книги / Рудничная вентиляция

с погашением штреков способ дегазации сближенных подрабаты­ ваемых и надрабатываемых пластов угля не всегда обеспечивает требуемую эффективность вследствие малого срока функциониро­ вания скважин. В таких условиях может быть применена дега­ зация с помощью газосборных выработок и скважин. Этот способ весьма эффективен, если газосборной служит выработка, пройден­ ная для технологических целей.

Дегазация вмещающих пород, как и сближенных пластов, осуществляется скважинами, пробуренными из выработок. Эффек­ тивность дегазации зависит от места расположения скважин и времени их работы. При бурении скважин из поддерживаемых выработок она составляет 50—60 % от газовыделения из газонос­ ных пород, а из погашаемых — 30—40 %.

3.3.Способы дегазации выработанного пространства

Вслучае залегания смежных пластов на близких расстояниях от разрабатываемого (в зоне беспорядочного обрушения пород кровли) метанообильность выработанного пространства значи­ тельно повышается, создавая опасные местные скопления метана.

Дегазацию выработанного пространства применяют при дебите метана из него более 3—4 м3/мин и рассматривают как самостоя­

тельный способ, хотя в ряде случаев его используют совместно с дегазацией сближенных пластов.

Извлечение метана из выработанного пространства осуще­ ствляют с помощью как вакуум-насосных установок с выводом метановоздушной смеси на поверхность, так и газоотсасывающих установок с изолированным отводом смеси в исходящую струю выемочного поля (крыла, шахты).

Дегазация при помощи скважин, пробуренных над куполами обрушения пород кровли, применяется при залегании сближен­ ного пласта в зоне обрушения и интенсивного смещения пород при 6—10-кратной мощности разрабатываемого пласта. Забой скважин располагается выше первоначального купола обрушения пород. Глубина скважин составляет 30—40 м, угол подъема 15—20°. Скважины герметизируются на глубину 5—7 м. Расстояние между скважинами 20—25 м.

Дегазацию выработанного пространства совместно со сближен­ ными подрабатываемыми пластами вертикальными скважинами с поверхности рекомендуется применять на глубинах разработки до 500—600 м, когда дегазация сближенных угольных пластов и выработанных пространств из выработок малоэффективна или трудно осуществима.

Этот способ по сравнению с другими имеет ряд преимуществ: дегазация выработанного пространства ведется независимо от

очистных работ, отсутствует необходимость прокладывать газо­ провод в подземных условиях, уменьшается объем буровых работ и др. Кроме того, достаточно высокая эффективность этого способа позволяет широко его внедрять на шахтах Донецкого, Караган­ динского и Кузнецкого бассейна. Однако для его применения в конкретных условиях необходимо осуществлять технико-эконо­ мическое сравнение способов, исходя из планируемой нагрузки на лаву, метанообильности участка и объема поступления метана из выработанного пространства.

Важной характеристикой способа дегазации вертикальными скважинами с поверхности является интенсивность газовыделения в скважины в период от начала разгрузки подрабатываемой толщи до полного затухания газовыделения. Изменение дебита метана во времени и его характер служат исходными показателями, опре­ деляющими расстояние между скважинами, при котором обеспе­ чиваются наибольший эффект дегазации и стабильная производи­ тельность дегазационной системы.

В результате экспериментов установлено, что максимальное газовыделение в скважины наблюдается на расстоянии 40—60 м позади лавы. Снижение газовыделения в скважину до пределов, при которых продолжение дегазации практически нецелесооб­ разно, в большинстве случаев отмечается на расстоянии 100— 120 м от лавы.

Место заложения скважины следует выбирать с таким расчетом, чтобы после окончания бурения и обсадки точка ее пересечения с разрабатываемым пластом находилась впереди лавы на расстоя­ нии более 30 м и в 30—70 м ниже вентиляционного штрека. Сква­ жина должна пересекать разрабатываемый пласт, а углубление ее в породы почвы должно составлять 3—5 м. Первую вертикаль­ ную дегазационную скважину следует бурить на расстоянии 30—40 м от разрезной печи, а расстояние по простиранию пласта между следующими скважинами должно приниматься равным двум-трем шагам посадки основной кровли (80—120 м).

Извлечение метана производится при разрежении, равном 0,012—0,02 МПа. Эффективность дегазации составляет 50—60 % при расстоянии между скважинами 60—80 м и 40—50 % — при расстоянии 80—120 м.

