Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Увеличение объемов добычи угля и темпов проведения горных выработок сопровождается усложнением горно – геологических и горнотехнических условий, отработки угольных пластов, связанных с повышением газовыделения и газодинамическим явлениям (ГДЯ) в шахтах. В этой связи особую значимость приобретает проблема снижения газоопасности выработок применением дегазации разрабатываемых угольных пластов при ведении горных работ.

1. Актуальность темы

С разработкой угольных месторождений неразрывно связано выделение метана. При ведении горных работ, высвобождается аккумулированный в горном массиве метан, что опасность взрыва в подземных выработках шахты.

Основными источниками метана на выемочных участках является подрабатываемые угольные пласты и породы, метановыделения из которых в среднем составляет 75,0%–89,0% общего дебита на участках. Поэтому эти источники должны быть дегазированы в первую очередь.

Для обеспечения газовой безопасности на выемочных участках и повышение нагрузки на очистной забой по газовому фактору на шахте приняты стандартный и комбинированный способы дегазации, предусматривающие дегазацию пластов – спутников, вмещающих пород и выработанного пространства подвижных очистных забоев.

2. Цель и задачи исследования и запланированные результаты

Целью исследования является увеличение коэффициента дегазации для обеспечения безопасных условий отработки, увеличение каптированного метановоздушной смеси. Также рассмотрена организация дегазации в перспективе развития, информационным полем которой является анализ необходимых параметров подземной дегазации выемочных участков. Проведенный анализ и рассмотрение, позволяет организовать систему комплексной дегазации шахты. Выполнен краткий анализ программы дегазации скважинами с поверхности.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ состояния подземной дегазации шахты и установления причин низкой эффективности.
  2. Анализ систематических нарушений в работе системы и их влияние на безопасность работы шахты.
  3. Проверка коэффициента эффективности дегазации.
  4. Повышение качества каптированного метановоздушной смеси.
  5. Исследование и разработка мероприятий по совершенствованию системы дегазации шахты с учетом доработки запасов.
  6. Анализ перспективы развития дегазации шахты.

Объект исследования: ПАО ШУ Покровское, система дегазации.

Предмет исследования: совершенствование дегазационной системы и повышение эффективности дегазации.

В рамках магистерской работы планируется получение актуальных научных результатов по следующим направлениям:

  1. Разработка рекомендаций по совершенствованию системы дегазации, ориентированных на повышение эффективности дегазации.
  2. Достижения наибольшего экономического эффекта при использовании метана.

3. Обзор магистерской работы

3. 1 Краткие сведения о шахте

За прошедший период (4 месяцев) 2014 добыто 3 млн 137 тыс. тонн угля. Программой развития горных работ на 2015 год предусмотрено достичь добычу на уровне 9 млн 194 тыс. тыс. тонн. на уровне 9 млн 194 тыс. тыс. тонн.

За истекший период 2014 было введено в эксплуатацию 3 очистных забоя:

  1. 2-я северная лава блока 10
  2. 6-я южная лава блока 10
  3. 5-я южная лава блока 10

В настоящее время к газопроводу подключены скважины 1, 2, 3, 5, 6 южных лав и 1 и 2 северных ряды 10 блока.

Шахта Покровская (рис. 1). отрабатывает угольный пласт d4 с метаноносности 15–25 м3/т. с. б. м., в кровле и почве которого залегают 5 пластов – спутников и мощные ( до 20–40 м) слои газоносных песчаников. Метаноносности песчаников достигает 3–4 м3 на тонну. Кроме этого, метан присутствует в других породах : алевролитах, аргиллитов и даже в воде, в растворенном состоянии.

Рисунок 1 – ПАО ШУПокровское

Абсолютная газообильность шахты составляет – 347 м3/минуту, относительная – 54 м3/тонну добычи. Для обеспечения основных объектов проветривания расчетным количеством воздуха в шахту подается 61180 м3/минуту воздуха. Шахта обеспечена расчетным количеством воздуха с учетом 10% запаса по мощности.

Количество каптированного метановоздушной смеси в 2013 г. составило 197млн м3 метановоздушной смеси или 32. 1 млн м3 в пересчете на 100% СН4, из них утилизировано 2013 в котельной шахты 9. 7 млн м3 чистого метана (рис. 2).

Рисунок 2 – Схема утилизации метана

3. 2 Анализ дегазационной сети шахты

Схема дегазации шахты представляет собой сеть трубопроводов расположенных в горных выработках, которая условно разделена на три ветви – это отрасль горизонта 593 м, горизонта 708 м и горизонта 815 м.

Ветвь горизонтов 593м и 708 м выходят на поверхность главной промплощадки и подключены к ВНС № 1, а ветвь горизонта 815 м на поверхность промплощадки ВВС  – 2 и подключена к ВНС № 2.

