Источник: Дегазация угольных пластов и промышленное использование метана, - М.:Углетехиздат, 1959, - с.8-12
Извлечение и вывод метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств
Сущность метода управления газовыделением в угольных шахтах путем извлечения и вывода метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств заключается в тщательной изоляции выработанных пространств от воздухо-проводящих выработок с помощью специальных перемычек, породных полос и т. п. и в отсосе из них концентрированных метановоздушных смесей. Отсос газа производится через скважины, пробуренные в выработанное пространство, и через стальные трубы, оставленные в закладке или в специальных герметизирующих перемычках. Изолирующие перемычки и породные полосы для большей воздухонепроницаемости иногда усиливаются слоем глины или сланцевой инертной пыли толщиной 0,20-0,25 м. Разрежение в газоотсасывающих системах создается за счет общешахтной депрессии (мало эффективно), эжекторами, вентиляторами частичного проветривания с пнев¬матическими двигателями, а также воздуходувками и вакуум-насосами.
Применение изолированного вывода концентрированных метановоздушных смесей из выработанных пространств вызывается необходимостью снижения перемещения метана из выработанных пространств в призабойные и на вентиляционные штреки. Отсос газа с высоким содержанием метана приводит к значительному снижению концентрации метана в призабойном пространстве, на выходе из лавы на вентиляционный штрек и на пролете вентиляционного штрека, где проложен сборный газопровод, не уменьшая се в общей исходящей струе воздуха. При выводе извлеченной газозоздушной смеси за пределы участка или шахты снижение концентрации метана происходит во всех выработках, поэтому в большинстве случаев отсасываемая метанозозлушная смесь с содержанием метана до 30-60% выпускается за пределы участков в исходящую струю крыла или группы пластов, где она разбавляется воздухом, поступающим из других участков, до допустимых горным законодательством норм содержания метана в рудничном воздухе.
Тщательная изоляция выработанных пространств от воздухопроводящих горных выработок приводит к повышению содержания метана в выработанных пространствах до 40-60%. С помощью эксгаустеров может извлекаться до 50-70% всего метана, выделяющегося в выработанное пространство участка.
Этот метод искусственного снижения метанообильности горных выработок является одним из наиболее простых, дешевых, легко осуществимых и возможных для применения при любых способах управления горным давлением.
В последнее время в связи с повсеместным развитием предварительного извлечения метана из сближенных угольных пластов с помощью дегазационных скважин отсос метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств стал применяться реже. Однако при определенных условиях, когда бурение дегазационных скважин экономически нецелесообразно, технически трудно осуществимо или даже невозможно, этот способ управления газовыделением находит широкое применение в горной практике при разработке высокогазоносных угольных пластов.
Условиями эффективного применения изолированного вывода концентрированных метановоздушных смесей из выработанных пространств являются: наличие мощных, крепких, трудно перебуриваемых скважинами горных пород (мелкозернистые песчаники, конгломераты) во вмещающих угольные пласты толшах, малая мощность (5-8 м) междупластья между дегазируемым и разрабатываемым пластами, оставление - в выработанном пространстве угольной пачки разрабатываемого пласта и слоевая система разработки мощных пластов.
Применение импрегнированных алмазами буровых коронок рациональных геометрических форм (конструкций) значительно уменьшило фактор влияния крепости перебуриваемых пород на возможность применения предварительной дегазации скважинами. При малой мощности междупластья технически трудно осуществить качественную герметизацию устьев дегазационных скважин, вследствие чего возможен подсос воздуха в дегазационную систему. Кроме того, нарушение междупластовой толщи в выработанном пространстве происходит до того, как из сближенного подрабатываемого пласта будет извлечена большая часть газа и поэтому часть метана сближенного дегазируемого пласта выделится в выработанное пространство участка. Выделение метана из оставляемой пачки разрабаты¬ваемого пласта в выработанное пространство имеет особенное значение при разработке мощных пластов, когда мощность оставляемой пачки может составлять 1,0-2,0 м и более.
Извлечение метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств применимо при сплошной и столбовой системах разработки пологих, наклонных и крутопадающих пластов тонких и средней мощности; при прямом и обратном порядках отработки участка и при любом способе управления горным давлением. Оно также применимо при выемке мощных пологих пластов слоевыми системами и мощных крутопадающих пластов щитовой системой разработки.
В зависимости от природных и горнотехнических условий разработки угольных пластов в горной практике применяются различные варианты отсоса метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств. Так, при выемке пологих и наклонных пластов малой и средней мощности сплошной системой разработки в сочетании с прямым ходом выемки и при управлении горным давлением методом полного или ча¬стичного обрушения или частичной закладки применяется наиболее простой и распространенный вариант этого способа.
Изоляция выработанного пространства от вентиляционного и откаточного штреков производится бутовыми полосами шириной 15-30 м. При выкладке бутовых полос под вентиляционным штреком для большей воздухонепроницаемости используется глина и инертная пыль. Через 10-30 м по простиранию в бутовую полосу закладываются отростки сборного газопровода. Нижние концы отростков выводятся до второго-третьего (сверху) бутового штрека (при частичной закладке) или до края выработанного пространства (при полном обрушении).
Сборные газопроводы имеют диаметры от 80 до 500 мм, а отростки - от 35 до 150 мм. Практикой ведения дегазационных работ установлено, что при применении эксгаустеров оптимальный диаметр сборных участковых газопроводов составляет 150-250 мм, а отростков 50-100 мм. Увеличение диаметров газопроводов выше оптимальных не приводит к существенному повышению дебита отсасываемого газа, в то же время значительно повышая стоимость газопровода.
Выделяющийся в выработанное пространство газ отсасывается через отростки и выпускается за пределы рабочего пространства, участка или шахты.
Таким образом, систематический отсос метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств действующих и отработанных участков улучшает гигиенические условия работы шахтеров и уменьшает опасность взрывов рудничного газа. Снижение концентрации метана в рудничном воздухе, достигаемое применением отсоса метановоздушных смесей, позволяет с минимальными дополнительными затратами разрабатывать такие пласты, выемка которых до этого из-за обильного газовыделения была невозможной или производительность участков лимитировалась газовым фактором. В некоторых случаях отсос метановоздушных смесей позволил снизить количество подаваемого на участок воздуха и предупредил необходимость увеличения сечений воздухопроводящих выработок.