Испытания дегазации технологии английской фирмы "Harworth Energy Ltd" в условиях шахты им. Т. Кузембаева

Размещено на http://www.allbest.ru/

Испытания дегазации технологии английской фирмы «Harworth Energy Ltd» в условиях шахты им. Т. Кузембаева

Технические науки/. Горное дело

Aгыбай Даулен Агыбайулы - магистрант

Данибеков Руслан Кайратович - магистрант

Барсуков Сергей Вячеславович - магистрант

Таловский Илья Игоревич - магистрант

Сим Сергей Викторович - магистрант

Карагандинский Государственный Технический Университет, Казахстан

Аннотация

В данной статье рассмотрены проблемы выбора способа проветривания и дегазации угольных шахт. Проанализированы характерные особенности работы дегазационных скважин и содержания метана выработанном пространстве. Выявлена и обоснована необходимость применения способа проветривания английской технологии. На основе проведенного исследования автором предлагается изменить схему движения воздуха в верхней части лавы, дается его определения, формулируется основные характеристики и расчетные анализы.

Ключевые слова: УГОЛЬНЫЙ ПЛАСТ, ГИДРОДИНАМИКА, ДЕГАЗАЦИЯ, МЕТАНОБЕЗОПАСНОСТЬ, ГАЗАОБИЛЬНОСТЬ, СКВАЖИНА.

проветривание дегазация угольный шахта

Главным и основным недостатком в Карагандинском бассейне применяемой возвратноточной схемы проветривания, является образование местных скоплений метана на сопряжении лавы с погашаемой вслед за лавой вентиляционной выработкой.

Для того чтобы исключить эти недостатки решено изменить схему движения воздуха в верхней части лавы за счет применения способа проветривания английской технологии.

С середины января до конца мая 2009 г. на шахте им. Т. Кузембаева проводились испытания способа проветривания выемочного участка 32К7-з с возведением в вентиляционном штреке гибкой продольной перегородки и дегазацией выработанного пространства путем бурения дегазационных скважин вкрест простирания пласта (по технологии английской фирмы «Harworth Energy Ltd».

При проведении этой технологии проветривания и дегазации лавы 32К7-з для опытного его использования составлена программа и методика. Задачей испытания являлось за счет эффективной работы дегазационных скважин обеспечить стабильное проветривания в верхней части лавы, буримых вкрест простирания пласта. При этом решались следующие задачи:

- установление экспериментальным путем эффективности способа дегазации выработанного пространства;

- определение возможности обеспечения своевременного бурения дегазационных скважин буровым станком вслед за подвиганием очистного забоя;

- определение состояния вентиляционного штрека 32К7-з, закрепленного анкерной крепью и деревянными клетями;

- контроль состояния газовой обстановки на выемочном участке.

Лава 32К7-з оснащена механизированной крепью «Глиник», комбайном SL 300, конвейером КС-34. Размеры выемочного участка по простиранию 1295 м, по падению 214 м. Выемочный участок лавы 32К7-з подготовлен на западном крыле шахтного поля на глубине 320 - 370 м от земной поверхности.

Схемой проветривания для данного участка используется, возвратноточная с восходящим движением струи в очистном забое.

Для расчета газаобильности выемочного участка, использовалась программа АРМ ВТБ, на плановую добычу 3200 тонн/сут. В целях недопущения превышения концентрации газа метана в верхнем кутке, а также очистного забоя. Применялась дегазация выработанного пространства, с помощью технологии проветривания английской фирмы «Harworth Energy Ltd». Коэффициент эффективности дегазационных скважин по расчетам АРМ ВТБ составил 0,76 % , абсолютная газаобильность лавы снизилась с 20,54 м3/мин до 6,8 м3/мин, а расчетное количество воздуха для проветривания участка с 1852 м3/мин до 1482 м3/мин.

Вентиляционный штрек 32К7-З пройден сечением в свету 15,0 м2 с оставлением целика угля шириной 20 м и закреплен анкерами. Плотность установки анкеров - 9 шт. на 1 метр выработки, расстояние между анкерами - 0,8 м.

Вентиляционный штрек заканчивался изолирующей перемычкой из досок, обшитой из спецпленок. Следующая изолирующая перемычка устанавливался через 30 м.

Впереди очистного забоя на расстоянии не менее 20 м производили подрывку почвы и установку клетей размерами 1,4Ч1,4 м из шпального бруса, чтобы поддерживать вентиляционный штрек 32К7-з. Клети устанавливали в средней части выработки. Расстояние между клетями - 3,0 м. В последующем конструкция деревянной клети была изменена. Устанавливались клети размерами 1,5Ч3,0 м на расстоянии 2,5 м между смежными клетями. Со стороны выработанного пространства пробивался разряженный органный ряд из деревянных стоек. Между клетями пробивались дополнительные деревянные стойки. Ряд деревянных усиливающих стоек устанавливался в выработке со стороны угольного целика. Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. - М.: Наука, 1970. - 379 с.

