Способ управления метановыделением на выемочном участке при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта

Авторы патента:

E21F7/00 - Способы или устройства для отсасывания рудничных газов без последующего использования или с использованием этих газов для каких-либо целей

Владельцы патента RU 2533464:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ НАУКИ Институт проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) (RU)

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано при камерно-столбовой системе разработки метаноносных угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при разработке газоносных угольных пластов за счет эффективного проветривания выработок. Предложен способ управления метановыделением на выемочном участке при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта, включающий проведение подготовительных и очистных выработок, выделение блоков на выемочном участке, отработку блоков от границы выемочного поля с последующей поочередной изоляцией их от рудничной атмосферы, отработку пласта камерами, их проветривание, выемку угля из межкамерных целиков комбайном фронтального действия и искусственное отведение метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка. При этом проветривание камер-заходок при частичной отработке межкамерных целиков угля осуществляют вентиляторами местного проветривания. Причем свежий воздух подают последовательно в очередную камеру-заходку с отводом метана из верхней и нижней частей блока в общую исходящую струю блока. А метан из изолированного выработанного пространства отводят через дегазационный трубопровод, заведенный за перемычки верхнего невынимаемого межблокового целика угля. 1 ил.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке газоносных пластов угля по камерно-столбовой системе на неглубоких горизонтах с целью сохранения земной поверхности за счет плавного оседания пород кровли путем оставления в выработанном пространстве целиков угля после частичной их отработки.

Известен способ управления метановыделением на выемочных угольных полях, включающий проведение и проветривание подготовительных выработок и очистного забоя при столбовой системе разработки пластов угля длинными забоями, извлечение метана из выработанного пространства (Саламатин А.Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. - М.: «Недра», 1997. - 407 с.).

Недостатком этого способа является невозможность его применения в условиях камерно-столбовой системы разработки пластов угля, когда на выемочном поле оставляют частично отработанные целики угля.

Известен способ управления газовыделением на выемочных участках при отработке пластов угля по камерно-столбовой системе, согласно которому проводят подготовительные выработки, оконтуривают выемочное поле, ведут очистные работы и проветривают выработки участка (Козовой Г.И., Кузнецов Ю.Н., Рыжов A.M. Гибкие технологические системы высокопроизводительных угольных шахт. - М., 2003. - 501 с.).

Недостатком этого способа управления метановыделением является то, что он не может быть использован в условиях камерно-столбовой системы разработки метаноносных угольных пластов на неглубоких шахтах и при наличии крепких пород кровли отрабатываемого пласта.

Наиболее близким по технической сущности является известный способ управления метановыделением на выемочных угольных полях при камерно-столбовой системе разработки, включающей определение метаноносности и газоотдачи угольного пласта, проведение подготовительных выработок на выемочном поле, их проветривание и установление интенсивности метановыделения в горные выработки (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 320 с.).

Недостатком и этого способа управления метановыделением является то, что он не может быть использован в специфических условиях камерно-столбовой системы разработки метаноносных угольных пластов при оставлении частично отработанных целиков угля и наличии крепких пород в кровле отрабатываемого пласта, которые способствуют замедлению процессов посадки пород кровли пласта и, следовательно, метановыделения в выработки очистного забоя.

Целью изобретения является повышение безопасности ведения горных работ по газовому фактору при разработке газоносных угольных пластов по камерно-столбовой системе разработки на небольших глубинах от поверхности и наличии крепких пород в кровле отрабатываемого пласта, замедляющих процессы посадки пород кровли пласта и метановыделения в выработки очистного забоя.

Согласно изобретению эта цель достигается тем, что в способе управления метановыделением на выемочном участке при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта, включающем определение метаноносности и газоотдачи угольного пласта, проведение подготовительных и очистных выработок и их проветривание, на выемочном участке пласта выделяют блоки, отрабатывают их от границы выемочного поля с последующей поочередной изоляцией от рудничной атмосферы, при этом частичную отработку межкамерных целиков угля осуществляют заходками комбайном фронтального действия, а выделяющийся в выработанное пространство изолированного блока метан искусственно отводят за пределы выемочного участка.