Длина ветки г. 593–7500 м, представлена дегазационными трубопроводами магистральными 426 мм и участковыми 325 мм

Длина ветки г. 708–10300 м, представлена дегазационными трубопроводами магистральными 426 мм и участковыми 426 мм

Длина ветки г. 815–9000 м, представлена дегазационными трубопроводами магистральными 530 мм и участковыми 426 мм

Сейчас средний объем метана каптированного средствами подземной дегазации составляет 350–400 м3/мин метановоздушной смеси или 80 – 95м3/мин100% СН4.

В настоящее время в работе находятся два поверхностные вакуум  – насосные станции: ВНС № 1 (главная промплощадка) и ВНС № 2 (промплощадка ВВС  – 2), оборудованы вакуум – компрессорами ВВК2  – 150.

Работы по бурению дегазационных скважин проводятся на всех добывающих участках шахты, для бурения используются буровые станки GBH 1/89/12 производства Deilmann – Haniel mining systems GmbH.

Для бурения дегазационных скважин применяется шарошечные долота КЦВ 120.4 мм и Warze 114.2 мм, армированные алмазным напылением, и долотом истирающе – режущего типа А 112 мм.

Скважины бурятся кустовым способом ( по две – три скважины в кусты ). Расстояние между кустами составляет 10–20 м [6].

3. 3 Анализ нарушений технологии ведения работ

Пятая южная лава блока 10 – концентрация метана в газовоздушной смеси на выходе 18%, бурение скважин производится буровым станком GBH1/89/12 в наличии 100 штанг, долото 114 мм. Буровой станок в удовлетворительном состоянии, что позволяет бурить не менее 30–35 м в смену, отставание от лавы куста дегазационных скважин составляет 50 м. Скважины бурят согласно паспортным параметрам с расстоянием между кустами 10 м. Герметизация скважин на 2–3 м, поэтому работа скважин недолговечна.

Вторая южная лава блока 10 – концентрация метана в газовоздушной смеси на выходе 18%, бурение скважин производится буровым станком GBH1/89/12 в наличии 100 штанг, долото 114 мм. Буровой станок в удовлетворительном состоянии, что позволяет бурить не менее 30–5 м в смену, отставание от лавы куста дегазационных скважин составляет 50 м. Скважины бурят согласно паспортным параметрам с расстоянием между кустами 10 м. Длина и диаметр скважин согласно паспорту, а угол разворота и подъема скважины не всегда соблюдается из – за наличия анкеров усиления и подхват. Герметизация скважин на 2–3 м, поэтому работа скважин недолговечна.

Первая южная лава блока 10 – концентрация метана в газовоздушной смеси на выходе 30%, бурение скважин производится буровым станком GBH1/89/12 в наличии 80 штанг, долото 114 мм. Буровой станок в удовлетворительном состоянии, что позволяет бурить не менее 30–35 м в смену. Скважины бурят согласно паспортным параметрам с расстоянием между кустами 10 м. Длина и диаметр скважин согласно паспорту. Герметизация скважин на 2–3 м, поэтому работа скважин недолговечна.

Первая северная лава блока 10 – концентрация метана в газовоздушной смеси на выходе 30%, бурение скважин производится буровым станком GBH1/89/12 в наличии 80 штанг, долото 114 мм. Буровой станок в удовлетворительном состоянии, что позволяет бурить не менее 30–35 м в смену, отставание от лавы куста дегазационных скважин составляет 30 м. Скважины бурят согласно паспортным параметрам с расстоянием между кустами 10 м. Герметизация скважин на 2–3 м, поэтому работа скважин недолговечна. Скважины бурятся в зоне повышенного притока воды из дегазационных скважин и влагоотделители на скважинах устанавливаются несвоевременно [7].

3. 4 Анализ перспективы развития дегазации шахты

При анализе метановыделения на высоконагруженных выемочных участках шахты установлена строгая зависимость величины метановыделения, которая составляет 10 м3/мин 100% метана на каждые 1000 тонн среднесуточной добычи. На данный момент средствами вентиляции каптируется наибольшая доля метановыделения – это происходит из – за недостаточной эффективности дегазации, которая при прямоточных схемах проветривания должна каптированного 60–70% суммарного метановыделения. Учитывая ограниченную пропускную способность вентиляционной сети очистных выработок обусловленную сечением выемочных комплексов и регламентированной ПБ скорости воздуха, максимально возможная подача свежего воздуха для проветривания выемочного участка может составлять от 3000 до 3500 м3/мин. Данным количеством воздуха возможно разбавить до безопасной концентрации в 1% 30–35 м3/мин чистого метана (в пересчете до 4000 т/сутки рядового угля). Вследствие чего на выемочных участке встречаются превышения концентрации предельно допустимых норм содержания метана и значительно завышена скорость воздушного потока в очистных выработках.