Отличительная особенность способа проветривания является то, что в средней его части возводится гибкая перегородка из непроницаемых, негорючих синтетических материалов, так называемая «шервудская завеса», которая позволяет осуществлять движение струи воздуха в противоположном направлении. При подходе лавы на расстоянии 10 м двери переносились на новое место.

За лавой в поддерживаемой части вентиляционного штрека с использованием бурового станка английского производства «Edeco Minor Hydrack FRB» бурили дегазационные скважины в кровлю и почву пласта.

Эффективность сохранения выработки в сложных геомеханических условиях во многом определяется правильным выбором средств крепления, поддержания и охраны выработки. Принятые в вентиляционном штреке средства крепления позволили поддержать и сохранить выработку за лавой на расстоянии до 30 м, при значительной (до 1,5 -2,0 м) конвергенции кровли - почвы.

Главные недостатки применяемого способа крепления и поддержания вентштрека за лавой нижеследующие:

- применяемое в вентиляционном штреке крепление, а также установку вразбежку деревянных стоек под металлический верхняк, широких клетей из шпал в средней части выработки не соответствуют эпюре горного давления на кровлю выработки на границе с выработанным пространством;

- оставление целика недостаточных размеров (шириной 20 м) привело к интенсивному пучению почвы. Этому также способствовали неэффективный способ охраны со стороны выработанного пространства (разряженный ряд деревянных стоек) и крепи выработки (клети из шпал и деревянные стойки между ними). Известно, что использование податливых деревянных клетей приводит к максимальному пучению почвы. Применение клетей улучшенной конструкции (площадью 1,5Ч3,0 м) не снизили пучение почвы;

- применяемый паспорт крепления вентиляционного штрека рассчитан на симметричное проявление горного давления, тогда как эпюра давления на выработку, охраняемую на границе с выработанным пространством, носит ассиметричный характер. Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. - М.: Госстройиздат, 1962. - 178 с.

В первый период после сдачи лавы 32К7-з в эксплуатацию проветривание выемочного участка производилось по прямоточной схеме затем схема была изменена на возвратноточную с изолированным отводом метана. При этом в лаву (при расчетном значении 1482 м3/мин) подавалось от 1450 до 1580 м3/мин свежего воздуха.

Существенным недостатком применяемого способа проветривания с использованием гибкой перегородки и возведением шлюза из дощатых перемычек впереди лавы, остается его низкая надежность. Открытие дверей дощатых перемычек, в силу производственной необходимости, утечки воздуха из-за неплотного соединения гибкой перегородки с кровлей и почвой создают возможность местного скопления метана до опасных пределов, временной приостановке работы лавы по фактору проветривания. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. - М.: Недра, 1973. - 208 с.

В целях недопущения превышения концентрации газа метана в верхнем кутке, для снижения газовыделения в лаву и в исходящую струю выемочного участка и обеспечения расчетного количества воздуха для проветривания выемочного участка, а также очистного забоя, применялась дегазация выработанного пространства.

Дегазация выработанного пространства лавы 32К7-з проводилась в два этапа. На первом этапе осуществлялась дегазация выработанного пространства путем каптажа метана с помощью газодренажной выработки. Газо-дренажный штрек 32К8-з пройден по пласту К8 над выемочным участком. Шейдеггер А.Е. Физизка течения жидкостей через пористые среды. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - 250 с.

На втором этапе применялась дегазация выработанного пространства путем каптажа метана из скважин, пробуренных в купола обрушения до пласта - спутника К8 и пласта спутника К9, а также в почву выработки до пласта - спутника К5 по технологии английской фирмы «Harworth Energy Ltd». Скважины бурили вкрест простирания пласта под углом 57 - 650 к горизонту длиной 35 - 40 м. Скважины пересекали пласты-спутники К8 и К9. Бурение дегазационных скважин производилось сразу за лавой в поддерживаемой части вентиляционного штрека 32К7-з с использованием бурового станка на гидравлическом приводе английской фирмы «Эдикон».

Использовалось до 10 скважин, из которых 5 подключалось к первому газопроводу, а остальные 5 - ко второму. Скважины обсаживались трубами на длину до 20 м и подключались в шахматном порядке к двум газопроводам диаметром 250 мм. С помощью вакуум-насосной станции ВНС № 245 производилось каптирование метана.

Было решено отказаться от бурения дегазационных скважин в почву пласта, так как в связи с обводненностью скважины, пробуренные в почву, заполнялись водой, и их эффективность была низкой. Вода попадала в дегазационный став.