Отвод метановоздушной смеси из выработанного пространства изолированного блока осуществляют с применением средств искусственной дегазации. На выемочном участке дополнительно определяют остаточную метаноносность массива угля отбором проб керногазонаборниками и измеряют в них содержание метана. На этапах подготовки выемочного участка, отработки межкамерных целиков угля в блоке и нахождения оставшейся их части в выработанном пространстве изолированного блока устанавливают коэффициенты естественной дегазации массива угля по природной метаноносности угольного пласта и измеренной ее остаточной величине в угольном массиве, при этом коэффициенты естественной дегазации угольного массива устанавливают отношением разности между природной и остаточной метаноносностью массива угля к ее природной величине, газоотдачу угольного пласта и интенсивность выделения метана при подготовке и отработке выемочного участка устанавливают по результатам проведения газовоздушных съемок в тупиках проводимых выработок, а интенсивность выделения метана из массива угля в выработки и изолированное выработанное пространство блока определяют с учетом коэффициентов естественной дегазации угольного массива в соответствующих выработках по величине начальной интенсивности выделения метана из обнаженных поверхностей угольного пласта и темпу его снижения во времени. Проветривание тупиковой части подготовительных выработок и камер-заходок при частичной комбайновой выемке угля из межкамерных целиков осуществляют вентиляторами местного проветривания.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена схема подготовки, отработки и проветривания выработок выемочного участка при камерно-столбовой системе разработки метаноносного угольного пласта.

Способ осуществляют следующим образом.

Подготовку отрабатываемого угольного пласта 1 (см. чертеж) на выемочном поле осуществляют парными штреками 2 и 3, 4 и 5, сообщенными сбойками, соответственно 6 и 7. По пласту угля в пределах выемочного участка проводят разрезные печи 8 и просеки 9, выделяют блоки, отделяемые друг от друга невынимаемыми целиками угля 10, с помощью которых после частичной отработки межкамерных угольных целиков 11 комбайном 12 изолируют отработанный блок перемычками 13. Выделенные блоки участка отрабатывают от границы выемочного участка с последовательной их изоляцией от рудничной атмосферы. Для отвода метановоздушных смесей из изолированного блока используют передвижную подземную вакуум-насосную установку (на чертеже не показана) и дегазационный трубопровод 14, перфорированную часть которого заводят за перемычки 13. Неотработанную часть межкамерных целиков угля 15 оставляют в выработанном пространстве, что способствует плавному оседанию пород кровли и защите плодородного слоя земной поверхности от значительного повреждения.

После частичной отработки целиков угля заходками с использованием комбайна фронтального действия в рабочем ряду между разрезными печами переходят к отработке очередного ряда целиков угля 11, а отработанное пространство отделяют от разрабатываемого решеткой 16, исключающей проход человека в отработанное пространство.

Для проветривания выработок выемочного участка и камеры-заходки в отрабатываемом межкамерном целике угля свежий воздух подают по выработкам 2 и 3, сбойке 6, разрезным печам 8 и просекам 9 и к камере-заходке, где работает комбайн 12. Непосредственно в камеру-заходку свежий воздух подают с помощью вентилятора местного проветривания 17 (вентиляционные трубы на чертеже не показаны). При этом вентиляторы на вентиляционном штреке подают воздух в камеры-заходки верхней части лавы, а на откаточном - в нижнюю часть лавы. Исходящую струю воздуха из камеры-заходки направляют в выработку 5, где ее подсвежают воздухом, который подают по выработке 4 и сбойке 7.

Отбитый в камере-заходке уголь доставляют вагоном 18 на выработку 5 и далее в бункер (на чертеже не показан). На чертеже приняты следующие обозначения:

α - угол падения угольного пласта;

→ - направление движения свежего воздуха;

<--- - направление движения отработанного воздуха.

Внедрение изобретения, целенаправленного на управление метановыделением на выемочном участке при отработке угольного пласта по камерно-столбовой системе разработки, обеспечит безопасные условия труда шахтеров по газовому фактору путем эффективного проветривания выработок и отвода метановоздушных смесей из выработанного пространства изолированных от рудничной атмосферы блоков выемочного участка средствами дегазации.

Способ управления метановыделением на выемочном участке при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта, включающий проведение подготовительных и очистных выработок, их проветривание, выделение блоков на выемочном участке, отработку блоков от границы выемочного поля с последующей поочередной изоляцией их от рудничной атмосферы, отработку пласта камерами, выемку угля из межкамерных целиков комбайном фронтального действия и искусственное отведение метана из выработанного пространства за пределы выемочного участка, отличающийся тем, что проветривание камер-заходок при частичной отработке межкамерных целиков угля осуществляют вентиляторами местного проветривания, при этом свежий воздух подают последовательно в очередную камеру-заходку с отводом метана из верхней и нижней частей блока в общую исходящую струю блока, а метан из изолированного выработанного пространства отводят через дегазационный трубопровод, заведенный за перемычки верхнего невынимаемого межблокового целика угля.

