Результат интеллектуальной деятельности: Способ определения границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи очистного забоя

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при очистной отработке опасных по газу угольных пластов.

Изобретение направлено на определение границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи очистного забоя путем измерения концентрации метана и расхода воздуха в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы.

Известен способ определения аэрологических параметров призабойного пространства действующей лавы, включающий проведение газовоздушных съемок в очистном забое (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 319 с; стр. 39, 62, 64, 129).

Недостатком способа является невозможность определения аэрологической области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.

Известен другой способ определения аэрогазодинамических параметров на выемочных участках, включающий измерения расхода воздуха и концентрации метана в выработках при различных объемах добываемого угля (Рубан А.Д., Артемьев В.Б. и др. Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах. - М: УРАН ИПКОН РАН, 2009. - 396 с; стр. 189-190).

К недостаткам этого способа относится невозможность определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.

Наиболее близким по технической сути и частично достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте RU №2610600 С1, на способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя, включающем проведение выработок в плоскости угольного пласта, измерение концентрации метана и его дебита в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы.

И этому способу присущи недостатки, поскольку невозможно определить область опасного содержания метана в выработанном пространстве проветриваемого очистного забоя.

Целью изобретения является определение границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи очистного забоя по содержанию в нем метана, преимущественно при возвратноточной схеме проветривания выработок добычного участка.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя проводят выработки в плоскости угольного пласта, измеряют концентрацию и расход метана в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы, из боковой выработки выемочного участка проводят дегазационную скважину в кровлю пласта на не разгруженный от горного давления массив, по данным измерения в скважине концентрации и дебита метана устанавливают местоположение наибольшей его величины в координатах трехмерного пространства, охваченного вакуумным действием скважины, при этом влияние очистного забоя на процесс изменения содержания метана в выработанном пространстве лавы устанавливают по началу снижения дебита метана из скважины, а область возмущенной скважиной метановоздушной смеси в прилегающем к очистному забою выработанном пространстве определяют по границе внутреннего контура трехмерного газового пространства и почвой пласта на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное пространство лавы.

Способ определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя осуществляют следующим образом.

В подготавливаемом к очистной отработке участке угольного пласта проводят боковые выработки в плоскости пласта вдоль выемочного участка. Измеряют в них и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы концентрацию и дебит метана во время очистной добычи угля. Полученные данные используют для построения аэрогазодинамического состояния призабойного пространства лавы, то есть выявляют по сети выработок участка динамику концентрации и дебита метана во время очистной выемки угля в режиме работы лавы по добыче угля и метановыделению из угольных пластов в выработки участка и призабойное пространство лавы.

Измерение концентрации и дебита метана производят известными (стандартными) методами.

По распределению потоков воздуха в призабойном пространстве лавы устанавливают места утечек воздуха в выработанное пространство и его активных притечек в призабойное. Как правило, притечки газовоздушных смесей имеют место в четвертой - пятой частях длины лавы вблизи вентиляционной выработки, что обусловлено депрессией вентиляционной сети. При этом притечки газовоздушных смесей в призабойное пространство лавы в значительной степени предопределяют газовую ситуацию в прилегающем к призабойному пространству лавы пространстве, следовательно, и искомую область газосодержащего воздушного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.

Дополнительной операцией в решении задачи является бурение из боковой вентиляционной участковой выработки дегазационной скважины в кровлю пласта на не разгруженный от горного давления массив. Забой такой скважины располагают вне зоны влияния обрушенных пород кровли на процесс дегазации углепородного массива вблизи скважины, для чего в скважине сразу после ее бурения устанавливают паккер, отделяющий призабойную часть скважины от зоны обрушения и трещиноватости пород кровли. Дегазационную скважину подключают к трубопроводу под вакуумом, измеряют концентрацию и дебит метана, разрежение в скважине и ее местоположение относительно очистного забоя в координатах трехмерного пространства забоя скважины (координаты х - от очистного забоя, у - в боковую сторону выработанного пространства и z - в кровлю пласта).

Разгрузочное влияние очистного забоя на газодинамические процессы, протекающие в дегазационной скважине, определяют по началу снижения дебита метана из скважины. При этом область разгружаемого углепородного массива от горного давления и объем возмущенной скважиной газовоздушной смеси определяют по внутреннему контуру трехмерного газового пространства и почвой пласта на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное пространство лавы.

Фактические данные измерения дебита метана из дегазационной скважины в координатах х, у и z показаны на фигурах 1-3, где изменение дебита метана отражено в координатах х (фиг. 1), у (фиг. 2) и z (фиг. 3) в периоды накопления метана в скважине и снижения его дебита. При этом расстояния х, у и z соответствуют началу измерения газовыделения в дегазационную скважину, то есть до разгрузки массива от горного давления. Произведением максимальных величин дебита метана (см. координаты х, у и z) определяют расположение наиболее опасного объема метановоздушной смеси при традиционно используемых концентрациях метана: в объемных количествах 5-15% (взрывоопасная метановоздушная смесь), 25% и более (метановоздушная смесь, наиболее пригодная для утилизации). Содержание метана в газовоздушной смеси измеряют в скважине и в период снижения дебита метана на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное. Это участок длины лавы, равный не более 30-40 м от вентиляционной выработки.

Объем метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя определяют произведением числовых величин х, у и z от почвы пласта и газодинамического состояния рудничного воздуха с учетом концентрации метана, степени разряженное™ воздуха в прилегающем к очистному забою выработанном пространстве в соответствии с положениями Инструкции по дегазации угольных шахт (2012 г.).

Объем опасной метаносодержащей смеси под кривой газовыделения определяют графоаналитическим методом с учетом измеренных величин дебита и концентрации метана, пространственного расположения объемной зоны газосодержащего воздуха в выработанном пространстве вблизи призабойного пространства лавы. Аналогичным методом определяют размеры зон метаносодержащего воздуха при газодинамическом процессе, отмеченном на участке кривой снижения дебита метана.

Суть выполняемых измерений дебита метана из пробуренной скважины поясняется чертежами, где на фигурах 1, 2 и 3 представлены зависимости дебита метана от координат забоя скважины соответственно х, у и z.

Внедрение способа определения границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя позволит обоснованно рекомендовать мероприятия по предотвращению опасных скоплений метановоздушных смесей вблизи призабойного пространства лавы средствами дегазации.