Скрипнік Артем Валерійович

      Рисунок 1. - статистичні данні за 10років.
      Параметри анімаціі: gif-анімація, число кадрів - 4, число циклів - 60, розмір 125 кБ.

          Як випливає з аналізу результатів, протягом даного періоду нормалізований обсяг метану – самий стійкий природний індекс запасу потенційного метану в області. Нормалізований видобуток 31,1 м3 на 1 тонну вугілля в день.

          Отже, більш детально розглянемо:

          1 - Дегазація розроблюємих вугільних шарів шпарами, пробуреними з підготовчих виробітків, здійснюється при підготовці шару до виїмки. Цей спосіб дегазації застосовується як при стовпових, так і при суцільних системах розробки, якщо є достатнє випередження підготовчого виробітку щодо лави.

          Застосування що повстають (пробурених по повстанню шару) шпар при строку їхнього функціонування до 12 мес на 20-50% ефективніше, ніж спадних (пробурених по падінню шару). Буріння пластових шпар перпендикулярно напрямку основної системи тріщин кліважу збільшує газоотдачу масиву в шпари на 10-30% і скорочує тривалість прогину дегазації.

          Відсос газу пластовими шпарами з нерозвантажених від гірського тиску вугільних шарів більше ефективний при створенні вакууму в шпарах. При будь-яких способах дегазації створення вакууму в дегазаційній системі є необхідною мірою, що забезпечує переміщення газу по газопроводу.

          Попередня дегазація розроблювальних шарів шпарами застосовується при суцільній і стовповій системах розробки з виїмкою по простяганню й падінню (повстанню) шарів при пластовій і польовій підготовці виїмних ділянок. Попередня дегазація, тобто каптаж метану з вугільного масиву розроблювального шару шпарами, пробуреними поперед очисного вибою в зоні розвантаження шару, менш ефективна, чим попередня. Однак на високо газоносних вугільних шарах з низькою газопроникністю попередня дегазація може забезпечити видобуток 50-80% усього дреніруємого шпарами метану.

          Для схем, де дегазаційні шпари буряться в площині шару із пластових підготовчих виробітків більш ефективні паралельно-одиночні шпари, тому що вони відносно рівномірно дегазують шар вугілля й можуть бути використані для нагнітання води в шар і зволоження вугільного масиву для запобігання раптових викидів вугілля й газу, зниження пилестворення й попередження ендогенних пожеж.

          При виборі схеми дегазації розроблювального шару шпарами в умовах найпоширеніших стовпових і суцільних систем розробки необхідно керуватися наступними положеннями:

          а) Віддавати перевагу тим що повстають, паралельно-одиночним шпарам з паралельним розташуванням їх щодо лінії очисного вибою.

          б) Приймати наступні геометричні параметри паралельно-одиночних шпар, пробурених по шарі

•           Діаметр - 80-150 мм;
•           Кут нахилу рівним куту залягання шару, що повстають і сходять шпар і 0-1° — для горизонтальних шпар;
•           Довжину встановлювати залежно від умов розробки: якщо ділянка шару окреслена підготовчими виробітками, то довжина шпар приймається на 10-15 м менше довжини лави, для тих що повстають горизонтальних шпар і рівній висоті поверху (довжині лави) — для спадних шпар; в останньому випадку шпари герметизують з боку їхнього устя й вибою.

          в) Термін служби шпар попередньої дегазації приймати при стовповій системі розробки не менш 6 міс.

          Тривалість періоду передньої дегазації залежить від довжини випереджальної частини виробітку, з якого буряться шпари, і швидкості подвигання очисного вибою й становить 10-30 діб.

          Протягом усього терміну служби шпари повинні бути підключені до газопроводу й вакуумної системи.

          г) Герметизація усть шпар повинна вироблятися спеціальними герметизаторами (механічного, гідравлічного або пневматичного типу) або цементно-піщаним розчином. Пластові шпари треба герметизувати на довжину 4-10м, а шпари пробурені вкрест простягання шару через породну товщу, — 2-5 м.