Диаметр газопровода на вентиляционном штреке 32К7-з составлял 250 мм, протяженность газопровода - 620 м. Диаметр второго звена газопровода на конвейерном уклоне 30К7-з - 402 мм, протяженность - 490 м до магистральных скважин. Диаметр магистральных скважин 325 мм, глубина 265 м. Пропускная способность каждого газопровода составил 74 м3/мин.

Согласно результатам замеров концентрации метана на исходящей из лавы струе воздуха на первом этапе дегазации (с августа по ноябрь 2008 г.) составляла 0,8 - 0,9 % , на втором (с января по апрель 2009 г.) - 1%. Для проветривания лавы на первом этапе эксперимента подавалось 1105 - 1420 м3/мин воздуха, а на втором этапе - 1450 - 1580 м3/мин. Акимбеков А.К. Статистико-детерминированная модель заполнения пустот в твердом массиве жидкостью при пропитке // Известия вузов. Горный журнал, 1993, № 9. - С. 83 - 87.

Выполненный анализ показал, что с октября по декабрь 2008 года содержание метана на расстоянии 3 - 5 метров от верхнего «кутка» в сторону завала составляло 2,5 - 4,0 %, и неоднократно происходили загазирования верхнего сопряжения лавы с вентиляционным штреком (более 2,0 %).

После перехода на дегазацию пласта (по английской технологии) не зафиксировано ни одного загазирования в верхнем «кутке». Абсолютная газообильность лавы составляла на первом этапе 36,4 - 58,1 м3/мин и 36,3 - 46 м3/мин - на втором этапе. Фактический съем метана с использованием газодренажного штрека составил в 21,2 - 39,2 м3/мин, с помощью скважин, пробуренных по английской технологии - 12,5 - 23,0 м3/мин. Содержание метана в скважинах до их подключения к газопроводу составляло от 25 до 87 %.

С помощью скважин, пробуренных вкрест простирания купола обрушения, извлекалось до 50 % метана от общего метановыделения на выемочном участке. Суммарная эффективность на втором этапе дегазации составила 60 %. Гращенков Н.Ф., Акимбеков А.К., Суслов В.В. Управление газовыделением в горные выработки. - Рук. деп. в КазНИИНТИ, № 3856 - Ка 92 - 161 c.

Шахтные испытания показали, что оставленный целик шириной 20 м приводит к деформациям вмещающих вентштрек 32К7-з горных пород, повышенной конвергенции почвы - кровли. Расчеты показывают, что ми-нимального размера угольного целика для охраны 32К7-з вентиляционного штрека по условию проявления горного давления должна составлять 44 м.

Применение в вентиляционном штреке 32К7-з на шахте им. Т. Кузембаева возвратноточной схемы проветривания с использованием гибкой перегородки («шервудской завесы») и дегазации «вкрест простирания пласта» по технологии фирмы «Harworth Energy» позволило отрабатывать пласт с нагрузкой 2552 - 3100 тонн в сутки, что следует считать хорошим результатом эксперимента этих новых технологических решений. Лукин К.Д. анализ моделей движения воды и газа в углепородном массиве. - М.: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2005, №1. - С. 42-43.

Используемый паспорт крепления и охраны 32К7-з вентиляционного штрека, обоснованные параметры дегазации, а также недостаточный размер охранного целика над штреком не позволили достигнуть более высоких результатов.

В целом, схемы управления газовыделением средствами вентиляции и дегазации (по технологии английской фирмы «Harworth Energy Ltd») заслуживают внимания и в дальнейшем представляется необходимым продолжить их испытания на новых участках шахт угольного департамента.

Испытания новой технологии с возвратноточной схемой проветривания и использованием гибкой перегородки («шервудской заве-сы») и дегазации вкрест простирания пласта по технологии фирмы «Harworth Energy» рекомендуется провести с использованием аппаратуры непрерывного газового контроля с порогом отключения электроэнергии, равным 1,3 % метана в исходящей из лавы струе воздуха.

проветривание дегазация угольный шахта

Литература

Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. - М.: Наука, 1970. - 379 с.

Веригин Н.Н. Методы определения фильтрационных свойств горных пород. - М.: Госстройиздат, 1962. - 178 с.

Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. - М.: Недра, 1973. - 208 с.

Шейдеггер А.Е. Физизка течения жидкостей через пористые среды. - М.: Гостоптехиздат, 1960. - 250 с.

Акимбеков А.К. Статистико-детерминированная модель заполнения пустот в твердом массиве жидкостью при пропитке // Известия вузов. Горный журнал, 1993, № 9. - С. 83 - 87.

Гращенков Н.Ф., Акимбеков А.К., Суслов В.В. Управление газовыделением в горные выработки. - Рук. деп. в КазНИИНТИ, № 3856 - Ка 92 - 161 c.

Лукин К.Д. анализ моделей движения воды и газа в углепородном массиве. - М.: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2005, №1. - С. 42-43.

Размещено на Allbest.ru