Стукало В.А. "Шахтная атмосфера"
Способы и средства предупреждения образования местных скоплений метана.
Источник Internet: http://www.uran.donetsk.ua/~masters/2001/fgtu/starodubzeva/metan.htm
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 смесительной 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 самовозгоранию, - 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 вращающихся частей о корпус вентилятора. Электрический привод вентилятора должен омываться свежим воздухом.
Изолированный отвод метана по трубопроводам или неподдерживаемым выработкам с использованием газоотсасывающих установок допускается предусматривать в проектах новых и реконструируемых 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 установок, 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 превышать 6 м, отделяется от выработки дощатой перемычкой, обитой материалом для вентиляционных труб. Перемычка переносится 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 патрубком, имеющим приспособление для подвески его в выработке. Выходное отверстие патрубка закрывается металлической решеткой 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 диаметра 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 трубопровода. 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, когда неподдерживаемая выработка примыкает к угольному массиву 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 погашают, а крепь усиливают.
Неподдерживаемые выработки должны ограждаться, чтобы в них не могли пройти люди. Выпуск МВС из них в действующие выработки осуществляется через смесительную камеру. 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 обеспечивает ликвидацию опасных скоплений метана на сопряжении лавы с погашаемой вентиляционной выработкой. Расход отводимой МВС не должен превышать 30% расхода воздуха, поступающего на участок. Величина депрессии hнв должна быть не менее фактической (hнвф), измеренной в выработках, параллельных газоотводящему пути . Она определяется как сумма депрессий действующих 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 учитываться при расчете максимально допустимой нагрузки, так как эффективность отвода метана изменяется во времени.
Отвод метана из выработанного пространства по коротким трубопроводам с помощью пневматических вентиляторов 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 обеспечивается 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 возможность воспламенения метана при ударах и трении вращающихся частей о корпус вентилятора.
Размещение газоотводящего трубопровода (установки) должно осуществляться по схеме, утвержденной главным инженером шахты. При разработке схемы необходимо предусматривать 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) рекомендуется применять для борьбы с местными скоплениями метана на сопряжении очистной выработки с вентиляционной (в погашаемом тупике) при метановыделении из выработанного пространства до 3,0 м3/мин. Установку УСМ-02 рекомендуется применять при метанообильности выработанного пространства до 1,5 м3/мин, а УВГ-1 - до 3,0 м3/мин .
При разработке схем необходимо учитывать следующее. Электрооборудование должно размещаться от смесителя установки на расстоянии не менее 15 м по направлению движения вентиляционной струи.
Установка должна подключаться к подстанции, питающей вспомогательные токоприемники, кроме токоприемников очистного 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 вентиляционного 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 осуществляться 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 снижает 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 механизированной 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 выработанного 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, необходимого дня проветривания выемочного участка.
Способы предупреждения и ликвидации слоевых и местных скоплений метана в горных
выработках средствами вентиляции
Предупреждение и ликвидация слоевых и местных скоплений метана в горных выработках с помощью средств вентиляции осуществляются за счет общего или местного (у источника 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 газовыделения из кровли выработок (выделение метана из отдельных трещин, шпуров или скважин), в горизонтальных выработках 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 местного проветривания, эжекторов, специальных установок для борьбы с местными скоплениями метана, взвихривающих трубопроводов.
При использовании наклонных щитков необходимо оставлять 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 применять 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 вентилятор (эжектор или специальная установка для борьбы с местными скоплениями метана). Взвихривающий трубопровод можно использовать для ликвидации скоплений метана у бутовых полос, отделяющих вентиляционные штреки от выработанных пространств, и в очистных выработках при отработке крутых пластов с закладкой.
Скопления метана у перемычек, изолирующих старые выработки, можно ликвидировать проветриванием тупиковой части выработки до изолирующей перемычки с помощью средств местного проветривания или за счет общешахтной депрессии с использованием продольных перегородок или жестких вентиляционных труб.
Местные скопления у перемычек можно также ликвидировать 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.