Способы и средства предупреждения образования местных скоплений метана.
Изолированный отвод метана из выработанных пространств за пределы выемочных участков по трубопроводам и неподдерживаемым выработкам с помощью газоотсасывающих вентиляторов (эжекторов) рекомендуется применять при метанообильности выработанного пространства 4,0 м3мин и более, когда вентиляция и дегазация, как правило, не могут обеспечить норму содержания метана в горных выработках.
Метан, отводимый за пределы выемочных участков, выпускается в выработку с исходящей вентиляционной струёй после предварительного разбавления его воздухом в смеситель-ной камере до норм ПБ.
Изолированный отвод метана осуществляется по проекту, утвержденному техническим директором производственного объединения, согласованному с МакНИИ и территориальным управлением Госнадзорохрантруда Украины, а при отводе по неподдерживаемым выработкам на пластах, склонных к само-возгоранию, - дополнительно с НИИГД. Проект является неотъемлемой частью паспорта выемочного участка.
В качестве источника тяги могут быть использованы эжекторы и газоотсасывающие вентиляторы, в которых исключена возможность воспламенения метана при ударах и трении вра-щающихся частей о корпус вентилятора. Электрический привод вентилятора должен омываться свежим воздухом.
Изолированный отвод метана по трубопроводам или неподдерживаемым выработкам с использованием газоотсасывающих ус-тановок допускается предусматривать в проектах новых и рекон-струируемых шахт, а также в паспортах подготовки выемочных участков на действующих шахтах. Снижение метанообильности выемочных участков, достигаемое при изолированном отводе метана по трубопроводам и неподдерживаемым выработкам с использованием газоотсасывающих ус-тановок, следует учитывать при необходимости расхода воздуха и максимально допустимой нагрузки на очистной забой.
Отвод метана из выработанного пространства при столбовой системе разработки (рис.1) с помощью газоотсасывающей установки производится по жесткому трубопроводу диаметром 0,5-0,9 м. Погашаемый тупик, длина которого не должна пре-вышать 6 м, отделяется от выработки дощатой перемычкой, обитой материалом для вентиляционных труб. Перемычка пе-реносится через каждые 2-3 м подвигания очистного забоя. К всасывающему концу жесткого трубопровода подсоединяется гибкая гофрированная труба или гибкая труба, армированная металлическими кольцами, длиной 7-10 м и диаметром, равным диаметру жесткого трубопровода. Труба заканчивается патруб-ком, имеющим приспособление для подвески его в выработке. Выходное отверстие патрубка закрывается металлической ре-шеткой с размером ячеек 20х20 мм. Всасывающий патрубок размещается в верхней части погашаемого штрека у стенки, противоположной выходу из лавы. Если крепь сопряжения (или крепь выемочного комплекса) не позволяет завести в погашаемую часть выработки трубопровод принятого диамет-ра то газосборная часть его может быть выполнена из нескольких гибких труб диаметром 0,2-0,3 м с всасывающими патрубками. Общая площадь сечения этих труб должна быть равна площади поперечного сечения газоотводящего трубо-провода. Метан, отсасываемый из выработанного пространства, транспортируется по трубопроводу к смесительной камере, через которую выпускается в общую исходящую струю.
Трубопровод должен быть собран из жестких труб, изготовленных из материалов с поверхностным электрическим сопротивлением не более 3-108Ом.Стыки должны быть тщательно уплотнены. Повороты трубопровода выполняются плавно, радиусом не менее 1.5м.
На жесткой части трубопровода против окна лавы должно быть устроено окно площадью 0,2х0,15 м2, закрываемое задвижкой. Окно с задвижкой служит для регулирования концентрации метана в трубопроводе путем подачи в него дополнительного воздуха из выработки. Концентрация метана в трубопроводе не должна превышать 3,5%.
Перед окном на расстоянии 1- 1,5 м в сторону тупика устанавливается заслонка, предназначенная для перекрытия трубопровода при остановках газоотсасывающего вентилятора. Для контроля содержания метана в трубопроводе 3-5м от окна по ходу движения смеси и у вентилятора на нагнетательной части трубопровода устанавливаются штуцера.