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для определения газоносности пласта, динамики давления и температуры выделяющегося из угля газа в изолированном объеме при различных значениях остаточной газоносности и сорбционной метаноемкости.

Щиток контроля газовыделения с поверхности обнажения угольного пласта // 2526432

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для мониторинга газовыделения с поверхности обнажения метаноносных угольных в горные выработки угольных шахт.

Способ интенсификации добычи природного газа из угольных пластов через скважины // 2524583

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов с целью повышения безопасности работ в шахтах, а также для добычи метана из угольных пластов через скважины, пробуренные с поверхности или из горных выработок.

Способ разработки газоносной свиты угольных пластов // 2522583

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для отработки свиты газоносных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности и снижение затрат на дегазацию при разработке газоносных пластов.

Способ добычи метана из угольных пластов // 2521098

Изобретение относится к горному делу и может быть применено при добыче метана из угольных пластов. Способ включает бурение или вскрытие старой вертикальной скважины в месте метано-угольной залежи, определение мощности пласта в разрезе скважины, определение марочного состава углей, подведение к метано-угольной залежи через рабочий интервал вертикальной скважины источника периодических направленных коротких импульсов высокого давления и воздействие на пласт энергией плазмы, образуемой взрывом калиброванного металлического проводника, в виде периодических направленных коротких импульсов высокого давления.

Способ дегазации угольного пласта // 2520669

Изобретение относится к горному делу, используется для предварительной и текущей дегазации угольных пластов в шахтах III категории и сверхкатегорных по газу, а также опасных по внезапным выбросам угля и газа.

Способ дегазации мощного угольного пласта при его отработке по системе "слой-пласт" // 2516674

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для дегазации мощного угольного пласта при его отработке в два слоя по системе «слой-пласт».

Способ обработки информации о концентрации метана в подготовительной выработке // 2514313

Изобретение относится к текущему прогнозу метановыделения в подготовительные выработки и может найти широкое применение при автоматизированном текущем прогнозе метанообильности в увязке с данными телеконтроля содержания в выработке.

Способ управления газовыделением при отработке склонного к самовозгоранию угольного пласта // 2512049

Способ относится к области горной промышленности, в частности к угольной, и может быть использован при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов. Техническим результатом является повышение безопасности ведения горных работ при отработке склонных к самовозгоранию угольных пластов.

Способ воздействия на угольный пласт // 2511329

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для гидродинамического воздействия на угольный пласт и глубокой его дегазации.

Способ дегазации сближенного угольного пласта на участках ведения очистных работ // 2533479

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для извлечения газов из сближенных пластов и выработанного пространства в условиях отработки метаноносных пластов угля. Техническим результатом является повышение безопасности ведения подземных горных работ по газовому фактору за счет более полного извлечения метана из сближенного угольного пласта. Предложен способ дегазации сближенного угольного пласта на участках ведения очистных работ, включающий проведение из горной выработки скважин до пересечения ими сближенного угольного пласта, герметизацию устьев скважин от рудничной атмосферы, подсоединение скважин к дегазационному трубопроводу, установление шага посадки пород основной кровли и местоположения зоны повышенного метановыделения в скважины относительно забоя лавы и извлечение газов. Кроме того, дополнительно устанавливают местоположение зоны начала метановыделения в скважины и текущее положение забоя скважины после очередной посадки пород основной кровли. Причем текущее положение забоя скважины устанавливают на пересечении плоскостей разгрузки пород кровли от неподвижной и подвижной границ выработанного пространства лавы.

Способ предварительной дегазации угольного пласта // 2534881

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предварительной дегазации разрабатываемых угольных пластов. Техническим результатом является уменьшение выделения пыли и газа в очистной забой за счет интенсивного увлажнения призабойной части разрабатываемого угольного пласта и снижение трудоемкости процесса ликвидации отработавшей скважины. Предложен способ предварительной дегазации угольного пласта, включающий бурение дегазационных скважин в плоскости пласта, с шагом 35-70 м, но не более 0,7 длины зоны опорного давления, закладывание перфорированных трубопроводов в скважины с диаметром, равным 0,7-0,8 от диаметра скважины, герметизацию устья скважин, с последующим подключением к дегазационному газопроводу и закачивание жидкости в отработавшую скважину. При этом перфорированный трубопровод монтируют из облегченных перфорированных труб, изготовленных из водорастворимых материалов, а стыки труб соединяют упругими муфтами. На расстоянии 1,5-2 м от скважины до груди очистного забоя перфорированный трубопровод растворяют в скважине, нагнетая в него воду с добавками поверхностно-активных веществ и растворителей. При этом интенсивно увлажняют уголь в призабойной части разрабатываемого пласта. Темп нагнетания жидкости в отработавшую скважину обеспечивают не менее 15 л/мин. 1 ил.

Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах // 2536518

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к обеспечению безопасности при ведении работ в условиях шахт, и может быть использовано для определения путей фильтрации рудничного воздуха. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности анализа проб рудничного воздуха, расширение ассортимента применяемых трассеров и обеспечение безопасности их применения для человека. Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах, включающий ввод в атмосферу шахты трассера, определение точек отбора проб воздуха, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие трассера с помощью индикаторных трубок с возможностью последующей проверки хроматографическим или спектрофотометрическим методом в стационарной лаборатории. Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что в качестве трассера используют распыленный дисперсно в поток воздуха фурфурол в количестве от 25 до 30 мг/м3.

Способ проходки горной выработки по выбросоопасному пласту // 2536540

Изобретение относится к области горного дела, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для безопасной проходки горной выработки по выбросоопасному пласту по газодинамическому и газовому факторам. Техническим результатом является повышение безопасности ведения работ при проходке по выбросоопасному пласту горной выработки, исключение в случае газодинамического явления ее загазирования и распространения газоопасного облака по сети выработок шахты. Способ включает проходку горной выработки, ее проветривание, контроль содержания метана в забое и в исходящей струе воздуха, проведение с неснижаемым опережением в массиве угля дегазационных скважин по бокам выработки и разгрузочно-дренажной скважины по ее оси. При этом скважины проводят на длину недельного интервала проходки выработки. Перед очередным интервалом проходки сооружают переносное устройство, которым в случае газодинамического явления экстренно перекрывают сечение выработки и ограниченным расходом выпускают из забоя газоопасную смесь в исходящую струю. Причем при выпуске газоопасной смеси поддерживают концентрацию метана в исходящей струе выработки не более 0,5% по объему путем подачи в выработку дополнительного количества свежего воздуха. Разгрузочно-дренажную скважину на очередном интервале проходки выработки проводят дистанционно после подключения барьерных скважин к дегазационному трубопроводу. В случае газодинамического явления и достижения более 1% метана на устье очередного интервала проходки выработки автоматически включают в работу дополнительный вентилятор местного проветривания, подают свежий воздух в исходящую из выработки струю, газоопасную смесь разбавляют до нормативного содержания газов в рудничной атмосфере. 2 з.п. ф-лы.

Способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта // 2539074

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов в условиях проявления опасных геодинамических явлений. Предложен способ предотвращения геодинамических явлений при подземной разработке газоносного угольного пласта, включающий бурение в пласт дегазационной скважины, формирование каналов проницаемости вокруг скважины, удаление воды и извлечение метана. В процессе дегазации пласта осуществляют периодическое закрытие и открытие устья скважины. При этом закрытие осуществляют на время до 1…3 суток, а длительность открытия ограничивают временем до достижения минимального дебита метана в предыдущем периоде. Кроме того, в дегазационные скважины с нулевым дебитом перед первым периодом закрытия нагнетают воздух под абсолютным давлением более 6 бар - для создания стартовых каналов проницаемости. Техническим результатом является повышение дебита метана из скважины в 10-15 раз, сокращение длительности подготовки особо опасного пласта к отработке за счет интенсификации процесса дегазации и снижение газоносности в 2-3 раза и релаксации аномальных напряжений горного давления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ ударно-волнового разрушения угольного пласта через скважины пробуренные из горных выработок // 2540709

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов. Техническим результатом изобретения является развитие равномерной сети трещин и разрушение массива угольного пласта по длине дегазационных скважин за малое время и при использовании минимального количества оборудования. Предложен способ ударно-волнового разрушения угольного пласта через скважины, пробуренные из горных выработок, включающий создание трещин в угольном пласте посредством циклического увеличения и снижения давления жидкости в скважине и воздействие на пласт низкочастотными импульсами давления высокой амплитуды при увеличении давления жидкости в скважине. При этом устье скважины соединяют через быстродействующий клапан с источником воды, находящейся под давлением, и со сливным клапаном. Быстродействующий клапан открывают на время, в течение которого волна движения массы жидкости достигает наиболее отдаленной части скважины, создает гидравлический удар и развивает образующиеся трещины угольного пласта, после закрывания быстродействующего клапана открывают сливной клапан для снижения давления в скважине до величины исходного давления воды. Причем длительность открывания быстродействующего клапана и частоту повторения гидроударов выбирают из условия создания трещин в угольном пласте, его разрушения и заполнения наиболее отдаленной части скважины фрагментами разрушенного угольного пласта, создание гидравлических ударов повторяют до заполнения скважины фрагментами разрушенного угольного пласта до устья. 1 ил.

