Способ профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке крутых пластов угля системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАЙ ЫЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ i i>972144 (6 i ) До пол интел ьное к а вт. с вид- ву— (22) Заявлено 03.10.80. (21) 2988283/22-03 с присоединением заявки— (23) П р нор итет†(51) М. Кл,>

Е 21 F 5/00

Гасударственный квинтет

СССР

Опубликовано 07.11.82. Бюллетень № 41

Дата опубликования описания 17.11.82 (53) УДК 622.82 (088.8) по делам нзобретеннй н открытий

Л. П. Белавенцев, В. А. Скрицкий, Ю. И. Данс сов.

А. Г. Степанов, А. Е. Сазонов, Б. В. Фадеев, .

В. Б. Клещев и Ю. П. Арбатский .

/

Восточный научно-исследовательский институт по безопасности -, у работ в горной промышленности -, - / (72) Авторы изобретения (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОФИЛАКТИКИ ЭНДОГЕННЫХ

ПОЖАРОВ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРИ

РАЗРАБОТКЕ КРУТЫХ ПЛАСТОВ УГЛЯ СИСТЕМАМИ

ПОДЭТАЖНОГО ОБРУШЕНИЯ С ГИДРООТБОЙКОЙ

Изобретение относится к горной промышленности и направлено на снижение эндогенной пожароопасности выработанного пространства при отработке крутых пластов угля преимущественно системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой и может также 5 найти применение при других системах, предусматривающих продвижение очистного забоя по падению пласта, например, при щитовой системе, при решении вопроса подвода высоконапорной воды.

Известен способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства действующих очистных забоев, основанный на обработке потерь угля антипирогеном, вводимым в виде аэрозоля сонаправленно с утечками воздуха (1).

Данный способ успешно применяется пи отработке пологих и наклонных пластов длинными столбами по простиранию, но не может быть рекомендован для использования в других условиях, так как при этой системе отработанная струя воздуха разделяется на две: одна возвращается в вентиляционную печь по подэтажному штреку, а другая также выходит в печь, но через выработанное пространство по погашенному штреку вышележащего отработанного подэтажа, при этом длина пути может составлять до 300 м, в результате чего антипироген выпадет еще до подхода его к пожароопасной зоне. Кроме того, по мере отработки подэтажей происходит перепуск выше лежащих отработанных пород с дальнейшим дроблением обработанных кусков угля и появлением новых путем утечки воздуха.

Особенностью данной системы является то, что отработка подэтажей ведется по простиранию, а порядок отработки подэтажей нисходящий, по падению пласта. Наиболее опасной в пожарном отношении является проветриваемая зона выработанного пространства шириной 8 — 10 м, прилегающая к вентиляционной печи на высоту всех ранее отработанных подэтажей.

Наличие целиков угля около печей и высоких потерь угля, высокая воздухопроницаемость зоны вследствие плохой просадки пород и большие утечки воздуха предопределяют ее высокую пожароопасность.

Известен также способ профилактики выработанного пространства, сущность которого заключается в том, что после отработки каждого подэтажа перемычками, возводимыми в подэтажном штреке, изолируют выработанное пространство и с отставанием

972144

3 от действующего на 1 — 2 подэтажа производят нагнетание растворов антипирогена или заиловочной пульпы (2).

Недостатком данного способа является высокая стоимость профилактики, так как необходимо иметь комплекс по подготовке заиловки, пробурить скважины и проложить трубопроводы значительной длины. Кроме того, вследствие высокой проницаемости проветриваемой зоны заиловка будет концентрироваться внизу у действующего подэтажа и при подходе забоя может произойти прорыв, вероятность которого возрастает с учетом перепуска пород.

По указанным причинам заиловочные работы в действующих блоках проводятся только при возникновении эндогенного пожара для тушения его или в конце отработки, когда необходимость их отпадает.

Таки м образом, основными недостатками известного способа профилактики является высокая стоимость работ и невысокая эффективность вследствие ограничения объема заиловки из-за опасности прорыва ее.

Цель изобретения — повышение эффективности профилактики эндогенных пожаров и снижение расходов на профилактику.

Указанная цель достигается тем, что контроль пожароопасности отработанных подэтажей осуществляют путем измерения влагосодержания атмосферы выработанного пространства на уровне каждого отработанного подэтажа, сравнивают величины влагосодержания атмосферы контролируемого и нижележащего отработанных подэтажей и при соотношении di) d„, где dI — влагосодержание атмосферы контролируемого подэтажа; dH — влагосодержание атмосферы нижележащего отработанного подэтажа, производят дробление и уплотнение обрушенных пород, а также увлажнение атмосферы тонкодиспергированной водой в проветриваемой зоне контролируемого подэтажа путем подачи за изолируюшую перемычку жидкости под давлением.

