Дегазация горных выработок Руководство по дегазации угольных шахт
Библиотека Источник: : Руководство по дегазации угольных шахт. – М.:Недра. – 1975г., с. 113 - 115 |
|
С ростом глубины и интенсификации горных работ во многих случаях метанообильность угольных шахт увеличивается в такой степени, что поддерживать содержание метана в выработках в допустимых пределах средствами одной вентиляции невозможно (требуемое очень большое количество воздуха приводит к превышению допустимой скорости его движения в выработках и вызывает необходимость создания специальных вентиляторов). Вентиляция метанообильных шахт будет облегчена, если искусственно уменьшить количество поступающего газа в выработки, т. е. применить их дегазацию. Следует различать понятия «дегазация выработок» и «дегазация горных пород». Последняя включает мероприятия, уменьшающие газоносность пород. Дегазация же выработок является более широким понятием и, помимо мероприятий по уменьшению газоносности, включает такие мероприятия, при которых будет происходить консервация газа в пласте или значительное замедление его выделения из пласта без существенного уменьшения газоносности, а также каптаж суфляров. Дегазация обеспечивает уменьшение газовыделения в выработки, повышение безопасности работ, возможность увеличения нагрузки на очистные забои. Попытки искусственной дегазации выработок в виде каптажа метана из суфляров относятся еще к первой половине 18 в. В России они были осуществлены в начале 20 в. Широкое применение дегазации на шахтах нашей страны началось в конце 40 - х годов. В настоящее время дегазация применяется во всех основных угольных бассейнах страны. Различают оперативную дегазацию, применяемую при разработке пласта (участка, блока), и заблаговременную (до начала очистных работ). Эффективность дегазации оценивается коэффициентом эффективности дегазации, равным отношению количества газа, извлеченного в процессе дегазации за данный период, к общему газовыделению за этот период. Высокая эффективность дегазации достигается при правильном заложении скважин. Скважины бурятся до подхода к ним очистного забоя. При этом они должны пересекать сближенный пласт в зоне его разгрузки от горного давления и при подвигании лавы не попадать в зону активного обрушения. Если скважина окажется в зоне разгрузки сближенного пласта, то дебит метана из нее будет высоким, так как при разгрузке пласта значительная часть ранее сорбированного метана переходит в свободное состояние. Попадание скважины в зону активного обрушения приводит к нарушению целостности скважины и засасыванию из обрушенного пространства метано - воздушной смеси с небольшим содержанием метана, т. е. к снижению эффективности дегазации. Расстояние между скважинами по простиранию зависит от периода их эффективного действия, расстояния до сближенного пласта, его мощности и марки угля, свойств пород междупластья, скорости подвигания лавы и изменяется в пределах 25 - 200 м. Скважины должны иметь диаметр не менее 100 мм. Устье скважины имеет больший диаметр для цементации в нем металлической трубы, соединяющей скважину с магистральным газопроводом. Цементация устья позволяет уменьшить подсасывание воздуха из выработки. К магистральному трубопроводу подключаются все действующие скважины, а сам трубопровод соединяется с вакуум - насосом, располагаемым на поверхности. Максимальный дебит скважин наблюдается в период максимальной разгрузки сближенного пласта от давления. Затем он уменьшается и через несколько месяцев скважина истощается. Продолжительность периода целесообразного действия скважины достигает 10 мес. Содержание метана в отсасываемой из скважин метано - воздушной смеси находится в пределах 60 - 100 %, а ее максимальный дебит составляет 2 - 10 м3/мин. Дегазацию сближенных пластов скважинами целесообразно применять при газовыделении из них не менее 3 м3/мин. Коэффициент эффективности дегазации сближенных пластов этим способом составляет 0,5 - 0,8. С возрастанием расстояния до сближенного пласта он увеличивается. Дегазация сближенных пластов выработками заключается в проведении по лежащему выше пласту дренажных выработок до начала отработки соответствующего участка разрабатываемого пласта. Выработки соединяются гезенком с разрабатываемым пластом и закрываются перемычками, к которым подводится трубопровод, подсоединяемый к вакуум - насосу. Эффективность дегазации дренажными выработками можно повысить бурением в пласте дегазационных скважин. При разгрузке сближенного пласта от давления (вследствие ведения очистных работ на смежном пласте) часть сорбированного в нем метана переходит в свободное состояние и по дренажным выработкам отсасывается вакуум - насосом. Этот способ дегазации наиболее эффективен при расстоянии до сближенного пласта 20 - 30 м. Коэффициент эффективности дегазации пластов этим способом составляет 0,6 - 0,75. В Карагандинском, Кузнецком и Печорском бассейнах при столбовой системе разработки осуществляется дегазация разрабатываемых пластов