          При буравленні спадних шпар в окресленних виробітками вугільний масив з виходом шпари в виробіток, що залягає нижче необхідно герметизувати устя шпари під обсадну трубу й частину шпари з боку виробітку, що залягає нижче (глуха герметизація, що забезпечує злив води).

          д) Величину вакууму приймати не менш 50 мм рт. ст.

          е) При попередній дегазації шпару залишати підключеної до дегазаційного газопроводу аж до підходу до неї вибою лави або появи значних підсмоктувань повітря. Відстань, при якому повинні відключатися дегазаційні шпари, становить 2-5 м.

          ї) При використанні шпар для дегазації вугільного масиву з наступною обробкою шару рідинами (вода, вода з добавками та ін.) параметри шпар визначати по факторах дегазації й нагнітання (зволоження). Із двох значень приймати найменшу відстань між шпарами й найбільшою довжиною герметизації.

          Можливі два варіанти буравлення шпар:

1. у процесі підготовки виїмного поля проведення виїмних штреків і буравлення шпар виробляється одночасно;
2. буравлення шпар зі штреку виробляється після закінчення його проведення (при стовповій системі й невеликих перетинах штреку, коли важко сполучити бурові й транспортні роботи).

          При великій довжині лави (понад 250 м) дегазація вугільного шару може вироблятися шпарами що повстають і сходять. Ефективне застосування спадних шпар можливо тільки при досить гарному їхньому осушенні.

          При стовпових системах розробки з виїмкою по повстанню або падінню шпари буряться з похилих виробітків по простяганню шару.

          При паралельно-одиночній схемі дегазації шпари буряться паралельно один одному, причому кожна з них обладнується індивідуально. У цьому випадку при заданому коефіцієнті ефективності дегазації розроблювального шару відстань між осями шпар визначається для кожного блоку по розрахункових формулах. Залежно від умов розробки вугільних шарів ця відстань змінюється від 5 до 30м.

          2 - Дегазація виробленого простору за допомогою шпар, пробурених над склепінням обвалення порід покрівлі, застосовується при заляганні зближеного шару в зоні обвалення й інтенсивного зсуву порід (до 10 потужностей, що виймаються, розроблювального шару) при значному метановиділені з виробленого простору поблизу лави. Вибій таких шпар повинен розташовуватися вище первісного склепіння обвалення порід.

          Кут нахилу шпари до обрію β визначається по формулі:

          

          де α - кут падіння шару, градус; приймається зі знаком плюс при буравленні шпари убік падіння, зі знаком мінус - убік повстання. При системах розробки з виїмкою по падінню (повстанню) кут ? у формулі не враховується;

          n — кратність потужність шару, що виймається. При суцільній системі розробки й міцних той що важко обвалюється породах покрівлі n=9?11, при породах середньої міцності n=8?9, при слабких породах покрівлі й схильних до обдимання породах ґрунту n=6-7. При стовповій системі розробки ці величини повинні зменшуватися на 1-2;

          mв — потужність шару, що виймається, м;

          φ-кут розвороту, прийнятий рівним 45-70° при суцільній і 55—75° при стовповий системах розробки;

          b — зона, що перешкоджає розвантаженню порід (ширина підштрековой цілини або бутової смуги);

          Ψ - кут обвалення, градус.

          Довжина шпар lc розраховується по формулі

          Довжина герметизації устя шпари визначається по формулі, при цьому n приймається рівним 5-6. Якщо зближений шар залягає на висоті менше (5-6) mв, то шпара герметизується на 0,5 м нижче залягання зближеного шару. При такій герметизації устя шпари коефіцієнт ефективності дегазації виробленого простору приймається рівним 0,4.

          Відстань r між шпарами варто приймати 10—20 м. Концентрація метану в суміші, що відсмоктується по шпарах, становить 20-30%, а при герметизації устя шпар на висоту, рівну 5-6 виймаються пожностями шару - 30-40%.

          Для попередження скупчень метану в сполучення лави з вентиляційним виробітком рекомендується бурити убік очисного вибою дві-три шпари довжин 10-15 м під кутом 15-20° до вертикалі або вертикальні шпари (свічі) довжиною до 10 м. У цьому випадку відстань між сусідніми групами шпар — 30-40 м, а відстань між вертикальними шпарами 10-15 м.

