Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах

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 2536518:

Вершинин Сергей Николаевич (RU)

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.

Сложность вентиляционных сетей шахт затрудняет аналитический расчет режимов проветривания, который основывается на результатах депрессионных съемок выработанных пространств. Это является сложной задачей, требующей большого количества исходных данных, получение которых не всегда возможно, и времени.

Известен способ практического решения задачи определения путей фильтрации рудничного воздуха путем запуска индикаторного газа, неспецифического для рудничной атмосферы (Robert P. Vinson, Edward D. Thimons. Исследование параметров рудничной вентиляции с помощью шестифтористой серы//J. MineVent. Soc. Afr. - 1986. - №2. - С.13-20). Газ-трассер запускали в воздушную струю, а в контрольных точках производили отбор проб воздуха в течение 20 мин от начала запуска с интервалом в 5 мин. Это позволяет определить протяженность распространения, время и среднюю скорость движения воздушной струи.

Основным недостатком известного способа является то, что его назначение ограничивалось только определением аэрогазодинамических параметров воздушной струи без выявления таких опасных факторов, как наличие эндогенных пожаров в выработанном пространстве и влияние их на распределение фильтрационных утечек воздуха, воздухообмен через изолирующие сооружения, нарушение режимов проветривания и т.д.

Работы с газами-трассерами в данном направлении были продолжены в России в последующие годы, что подтверждается рядом публикаций.

Известен способ определения путей фильтрации воздуха и уточнения местонахождения очагов самонагревания угля в выработанном пространстве, включающий использование газа-трассера тетрафтордибромэтан C₂F₄Br₂), более известного под другим названием - хладон 114В2 (Сборник научных трудов РосНИИГД. Борьба с авариями в шахтах. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - С.119-124). Это вещество практически не токсично и обладает незначительной сорбционной способностью по отношению к углю. Хладон 114В2 несколько уступает по данным показателям гексафториду серы (SF₆), но является более доступным для предприятий и более удобен в обращении.

К основным недостаткам при использовании хладона 114В2 в качестве газа-трассера являются:

длительное время получения результатов отобранных проб, т.к. определение концентрации хладона 114В2 (как и гексафторида серы) можно производить только в лабораторных условиях, что требует наличие дорогостоящего оборудования и значительных затрат времени;

возможность искажения получаемых результатов, т.к. вследствие высокой плотности газа возможно попадание его в низкие слои и участки шахтных выработок.

Кроме того, на некоторых шахтах возможно наличие фоновой концентрации хладона 114В2, т.к. в последние годы его используют для обработки обрушенных пород в выработанном пространстве при авариях.

Известен способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах (патент РФ №2321750, кл. МКИ E21F 5/00, авторы Вершинин С.Н. Федорович А.П., Игишев В.Г. Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах). Способ включает ввод газа-трассера, не имеющего фоновой концентрации в рудничной атмосфере путем распыления его в поток воздуха, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие газа-трассера с помощью индикаторных трубок и при необходимости с последующей проверкой хроматографическим методом в стационарной лаборатории. В качестве газа-трассера используют дихлорметан. Этот способ достаточно эффективен, позволяет обеспечить достоверность отобранных проб и возможность получения по ним экспресс-информации. Способ принят авторами за прототип предлагаемого технического решения.

Недостатки его заключаются в следующем:

- в связи с тем, что дихлорметан тяжелее воздуха почти в три раза, он может застаиваться в низких местах, меняется его концентрация по вертикали. Это, естественно, сказывается на достоверности отбираемых проб и точность получения экспресс-информации;

- оставшийся в низких местах дихлорметан может проявиться в последующих обследованиях шахт и внести ошибку в определении путей фильтрации воздуха;

- дихлорметан относится к классу хладонов, применение которых в настоящее время все более и более ограничивается, т.к. соединения этого класса разрушают озоновый слой атмосферы.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение условий безопасности.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности анализа проб рудничного воздуха, расширение ассортимента применяемых трассеров и обеспечение безопасности их применения для человека.

Предложен способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах, включающий ввод в атмосферу шахт 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.

Способ отличается тем, что в качестве трассера используют распыленный дисперсно в поток воздуха фурфурол в количестве от 25 до 30 мг/м³.

Термин «трассер» означает - газ или вещество, легко распространяемое по воздуху.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что повышается безопасность при использовании указанного способа. Фурфурол относится к классу нетоксичных жидкостей, является продуктом переработки сельскохозяйственного сырья промышленным растворителем, не вреден для человека. Кроме того, фурфурол легко распыляется в воздушный поток и легко передвигается с потоком воздушной струи. В воздушном потоке при движении воздуха в низких (высоких) местах горных выработок концентрация фурфурола не изменяется.

Кроме того, через несколько дней после его применения фурфурол окисляется до смеси органических кислот. И, как правило, более никак не проявляется в атмосфере шахты. Кислоты являются нелетучими продуктами, не влияют на показания индикаторных трубок и лабораторного анализа и, соответственно, на достоверность последующих определений путей фильтрации воздуха.