Применение прямоточной схемы проветривания позволяет практически исключить наличие опасных концентраций метановоздушной смеси на сочетании скамьи со штреком, однако на вентиляционном штреке за окном лавы на расстоянии 30 40 метров образуются местные скопления метана в месте контакта жесткой охранной полосы и кровлей. С целью увеличения нагрузки по газовому фактору и создание безопасных условий труда при добыче угля с нагрузкой до 8000–15000 т/сутки необходимо применение комбинированной схемы дегазации, которая предусматривает дегазацию пластов – спутников, вмещающих пород, дополнительно выработанного пространства движется очистного забоя и надбермовой части вентиляционной выработки. Для этих целей по выработке с исходящей струей воздуха проложены 2 дегазационных трубопровода кроме каптирование метана из пробуренных дегазационных скважин по линии очистного забоя ( трубопровод № 1 – дегазация ) обеспечивает дополнительную дегазацию выработанного пространства и надбермовой части вентиляционной выработки ( трубопровод № 2 – выработанное пространство ), для снижения фонового выделения метана в исходящей струе выемочного участка.

При увеличении процентного содержания метана в каптированного средствами дегазации метановоздушной смеси на 1% – объем извлекается газа увеличивается на 2–4 м3/мин 100% СН4.

Анализ поверхностной дегазации

Дегазация выработанных пространств движущихся очистных забоев с помощью скважин пробуренных с поверхности [4]. Данный способ дегазации применяется как дополнительный способ дегазации выработанного пространства совместно с дегазацией из подземных выработок. С 2005 года на шахте проводится бурение скважин с поверхности для снижения газовыделения на выемочных участках. Газовыделения из таких скважин начинается при приближении очистного забоя. Максимальный дебит отмечается при их подделке и составляет от 5 до 10 м3/мин. В активный период функционирования таких скважин из них выделяется от 800 до 1500 тыс. м3метана. Содержание метана в газовоздушной смеси составляет 90–98%. Экспериментально установлено, что эффективность дегазации выемочного участка может быть дополнительно повышена до 20%, что влечет за собой увеличение нагрузки по газовому фактору. Применение этой меры в комплексе с дегазацией через скважины, пробуренные из выработок, исключает ограничения по газовому фактору нагрузок на очистные забои.

Выводы

Метан относится к газам, которые, по мнению специалистов, создающих парниковый эффект, удерживая тепло в земной атмосфере. Степень, в которой тот или иной парниковый газ удерживает тепло, измеряется по теплового эффекта двуокиси углерода. Считается, что по способности удерживать тепло в атмосфере столетний период метан в 21 раз превосходит двуокись углерода. Метан и другие парниковые газы выделяются в атмосферу как вследствие естественных процессов, так и в результате человеческой деятельности, например, добычи угля [5].

На основе сделанных выводов будет разработан комплекс мероприятий по использованию метана в промышленности и народном хозяйстве.

Таким образом, в работе решена важная проблема социальная задача повышения эффективности дегазации источников метановидиления, что позволит:

  1. Улучшить экологическую ситуацию в Красноармейском районе и в Донецком регионе в целом, за счет сокращения выбросов парникового газа метана.
  2. Снизить потребление теплоэлектростанциями Украины природного газа и угля для выработки электроэнергии.
  3. Повысить безопасность проведения горных работ, сократить аварийность и травматизм на производстве.
  4. Увеличить добычу угля за счет сокращения простоев, связанных с опасной концентрацией метана.
  5. Получить дополнительные финансовые ресурсы за счет реализации единиц сокращения выбросов.
  6. Улучшить социальное положение трудящихся на предприятии.
  7. Поднять рейтинг шахтоуправления, как предприятия с высокой культурой производства.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2014 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Дегазация выработанных пространств (Обзор).  –  М. 1976, 56 с.
  2. Руководство по дегазации угольных шахт.  – М. : Недра. 1975, 189 с.
  3. Дегазация угольных пластов и вмещающих пород при проведении горных выработок. Временное руководство и типовой проект.  –  М. : ГОСГОРТЕХИЗДАТ. 1962 г., С. 38 – 40.
  4. Дегазация угольных шахт. Требования к способам и схемам дегазации СОУ 10. 00174088 – 2004.
  5. Инструкция по расчету количества воздуха необходимого для проветривания действующих угольных шахт.  –  М. : Недра, 1975 г.
  6. Ушаков К. З., Бурчаков А. С., Пучков Л. А., Медведев И. И. Аэрология горных предприятий: Учебник для ВУЗов, –  М. : Недра, 1987. – 421 с.
  7. Порцевский А. К. Безопасность жизнедеятельности при горных и горноразведочных работах. Часть 1.  –  М. 2005, 80 с.