Тема №4 2. Меры борьбы с метаном в шахтах

Требования правил безопасности к содержанию метана в горных выработках и трубопроводах

Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.

Виды выделений метана в горные выработки

Различают три вида выделений метана в горные выработки:

1. Обыкновенное выделение метана происходит из мелких пор и трещин по всей поверхности пласта, из отбитого угля и боковых пород. Выделение происходит медленно, но непрерывно, оно сопровождается шорохом, легким потрескиванием и шипением. Метановыделение из обнаженной поверхности пласта и из отбитого угля описывается равенством

I_(t)=I₀*е^-кt, м³/мин (1.2)

где I_(t) – метановыделение из отбитого угля или свежеобнаженной поверхности пласта через t минут после обнажения;

I₀ – метановыделение в начальный момент после обнажения пласта или отбойки угля;

е – основание натурального логарифма;

к – экспериментальный коэффициент, характеризующий физико-механические свойства пласта;

t- время, прошедшее с момента обнажения пласта или отбойки угля, мин.

Однако, динамика выделения метана из отбитого угля и обнаженной поверхности пласта различны. Дегазация отбитого угля практически заканчивается через 2-3 часа после отбойки, а обнаженной поверхности пласта через 2-3 месяца после обнажения. Характер затухания метановыделения представлен на графиках (рис.1.2)

Обыкновенное метановыделение неравномерно во времени и зависит от многих факторов: работы выемочных механизмов, ведения взрывных работ, посадки пород кровли, ведения работ по дегазации, режима проветривания участков и т. д.

Неравномерность метановыделения характеризуется коэффициентом неравномерности, который равен отношению максимального метановыделения к среднему т.е.

K_Н = (1.4)

Исследованиями МакНИИ доказано, что метановыделение в исходящей струе очистного забоя и выемочного участка является случайной во времени величиной.

Рис.1.2 Графики зависимости выделения метана из отбитого угля и обнаженной поверхности пласта во времени I(t)

В этом случае, с достаточной для практики точностью, максимальное и среднее метановыделение можно определить на основе использования нормального закона распределения случайной величины, согласно которому

I_max=(1.5) (1,6)

где - среднеквадратичное отклонение измеренных величин метановыделения. Для определения величин I_max и в исходящей струе участка и очистного забоя необходимо провести 3-х суточные наблюдения с интервалом замеров концентрации метана и расхода воздуха 30 мин.

Для условий Донбасса К_н=1.43-2.14

2. Суфлярные выделения метана - это выделение метана в больших количествах с характерным шумом из видимых на глаз трещин и пустот в боковых породах и угольных пластах. Действие суфляров может быть кратковременным, но обычно длительно, даже до нескольких лет. Различают суфляры первого и второго рода. К суфлярам первого рода относятся суфляры геологического происхождения, которые, как правило, приурочены к зонам тектонических нарушений.

К суфлярам второго рода относят суфляры горно-производственного характера. Эти суфляры происходят в результате частичной разгрузки пластов и пропластков угля, залегающих в почве и кровле рабочих пластов в зоне влияния горных работ.

Опасность суфляров заключается в том, что они проявляются внезапно, при этом в короткий промежуток времени, возможно, образование взрывоопасных концентраций метано - воздушной смеси в большом объеме. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кровлей, увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярам выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герметичный киоск (из кирпича или шлакоблока), из которого газ по трубопроводу отводится либо в общую исходящую струю крыла, шахта или на поверхность.

3.Внезапные выделения метана происходят при различных газодинамических явлениях, к которым относят:

1. Внезапные выбросы угля и газа;

2. Внезапные высыпания, переходящие во внезапные выбросы на крутых пластах;

3. Внезапные прорывы газа с небольшим количеством угольной мелочи;

4. Горные удары с отжимом угля и попутным газовыделением;

5. Высыпание и обрушение угля с попутным газовыделением;

6. Обрушение основной кровли с интенсивным выделением газа в выработанном пространстве;

7. Возникающие при сотрясательном взрывании на крутых пластах высыпания угля, переходящие во внезапные выбросы угля и газа;

8. Возникающие при взрывании горного массива выбросы породы с попутным газовыделением.

Из перечисленных выше газодинамических явлений наиболее опасным является внезапные выбросы угля и газа. При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени (несколько секунд) выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной, а иногда и породной мелочи. В 1973 году на шахте им Гагарина в г. Горловке при выбросе выделилось до 180 тыс. м³ метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. тонн угля.

Природа и механизм внезапных выбросов до настоящего времени досконально не изучены. В настоящее время наиболее признанной является гипотеза, согласно которой внезапный выброс происходит под комплексным действием горного давления напряженного состояния угольного массива и давления газа.

Для обеспечения безопасных условий работы в газовых шахтах содержание метана в выработках должно быть значительно меньше нижнего предела взрывчатости метано-воздушной смеси (5%). Согласно ПБ содержание метана в атмосфере горных выработок и трубопроводах должно соответствовать нормам, приведенным в таблице 2.1

Вентиляционная струя, трубопровод	Недопустимая концентрация метана, % по объему
Исходящая струя из тупиковой выработки, камеры, поддерживаемой выработки	Более 1
Исходящая из очистной выработки, выемочного участка при отсутствии аппаратуры АКМ	Более 1
Исходящая из очистной выработки, выемочного участка при наличии аппаратуры АКМ	Более 1.3
Исходящая крыла, шахты	Более 0.75
Поступающая на выемочный участок, в очистные выработки, к забоям тупиковых выработок и в камеры	Более 0.5
Местные скопления метана в очистных, тупиковых и других выработках	2 и более
На выходе из смесительных камер	2 и более
Трубопроводы для изолированного метана с помощью вентиляторов (эжекторов)	Более 3.5
Дегазационные трубопроводы	От 3.5 до 25

Примечание: При расчетах проветривания максимально допустимая концентрация метана в исходящей струе очистной выработки и выемочного участка должна приниматься равной 1 % независимо от наличия аппаратуры АКМ

Дата добавления: 2014-01-03