3.4. Способы дегазации разрабатываемых пластов

Дегазация разрабатываемых пластов применяется как при столбовой системе разработки, так и при сплошной, если имеется достаточное опережение конвейерного штрека.

Процесс выделения метана в дегазационные скважины, пробу­ ренные по пласту, обусловлен прежде всего фильтрационными свойствами пласта, определяемыми напряженным состоянием угольного массива. В пласте в зависимости от положения очист­ ного забоя выделяются три зоны с различными напряженным состоянием и течением процесса дегазации.

Взоне, не подверженной влиянию очистных работ, интенсив­ ность газовыделения в скважину уменьшается во времени. Движе­ ние метана к скважине и его объем обусловливаются градиентом давления и газопроницаемостью пласта. Радиус влияния скважины увеличивается во времени, а перепад давления становится меньше, поэтому приток газа к скважине из более удаленных областей массива постепенно уменьшается.

Взоне пригрузки газопроницаемость пласта уменьшается

иинтенсивность газовыделения резко снижается.

Взоне разгрузки интенсивность выделения метана возрастает, а затем уменьшается вследствие истощения запасов газа в пласте

иналичия аэродинамической связи скважины с рабочим про­ странством лавы.

Увеличение дебита метана из скважин в зоне пониженных напряжений отмечается до тех пор, пока не начинает проявляться дегазирующее действие забоя лавы. В случае заблаговременной дегазации разрабатываемого пласта скважинами в первых двух зонах количество метана, поступающего в скважины в зоне раз­ грузки, невелико и не представляет практического интереса

вследствие истощения запасов газа в пласте вокруг скважины. К основным параметрам, непосредственно влияющим на эф­ фективность дегазации пластов, относятся время функционирова­ ния скважин, радиус их влияния, величина которого связана с га­ зопроницаемостью и газоотдачей пласта, и расстояние между

скважинами.

Главным направлением в повышении эффективности дегазации пластов является использование искусственных методов воздей­ ствия на угольный массив для увеличения интенсивности выделе­ ния метана в скважины.

К методам воздействия на пласты, при применении которых эффективность дегазации повышается в 1,5—2 раза по сравнению с обычным извлечением метана из пласта скважинами, относятся: гидрорасчленение пластов скважинами с поверхности, гидроразрыв пластов скважинами из выработок, гидроимпульсное воздействие на пласты и др.

Наиболее полно разработана технология предварительного гидроразрыва пластов через скважины, пробуренные из выработок. Эффективность дегазации его достигает 60 %, что позволяет соз­ дать нормальный газовый режим в призабойном пространстве очистных забоев.

Указанные методы дегазации пластов, и прежде всего методы с использованием искусственного воздействия на пласты, могут быть применены не только с целью снижения газообильности очист­ ных забоев, но и для предупреждения внезапных выбросов угля и газа.

Дегазационные скважины следует оставлять подключенными к газопроводу вплоть до подхода к ним лавы на 5—6 м, после чего осуществляется нагнетание воды в пласт.

принимать участие и частицы размером до 0,75—1 мм. Пыль с со­ держанием летучих 10—15 % слабо взрывчата. С увеличением содержания летучих (до 15—30 %) взрывчатые свойства угольной пыли резко возрастают. Некоторые сорта пыли взрываются и при содержании летучих менее 10 %.

Нижний предел концентрации пыли, взвешенной в рудничном воздухе, при которой она взрывается, составляет 10—300 г/м3 (для каменных углей он равен 20—25 г/м8, для некоторых бурых углей 10—15 г/м3, а для марки ПА он достигает 300 г/м3). Нижний предел взрывчатости отложившейся пыли (г/м3) в 2,5 раза больше нижнего предела взрывчатости взвешенной угольной пыли и мо­ жет быть принят по «Каталогу шахтопластов по взрывчатым свой­ ствам угольной пыли» или рассчитан по формуле [131

Ô,'отл = 133,2е-0>048уГ + 3,5Лсе-°-0321'г,

где V — выход летучих веществ, %; Ас — зольность угля, %. Верхний предел взрывчатости взвешенной пыли 2000— 3000 г/м3 и более. Наибольшей силы взрыв достигает чаще всего при концентрации пыли 300—400 г/м3. Дальнейшее повышение содержания пыли в воздухе существенного влияния на силу

взрыва не оказывает.

