Патент на изобретение №2360127

(54) СПОСОБ ДЕГАЗАЦИИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к горной промышленности, используется для дегазации выработанного пространства при отработке выемочных столбов на пологих и наклонных высокогазоносных угольных пластах, в том числе тех, уголь которых склонен к самовозгоранию. Техническим результатом является повышение безопасности труда шахтеров при повышении эффективности и упрощении технологии изолированного отвода метана из выработанного пространства действующего очистного забоя. Способ включает проходку вскрывающих и оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение, по крайней мере, одной дегазационной скважины в купол обрушения горных пород, обсадку указанной скважины трубами, герметизацию затрубного пространства в ней и подключение дегазационной скважины к дегазационному трубопроводу. Оконтуривающие горные выработки проходят под углом наклона к горизонту не менее 3 градусов. Монтажную камеру располагают на максимальной высотной геодезической отметке оконтуренного выемочного столба. Дегазационную скважину бурят в купол обрушения горных пород над монтажной камерой из наклонной фланговой вскрывающей горной выработки. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может использоваться для дегазации выработанного пространства при отработке выемочных столбов на пологих или наклонных высокогазоносных угольных пластах, в том числе тех, уголь которых склонен к самовозгоранию.

Известен способ дегазации выработанных пространств шахтных полей по патенту РФ 2097568, класс E21F 7/00, опубл. в БИ 33 за 1997 г., включающий проходку оконтуривающих выемочный столб выработок, принятие расстояния от монтажной камеры до первой скважины равным шагу посадки основной кровли, а на оставшейся части длины выемочного столба расстояния равным двум-трем шагам посадки кровли, бурение скважины, чтобы она пересекала разрабатываемый пласт и углублялась на 3÷5 м в породы почвы, производство инклинометрической съемки перед обсадкой скважины, обсадку скважины колонной стальных перфорированных труб диаметром не менее 100 мм, чтобы ее нижний конец располагался не ниже 3÷5 м над кровлей пласта, герметизацию скважины от поверхности на расстоянии не менее 10 м, утепление устья скважины, подвигание забоя, подключение скважины к устройству отсоса газа. При этом бурят скважины в установленные естественные зоны повышенной трещиноватости горного массива. Для этого размечают вдоль всей длины оконтуривающих выработок геофизические пикеты с шагом, обеспечивающим необходимую глубину контроля трещиноватости массива, определяют наличие зон повышенной естественной трещиноватости в массиве методом радиоволнового зондирования и при наличии зон в выемочном столбе замеряют протяженность выемочного столба, ширину и число указанных зон трещиноватости в пределах столба, расстояние между ними и до выработок, замеряют углы ориентации зон относительно осей оконтуривающих выработок в плоскости пласта и по мощности массива располагают последующую ближайшую скважину так, чтобы она находилась в начале зоны повышенной трещиноватости от монтажной камеры. После этого подключают скважину к устройству отсоса газа с возможностью изменения вакуума. Отмечают расстояние от начала замера газообильности, равное шагу обрушения пород кровли до скважины, пробуренной в зоне повышенной трещиноватости и после нее. Замеряют газообильность выработок, примыкающих к выработанному пространству, фактическую без дегазации и с дегазацией, допустимую газообильность выработок, примыкающих к выработанному пространству, по факту вентиляции без дегазации. Сравнивают значения, определяют относительный коэффициент эффективности дегазации и поддерживают его на требуемом уровне путем регулирования вакуума и изменения расстояний между скважинами.

К недостаткам способа следует отнести то, что при его использовании производят дегазацию невыработанного пространства, а опережающую дегазацию выемочного столба впереди очистного забоя в зонах с повышенной трещиноватостью и нарушенностью угольного пласта. При использовании этого способа дегазацию выработанного пространства практически не производят, следовательно:

– сохраняется опасность аккумуляции метана в куполе обрушения горных пород непосредственно над действующим очистным забоем;

– не исключается опасность распространения взрыва метана в очистной забой и в примыкающие к нему горные выработки;

– сохраняется опасность образования слоевых скоплений метана на сопряжении очистного забоя с выработанным пространством.

Известен способ дегазации выработанного пространства по авт. св. СССР 1559207, класс E21F 7/00, опубл. в БИ 15 за 1990 г., включающий оконтуривание выработками действующего выемочного поля между смежными полями, нарезку выемочных столбов, отработку действующего выемочного столба, изоляцию отработанного столба перемычками от участковых основных и фланговых выработок, определение мест заложения вертикальной блоковой и фланговой скважин и их бурение до начала ведения очистных работ, проведение буровых камер по обе стороны от оконтуривающих выемочное поле выработок и извлечение газа. При этом из буровых камер по обе стороны от вертикальных скважин бурят горизонтальные скважины в выработки, оконтуривающие выемочные поля по падению, которые поддерживают в выработанном пространстве. Соединяют забой каждой вертикальной скважины с устьями горизонтальных скважин трубами одинакового диаметра, которые оборудуют устройствами регулирования расхода газа и отверстиями с заглушками для отбора проб газа. При этом отбирают пробы газа в каждой горизонтальной и вертикальной скважинах, определяют коэффициент дегазации и поддерживают его на требуемом уровне путем регулирования расхода газа из скважин.

Недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации требуется большой объем дополнительных трудоемких и затратных работ по креплению горных выработок для приведения их в состояние, отвечающее условиям их поддержания в выработанном пространстве в зоне опорного горного давления в течение всего срока отработки выемочного поля. В подобных горных выработках, которые для реализации способа должны поддерживаться в выработанном пространстве на контакте с угольным массивом, запрещается присутствие людей. Следовательно, в данных выработках невозможно производить контроль состояния крепи, соответственно невозможно осуществлять ремонтно-восстановительные работы для поддержания выработок. Кроме того, под действием опорного горного давления краевая часть угольного массива, вдоль которого в выработанном пространстве находятся поддерживаемые выработки, будет деформироваться и разрушаться. При этом из массива в поддерживаемую выработку будет отжиматься раздавленный уголь, образуя концентрированные скопления разрыхленного угля. В результате отсоса газа из выработанного пространства, вдоль краевых частей угольного массива, в места формирования концентрированных скоплений разрыхленного угля будет поступать воздух из действующих горных выработок. Так как время, в течение которого будет производиться отработка выемочного поля, многократно превышает инкубационный период самовозгорания угля, то непосредственно в этих местах будут возникать очаги эндогенных пожаров. При подобном способе дегазации выработанного пространства выемочного поля, когда в нем для отвода газа поддерживаются несколько горных выработок большой протяженности, в случае возникновения эндогенного пожара практически невозможно будет определить местонахождение очага самовозгорания угля. В связи с этим усложнятся работы по локализации и тушению возникшего в выработанном пространстве эндогенного пожара, так как произойдет снижение их эффективности. Кроме того, в течение всего времени, пока возникший эндогенный пожар не будет потушен, будет сохраняться повышенная опасность, обусловленная возможностью осложнения аварии взрывами и распространением пожара в действующие горные выработки.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ дегазации выработанного пространства по авт. свид. СССР 1472701, класс E21F 7/00, опубл. в БИ 14, 1989 г., включающий бурение вертикальной скважины с поверхности, ее обсадку перфорированными трубами, герметизацию затрубного пространства и извлечение метанановоздушной смеси. После перехода линии очистного забоя через скважину под ее забоем выкладывают охранный целик, а в породах кровли бурят дегазационные шпуры, соединяющие скважину с выработанным пространством. Через шпуры и скважину осуществляют извлечение метановоздушной смеси из выработанного пространства.

Недостатками данного способа являются следующее:

– на протяжении одного выемочного столба необходимо бурить с земной поверхности нескольких вертикальных скважин;

– под забоями подработанных вертикальных скважин в выработанном пространстве необходимо выкладывать искусственные охранные целики;

– в выработанном пространстве необходимо будет бурить длинные наклонные дегазационные шпуры для соединения скважин с выработанным пространством.

Так как вертикальные скважины с поверхности бурят заблаговременно в неотработанную часть выемочного столба, то это обстоятельство вызовет необходимость разработки и выполнения мероприятий по безопасному переходу очистным забоем пробуренных с поверхности скважин. Выкладка же в выработанном пространстве под скважинами искусственных охранных целиков, которые могли бы обеспечить сохранность подработанных скважин, – задача практически невыполнимая, особенно при использовании в очистных забоях добычных механизированных комплексов. Кроме того, представляется трудновыполнимой задачей попадание длинными наклонными шпурами в ствол скважины.

Данный способ в случае его практической реализации не только осложнит ведение горных работ, но и само ведение работ по выкладке искусственных охранных целиков в выработанном пространстве под скважинами и бурение там длинных дегазационных шпуров будет проходить в условиях повышенной опасности для выполняющих эту работу.

Техническая задача: повышение безопасности труда шахтеров при повышении эффективности и упрощении технологии изолированного отвода метана из выработанного пространства действующего очистного забоя за счет создания условий, при которых аккумуляция метана, выделяющегося в выработанном пространстве выемочного столба и поступающего в него из очистного забоя, происходит в куполе обрушения горных пород над монтажной камерой, из которого он изолированно отводится.