Конец трубопровода, заводится в смесительную камеру и снабжается коленом. Смесительная камера представляет собой часть выработки, отшитую сплошной продольной перегородкой из негорючего материала. Длина смесительной камеры 5-6м, ширина не менее 1,5 м. Вход в камеру и выход из нее ограждается металлическими решетками . Выработка в месте сооружения камеры и на расстоянии 5 метров в обе стороны от нее должна быть закреплена негорючей крепью. Вентилятор газоотсасывающей установки должен размещаться в камере, проветриваемой свежей струей воздуха и удовлетворяющей ПБ.
При сплошной системе разработки метан с помощью газоотсасывающей установки и отростков труб улавливается в просеке шириной 1,5 м. Крепь должна предохранять просек от завала на протяжении 150м от лавы. Отростки трубопровода, закладываемые через каждые 50 м , включаются в работу на расстоянии 30-40м от лавы и выключаются при отходе ее на 150м. В работе постоянно находятся 2-3 отростка.
Отвод метана из выработанного пространства по неподдерживаемым выработкам с помощью газоотсасывающих установок производится по трубопроводу проложенному через перемычку, изолирующую неподдерживаемую выработку от действующей (рис.3). Наибольший эффект достигается, ког-да неподдерживаемая выработка примыкает к угольному мас-сиву или охраняется целиками, крепь из нее не извлекается, а усиливается стойками или кострами. Если неподдерживаемая выработка охранялась со стороны действующей лавы целиками или бутовой полосой, то в них устраиваются каналы шириной 1,5-2,0м с интервалом 10м, обеспечивающие свободный выход метана из выработанного пространства в выработку. Со стороны очистного забоя погашаемая выработка ограждается,
чтобы в нее не могли войти люди.
Изолированный отвод метана по неподдерживаемым выработкам за счет общешахтной депрессии обеспечивает высокий эффект, если неподдерживаемые выработки не пога-шают, а крепь усиливают.
Неподдерживаемые выработки должны ограждаться, чтобы в них не могли пройти люди. Выпуск МВС из них в дейст-вующие выработки осуществляется через смесительную каме-ру. Концентрация метана на выходе из смесительной камеры не должна превышать 2,0%.
Депрессия hнв, обеспечивающая необходимый расход МВС по неподдерживаемым выработкам, определяется по формуле. Величина Qсм, входящая в эту формулу, должна быть не менее 0,3 Qуч, (1 - 1/Кутв). При выполнении этого условия эффективность отвода метана будет не менее 50%, что обес-печивает ликвидацию опасных скоплений метана на сопря-жении лавы с погашаемой вентиляционной выработкой. Расход отводимой МВС не должен превышать 30% расхода воздуха, поступающего на участок. Величина депрессии hнв должна быть не менее фактиче-ской (hнвф), измеренной в выработках, параллельных газоотводящему пути . Она определяется как сумма депрессий дей-ствующих выработок, соединяющих выработанное пространство с местом установки смесителя.
Снижение метанообильности выемочных участков, достигнутое при изолированном отводе метана по неподдерживаемым выработкам за счет общешахтной депрессии, не должно учи-тываться при расчете максимально допустимой нагрузки, так как эффективность отвода метана изменяется во времени.
Отвод метана из выработанного пространства по коротким трубопроводам с помощью пневматических вентиля-торов или эжекторов с выпуском МВС в исходящую струю участка применяется для борьбы с местными скоплениями метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной (в погашаемом тупике) при метановыделении из выработанного пространства от 1,5 до 4,0 м^/мин. Опасные местные скопления метана в тупиках погашения ликвидируются, если обеспечи-вается эффективность отвода метана не ниже 70%.
Cхема отвода метана из погашаемого тупика с помощью эжектора.
Пневматические вентиляторы, используемые для отвода МВС, изготавливаются из материалов, исключающих возмож-ность воспламенения метана при ударах и трении вращающихся частей о корпус вентилятора.
Размещение газоотводящего трубопровода (установки) дол-жно осуществляться по схеме, утвержденной главным инже-нером шахты. При разработке схемы необходимо предусмат-ривать следующее.
Электрооборудование должно размещаться от смесителя установки (смесительной камеры) на расстоянии не менее 15 м по направлению движения вентиляционной струи.