Комплексный способ предварительной дегазации рабочего угольного пласта, выработанного пространства и пластов-спутников и управляемого обрушения тяжелой кровли // 2540750

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной угледобыче. Техническим результатом является повышение безопасности работы в очистном забое в пластах, опасных по газовому фактору. Предложен комплексный способ предварительной дегазации рабочего угольного пласта, выработанного пространства и пластов-спутников и управляемого обрушения тяжёлой кровли, включающий проведение полевых подготовительных выработок - штреков и бремсбергов, затем из дегазационно-торпедных пластовых выработок бурят веера скважин в почву и кровлю пласта, а из передовой пластовой выработки бурят длинные скважины, которые направляют в сторону выработанного пространства, после чего осуществляют передовое торпедирование для создания трещин и производят плавную посадку кровли. При этом комплексность мероприятий включает расположение веерных скважин, общих как для дегазации, так и для торпедирования, а при проведении полевых подготовительных штреков образуют охранные жёстко-податливые целики. Причем скважины, пробуренные в кровле пласта, являются дегазационно-торпедными и их располагают в таком порядке, при котором обеспечивают посредством передового торпедирования образование трещин для продольного обрушения по линии, проходящей параллельно лаве. Помимо передового торпедирования осуществляют отстающее, посредством которого производят поперечное обрушение блоков по линии, перпендикулярной лаве. А дегазацию выработанного пространства до обрушения в его верхней части осуществляют через сохранившиеся наполовину лавы скважины. 6 ил.

Способ прогноза газового баланса очистного забоя // 2541342

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза газообильности очистного забоя по источникам метана в призабойном пространстве при работе углеразрушающего механизма (комбайн, струга и пр.). Предложен способ прогноза газового баланса очистного забоя, включающий измерение объемов добываемого угля и интенсивности газовыделения, установление зависимости между измеренными величинами и определение показателя газоотдачи отрабатываемого пласта. При этом указанные измерения производят в каждую смену по добыче угля, а показатель газоотдачи пласта определяют по интенсивности наибольшего газовыделения во время циклов отбойки измеренного угля. Причем долю газового баланса отрабатываемого пласта в призабойное пространство устанавливают отношением интенсивности наибольшего газовыделения из пласта и интенсивности газовыделения очистного забоя. Предложенный способ позволит повысить достоверность прогноза газовыделения из источников выделения газов в призабойное пространство очистного забоя и обоснованно рекомендовать способы и параметры дегазации отрабатываемого пласта и выработанного пространства, обеспечивая тем самым нормативные параметры рудничного воздуха в забое лавы и на выемочном участке.

Способ определения протяженности зоны опорного давления от очистного забоя // 2541343

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения протяженности зоны опорного давления от очистного забоя. Предложен способ определения протяженности зоны опорного давления от очистного забоя, включающий проведение подготовительных выработок, отработку угольного пласта очистным забоем, бурение дегазационной скважины, герметизацию ее устья от рудничной атмосферы, измерение интенсивности газовыделения из скважины при ее переходе из зоны природной проницаемости пласта в зону опорного давления от очистного забоя. При этом скважину в неразгруженном массиве пласта бурят до границы опорного давления от противоположной выработки, а устье скважины герметизируют на глубину зоны опорного давления от выработки, из которой она пробурена. Причем протяженность зоны опорного давления от очистного забоя устанавливают по расстоянию между зонами начала пригрузки пласта и начала его разгрузки от горного давления.

Способ воздействия на угольный пласт через скважины, пробуренные из горных выработок // 2547873

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для дегазации угольных пластов. Техническим результатом является повышение эффективности дегазации угольного пласта. Предложен способ воздействия на угольный пласт через скважины, пробуренные из горных выработок, включающий гидравлический разрыв пласта и последующее развитие образовавшихся трещин путем продувки воздухом. При этом гидроразрыв осуществляют путем изоляции пакерами участка скважины с последующей порционной закачкой воды в изолированный участок со скоростью и под давлением, достаточными для гидроразрыва пласта. Закачку порций воды повторяют до появления начальных трещин гидроразрыва. Затем откачивают воду из скважины и закачивают воздух объемом, достаточным для развития сети трещин гидроразрыва. Создание сети трещин гидроразрыва повторяют на участках скважины по всей ее длине через промежутки, определяемые геологическими условиями и заданным уровнем дегазации. 1 ил.