Зольность и влажность угольной пыли снижают ее взрывчатые свойства. При зольности 60—90 % или влажности более 40 % угольная пыль не взрывается.

Присутствие метана в рудничном воздухе повышает степень взрывчатости взвешенной пыли, о чем свидетельствуют следующие данные:

Необходимыми условиями взрыва угольной пыли являются образование пылевоздушного или метанопылевоздушного облака достаточной концентрации и наличие источника воспламенения.

Взрывчатость сланцевой пыли определяется теми же факторами, что и угольной. Однако степень и характер проявления этих фак­ торов в сланцевых шахтах несколько иные.

Нижний предел взрывчатости сухой пыли горючих сланцев в зависимости от выхода летучих веществ изменяется от б до 400 г/м8. С увеличением крупности пыли взрывчатость ее сни­ жается.

75 г/м3. С увеличением естественной влажности и зольности горю­ чих сланцев взрывчатость их пыли существенно снижается. При влажности отложившейся пыли, равной примерно 20 %, послед­ няя практически не взрывоопасна.

Взрывчатость пыли определяется испытанием искусственно изготовленной пыли из проб угля, взятых из каждого пласта (слоя). Способность пыли взрываться характеризуется появле­ нием пламени при испытании в испытательной трубке, а степень

еевзрывчатости — длиной пламени.

Копасным по пыли относятся пласты угля (горючих сланцев) с выходом летучих веществ 15 % и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих веществ, взрыв­ чатость пыли которых установлена лабораторными испытаниями.

4.2.Предупреждение и локализация взрывов угольной пыли

Мероприятия по предупреждению взрывов каменноугольной пыли делятся на три группы: 1) обеспечивающие снижение обра­ зования пыли и запыленности воздуха; 2) нейтрализующие взрыв­ чатые свойства отложившейся угольной пыли; 3) препятствующие появлению источников воспламенения.

К первой группе мероприятий относятся: применение угле­ добывающих машин крупного скола, увлажнение угля в мас­ сиве, подавление, отсос и улавливание пыли во время ее образо­ вания, смачивание и уборка осевшей пыли, эффективное про­ ветривание выработок. Вторая группа включает: осланцевание горных выработок, связывание угольной пыли, обмывку и по­ белку выработок, осаждение угольной пыли с помощью водяных за­ вес. К третьей группе относятся все мероприятия газового режима.

Осланцевание целесообразно применять в сухих выработках, в том числе с пучащими, легко размываемыми породами, при интенсивности пылеотложения менее 50 г/(м2-сут). В выработках, по которым подается свежий воздух, осланцевание проводить не рекомендуется. В выработках с отрицательной температурой, где невозможно применять гидропылевзрывозащиту, осланцева­ ние применять необходимо.

Расход инертной пыли на первичное осланцевание должен быть таким, чтобы содержание негорючих примесей в угольной пыли, отложившейся в горных выработках, было не менее уста­ новленной нормы осланцевания N c, которая определяется для каждого шахтопласта экспериментально или может быть принята по «Каталогу шахтопластов по взрывчатым свойствам угольной пыли». Расход инертной пыли для повторного однократного осланцевания 1 м выработки (кг/м) определяется по формуле

<7осл = 0,001А7С0ОТЛ5/(100 - Nc),

где S — площадь поперечного сечения выработки, м*.

Инертная пыль не должна содержать более 1 % горючих ве­ ществ и более 10 % свободного диоксида кремния. Содержание ядовитых примесей (свинец, ртуть, мышьяк и др.) не должно пре­ вышать санитарных норм. Инертная пыль должна легко образо­ вывать плотное облако после нахождения во влажной атмосфере, на 99 % проходить через сито № 06 и не менее чем на 50 % через сито № 0075.

Побелка рекомендуется для выработок околоствольного двора, капитальных откаточных и вентиляционных выработок, квершла­ гов, камер и других сухих выработок выдержанного сечения при интенсивности пылеотложения в них менее 0,4 г/(м2-сут). В соче­ тании с обмывкой побелку целесообразно проводить в откаточ­

раствор из одной части цемента, двух частей извести и 30 частей воды. Расход раствора 0,5—0,8 л на 1 м2 обрабатываемой поверх­ ности.

