Способ газового мониторинга активных выработанных пространств

 

Изобретение может быть использовано при газовом мониторинге активного выработанного пространства действующего выемочного участка шахты. Сущность способа заключается в том, что контроль концентрации газа осуществляют за местом перекрепления вентиляционной выработки, прилегающей к выработанному пространству и устанавливают зависимость концентрации метана от расстояния между очистным забоем и местом перекрепления выработки при данной скорости подвигания очистного забоя. По этой зависимости определяют базовое расстояние, соответствующее максимальному значению концентрации газа, выносимого утечками, после чего отстаивание места перекрепления от очистного забоя поддерживания равным базовому расстоянию. 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при подземной разработке газообразных угольных пластов для газового мониторинга активных выработанных пространств действующих выемочных участков.

Известен способ определения места установки газоизмерительной аппаратуры в горных выработках, включающий измерение содержания газа по длине выработки и определение по его величине места установки датчиков метана и расхода воздуха, в котором содержание газа в выработке по ходу исходящей вентиляционной струи измеряют до выемки и в период выемки угля для определения такого расстояния от забоя, где содержание газа в период выемки угля максимально превышает содержание газа до выемки, и на этом расстоянии устанавливают газоизмерительную аппаратуру, перемещая ее по мере подвигания очистного забоя /1/.

Данный способ повышает безопасность работ при проведении подготовительных выработок, но не обеспечивает безопасности горных работ в вентиляционных выработках выемочных участков, прилегающих к газообильным выработанным пространством, т. к. не дает информации о газовом состоянии выработанного пространства выемочного участка, изменение которого может привести к опасному загазированию вентиляционной выработки (при обрушении основной кровли, изменении параметров вентиляции параметров вентиляции участка или барометрического давления).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ определения места установки газоизмерительной аппаратуры по результатам поинтервальной газовоздушной съемки и выработке с исходящей струей, предусматривающий установку датчиков контроля параметров газовоздушной смеси на расстоянии от очистного забоя, соответствующем наиболее от него удаленному из интервалов, в которых отклонение каждого из измеряемых параметров от средней величины по длине выработки равно ошибке измерения соответствующего параметра /2/.

Этот способ обеспечивает достоверность определения средних значений параметров вентиляционной струи, но не обеспечивает безопасности ведения горных работ в вентиляционных штреках, примыкающих к газообильным выработанным пространствам, вследствие того, что предлагаемые в нем приемы не учитывают влияния изменения аэродинамического сопротивления выработки, сохраняемой на границе с выработанным пространством, на количество выделяющегося в ней метана и распределение концентраций газа по ее длине.

Техническая задача предполагаемого изобретения повышение выработанными пространствами путем учета влияния изменения аэродинамического сопротивления вентиляционной выработки, сохраняемой на контакте с выработанным пространством, на газовыделение из него.

Поставленная техническая задача решается за счет того, что в предлагаемом способе газового мониторинга активных выработанных пространств, включающем изменение концентрации контролируемого газа в исходящей струе воздуха в вентиляционной выработке, прилегающей к выбранному пространству действующего выемочного участка, по ее длине, контроль осуществляют за местом перекрепления выработки в зоне максимального притока этого газа из выработанного пространства и устанавливают зависимость концентрации газа от расстояния между очистным забоем и местом перекрепления выработки при данной скорости подвигания лавы, затем по этой зависимости определяют базовое расстояние от очистного забоя до места перекрепления выработки, соответствующее максимальному значению концентрации газа, после чего отстаивание места перекрепления выработки поддерживают равным базовому расстоянию.

Предлагаемое решение основано на закономерностях фильтрации воздуха и выноса метана утечками из выработанного пространства в горные выработки действующего участка. Эксперементальные исследования изменения концентрации метана по длине вентиляционной выработки, примыкающей к выработанному пространству, проведенные на шахтах Кузбасса, применяющих бесцеликовые системы разработки, показывают, что при перекреплении таких выработках максимальные значения концентраций наблюдаются на в устье выработки (в исходящей струе участия), а за местом ее перекрепления. Газ из выработанного пространства в горные выработки выносится фильтрационными потоками утечек воздуха, причем, чем выше концентрация газа в зоне обрушения и чем больше величина утечек, тем большее количество газа поступает в вентиляционную выработку. Известно, что распределение утечек по длине выработки, примыкающей к выработанному пространству, определяется соотношением аэродинамических сопротивлений выработки и выработанного пространства. Большая часть утечек выходит на начальном участке выработки (до 200 м от лавы), причем с увеличением длины выработки по мере отработки выемочного столба это расстояние изменяется. Поэтому при перекреплении выработки с одновременным увеличением ее сечения снижается ее аэродинамическое сопротивление, причем граница изменения сопротивления находится в месте переключения. Вследствие этого именно здесь наблюдается максимальный приток утечек из выработанного пространства, и именно в этой зоне необходимо осуществлять контроль концентрации газа.

