Аэрология

2.7. Меры борьбы с метаном средствами вентиляции
На шахтах для борьбы с метаном применяются специальные ме­роприятия с целью предупреждения опасных скоплений метана и его воспламенения, ограничения последствий взрывов. Основным мероприятием, обеспечивающим предотвращение опасных скопле* ний метана, является вентиляция, которая будет эффективной, если по всей сети действующих выработок шахты поддерживается
32
допустимое содержание метана. Необходимое увеличение количе­ства поступающего в шахту и на отдельные ее участки воздуха достигается уменьшением аэродинамического сопротивления шахты и распределением воздуха по выработкам в соответствии с их газовым балансом. Необходимо также уменьшать утечки воз­духа в шахте, так как они приводят к уменьшению воздуха, пода­ваемого к местам его основного потребления. При слоевых скоп­лениях метана часто его среднее содержание на выходе из выра­ботки находится в пределах допустимого, а на некотором участке выработки в слоевом скоплении может быть выше допустимого. Чтобы предупредить это, используют мероприятия по усилению перемешивания воздушного потока в пределах слоя. В тупиковых выработках возможны случаи рециркуляции воздуха, когда вен­тилятор будет засасывать загрязненный метаном воздух и вновь подавать его в забой. При этом в забое может накапливаться метан и содержание его может превысить допустимое. Чтобы из­бежать рециркуляции воздуха, необходимо надежно отделять све­жую струю от исходящей (располагать вентилятор или конец всасывающего трубопровода только на свежей струе). Аналогично движущийся по сквозным выработкам загрязненный воздух не должен попадать в свежие струи, поступающие к местам ведения работ. При недостаточном перемешивании воздуха метан скапли­вается в верхней части выработок. Поэтому исходящие струи дол­жны иметь направление снизу вверх (в сторону естественного движения метана). При угле падения пласта >10° движение воз­духа в очистных забоях, где метан выделяется наиболее интен­сивно, должно быть восходящим. Нисходящее движение воздуха в очистном забое допускается при использовании схем вентиляции с дополнительной подачей свежего воздуха по выработке, примы­кающей к очистному забою на нижнем горизонте. В этом случае скорость движения воздуха в призабойном пространстве должна быть >1 м/с. На неопасных по внезапным выбросам пластах нисходящее движение исходящей из очистных выработок вентиля­ционной струи допускается при угле наклона выработок > 10° и скорости движения воздуха в них >1 м/с, крепь выработок (кроме прилегающих к очистным забоям) должна быть негорючей или трудногорючей при отсутствии электрооборудования и ка­белей. Достаточно интенсивное перемешивание метана в вентиля­ционном потоке возможно лишь при скорости движения воздуха в очистных и подготовительных выработках >0,25 м/с. Есте­ственно, что даже кратковременная остановка вентиляторов в га­зовой шахте недопустима.
В последнее время наблюдается быстрый рост газообильности шахт вследствие увеличения их глубины и интенсификации до­бычи угля. При этом вентиляционные возможности шахт могут оказаться исчерпанными, что потребует осуществления специаль­ных мероприятий по борьбе с метаном, из которых главным явля­ется дегазация выработок.
Тупиковые забои в газовых шахтах должны проветриваться
33

нагнетательным способом, при котором вентиляторы постоянно омываются свежим воздухом.
Для ограничения возможных последствий взрыва метана вен­тиляционная сеть шахт должна состоять из возможно большего числа независимых участков, а свежие и исходящие струи должны быть надежно разделены.
Борьба с суфлярами ведется либо увеличением подачи воздуха в выработки (при небольших суфлярах), либо каптировавшем газа. Для каптажа суфляра у ее устья сооружается герметичная камера, из которой газ отводится по трубопроводу. Иногда осу­ществляется тампонаж суфляров.
С целью предупреждения внезапных выбросов угля и газа производится дегазация пласта, уменьшение концентрации на­пряжений в пласте, укрепление забоя и организационно-техниче­ские мероприятия. Дегазация опасного по внезапным выбросам пласта может производиться путем бурения дегазационных сква­жин по пласту (опережающих или параллельных забою) или дру­гими способами, рассмотренными в разделе 2.8. При вскрытии опасных пластов осуществляется их предварительная дегазация (скважинами или гидроразрывом) через оставляемую породную пробку. Уменьшение концентрации напряжений в пласте дости­гается устранением острых углов в забоях, управлением кров­лей полным обрушением, сотрясательным взрыванием, торпедиро­ванием пласта, ведением горных работ без применения машин и механизмов ударного действия. Укрепление забоя достигается применением специальных крепей, обеспечивающих надежное под­держание забоя.
2.8. Дегазация горных выработок
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
34
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.
Дегазация сближенных пластов скважинами — один из первых способов, нашедших широкое применение на шахтах. Сущность его состоит в том, что из выработок разрабатываемого пласта (обычно из штреков) в направлении сближенных пластов бурятся скважины, через которые с помощью трубопроводов и вакуум-на­сосов отсасывается метан (рис. 2.3).
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 метаио-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.
35