Борьба с метаном

Мероприятия по борьбе с метаном можно разделить на следующие группы: предотвращение скопления взрывоопасных концентраций, недопущение воспламенения метановоздушной смеси, борьба с суфлярами и внезапными выбросами, борьба со слоевыми скоплениями, дегазация

угольных пластов.

Основным мероприятием по предотвращению скопления опасных концентраций метана является вентиляция. Она является эффективной,

если во всей сети действующих выработок поддерживается допустимое содержание метана (допустимая концентрация по объему), приведенное ниже:

Расход воздуха для проветриванияшахт и рудников должен определяться (расчитываться) в соответствии с руководствами (инструкциями), утвержденными Госгортехнадзором России. Расход воздуха, подаваемого в горные выработки, должен соответствовать расчетному, т.е. по объемному расходу должен быть не меньше расчетного. Подача расчетного объема воздуха в выработки достигается за счет рационального распределения свежего воздуха и уменьшения его потерь (утечек).

Недопущение воспламенения метановоздушной смеси достигается за счет соблюдения пыле-газового режима, который включает следующие мероприятия:

а) недопущение применения открытого огня, запрещение курения и проноса спичек (зажигалок); б) применение электрооборудования в специальном рудничном исполнении (взрыво- и искробезопасном); в) применение предохранительных взрывчатых веществ и средств взрывания; г) производство взрывных работ при концентрации метана менее 1 %; д) применение только электровзрывания.

Борьба с суфлярами ведется чаще всего увеличением подачи свежего воздуха в выработки или каптированием (улавливанием) газа. Для каптажа газа суфляра у его устья сооружается герметичная камера, из которой газ отводится по трубопроводу. Иногда производится тампонаж суфляра. Последние два специальных метода борьбы с суфляром производится только в том случае, когда известно, что суфляр просуществует долгое время, что сложно установить, и сам суфляр имеет значительное выделение газа.

Борьба с внезапными выбросами включает достаточно большое количество методов, среди которых:

а) устранение напряжений концентрации в пласте путем исключения углов в забоях, кутков и зарубочных камер и управление кровлей полным обрушением;

б) бурение опережающих скважин диаметром 250-300 мм при проходке выработок по углю;

в) бурение двух опережающих скважин длиной не менее 6 м при вскрытии квершлагом опасного по внезапным выбросам пласта (на расстоянии 10 м от пласта);

г) проходка восстающих выработок сверху вниз по предварительно пробуренным скважинам;

д) применение сотрясательного взрывания, при котором только развивается сеть трещин и уменьшается несущая способность пласта. При взрывании может провоцироваться выброс, что является безопасным для людей, которые в момент взрыва в забое отсутствуют. В последнее время практикуется камуфлетное

взрывание, которое лишь увеличивает зону развития трещин и, следовательно, зону разгрузки пласта и предотвращает развитие выброса;

е) проходка выработок по почве или по кровле мощного пласта, т.к. наиболее выбросоопасным является его средняя часть;

ж) отказ от машин и механизмов ударного действия;

з) подработка или надработка угрожаемых пластов путем предва-рительной выемки защитных, т.е. залегающих ниже или выше выбросоопасных на таком расстоянии, при котором осуществляется их разгрузка. При пологом падении защитными являются пласты, залегающие выше опасных до 45 м и ниже до 100 м. При крутом падении - выше или ниже до 60 м по нормали. В том случае, если имеются защитные пласты выше и ниже опасного, то в первую очередь отрабатывается вышележащий пласт (надработка);

и) дегазация угольных пластов, т.е. искусственное уменьшение их газоносности.

Метан в силу того, что он легче воздуха, при медленном движении воздуха по горной выработке и слабом перемешивании слоев может скапливаться на значительной ее длине под кровлей (слоевое скопление) и превышать предельно допустимые концентрации (ПДК). Слоевые скопления могут образоваться при выделении газов из суфляров, с обнаженных поверхностей и из отбитого угля в высоких выработках. Они опасны тем, что их не всегда можно обнаружить. Даже если в слое содержание газа не превышает ПДК - это не гарант того, что это содержание не повысится. Как показывает практика, слоевые скопления образуются при скорости воздуха в выработке менее 0,5 м/с. С целью уменьшения вероятности образования слоевых скоплений проветривание выработок должно быть восходящим, т.е. снизу вверх по пути естественного движения метана.

