Результат интеллектуальной деятельности: Способ отработки месторождений полезных ископаемых, опасных по газо- и геодинамическим явлениям

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к подземной разработке месторождений полезных ископаемых, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа.

Известен способ разработки газонасыщенных угольных пластов с применением опережающей подземной отработки защитных пластов – не опасных или наименее опасных по выбросам пластов, залегающих под или над опасным пластом [Дегазация угольных шахт. Российская угольная энциклопедия. М.-СПб. Издательство Санкт-Петербургской картографической фабрики ВСЕГЕИ, 2004. С. 496-497].

Недостатком данного способа является опасное скопление газов и пыли в горных выработках газонасыщенного пласта, поскольку выделение газа из деформирующегося пласта (десорбция) происходит значительно быстрее, чем его удаление из выработанного пространства через техногенные трещины в массиве горных пород и даже через дегазационные скважины.

Известен способ дегазации и разупрочнения горных пород, включающий бурение пластовых скважин и скважин в породу кровли, их гидрообработку жидкостью в статическом и гидроимпульсном режимах [Патент РФ №2373398 М.Кл. E21F 7/00 от 15.04.2008 г.].

Недостатком данного способа является то, что отсасывание газа, находящегося в массиве в сорбированном состоянии, занимает долгий по продолжительности период времени, что вызывает существенную отсрочку проведения очистных работ. При этом в атмосферу выбрасывается большое количество газов и угольной пыли.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ производства сжиженного метана из шахтного газа, заключающийся в создании технологии и установок для выработки сжиженного природного газа из шахтного газа, выдаваемого на поверхность дегазационными скважинами угольных шахт [Ст. Захаров В.Н., Забурдяев B.C., Артемьев В.Б. Углепородные массивы: прогноз, устойчивость, риски, безопасность. Изд. «Горное дело», 2013. - 280 с.].

Недостатком данного способа является сложность и большая трудоемкость технологий получения сжиженного природного газа из шахтного газа, а также неполное использование энергетических ресурсов угольных месторождений, в частности энергии взрыва мелкодисперсной пыли, образующейся при разрушении угля и породы, особенно при увеличении нагрузки на забой и применении современных высокопроизводительных машин и механизмов.

Технической задачей изобретения является повышение безопасности и эффективности ведения горных работ при разработке газоносных угольных пластов путем максимального использования энергетических ресурсов горнодобывающих предприятий и создания на базе угольных месторождений производств по изготовлению энергоемких продуктов из газов и шахтной пыли.

Указанная цель достигается сбором и отводом вредных продуктов разрушения полезного ископаемого из мест их образования и присутствия людей отсасывающей вентиляцией, при этом вместо выброса этих продуктов в атмосферу они транспортируются по герметичным трубам в специально оборудованные изолированные выработки-помещения, где используются для изготовления высокоэнергоемких пылегазоугольных брикетов, удобных и безопасных для хранения, транспортировки и употребления, основным компонентом которых является шахтная пыль и газ, количество которых растет пропорционально росту производительности применяемой добычной и проходческой техники. Для удобства и безопасности хранения, транспортировки и употребления брикеты герметизируют, например: в полиэтиленовую пленку. Сбор и отвод вредных продуктов разрушения полезного ископаемого из мест их образования и присутствия людей достигается путем установки сопел всасывающих трубопроводов в непосредственной близости от мест выделения метана и мест образования шахтной пыли при разрушении угля и породы горнодобычными и горнопроходческими агрегатами и отдельной транспортировки газа и угольной пыли по этим трубопроводам к месту изготовления пылегазоугольных брикетов. При этом сопло газопровода крепят в верхней части выработанного пространства, поскольку метан легче воздуха, а сопло пылепровода устанавливают в нижней части этого пространства, так как пыль скапливается и оседает на почву выработок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано положение на вертикальном разрезе всасывающих газо- и пылепроводов; на фиг. 2 показано место сбора газа и пыли с устройством для изготовления брикетов и брикетосборником, установленными в глухой изолированной выработке.

