Аэрология

Рис. 2.5. Схема дегазации разраба­тываемого пласта скважинами:
1 — очистной забой; 2 — откаточный
штрек; 3 — вентиляционный штрек; 4 — скважины; 5 — дегазационный трубопро­вод

Рис. 2.6. Схема дегазации вырабо­танного пространства:
/ — очистной забой; 2 — перфорированные трубы; 3 — вентили

Рис. 2.4. Схема дегазации сближен­ного пласта выработками:
1 — дренажная выработка; 2 — перемыч­ки; 3 — гезенк; 4 — трубопровод

жинами;

Р ис. 2.3. Схема дегазации сближенного пласта скваж / — скважина

	5?
^1	■< У^	У			J
/	to;		-и	S	/
1 ? Л- -^		[	шшьщвЬ^&шШшш^
				ш^т

Рис. 2.7. Схема дегазации вырабо­танного пространства скважинами:
1 — купол обрушения; 2 — скважина; 3 -—
трубопровод
Коэффициент эффективности дегазации сближенных пластов :-ггим 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 (рис. 2.4). 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 (рис. 2.5). 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 (рис. 2.6), или из дренажных скважин, которые бурятся из вентиляционного или от­каточного штрека лежащего выше горизонта в купол обрушения (рис. 2.7). Возможна также изоляция выработанного простран­ства перемычками в граничащих с ним выработках. К перемыч-
37

кам 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 пыле-образования 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. Промыш-
38
ленные 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.
3. ШАХТНАЯ ПЫЛЬ
3.1- Общие сведения
Под пылью понимается совокупность тонкодисперсных твердых частиц органического или минерального происхождения. По своим свойствам пыль относится к коллоидным системам. Со­гласно учению о коллоидах, система, где одно из веществ раз­дроблено и распределено в виде более или менее мелких частиц внутри другого вещества, имеющего непрерывное строение, назы­вается дисперсной. Раздробленное вещество называется дисперс­ной фазой системы, а вещество, имеющее непрерывное строение,— дисперсионной средой. Следовательно, если перенести эти поня­тия на пыль, пылинки являются дисперсной фазой системы, а воз­дух, в котором они находятся, дисперсионной средой. Дисперсная система, в которой дисперсная фаза представлена частицами размером от 10~⁵ до 10~⁷ см, называется золем. Если дисперсион­ной средой является воздух, то такая система называется аэрозо­лем. Аэрозолем являются пыль, туман и дым.
Однако в практике этим термином обозначают и более гру-бодисперсные системы, в которых могут некоторое время нахо­диться во взвешенном состоянии аэрозоли с частицами размером от 10™³ до Ю^-7 см. Частицы размером более 10~³ выпадают из воздуха. Пыль, осевшая на поверхностях, называется аэроге­лем.
В зависимости от крупности частиц, различают пыль макро­скопическую (размером >10 мкм), микроскопическую (размером 10—0,25 мкм), ультрамикроскопическую (размером 0,25— 0,01 мкм), субмикроскопическую (размером <0,01 мкм). В не­подвижной дисперсной среде макроскопические пылинки оседают с возрастающей скоростью, микроскопические пылинки — с посто­янной скоростью. Ультрамикроскопические и субмикроскопические пылинки в результате постоянного столкновения с молекулами газовой среды находятся в состоянии броуновского движения и практически не оседают.
Существенное значение при оценке свойств пыли (пожароопас­ное™, взрывчатости, силикозоопасиости и др.) имеет ее дисперс­ный состав, т. е. количественное соотношение частиц различной крупности. Пыль, образующаяся в промышленных условиях, по-
39

лидисперсна, т. е. размеры ее частиц колеблются в широких пре­делах. Поэтому для практических целей важно знать распределе­ние частиц по размерам в пылевом потоке. Такое распределение для каждого конкретного случая устанавливается эксперимен­тально методом дисперсного анализа и выражается кривыми рас­пределения или данными, сведенными в таблицу. Однако пользо­ваться ими при решении различных практических и теоретических вопросов весьма неудобно, так как в каждом конкретном случае необходимо производить дисперсный анализ. Более рациональна дисперсную характеристику аэрозолей представить в виде функ­ции. В литературе известен ряд эмпирических уравнений, выра­жающих распределение частиц по их крупности. Эти уравнения имеют ограниченное применение, так как они справедливы для; конкретных условий. Функции распределения частиц по их круп­ности в большинстве случаев имеют хорошо выраженный макси­мум асимметричной формы (с крутым спадом в сторону мелких частиц и пологим в сторону крупных). Асимметричные кривые распределения частиц описываются логарифмически нормальной функцией