Патент на изобретение №2282034

(54) СПОСОБ ПРОВЕТРИВАНИЯ ГАЗОВЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к угольной промышленности и может быть использовано для проветривания подземных подготовительных и очистных забоев газовых угольных шахт. Технической задачей предлагаемого изобретения является создание режима проветривания угольного предприятия газовой смесью, исключающей условия возникновения взрывоопасных концентраций метановоздушной смеси в подземных условиях. Техническая задача решается тем, что в угольную шахту подают газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих условия возникновения взрывоопасных концентраций, которую после выдачи из шахты направляют на газоподготовительно-разделительную станцию, где метановоздушную смесь разделяют на два потока, при этом один из них направляют к потребителю, а другой после корректирования параметров долевого содержания кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, подают в шахту. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано для организации проветривания подземных подготовительных выработок и очистных забоев газовых угольных шахт.

Известен способ проветривания газовых угольных шахт, включающий процесс перемещения газовой смеси, состоящей из кислорода и азота (атмосферного воздуха) по подземным горным выработкам с помощью непрерывно действующих вентиляторов, установленных на поверхности и работающих в режиме всасывания шахтного газа (см. Б.В.Бокий, Основы горного дела, изд. второе, М.: Углетехиздат, 1956, с.179-183).

Известному способу присущи следующие недостатки:

во-первых, подача в газовую шахту газа (атмосферного воздуха стандартных параметров: кислорода в диапазоне 20-21% и азота в диапазоне 78-79%) осуществляют в объемах, достаточных для разжижения метана до безопасного уровня – 1%, что сопряжено с исключительно высокой энергоемкостью процесса, доля которого в общем энергобалансе шахты составляет 60-70%. С увеличением глубины разработок в связи с более интенсивным метановыделением до 50-60 кубометров на 1 т угля энергоемкость процесса проветривания будет увеличиваться;

во-вторых, выброс в атмосферу колоссальных масс метановоздушных смесей (далее МВС) приводит к потере ценнейшего энергоносителя и разрушает озоновый слой атмосферы земли, предопределяя пагубные последствия планетарного характера;

в-третьих, традиционный режим проветривания не гарантирует полной безопасности ведения горных работ, т.к. малейшие отклонения в режиме подачи в шахту атмосферного воздуха в сторону его уменьшения или внезапное повышение выделения метана приводят к возникновению взрывоопасной ситуации, в связи с чем резко возрастает роль человеческого фактора в возникновении трагедий с гибелью больших групп людей, разрушением оборудования и горных выработок угольного предприятия.

Задачей предлагаемого изобретения является создание режима проветривания газового предприятия газовой смесью с нестандартными параметрами содержания метана, кислорода и азота в пропорциях исключающих условия возникновения взрывоопасных концентраций МВС в подземных условиях.

Задача решается тем, что в газовую шахту принудительно подают газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, которую после выдачи из шахты направляют на газоподготовительно-разделительную станцию (далее станция), на которой МВС разделяют на два потока, при этом один из них направляют к потребителю, а другой после корректирования параметров долевого содержания кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, подают в шахту.

Действительно, при содержании метана свыше 14-16% в МВС последняя перестает быть взрывчатой (см. выше, с.175-176), ибо взаимозависимости концентраций кислорода метана этих смесей находятся за пределами так называемого “треугольника взрывчатости” (зона 1), представленного на графике взрывчатости МВС (см. Ю.Ф.Васючков. Горное дело, М.: Недра, 1990, с.299).

Необходимо подчеркнуть, что при подаче в газовую шахту МВС с содержанием метана, равным 16%, становится возможным создание условий абсолютной безопасности при любых колебаниях концентраций метана, которые возможны только в сторону увеличения и будут способствовать повышению степени безопасности условий труда в подземных условиях. Отметим, что содержание кислорода в МВС при этом составит не менее 18%, что несколько ниже стандартных значений его содержания в атмосферном воздухе, но соответствует параметру безопасного уровня жизнедеятельности работающего человека (по классификации Хендерсона), при этом отметим, что предельный уровень концентрации кислорода составляет 10%, когда возникают галлюцинации и потеря сознания.

В связи с этим для решения проблемы дефицита концентрации кислорода для обслуживающего персонала целесообразно воспользоваться технологией индивидуального обогащения вдыхаемой смеси кислородом, разработанной фирмой “Panasonic” и успешно реализованной в кондиционерах, оснащенных кислородными мембранами, при этом во время работы с одной из сторон мембраны создается вакуум, обеспечивая поступление воздуха и его составляющих компонентов кислорода и азота, которые проходят через мембрану, при этом скорость прохождения кислорода через мембрану в 2,5 раза выше скорости прохождения азота. В результате содержание кислорода в воздухе после мембраны увеличивается до 30%, т.е. в 1,5 раза (см. Экономический еженедельник, изд. дома “Коммерсант”, “Деньги”, №25 (480), 28.06.-04.07.2004 г., с.65-68).