мощностью >4 м скважинами. Сущность способа состоит в том, что по пласту с некоторым опережением относительно очистных работ бурятся дегазационные скважины, подключаемые к вакуум - насосу, из которых откачивается метан. Эффективность дегазации зависит от расстояния между скважинами и продолжительности их эксплуатации. Так, в Карагандинском бассейне при расстоянии между скважинами 10 - 20 м и продолжительности их эксплуатации 6 - 8 мес. газообильность лав уменьшается в 2 - 2,5 раза (коэффициент эффективности дегазации составляет 0,3 - 0,5). При дегазации разрабатываемых пластов выработками подготовленный участок закрывается перемычками. К последним подводятся трубопроводы, по которым выделяющийся в выработки метан отсасывается на поверхность или в общую исходящую струю шахты. Этот способ дегазации применялся в Китае при начальном газовыделении с 1 м2 обнаженной поверхности пласта >0,7 м3/мин. Продолжительность дегазации составляла 1,5 - 2,5 года при коэффициенте эффективности дегазации 0,2 - 0,5. Дегазация выработанного пространства действующих очистных участков применяется при значительном газовыделении из сближенных пластов, когда в верхней части лав наблюдается высокая концентрация метана. В случае управления кровлей полным обрушением дегазация обычно осуществляется путем отсоса метана через перфорированные трубы длиной 10 - 30 м, прокладываемые в верхней части выработанного пространства, или из дренажных скважин, которые бурятся из вентиляционного или откаточного штрека лежащего выше горизонта в купол обрушения. Возможна также изоляция выработанного пространства перемычками в граничащих с ним выработках. К перемычкам подводится трубопровод, по которому отсасывается поступающий в выработанное пространство метан. Коэффициент эффективности дегазации выработанного пространства составляет 0,2 - 0,7. При дегазации выработанного пространства в трубопровод засасывается значительное количество чистого воздуха, в результате чего концентрация метана в отсасываемой смеси может уменьшиться до взрывоопасной величины. Поэтому возникает необходимость изоляции выработанного пространства от выработок (например, с помощью пенопласта). В случае нагнетания воды в пласт с целью уменьшения пылеобразования при выемке угля происходит консервация части находящегося в угле метана вследствие заполнения трещин и пор водой под действием давления нагнетания и капиллярных сил. Это явление еще недостаточно изучено, однако замеры показывают существенное уменьшение газовыделения (на 20 - 40 %) при отбойке увлажненного угля. Исследования ДГИ показали, что нагнетание воды в пласт в течение 20 - 30 сут. обеспечивает уменьшение в 2 раза газовыделения из пластов, склонных к увлажнению. Физико - химический способ дегазации основан на нагнетании в пласты, склонные к увлажнению, специального раствора, который в порах затвердевает и блокирует в угле метан. Коэффициент эффективности дегазации составляет 0,75 - 0,95. Способ дегазации пластов при их подработке или надработке состоит в опережающей выемке сближенных пластов. При этом происходят разгрузка подрабатываемого пласта от горного давления, десорбция значительного количества содержащегося в пласте газа и выделение его по образующимся в процессе подработки трещинам в выработки разрабатываемого пласта. Продолжительность опережения выемки ниже лежащего пласта изменяется от нескольких месяцев до нескольких лет. Подработка выбросоопасных пластов является эффективным способом предупреждения внезапных выбросов угля и газа. Недостатком ее является увеличение газообильности выработок разрабатываемого пласта. Поэтому при предварительной отработке сближенных пластов, а в ряде случаев и по разрабатываемому пласту проводятся дренажные выработки или бурятся дренажные скважины для обособленного отвода метана. Способ дегазации пластов их гидрорасчленением или гидроразрывом состоит в увеличении газопроницаемости угля путем раскрытия существующих (гидрорасчленение) или создания новых (гидроразрыв) трещин нагнетанием жидкости в пласт и в последующем (после осушения) отсасывании метана. Жидкость нагнетается через скважины, буримые с поверхности или из подземных выработок. Достоинства способа - независимость дегазации от разгрузки пластов от горного давления, возможность их дегазации еще до вскрытия, в результате чего увеличивается степень их дегазации. Увеличению степени дегазации способствует также искусственное увеличение газопроницаемости пластов. Промышленные эксперименты в Карагандинском бассейне показали, что дегазация этим способом обеспечивает уменьшение газообильности выработок до 80 %. Микробиологический способ дегазации основан на принципе окисления метана в процессе жизнедеятельности некоторых видов бактерий. Суть его состоит в нагнетании в пласт бактериальной суспензии в смеси с воздухом. Исследования показали, что коэффициент эффективности дегазации пластов и выработанного пространства этим способом составляет соответственно 0,45 - 0,6 и 0,2. Библиотека |