потоков для подачи в забои свежего воздуха и выдачи исходящей струи с выделившимся газом. Выполнить данное требование за счет увеличения количества подготовительных выработок экономически нецелесообразно и технически трудно осуществимо. Эффективность предложенного способа управления газовыделением средствами вентиляции достигается подбором соответствующих характеристик вентиляционных установок для конкретного выемочного поля и не требует реконструкции вентиляционной сети шахты в целом. При этом следует учесть, что скорость вентиляционных струй по скважинам не ограничивается, поэтому количество дополнительного воздуха для достижения эффективного управления газовыделением на участке может составлять более 1000 м³/мин.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом, где приведен пример осуществления способа комплексного управления газовыделением на выемочном участке.

Подготовку выемочных столбов 1 и 2 осуществляют с использованием путевого 3, вентиляционного 4 и конвейерного 5 уклонов, а также фланговых уклонов 6. Для каждого выемочного столба проходят подготовительные выработки - вентиляционный штрек 7 и конвейерный штрек 8. Проведение каждого штрека и уклона сопровождается бурением скважин большого диаметра (1,0÷1,5 м) параллельно указанным выработкам и на расстоянии 2-3 м от них. Рядом с конвейерным штреком 8 по подготавливаемому выемочному столбу бурят скважину 9, которую в период проходки через 50 м сбивают сбойками 10 с конвейерным штреком. Рядом с вентиляционным штреком 7 бурят скважины 11 и 12, причем скважину 11 размещают в подготавливаемом выемочном столбе, а скважину 12 - в межлавном целике 13. Бурение скважин осуществляют с помощью, например, буросбоечных машин (СБМ), для чего из проводимых штреков через 150-200 м проходят сбойки 14, размещают СБМ и бурят очередной участок скважины. Бурение скважин и проветривание забоев всех подготовительных выработок выполняют по одной схеме. Для подачи в скважины 9, 11, 12 свежего воздуха бурят воздухоподающую скважину 15 и соединяют ее с установленным на поверхности вентилятором 16. При проведении выработок 7 и 8 свежий воздух от вентилятора 16 по воздухоподающей скважине 15 подают в скважины 9, 11, 12, из которых с помощью вентиляторов местного проветривания 17, устанавливаемых в сбойках 10, направляют по вентиляционным трубам 18 в тупиковую часть проводимых выработок. Исходящие струи по этим выработкам отводят в вентиляционный уклон 4. При необходимости в скважинах может быть установлена крепь из, например, облегченных углепластовых тюбингов, пакетов цилиндрической или арочной формы и т.д. Технология крепления углепластом известна и довольно широко применяется в Кузбассе при креплении углеспускных скважин. Любая из скважин при проведении подготовительных выработок может быть оборудована и использоваться как запасной выход.

При необходимости проведения пластовой дегазации выемочного столба веера дегазационных скважин 19 бурят из сбоек между скважиной большого диаметра 9 и конвейерным штреком 8, причем пластовую дегазацию осуществляют как в процессе подготовки так и при очистных работах. Перед выемкой подготовленного столба скважину 12, пробуренную по межлавному целику 13, изолируют от скважины 15, по которой подают свежий воздух, и соединяют с вентиляционным уклоном 4. При необходимости на сопряжении скважины 12 и уклона 4 устанавливают всасывающую вентиляционную установку. В период выемки угля свежий воздух в очистной забой подают из конвейерного уклона 5 по конвейерному штреку 8 и по скважинам 9, 11 из воздухоподающей скважины 15. При этом скважина 11 создает вентиляционное давление, затрудняющее возврат потоков метановоздушной смеси из выработанного пространства в очистной забой и тем самым повышающее эффективность работы газоотводящей скважины 12. Исходящую струю из очистного забоя отводят в вентиляционный уклон 4 по вентиляционному штреку 7, а из выработанного пространства по скважине 12, которая выполняет роль газодренажной выработки. Связь скважины 12 с выработанным пространством осуществляется не только за счет сбоек, но и в результате разрушения опорным горным давлением целика угля размером 2-3 м между скважиной и погашаемым вентиляционным штреком 7. При увеличении размера целика его разрушение может на произойти.

Предложенный способ управления газовыделением позволяет снизить трудоемкость проведения подготовительных выработок, т.к. проветривание их осуществляют с использованием вентиляционных скважин, т.е. не требуется одновременного проведения спаренных выработок или использования вентиляционных трубопроводов большой длины с высоконапорными вентиляторами большой производительности.

При ведении очистных работ предлагаемая схема позволяет подать в забой требуемое количество свежего воздуха, используя вентиляционные скважины, оттеснить метановоздушную смесь от очистного забоя в выработанное пространство и направить часть ее в газодренажную скважину. Следует отметить, что по сравнению с другими способами отвод данной части исходящей струи производят по скважине, находящейся в межлавном целике, что повышает эффективность и надежность управления газовыделением.

1. Способ комплексного управления газовыделением при подготовке и выемке высокогазоносных угольных пластов, включающий проведение подготовительных выработок, подачу по ним в очистной забой свежего воздуха, отвод части исходящей струи и бурение скважин, параллельных указанным выработкам, отличающийся тем, что скважины бурят при проходке подготовительных выработок, при этом скважины бурят большого диаметра и размещают их в выемочном столбе рядом с конвейерным штреком и по обе стороны вентиляционного штрека с оставлением целиков шириной 2-3 м, подключают их к вентиляционной системе и при выемке угля свежий воздух подают по конвейерному штреку и скважинам, находящимся между штреками в вынимаемом столбе, а исходящую струю отводят по вентиляционному штреку и скважине, находящейся в межлавном целике около вентиляционного штрека.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при проведении подготовительных выработок свежий воздух для их проветривания подают по сбойкам из скважин, пробуренных около проводимых выработок.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят крепление скважин, например, углепластом.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что скважины, находящиеся между штреками в вынимаемом столбе, используют в качестве запасных выходов.