Допускается в газовых шахтах нисходящее проветривание очистных выработок с углом наклона более 10⁰ при условии дополнительной подачи свежего воздуха по выработке, примыкающей к очистному забою на нижнем горизонте, скорость движения воздуха в призабойном пространстве очистных выработок должна быть не менее 1 м/с.

На пластах, не опасных по внезапным выбросам угля и газа, допускается нисходящее движение исходящей из очистных выработок вентиляционной струи по выработкам с углом наклона более 10⁰ при соблюдении условия, что скорость воздуха в них должна быть не менее 1 м/с. Средняя скорость воздуха в горизонтальных горных выработках (в призабойных пространствах очистных выработок всех шахт и в тупиковых выработках газовых шахт) должна быть не менее 0,25 м/с.

Дегазация угольных пластов - искусственное уменьшение газоносности угольных пластов. Методы дегазации можно разделить на две группы: методы оперативной дегазации, применяемые при разработке пласта, и заблаговременной дегазации, применяемые до начала очистных работ.

К методам оперативной дегазации относятся: дегазация сближенных пластов и разрабатываемого пласта скважинами, дегазация выработанных пространств. К методам заблаговременной дегазации относятся: дегазация пласта при подработке или надработке, дегазация подготавливаемых горизонтов скважинами, гидроразрыв пласта, биохимический метод.

Дегазация сближенных пластов скважинами является одним из самых распространенных при отработке угольных пластов методов. Сущность метода заключается в том, что из выработок разрабатываемого пласта (из бурового штрека) бурят скважины на сближенные пласты, через которые с помощью трубопроводов и вакуум-насосов отсасывают метан (рис. 1.6). Чтобы обеспечить высокую эффективность дегазации, важно правильно заложить скважины. Они должны быть пробурены до подхода к ним очистного забоя в сближенном отрабатываемом пласте и пересекать дегазируемый в зоне разгрузки от горного давления, но и не попадать в зону активного обрушения. Пересечение зоны активного обрушения приводит к подсосу воздуха из выработанного пространства, уменьшению разрежения в отводящих метан трубопроводах и скважинах и, как следствие, уменьшение эффективности дегазации.

Расстояние между скважинами по простиранию зависит от длительности их эффективного действия и горнотехнических условий (расстояния до сближенного пласта, его мощности, свойств пород междупластья, скорости подвигания забоев лав и др.) и колеблется от 25 до 200 м. Дегазационные скважины бурят диаметром не менее 100 мм. В их устье герметично заделываются с помощью цементного раствора металлические трубы, соединяющие скважины с магистральным газопроводом. Сам газопровод подсоединяется к вакуум-насосам, располагаемым на поверхности.

Содержание метана в отсасываемой смеси нормально работающей скважины находится в пределах 60-100 %, а ее максимальный дебит составляет 6-10 м³/мин. Дегазацию сближенных пластов скважинами целесообразно проводить при выделении не менее 3 м³/мин газа в скважину. При меньшем выделении дегазация становится неэффективной. Иногда по сближенному пласту проводят специальные дренажные выработки, сбиваемые гезенками с выработками отрабатываемого пласта. Гезенки герметизируют перемычками и подсоединяют к магистральному газопроводу с помощью труб. Этот способ наиболее эффективен при проведении дренажной выработки на расстоянии 1/4  1/3 наклонной высоты

этажа ниже вентиляционной выработки и при расстоянии до сближенного пласта от 20 до 30 м. Этот метод не нашел широкого внедрения из-за сложности проходки дренажной выработки в условиях повы-шенного газовыделения.