На чертежах показано выработанное пространство забоя - 7, глухая изолированная выработка - 2, перемычка - 3, газопровод - 4 с соплом - 5, пылепровод - 6 с соплом - 7, трубы - 8 газопровода - 4 и трубы - 9 пылепровода – 6, выполненные телескопическими или гофрированными, устройство для изготовления брикетов - 10 с контейнером-брикетосборником - 11 устанавливают в глухой изолированной выработке - 2 или на земной поверхности, в перемычке - 3 выполнен люк-лаз - 12, который закрывается выпуклой ударостойкой заслонкой - 13 с крепежными заушинами – 14, в которых выполнены отверстия с резьбой для крепежных шпилек - 15.

Способ реализуется следующим образом.

При разработке месторождений полезных ископаемых, опасных по газо- и геодинамическим явлениям, и максимального использования энергетических ресурсов горнодобывающих предприятий и создания на базе производств энергоемких продуктов из газа и шахтной пыли в выработках производят разделение потоков газов и взрывопасной пыли, а для изготовления брикетов в шахте подготавливают глухие, изолированные выработки – 2, в которых предполагается изготовление угольных брикетов и насыщения их газом под давлением. Глухую выработку - 2 изолируют от выработанного пространства забоя - 1 перемычкой – 3, в которой выполняют люк-лаз - 12, закрываемый выпуклой ударостойкой заслонкой - 13 с крепежными заушинами – 14, в которых выполнены отверстия с резьбой для крепежных шпилек - 15. Перед работой в забое заслонку - 13 крепят к люк-лазу - 12 крепежными шпильками - 15. Сопло - 5 всасывающего газопровода - 4 крепят на кровле у забоя выработки, а сопло - 7 пылепровода - 6 устанавливают в нижней части выработанного пространства на его почве.

При нагнетательном проветривании в забой газ и шахтная пыль, скапливаясь в выработке, создают опасные взрыво-пожароопасные концентрации. Для исключения данных концентраций вентиляторы местного проветривания (на чертежах не показаны) включают на отсос из забоя, на всасывание в изолированную выработку - 2, где, смешивая потоки газа и шахтной пыли, изготавливают газонасыщенные угольные брикеты. Высокая энергоемкость брикетов обеспечивается сорбцией (поглощением) газа угольным веществом в период изготовления.

При использовании брикетов происходит десорбция (выделение) газа из угольного вещества, обеспечивая горение с повышенной температурой. Прочность брикетов существенно повышают применением вяжущих веществ, особенно нефтебитумов.

Изготовление брикетов производят в два этапа. На первом этапе осуществляют перемешивание продуктов разрушения полезного ископаемого и вмещающих пород и их уплотнения под давлением 4,5-10 кг/см² в герметичном бункере. На втором этапе производят выдавливание полученной смеси в виде пылегазоугольных брикетов через калибровочные отверстия под давлением 45-95 кг/см² в контейнер-брикетосборник - 11 и их сушку. Для более удобного длительного хранения и транспортировки брикеты заплавляют в герметичные емкости, например в полиэтиленовую пленку.

Полученные брикеты могут использоваться как энергетическое и химическое сырье, так и как составляющие взрывчатых веществ, применяемых в горнодобывающей промышленности.

Таким образом, способ позволяет не только повысить безопасность горных работ на месторождениях, склонных к газодинамическим явлениям, но и повысить эффективность освоения таких месторождений путем использования потенциальной энергии газа и шахтной пыли в полезных целях.

Способ отработки месторождений полезных ископаемых, опасных по газо- и геодинамическим явлениям, позволит предотвратить взрывы газа и шахтной пыли, образующихся при добыче полезных ископаемых и проходке горных выработок современными высокопроизводительными комплексами, использовать эти газы и пыль для изготовления энергоемких брикетов и исключить выбросы в атмосферу упомянутых вредных веществ.