          Дегазація шпарами, підключеними до газопроводу, що залишився у виробленому просторі, може бути застосована на ділянках, що відпрацьовуються, лавами по простяганню або падінню шару. У лавах по повстанню цей спосіб дегазації застосовувати не рекомендується, тому що газопровід може бути залитий водою.

          3 - Для відбору метано-повітряної суміші з вихідного струменю шахти необхідно зробити розширення головного вентиляційного штреку завширшки, для створення підстави сліпого стовбура діаметром 15м. Потім пройти безпосередньо камеру для відбору метано-повітряної суміші за технологією сліпого стовбуру. Камера повинна бути із внутрішнім діаметром 10-12м висотою 20-25м і склепінняподібним. У камері повинне бути встановлене встаткування по моніторингу метану в повітряній суміші типу Утас. З поверхні шахти проходиться шпара колтюбинговой установкою в купол камери. Від устя шпари прокладається трубопровід до мембранних установок. У куполі монтується люк. При досягненні концентрації метану 3,5% повинен спрацьовувати механізм відкриваючий люк і газ під силою природної дипресии надходить по шпарі й трубопроводу до мембранних установок.

          4 - Основою мембранної технології поділу газів є мембрана, за допомогою якої відбувається поділ газів.

          Для мембранного поділу газів застосовується сучасна половолокона мембрана, що складається з пористого полімерного волокна з нанесеним на його зовнішню поверхню газорозподільчим шаром. Пористе волокно має складну асиметричну структуру, щільність полімеру зростає в міру наближення до зовнішньої поверхні волокна. Застосування пористих підложек з асиметричною структурою дозволяє розділяти гази при високих тисках (до 6,5 Mпа).

          Товщина газорозподільчого шару волокна не перевищує 0,1 мкм, що забезпечує високу питому проникність газів через полімерну мембрану. Існуючий рівень розвитку технології дозволяє робити полімери, які володіють високою селективністю при поділі різних газів, що, відповідно, забезпечує високу чистоту газоподібних продуктів. Сучасний мембранний модуль, який використовується для технології мембранного поділу газів, складається зі змінного мембранного картриджа й корпуса. Щільність упакування волокон у картриджі досягає значень 500-700 квадратних метрів волокна на один кубічний метр картриджа, що дозволяє мінімізувати розміри газорозподільчихм установок.

          Рис 2 - Схематичне зображення газорозподільчого картриджа

          Корпус модуля має один патрубок для входу вихідної суміші газів і два патрубки для виходу розділених компонентів.

          Поділ суміші за допомогою мембранної технології відбувається за рахунок різниці парціальних тисків на зовнішній і внутрішній поверхнях половолоконної мембрани. Гази, «швидко» проникаючі через полімерну мембрану (наприклад, H2, CO2, O2, пари води, вищі вуглеводні), надходять усередину волокон і виходять із мембранного картриджа через один з вихідних патрубків. Гази, «повільно» проникаючі через мембрану (наприклад, CO, N2, CH4), виходять із мембранного модуля через другий вихідний патрубок.

Рис 3 - Швидкість проникнення газів через сполуку мембрани

5. Висновок

          В Україні для забезпечення власним теплом і електроенергією метан вже використовується на ГП "Макіїввугілля",шахтоуправлінні "Донбас",а також на шахтах ім. Баракова, " Суходольська-Східна", " Самсоновська-Західна".

          На початку 2009 р. компанія ДТЭК оголосила тендер із продажу квоти на викиди в рамках Кіотського протоколу. За реалізацію 720 тис. т можна виручити близько 7 млн. євро.

          Отже, впровадивши проект по комплексній дегазації шахтних шарів і порід, що вміщують, на шахті «Південнодонбаська №3» ми не тільки підвищимо безпеку праці шахтарів і збільшимо навантаження на очисні вибої, але й зможемо використовувати метан як паливо для когенерационной електростанції тим самим скорочуючи витрати на електроенергію.

          

6. Перелік посилань