Длина газоотводящего трубопровода должна быть не менее 40-50 м. В качестве смесителя может использоваться металлическая труба диаметром 0,8-1,0 м, длиной 1,5-2,0 м крепленная у выходного отверстия трубопровода с помощью металлических распорок. Отвод метана из выработанного пространства в исходящую струю выемочных участков по трубопроводам с помощью специальных установок (типа УСМ-02, УВГ-1) ре-комендуется применять для борьбы с местными скоплениями метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной (в погашаемом тупике) при метановыделении из выработан-ного пространства до 3,0 м3/мин. Установку УСМ-02 реко-мендуется применять при метанообильности выработанного пространства до 1,5 м3/мин, а УВГ-1 - до 3,0 м3/мин .
При разработке схем необходимо учи-тывать следующее. Электрооборудование должно размещаться от смесителя установки на расстоянии не менее 15 м по направлению дви-жения вентиляционной струи.
Установка должна подключаться к подстанции, питающей вспомогательные токоприемники, кроме токоприемников очи-стного забоя (комбайн, конвейер).
Схема электроснабжения участка должна обеспечивать:
o отключение потребителей лавы и вентиляционного штрека при не работающей установке;
o отключение электроснабжения установки и потребителей лавы и вентиляционного штрека при концентрации метана в исходящей струе лавы или выемочного участка и в 2-3 м от смесителя установки 1,3 % и более;
oотключение электроснабжения потребителей лавы и венти-ляционного штрека, кроме установок, при концентрации метана в погашаемом тупике у перемычки 2% и более.
При эксплуатации установок необходимо осуществлять контроль концентрации метана в газоотводящем трубопроводе установки (за регулировочным окном по ходу вентиляционной струи) и на выходе из смесителя в 0,5 м от него переносными приборами эпизодического действия. Замеры длины осущест-вляться не реже одного раза в смену сменными инженерно-техническими работниками участка и не менее одного раза в сутки работниками участка ВТБ. Если концентрация метана в газоотводящем трубопроводе за регулировочным окном будет превышать 3,5%, то необходимо увеличить расход воздуха в трубопроводе за счет открывания задвижки окна.
Концентрация метана на выходе из смесителя не должна достигать 2% и более.
Выпуск МВС из выработанного пространства через каналы в бутовой полосе, выкладываемой у вентиляционной выработки, может применяться для устранения скоплений метана у сопряжения лавы с вентиляционной выработкой при поддержании такой выработки в выработанном пространстве.
На рис. 8 показана рекомендуемая схема расположения каналов в бутовой полосе для отвода метана, при которой отпадает необходимость устройства в вентиляционной выработке смесительной камеры в местах выпуска газа, а на рис.9 - с устройством, при необходимости, смесительных камер.
Согласно схеме, представленной на рис. 8 в бутовой полосе наряду с поперечными каналами 5 устраивается продольный канал 1 в котором происходит перемещение метана с воздухом, поступающим из рабочего пространства лавы. Продольный канал играет роль камеры смещения. Из него МВС под действием общешахтной депрессии поступает в вентиляционную выработку через стенку 2. Устраиваемую в выработанном пространстве у крепи выработки. За счет этой стенки МВС рассредоточивается по длине, выработки вблизи лавы, что создает условия для хорошего перемещения метана с воздухом. Устройство поперечных и продольных каналов не сни-жает несущей способности бутовой полосы.
Необходимая ширина канала b0 принимается в зависимости от величины коэффициента Кут.в. При Кут.в Ј 1,4 b0 = 1,0м, при Кут.в= 1,4 -1,6 b0 = 1,5м при Кут.в > 1,6 b0 = 2,0м.
Расстояние между каналами принимается равным 10 м. В действии должны находиться два канала. После устройства нового канала старый закладывается чураковой перемычкой. Действующие каналы во избежание доступа в них людей должны перекрываться металлическими решетками со стороны штрека (рис.9). Каналы не следует устраивать под устьями дегазационных скважин.
При ширине канала 2 м расстояние между ними уменьшается до 5 м. Ширина камеры смещения (продольного канала см. рис.8) и ширина стенки приведены в таблице.Стенка устраивается из породы, бутокостров, чуриков.
Для более свободного прохода к каналам МВС у бутовой полосы со стороны выработанного пространства устраивается канал (просек) шириной до 1,5 м.
Каналы по описанной схеме рекомендуется устраивать при ширине бутовых полос более 5 м при ручной и механизиро-ванной и более 2 м при пневматической закладках породы.
