Способ улучшения газовой динамики выемочных участков газообильных угольных шахт для решения задачи синтеза эффективной системы автоматического управления проветриванием

Изобретение относится к горному делу, в частности к разработке угольных пластов, опасных по газу и пыли. Техническим результатом является повышение безопасности работ в горных выработках при добыче угля. Указанный технический результат достигается тем, что выработанное пространство каждого выемочного участка периодически, по мере продвижения добычных механизмов и механизированных крепей через каждые 20-30 м проходки, изолируется от атмосферы добычного участка путем орошения его полиэфирной пеной, либо глиняным или цементным раствором.

 

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.

Способ улучшения газовой динамики выемочных участков газообильных угольных шахт для решения задачи синтеза эффективной системы автоматического управления проветриванием при добыче угля в газообильных шахтах по известной технологии, основанной на использовании добычных машин и механизированных крепей, отличающийся 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.