В предлагаемом техническом решении персонал шахты оснащают индивидуальными средствами защиты с использованием кислородной мембраны (генератор кислорода “02 Shower”, где роль вакуумного насоса выполняют легкие работающего человека. В этом случае нижний предел содержания кислорода в МВС составит 18/1,5=12%, при этом максимальная концентрация метана составит 40%, т.е. диапазон колебания концентраций метана возможен в пределах 16-40%. Для защиты персонала от метана дыхательный аппарат дополнительно оснащают мембраной с высоким коэффициентом селективности относительно метана (отношение коэффициента проницаемости по кислороду к коэффициенту проницаемости по метану), с величиной, равной 33-38, что практически позволит полностью исключить доступ метана в легкие обслуживающего персонала. Использование этого средства станет возможным после его освоения промышленностью, а в настоящее время персонал можно защитить индивидуальными средствами респираторного типа, при этом продолжительность рабочей смены определится временем функционирования аппарата и физиологическими потребностями персонала, величина которых может варьироваться в широких пределах. Известно, что люди с эндогенным типом дыхания потребляют кислород в значительно меньшем объеме, т.к. у них кислород и энергия вырабатываются самостоятельно клетками своего организма посредством свободнорадикального окисления жирных кислот (см. кн. Владимир Фролов, “Эндогенное дыхание – настоящее и будущее человечества”, 1997, г.Кинель, отпечатано “СамВенКинель”, ул.Маяковского, 83а, с.3-8, 46-54, 74-80). Отметим, что количество подаваемой МВС в шахту должно удовлетворять условию, что содержание атмосферного воздуха в МВС следует рассчитывать по количеству людей, одновременно занятых на подземных работах по норме 6 кубометров в минуту на одного человека, а также по другим факторам, а именно: по выделяемой углекислоте и по вредным газам от взрывных работ, если таковые факторы наличествуют в реальных условиях.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что оно существенно отличается от известного уровня техники введением новых существенных признаков и соответствует критерию новизны, изобретательского уровня и промышленно применимо.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежом, на котором представлена принципиальная технологическая схема проветривания газовой угольной шахты.

Указанный способ проветривания газовой угольной шахты реализуется следующим образом.

В шахту 1 (см. чертеж) от станции 2 по трубопроводу 3 подают МВС с концентрацией метана не менее 16% и кислорода порядка 17-18% в устье ствола 4 и далее по главным 5 и участковым 6 МВС, по стволу 7 с помощью вентилятора 8 выдают на поверхность, по трубопроводу 9 направляют на станцию 2. При перемещении МВС по горным выработкам концентрация метана увеличивается в зависимости от газообильности отрабатываемых угольных пластов, которую доводят до величины, равной 40%, при этом содержание кислорода составит 12,6%, которое обеспечивает возможность пребывания обслуживающего персонала, использующего индивидуальные средства защиты от метана и средства обогащения вдыхаемой среды кислородом до уровня 12,6×1,5=18,9%. Отметим, что при использовании изолирующих средств зашиты, содержание метана в МВС не ограничивается. На станции 2 осуществляют разделение МВС на два потока, один из которых при условии его кондиционности (т.е. при содержании метана более 30%) направляют по трубопроводу 10 к потребителю 11, а второй – после его обогащения кислородом до уровня 17,6-18% направляют по трубопроводу 3 в шахту.

В случае некондиционности выдаваемой из шахты МВС на станции осуществляют обогащение смеси и далее направляют потребителю.

Отметим, что забор атмосферного воздуха из окружающей среды и выброс его излишков из системы проветривания в атмосферу осуществляют на станции через соответствующие каналы 12.

Операции по обогащению МВС осуществляют с помощью новейших разработок в области мембранных технологий.

Предлагаемая технология решает вопросы безопасности в условиях газовых угольных шахт, исключает выбросы МВС в атмосферу, резко снижает затраты на потребляемую электроэнергию при проветривании шахты, позволяет осуществить утилизацию добываемого метана.

Формула изобретения

1. Способ проветривания газовых угольных шахт, включающий принудительное перемещение по горным выработкам газовой смеси (атмосферного воздуха), отличающийся тем, что в шахту подают газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и метана, которую перемещают по горным выработкам и после выдачи из шахты направляют на газоподготовительно-распределительную станцию, где метановоздушную смесь разделяют на два потока, при этом один из них направляют к потребителю, а другой после корректирования параметров долевого содержания кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, подают в шахту.

2. Способ проветривания газовых угольных шахт по п.1, отличающийся тем, что в газовой смеси, подаваемой в шахту, концентрацию метана доводят до 16%.

3. Способ проветривания газовых угольных шахт по п.1, отличающийся тем, что в газовой смеси, подаваемой к потребителю, концентрацию метана доводят до уровня 30% и более.

РИСУНКИ