Исследования пожароопасноти при отработке крутых пластов системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой позволили установить,что несмотря на наличие значительного количества разрушенного угля основная часть выработанного пространства не является пожароопасной, так как в результате интенсивного обрушения почвы и кровли происходит быстрое уплотнение обрушенных пород, а высокие скорости подвигания очистного забоя и большая влажность воздуха отрицательно влияют на развитие процесса окисления угля.

Наиболее благоприятные условия для возникновения очага эндогенного пожара создаются толыл в проветриваемой зоне, т.е. части выработанного пространства шириной до 8 — 10 м, прилегающей к целику около вентиляционной печи, имеющей длину, равную суммарной высоте всех отработанных подэтажей. Скорость утечек воздуха . по границе действующего и отработанного подэтажей по направлению к вентиляцион5

<о

25 зо

4 ной печи зачастую превышает критические пожаробезопасные значения, однако вероятность возникновения пожара исключается, так как высокая влажность воздуха () 18 г/м ) тормозит процесс окисления.

За время движения утечек от очистного забоя до вентиляционной печи происходит выравнивание температуры воздуха и окружающих пород и, вследствие этого, происходит выпадание влаги.

Таким образом, к проветриваемой зоне последнего отработанного подэтажа утечки воздуха приходят с влагосодержанием (d), определяемым температурой окружаюгцих пород (= 12 — 14 C).

В связи с низким аэродинамическим сопротивлением проветриваемой зоны до 70 /р пришедних утечек воздуха продолжают двигаться по данной зоне, а 30 /o поступает в пульпопечь и через перемычки в вентиляционную печь. При отсутствии очага самонагревания в проветриваемой зоне влажность утечек воздуха будет снижаться, если по высоте блока температура пород уменьшается или остается постоянной, но температуа утечек воздуха была выше.

При возникновении очага самонагревания в каком-либо из отработанных подэтажей происходит выпаривание влаги из угля и пород, при этом температура и влагосодержание воздуха d повышаются. Изменение влажности измеряется психрометром, а давление — барометром и микроманометром через изолирующую перемычку, в которой устанавливают контрольные трубки для подключения приборов. Для повышения достоверности данных замеры необходимо вести на уровне каждого подэтажа, так как при дальнейшем движении воздуха по подэтажам, где нет самонагревания угля, влажность снова уменьшится. Таким образом, систематический контроль влагосодержания воздуха по высоте проветриваемой зоны позволяет установить наличие мест, где начинается самонагревание угля. Как показывают наблюдения вероятность возникновения очага самонагревания угля появляется в проветриваемой зоне на высоте через 1 — 2 подэтажа от действующего. Для профилактики эндогенного пожара согласно предлагаемому способу в изолирующие перемычки каждого подэтажа встроены поворотные сопла, подключенные к напорной линии подачи технологической воды к гидромониторам в очистных и подготовительных забоях.

При обнаружении по данным наблюдений очага самонагревания угля (di > d„) через сопло за перемычку пожароопасного подэтажа подают в течение определенного проектом времени (5 — 10 мин) высоконапорную воду. Обрушенные породы в проветриваемой зоне имеют много пустот, а при перепуске их происходит зависание кусков.

Высоконапорные струи в результате прямого воздействия и сотрясения осуществляют обрушение сводов зависаний, при этом куски породы скапливаются на уровне подэтажного штрека и происходит их дробле972144

5 ние и уплотнение струей. Размельченная порода забивает пути фильтрации воздуха, вследствие чего на уровне штрека и ниже его образуется плотная пробка из обрушенных пород, аналогичная по воздухопроницаемости гидравлической закладке. Образование указанных пробок позволяет в 2 — 3 раза снизить объем утечек воздуха через проветриваемую зону, сократить эту зону и снизить скорости фильтрации. При ударе высоконапорной струи в куски породы часть жидкости стекает по падению, увлажняя 10 обрушенный массив, а другая часть переходит во взвешенное состояние в виде мельчайших капелек, т. е. происходит увлажнение утечек воздуха тонкодиспергированной жидкостью. Исследования показывают, что во взвешенное состояние переходит при давлении 100 атм до 8О/о жидкости. Увлажненный воздух заполняет весь объем проветриваемой зоны и происходит объемная обработка обру- 1 шенного массива. Величина пробки зависит от времени подачи высоконапорной струи, 20 давления жидкости и физико-механических свойств пород. Одновременно обработку можно вести в нескольких подэтажах.

После окончания -цикла обработки периодически осуществляют замеры влагосодержания и если снова будет установлено, 2S что д;>с)п, где d; — влагосодержание какого-либо из контролируемых отработанных подэтажей; дн — влагосодержание нижележащего отработанного подэтажа, проводят профилактическую обработку . данного подэтаж а.