Дегазация отрабатываемого пласта скважинами применяется в Карагандинском, Кузнецком и Печорском (Воркута) бассейнах при мощности пластов не менее 4 м. Сущность метода заключается в том, что по пласту с некоторым опережением относительно очист-ных работ бурят дегазационные скважины (кусты скважин), которые подключают к магистральному газопроводу, соединенному с вакуум-насосом (рис. 1.7). Данный способ дегазации используется при столбовой системе разработки на пластах с относительно высокой газопроницаемостью. К примеру, в условиях Карагандинского бассейна при расстоянии между кустами скважин в 20 м и временем их эксплуатации 6-8 месяцев газообильность лав снижается в 2-2,5 раза.

Дегазация разрабатываемого пласта выработками - когда полностью подготовленный к выемке участок изолируется перемычками, в которые пропускают трубопроводы, по которым выделяющийся из пласта газ отсасывается на поверхность. Этот метод применялся в Китае при начальном выделении газа с обнаженной поверхности пласта не менее 0,7 (м³/мин)/м². Время дегазации длилось в течение 1,5-2,5 лет [40].

Дегазация выработанных пространств рабочих участков применяется при значительном выделении метана в отработанное пространство из сближенных пластов при столбовых системах разработки угольных пластов.

При управлении кровлей полным обрушением дегазация (рис. 1.8) обычно производится путем отсоса газа через перфорированные трубы 2 длиной 10-30 м, прокладываемые в верхней части выработанного пространства, в магистральный газопровод 3. Естественно, что этот способ дорогой, поскольку перфорированные трубы не извлекаются из выработанного пространства.

Рис. 1.8. Схема дегазации выработанного пространства:   1 - очистной забой; 2 - перфорированные трубы; 3 - газопровод

Рис. 1.9. Схема дегазации выработанного пространства скважинами:   1 - купол обрушения; 2 - дегазационная скважина; 3 - магистральный газопровод.

Возможно также бурение дренажных скважин с вентиляционного (с конвейерного или откаточного) штрека в предполагаемый купол обрушения (рис.1.9) и отсос по ним газовоздушной смеси. Даже если дренажная скважина пройдет выше купола, эффективность дегазации высока, т.к. в налегающих породах идет интенсивный процесс трещинообразования. Поскольку вместе с газом отсасывается воздух, то содержание метана в отсасываемой смеси может быть взрывоопасным, что создает определенную опасность и снижает эффективность дегазации. Отсасываемая смесь не утилизируется, т.е. в бытовых целях не используется.

Нагнетание воды в пласт обычно производится для искусственного увлажнения пласта с целью уменьшения пылеобразования при его дальнейшей отработке. Суть метода заключается в том, что в пласте бурят скважины, которые соединяются с высоконапорными насосами, с помощью которых в пласт закачивается вода. Как вторичное явление - это явление вытеснения в пределах длины скважин метана из микропор и микротрещин, за счет чего газы быстрее мигрируют в рабочее пространство. В то же время происходит частичная консервация части находящегося за скважинами газа.

Похожий на данный метод - метод гидроразрыва и отличающийся от нагнетания воды в пласт тем, что вода в скважины нагнетается под действием создаваемого специальным насосом пульсирующего давления. Развивающиеся за счет этого гидроудары раскрывают существующие (гидрорасчленение) и создают новые (гидроразрыв) трещины, по которым метан интенсивно мигрирует из пласта. Вода может нагнетаться по скважинам, пробуренным с поверхности, или из подземных выработок. Промышленное применение метода в Карагандинском бассейне и на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей показало его высокую эффективность, т.к. снижение газообильности выработок происходило на 80 %.

Биохимический способ дегазации основан на окислении метана в процессе жизнедеятельности некоторых видов бактерий. Суть его состоит в том, что в пласт нагнетается бактериальная суспензия в смеси с воздухом. Исследования практической возможности применения этого метода для борьбы с метаном в угольных шахтах, начатые в 1966 г. в Московском горном институте, показали его высокую эффективность.

Date: 2015-09-26; view: 3437; Нарушение авторских прав