Область максимальных концентраций метана в выработанном пространстве соответствует зоне максимальной разгрузки вмещающего массива, местоположение которой зависит от типа пород и скорости подвигания очистного забоя. Поскольку аэродинамические свойства выемочных участков сугубо индивидуальны, то при мониторинге газового состояния выработанных пространств расстояние от очистного забоя до места с максимальным значением концентрации газ по длине вентиляционной выработки следует определять экспериментально, при данной скорости подвигания очистного забоя.

Таким образом, все отличительные признаки изобретения взаимосвязаны между собой и только их совокупность обеспечивает решение поставленной задачи. При проведении патентного поиска не выявлено известных технических решений, имеющих указанные, по сравнению с прототипом, отличия.

Способ осуществляется следующим образом (фиг.1).

В процессе ведения очистных работ в лаве 1, проветриваемой по прямоточной схеме с поступлением свежей струи воздуха 2 со стороны массива и выдачей исходящей струи 3 на выработанное пространство 4, в вентиляционной выработки 5, примыкающей к выработанному пространству, производят перекрепление с одновременным увеличением площади поперечного сечения. За местом перекрепления 6 устанавливают датчик 7 контроля метана на расстоянии L₁ по ходу исходящей струи воздуха, равным 10 20 м от места перекрепления. Размещение датчика 7 метана за местом перекрепления обусловлено тем, что увеличение поперечного сечения выработки в процессе ее перекрепления снижает ее аэродинамическое сопротивление на данном участке, что приводит к увеличению притока утечек 8 из выработанного пространства в этой зоне. Расстояние 10 20 м соответствует участку, где происходит выравнивание воздушной струи после возмущения, вызванного местным сопротивлением, а также обеспечивается равномерное перемещение метана, выносимого утечками из выработанного пространства /3/. Таким образом, размещение датчика метана в этой зоне обеспечивает изменение наибольших значений концентраций газа C по длине вентиляционной выработки L (фиг. 2). По мере ведения очистных работ при данной скорости подвигания устанавливают зависимость максимальной по длине выработки концентрации C от расстояния между линией очистного забоя и местом перекрепления (фиг.3). По этой зависимости определяют базовое расстояние L_б от лавы до места перекрепления для данных условий, которое соответствует максимальному значению концентрации в утечках из выработанного пространства.

При изменении горнотехнических или горно-геологических условий (состава пород кровли, вынимаемой мощности пласта, скорости подвигания очистного забоя) расстояние, на котором концентрация метана максимальна (L_б), может изменяться, т.е. при этом потребуется повторение проведение газовой съемки (или измерение распределения концентрации метана) в пределах вентиляционной выработки.

По мере подвигания очистного забоя в процессе выемки угля расстояние от лавы до места перекрепления поддерживают равным базовому, определенному для данных горнотехнических и горно-геологических условий.

Пример реализации способа Способ апробировали в условиях отработки пластов 29 и 30 ш. "Зыряновская" ПО "Воркутауголь". Очистные забои проветривали по прямоточной схеме с выдачей исходящей струи воздуха в сторону выработанного пространства по выработке, сохраняемой на контакте с ним. Под воздействием сдвижения нарушенного массива сечение выработки деформировалась и уменьшилось, что привело к ухудшению проветривания участка. Для обеспечения очистного забоя требуемом расходом воздуха требовалось перекрепление вентиляционной выработки с увеличением ее сечения. При ведении работ по перекреплению было установлено, что максимальная концентрация метана наблюдается на расстоянии 10 15 м от места перекрепления (L₁). При изменении величины отставания места перекрепления от линии очистного забоя от 30 до 130 м было установлено, что максимального значения концентрация метана достигает на расстоянии 70 90 и от очистного забоя до места перекрепления (L_б). На расстоянии L_б + L₁, равном 85 105 м от лавы, устанавливали датчик контроля метана ДМТ-3 и перемещали его вслед за подвиганием очистного забоя. При этом датчик метана оперативно реагировал на измерение газовой ситуации на участке, что позволяло принимать свое временные меры по предотвращению загазирования вентиляционной выработки.

Область применения предполагаемого изобретения горные выработки с исходящей вентиляционной струей, сохраняемые на контакте с выработанным пространством.

Формула изобретения

Способ газового мониторинга активных выработанных пространств, включающий измерение концентрации контролируемого газа в исходящей струе вентиляционной выработки, примыкающей к выработанному пространству, по ее длине, отличающийся тем, что контроль концентрации газа осуществляют за местом перекрепления в зоне максимального притока этого газа из выработанного пространства, устанавливают зависимость концентрации метана от расстояния между очистным забоем и местом перекрепления выработки при данной скорости подвигания лавы, затем по этой зависимости определяют базовое расстояние от очистного забоя до места перекрепления выработки, соответствующее максимальному значению концентрации метана, при этом в процессе подвигания лавы поддерживают отставание места перекрепления выработки от очистного забоя лавы равным базовому расстоянию.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3