Смыв пыли целесообразно производить в выработках с исходя­ щей вентиляционной струей при интенсивности пылеотложения в них не более 50 г/(м2-сут) и в выработках со свежей струей воз­ духа независимо от интенсивности пылеотложения [27]. В местах интенсивного пылеотложения из-за просыпания угля смыв пыли является единственно приемлемым способом предупреждения взрывов угольной пыли [24]. В выработках с незначительным пылеотложением смыв пыли производится водой, а с интенсивным пылеотложением — 0,1 %-ным раствором смачивателя.

Погрузочно-разгрузочные пункты и участки штреков на про­ тяжении не менее 25 м в обе стороны от них, перегрузочные пункты на конвейерных линиях и участки выработок на протяже­ нии не менее 25 м от них по направлению движения вентиляцион­ ной струи обмывают раствором смачивателя один раз в смену.

Участки откаточных выработок на протяжении 25 м в обе стороны от опрокидывателей, участки откаточных штреков, укло­ нов и бремсбергов на протяжении 25 м от мест их сопряжений, почву конвейерных выработок и элементы конструкций конвейе­ ров, подготовительные выработки, проводимые по углю и породе, на протяжении 50 м от забоев обмывают раствором смачивателя не реже одного раза в сутки.

Расход жидкости для обмывки — 1,5—1,8 л на 1 м2 поверх­ ности [24].

Ввыработках с интенсивностью пылеотложения 50 г/(м2-сут)

иболее необходимо осуществлять связывание пыли смачивающесвязывающими составами с помощью тумана, создаваемого ту­ манообразующими завесами, и другими способами.

Жидкие смачивающе-связывающие составы представляют со­ бой водные растворы хлористого кальция и смачивателя ДБ (синтанола и др.), соотношение которых подбирается в зависи­ мости от относительной влажности воздуха в обрабатываемой

выработке. При относительной влажности рудничного воздуха 85—99 % содержание СаС1а и ДБ в растворе следует принимать равным соответственно 30—20 и 2—1 %. Для получения смачи- вающе-связывающей пасты к этому раствору добавляют 5—6 % гидрата оксида магния (загустителя). На 1 м2 обрабатываемой поверхности выработки расходуют 0,4—0,5 л раствора или 2—5 кг пасты, которую наносят на поверхность выработки толщиной до 3 мм. Перед нанесением пасты выработку необходимо обмыть водой или раствором смачивателя:

При связывании пыли с помощью туманообразующих завес первую завесу устанавливают на расстоянии не более 20 м от лавы. При скорости воздушной струи в штреке свыше 2 м/с фа­ келы туманообразователей направляют навстречу воздушному потоку, а при скорости 2 м/с и менее — по направлению потока. Во всех последующих завесах факелы туманообразователей на­ правляют в сторону движения воздуха.

Длина участка связывания пыли первой завесой зависит от скорости движения воздуха в выработке и принимается равной:

Длина участка связывания пыли каждой последующей за­ весой увеличивается на 25 м. Число завес должно быть таким, чтобы общая длина участка связывания пыли всеми завесами со­ ставляла не менее 200 м. Участок вентиляционного штрека между лавой и первой завесой должен обмываться раствором смачи­ вателя.

При невозможности применять в местах интенсивного пылеотложения туманообразующие завесы или смачивающе-связы- вающие составы необходимо осуществлять меры по снижению пылеотложения до 50 г/(м2-сут) и менее.

На участках вентиляционных штреков и в других выработках с исходящей струей воздуха, расположенных на расстоянии более 200 м от лавы, применяется обмывка раствором смачивателя или осланцевание [24].

При ведении взрывных работ по пластам угля, опасным по пыли, производятся: связывание отложившейся пыли путем оро­ шения раствором смачивателя забоя и прилегающего к нему участка выработки по всему периметру на протяжении не менее 20 м не ранее чем за 20—30 мин до взрывания, а также после взрывания при расходе 1—1,1 л на 1 м2 поверхности; обмывка забоя и примыкающего к нему участка выработки на протяжении не менее 50 м не реже одного раза в сутки при расходе жидкости 1,5—1,8 л на 1 м2 поверхности; сооружение водяных завес или применение гидрозабойки. Наиболее удобным способом примене­ ния гидрозабойки являются полиэтиленовые ампулы, заполненные

водой. Длина водяной забойки в ампулах любой конструкции должна быть не менее 0,3 м. Кроме того, длина дополнительной запирающей забойки в шпуре должна быть не менее 0,15 м. При глубине шпуров 1,6—3 м и величине шпурового заряда 0,6—1 кг оптимальная длина водяной забойки составляет 0,8—1 м.