Фурфурол имеет следующие характеристики: ПДК среднесменная -10 мг/м³, класс опасности - 3, молекулярный вес - 90,08, температура кипения - 161,7°C. В воде практически нерастворим. Отчетливый запах наблюдается при концентрации 3 мг/м³. Применение данного вещества в шахтах является совершенно безопасным, т.к. токсикологический класс опасности его - III.

Наличие в рудничной атмосфере фурфурола и оценить его концентрацию можно выполнить с помощью серийно выпускаемых индикаторных трубок. В настоящее время промышленность выпускает индикаторные трубки в широком ассортименте, в том числе и для определения соединений класса альдегидов. С их применением время предварительной оценки наличия предлагаемого газа-трассера сокращается до нескольких минут.

При необходимости наличие фурфурола можно определить в лабораторных условиях на том же оборудовании, что и для известных газов и жидкостей (хроматограф). Однако, как показали испытания, в большинстве случаев предварительной оценки индикаторными трубками достаточно для достижения поставленной цели. Таким образом, при использовании распыленного в атмосферу фурфурола достигается оперативность и достоверность исследований.

Распыление фурфурола в поток воздуха вместо других способов ввода трассера обеспечивает повышение точности подачи в поток заданного объема, т.к., например, при испарении с поверхности жидкости объем испаренного вещества не контролируется и зависит от многих факторов (температура воздуха и жидкости, скорость воздушного потока и др.). Количество вводимого трассера 25-30 мг/м³ при дисперсном распылении в рудничную атмосферу обеспечивает его уверенное определение на большом удалении от точки подачи. Что указывает на причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом.

Осуществление изобретения подтверждено при проведении экспериментальных испытаний и замеров в условиях рудничной атмосферы на шахтах Кузбасса. Получен положительный результат.

Фурфурол не требует особых условий хранения, и использование его в шахтах в заявленных пределах является совершенно безопасным.

Использование предлагаемого изобретения позволит более оперативно и достоверно проводить исследование атмосферы шахт, и, следовательно, будет способствовать обеспечению безопасного режима работы в шахтах.

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, отличающийся тем, что в качестве трассера используют распыленный дисперсно в поток воздуха фурфурол в количестве от 25 до 30 мг/м³.

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.

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.

Способ управления метановыделением на выемочном участке при камерно-столбовой системе разработки угольного пласта // 2533464

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.

Способ определения газокинетических характеристик угольного пласта // 2526962

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 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.

Способ ликвидации метанообильной шахты // 2549659

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для извлечения шахтного метана в процессе и после ликвидации метанообильной шахты. Техническим результатом является увеличение срока работы дегазационных скважин и повышение объемов извлекаемого метана, пригодного для утилизации. Предложен способ извлечения метана при ликвидации метанообильной шахты, включающий прекращение работ по добыче угля в очистном забое, изоляцию участковых выработок, проведение и герметизацию устьев скважин, подсоединение скважин к дегазационному трубопроводу и извлечение метана. При этом скважины проводят из выработки вблизи демонтажной камеры над целиком угля в свободное пространство обрушенных пород основной кровли остановленного очистного забоя, скважины подсоединяют к магистральному дегазационному трубопроводу и метан извлекают до изоляции участковых выработок и после изоляции шахты.

Способ определения газоотдачи разрабатываемого пласта в очистной забой // 2553121

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности. Техническим результатом является повышение точности определения газоотдачи разрабатываемого пласта. Предложен способ определения газоотдачи разрабатываемого пласта в очистной забой, заключающийся в измерении объемов добываемого комбайном угля и интенсивности метановыделения в призабойное пространство очистного забоя, установлении связи между измеренными величинами и определении показателя газоотдачи пласта в призабойное пространство очистного забоя. При этом объемы добываемого угля и интенсивность метановыделения измеряют на участке пласта за пределами зоны его естественной дегазации монтажной камерой и до первой посадки основной кровли, при этом используют данные объемов добываемого угля, превышающие средние их величины в период наблюдения. А показатель газоотдачи пласта в очистной забой определяют по величине коэффициента при объеме добытого угля в выявленной связи между измеренными величинами в процессе работы комбайна по отбойке угля.

Способ улавливания метана при отработке угольных пластов с помощью механизированного комплекса // 2553699

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке полезного ископаемого. Способ улавливания метана при отработке угольных пластов с помощью механизированного комплекса включает отработку угольного пласта с использованием секций механизированной крепи с коробчатыми верхними перекрытиями забойного конвейера и комбайна. Одновременно с выемкой угля, его транспортировкой по забою и подготовительным выработкам, через отверстия в коробчатых верхних перекрытиях и телескопические патрубки, осуществляют отсос метана. Из очистного забоя все коробчатые верхние перекрытия секций соединены между собой гофрированными патрубками определенной длины, равной шагу передвижки механизированной крепи. Изобретение позволяет осуществить комплексное и рациональное использования угля в недрах за счет попутной эффективной добычи метана, снизить себестоимость угля, обеспечить безопасную разработку полезного ископаемого. 3 ил.