Если концентрация метана в МВС, отводимой через каналы, превышает 2% (для каналов, приведенных на рис.9), то для разбавления метана необходимо применять один из способов, рекомендуемых в Инструкции по разгазированию горных выработок, расследованию, учету и предупреждению загазирований к ПБ.
Подачу дополнительного расхода воздуха в погашаемый тупик для борьбы со скоплениями метана с помощью ВМП целесообразно применять при метановыделении из вы-работанного пространства до 2,0 м3/мин и длине столба до 800 м. Способ допускается применять только при отработке пластов угла, не склонного к самовозгоранию, по паспортам подготовки выемочных участков на действующих шахтах.
Подача ВМП определяется из условия разбавления метана, выделяющегося из выработанного пространства, до 1,0 %. ВМП устанавливается в выработке со свежей струёй воздуха (рис.10) в соответствии с требованиями ПБ. Расход воздуха, подаваемого ВМП в погашаемый тупик. должен составлять не более 20% от расхода воздуха, необхо-димого дня проветривания выемочного участка.
Способы предупреждения и ликвидации слоевых и местных скоплений метана в горных
вы-работках средствами вентиляции
Предупреждение и ликвидация слоевых и местных скоплений метана в горных выработках с помощью средств вентиляции осуществляются за счет общего или местного (у ис-точника газовыделения) увеличения скорости воздуха, а также отвода метана с помощью специальных установок, допущенных Госнадзорохрантруда Украины для борьбы с местными скоплениями метана.
Общее увеличение скорости воздуха достигается за счет увеличения расхода воздуха в выработках, а местное - за счет установки в выработках дополнительных вентиляторов местного проветривания, эжекторов, специальных установок для борьбы с местными скоплениями метана, взвихривающих трубопроводов, перемычек, наклонных щитков и других устройств. Среднюю по сечению выработки скорость воздуха, необходимую для предупреждения и ликвидации метановых слоев, образованных концентрированными источниками газо-выделения из кровли выработок (выделение метана из отдель-ных трещин, шпуров или скважин), в горизонтальных выра-ботках следует определять по формуле
Ликвидацию метановых слоев с помощью циркуляционного возвратноточного проветривания целесообразно осуществлять при концентрированных и рассредоточенных источниках метановыделения с расходом 0,5 м"/мин и более.
Скопления метана в куполах и пустотах за крепью рекомендуется ликвидировать с помощью вентиляторов мест-ного проветривания, эжекторов, специальных установок для борьбы с местными скоплениями метана, взвихривающих тру-бопроводов.
При использовании наклонных щитков необходимо остав-лять между затяжками кровли окна шириной, равной ширине купола, и длиной 0,5-1,0 м. Щитки укрепляются у края окна под углом к кровле 45-70° против направления воздушной струи. Скорость воздуха должна быть не менее 0,5 м/с.
Взвихривающий трубопровод рекомендуется при-менять при ликвидации слоевых скоплений, образованных рассредоточенными источниками метановыделения из кровли
выработок с расходом 0,5 м 3/мин и более. Взвихривающий трубопровод представляет собой трубу диаметром 100-250 мм, закрытую с одной стороны, на которой в два или три ряда в шахматном порядке с шагом 0,5-1,0 м размешены патрубки диаметром 10-20 мм и длиной 80-100 мм. Длина трубопровода должна быть равна длине участка, на котором наблюдается метановыделение. Взвихривающий трубопровод подвешивается на расстоянии 0,2-0,3 м от кровли выработки и к нему подводится сжатый воздух или подсоединяется вен-тилятор (эжектор или специальная установка для борьбы с местными скоплениями метана). Взвихривающий трубопровод можно использовать для ликвидации скоплений метана у бу-товых полос, отделяющих вентиляционные штреки от выра-ботанных пространств, и в очистных выработках при отработке крутых пластов с закладкой.
Скопления метана у перемычек, изолирующих старые выработки, можно ликвидировать проветриванием ту-пиковой части выработки до изолирующей перемычки с по-мощью средств местного проветривания или за счет общешах-тной депрессии с использованием продольных перегородок или жестких вентиляционных труб.
Местные скопления у перемычек можно также ликвиди-ровать за счет отвода метана
(метановоздушной смеси) из-за перемычки с помощью специальных установок типа
УСМ-02, УСМ-04, УВГ-1 для борьбы с местными скоплениями метана.