Периодичность (сут) применения противопылевых мероприя­ тий рассчитывается по формуле

Т = ^сн А тл/Л

где k — коэффициент, равный при побелке, обмывке и осланце­ вании 1; при связывании пыли смачивающе-связывающим раство­ ром 5; при связывании пыли смачивающе-связывающей пастой 20;

Во всех случаях периодичность применения мероприятий уточняется по результатам контроля взрывобезопасности выра­ боток.

Для локализации взрывов пыли применяют сланцевые или водяные заслоны.

Сланцевый заслон состоит из ряда полок, устанавливаемых поперек выработки у кровли. Ширина полок должна составлять не менее 250 и не более 500 мм при жесткой конструкции и не более 1000 мм при свободно лежащем настиле. Полки должны иметь бортики высотой не более 80 мм. Свободно лежащий настил при­ меняют в выработках с металлической арочной или бетонной крепью при площади поперечного сечения более 7 м2.

Расстояние от нижней кромки верхняка (арки) крепи до верх­ ней поверхности инертной пыли должно быть не менее 100 и не более 300 мм. Расстояние между полками заслона должно быть одинаковым и не меньше ширины полки. Количество инертной пыли в заслоне определяется из расчета 400 кг на 1 м2 площади поперечного сечения выработки в свету в месте установки заслона. Длина заслона не менее 20 м. Количество пыли на полках заслона должно быть примерно одинаковым. Вместимость может быть

где а — ширина полки, м; / — длина полки, м; рп — плотность инертной пыли, кг/м3; а — угол естественного откоса инертной пыли (при расчетах может быть принят равным 35°).

Сланцевые заслоны целесообразно устанавливать в осланцованных выработках с отрицательной температурой. В выработках, где предупреждение взрывов пыли обеспечивается способами, основанными на использовании воды, следует применять водяные заслоны.

Водяной заслон состоит из ряда опрокидывающихся металли­ ческих или пластмассовых сосудов вместимостью не более 80 л каждый, устанавливаемых под кровлей поперек выработки. Рас­ стояние между кровлей и верхней кромкой сосуда должно быть не менее 100 и не более 600 мм. Сосуды устанавливают на равном расстоянии друг от друга, но не менее чем через 500 мм. Количе­ ство воды и число сосудов в заслоне определяются из расчета 400 л на 1 м8 площади поперечного сечения выработки в свету в месте установки заслона с запасом 10 %. Длина водяного за­ слона не менее 30 м.

В шахтах с высокой интенсивностью испарения воды целесо­ образно применять водные растворы солей СаС1а и MgCl2, а также полимеров, способных образовывать на поверхности воды засло­ нов тонкие безвредные для людей органические пленки. Интен­ сивность испарения растворов в 3—7 раз меньше, чем воды. С орга­ низационно-экономической точки зрения оптимальным является 10—15 %-ный раствор хлористого кальция.

Укрытие сосудов пленкой или крышками не уменьшает эффек­ тивность взрывогашения заслонами [311.

Заслонами изолируют очистные забои, отдельные подготови­ тельные забои выработок, проводимых по углю или по углю и породе, отдельные дворы, конвейерные выработки, склады ВМ. На шахтах, разрабатывающих пласты угля с выходом летучих веществ менее 15 %, крылья шахтного поля и конвейерные вы­ работки заслонами не изолируют.

Различают первичные и основные эаслоны. Первичные за­ слоны используют для изоляции забоев штреков, находящихся на расстоянии 40—150 м от очистных забоев. Эти заслоны сна­ бжают устройством для принудительного срабатывания. Норма загрузки сланцевого первичного заслона с принудительным сраба­ тыванием — не менее 50 кг инертной пыли, а водяного — не менее 100 л воды на 1 ма площади поперечного сечения выработки в месте установки.

Основные заслоны, применяемые для изоляции одного или не­ скольких забоев, устанавливают как на входящей, так и на исхо­ дящей струе изолируемых забоев: сланцевые — на расстоянии не менее 60 и не более 300 м, а водяные — на расстоянии не менее 75 и не более 250 м от забоев очистных и подготовительных вы­ работок, сопряжений штреков с квершлагами, уклонами и брем­ сбергами. По сети конвейерных выработок водяные заслоны уста­ навливают рассредоточенно с интервалом не более 250 м. Сланцевые заслоны в конвейерных выработках не устанав­ ливают.