Поставленная задача решается тем, что в способе дегазации выработанного пространства, включающем проходку оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение, по крайней мере, одной дегазационной скважины в купол обрушения горных пород, обсадку указанной скважины трубами, герметизацию затрубного пространства в ней и подключение дегазационной скважины к дегазационному трубопроводу, согласно техническому решению оконтуривающие выемочный столб горные выработки проходят под углом наклона к горизонту не менее 3 градусов, а монтажную камеру располагают на максимальной высотной геодезической отметке оконтуренного выемочного столба, при этом дегазационную скважину бурят в купол обрушения горных пород над монтажной камерой с земной поверхности.

Указанная совокупность признаков исключит возможность образования слоевых скоплений метана на сопряжении очистного забоя с выработанным пространством, а также распространения взрыва метана из выработанного пространства в действующий очистной забой и в примыкающие к нему горные выработки.

В результате практической реализации предлагаемого технического решения при одновременном повышении эффективности и упрощении технологии изолированного отвода метана повысится безопасность труда шахтеров за счет предотвращения аварий, обусловленных загазированием горных выработок и взрывами метана.

Сущность технического решения иллюстрируется примером реализации способа дегазации выработанного пространства (далее – способ) и чертежами, где на фиг.1 представлена схема отработки выемочного столба в плане; на фиг.2 – разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 – разрез по Б-Б на фиг.1.

Способ осуществляют следующим образом. Из вскрывающих горных выработок проходку оконтуривающих выемочный столб 1 (фиг.1-3) горных выработок – конвейерного штрека 2 и вентиляционного штрека 3 – производят под углом наклона к горизонту не менее 3 градусов. Монтажную камеру 4 располагают на максимальной высотной геодезической отметке оконтуренного выемочного столба 1 таким образом, чтобы весь подготавливаемый к отработке выемочный столб 1 был расположен ниже высотных отметок монтажной камеры 4. После отхода очистного забоя 5 от монтажной камеры 4 с земной поверхности 6 в часть 7 купола обрушения горных пород (далее – купол обрушения) над монтажной камерой 4 бурят, по крайней мере, одну дегазационную скважину 8, которую обсаживают трубами. Затрубное пространство в дегазационной скважине 8 герметизируют со стороны земной поверхности 6, а обсадную трубу из дегазационной скважины 8 подсоединяют к дегазационному трубопроводу 9, проложенному по земной поверхности 6. После подключения дегазационной скважины 8 к дегазационному трубопроводу 9 производят отсос газа из части 7 купола обрушения, сформировавшегося над монтажной камерой 4. По мере подвигания очистного забоя 5 часть метана (СН₄), выделяющегося в очистном забое 5 при отбойке угля, с внутриучастковыми утечками воздуха будет поступать в выработанное пространство 10.

В выработанном пространстве 10, примыкающем к очистному забою 5, скорость движения утечек воздуха резко снижается и в этих условиях происходит гравитационное разделение газов. При этом метан, как более легкий газ, «всплывает» в непроветриваемую часть 11 купола обрушения над очистным забоем 5 и, перемещаясь из части 11 вдоль выработанного пространства 10 в направлении максимальной высотной геодезической отметки выемочного столба 1, аккумулируется в части 7 купола обрушения над монтажной камерой 4. В часть 7 над монтажной камерой 4 дренируется также метан, выделяющийся в выработанном пространстве 10 из обрушенных горных пород, а также из подработанного и надработанного углепородного массива. Из части 7 купола обрушения газовую смесь с высоким содержанием метана через дегазационную скважину 8 отсасывают в дегазационный трубопровод 9.

При осуществлении предлагаемого способа создают условия, при которых в части 11 купола обрушения над очистным забоем 5 исключается возможность скопления метана. Соответственно на сопряжении очистного забоя 5 с выработанным пространством 10 устраняют опасность образования слоевых скоплений с повышенной концентрацией в них метана и исключают возможность поступления метана в очистной забой 5 из выработанного пространства 10. В случае возникновения взрыва метана в глубине выработанного пространства он не распространится в очистной забой 5 и в примыкающие к нему выработки, так как в части 11 купола обрушения метан будет отсутствовать. Количество воздуха, поступающего в выработанное пространство 10 из очистного забоя 5, снизится до величины, равной количеству газа, отсасываемого через дегазационную скважину 8. За счет этого произойдет снижение опасности возникновения эндогенного пожара в выработанном пространстве 10.

Формула изобретения

Способ дегазации выработанного пространства, включающий проходку оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение по крайней мере одной дегазационной скважины в купол обрушения горных пород, обсадку указанной скважины трубами, герметизацию затрубного пространства в ней и подключение дегазационной скважины к дегазационному трубопроводу, отличающийся тем, что оконтуривающие выемочный столб горные выработки проходят под углом наклона к горизонту не менее 3°, а монтажную камеру располагают на максимальной высотной геодезической отметке оконтуренного выемочного столба, при этом дегазационную скважину бурят в купол обрушения горных пород над монтажной камерой с земной поверхности.

РИСУНКИ