На чертеже приведена схема обработки блока системой подэтажного обрушения с гидроотбойкой.

Пример. Угольный пласт мощностью 4,5 и углом падения 70 разделен на блоки, каждый из которых вскрыт промежуточными квершлагами 1 и 2. Подготовка блока осуществлена аккумулирующим 3 и вентиляционным 4 штреками, грузолюдским скатом 5, вентиляционной печью 6 и подэтажными штреками 7. Высота каждого подэтажа 8 принята 8 — 10 м. В выемочном блоке всего десять подэтажей, из которых с I no

Vl уже отработаны, отбойка угля ведется в Vll подэтаже. Отбитый уголь по штреку

7 поступает в пульпоспускную печь 9, а затем на аккумулирующий штрек. Отбойка угля ведется с помощью гидромониторов 10 типа ГМ ДЦ-3 м или 12 ГД, которые питаются от напорной магистрали 11 по трубопроводу диаметром 150 мм.

Давление жидкости у гидромониторов

10,0 МПа. Проветривание очистного забоя осуществляется с помощью вентилятора 12 местного проветривания по трубопроводу 13. Количество подаваемого воздуха по условиям газообильности принято

90 м /мин. Изоляция отработанных подэтажей производится путем установки в подэтажных штреках двойных перемычек 14, в которых установлены контрольные трубки для подключения приборов и поворотные

6 сопла 15, в качестве которых могут быть приняты так же насадки @=16 — 32 мм от гидромониторов ГМДЦ-3 м. Трубопроводами 16 P = 150 мм насадки соединяются с напорной магистралью. Для отвода утечек воздуха перемычка в последнем (VI) отработанном подэтаже временно не устанавливается.

По результатам депрессионной съемки установлено, что из 90 м /мин воздуха, поступившего в забой 52 мз/мин возвращается по штреку 7 действующего подэтажаУ//, о мз/мин рассеивается по выработанному пространству, а 32 мз/мин по штреку 7 отработанного подэтажа VI возвращается к вентиляционной печи 6, при этом 20 м /мин выходит в вентиляционную печь,а 12 vP/мин движется по проветриваемой зоне А шириной 8 — 10 м. При давлении воды 10,0 МПа температура воздуха в очистном забое во время работы гидромониторов составляет 22 С, а влагосодержание — 20 г/кг.

Замерами установлено, что на выходе из отработанного последнего подэтажа Vl температура утечек воздуха составляет 16 С, а влагосодержание — d< 16 г/кг при температуре обрушенных поод 14 С. Одновременно проводятся замеры влагосодержания (d;) утечек воздуха на уровне каждого вышележащего отработанного подэтажа с V по 1. Влагосодержание определяется расчетным путем на основании замеров влажности и давления воздуха. На 20-й день отработки результаты замеров составляли d =

= 165 г/кг, йз — — 16,5 г/кг, d4 = 15,8 г/кг, d ——

=15,2 г/кг, d2 — — 14,3 г/кг, d> — — 13,0 г/кг.

Эти результаты свидетельствуют о том, что в проветриваемой зоне не происходит нагревания угля. Некоторое увеличение значения d объясняется приближением очистного забоя. На 47-й день отработки получены следующие замеры: dt;=17 г/кг, d =

= 16,5 г/кг, d4= 15,0 г/кг, d> — — 13,2 г/кг, dq =

=15,1 г/кг, d — — 13,7 г/кг, что свидетельствует о том, что в проветриваемой зоне отработанного подэтажа II появился очаг самонагревания угля, в результате чего происходит выпаривание влаги. Профилактическую обработку выработанного пространства производят через перемычку 14, установленную в подэтажном штреке подэтажа I. Воду под давлением 10,0 МПа от магистрали

11 по трубопроводу 16 подают в течение

5 мин через насадок 15, при этом расход составит 25 м . При диаметре насадка 16 мм за это время высоконапорная струя разрушит свод зависания .и произведет дробление обрушенныхпврод в зоне ее действия на грубину до 6 м. Таким образом, на уровне верхней границы пожароопасного подэтажа на всю ширину проветриваемой зоны образуется участок уплотненных раздробленных пород, обладающий высоким аэродинамическим сопротивлением. Основная масса введенной воды, разбитая на множество струй, 972144

Формула изобретения

7 стекает по обрушенному массиву и создает объемное увлажнение в опасной зоне, чем затормозится развитие окислительного процесса. Часть воды в виде мельчайших капель с утечками воздуха поднимается в вышележащие подэтажи и также обеспечивает их объемную обработку.

В результате уплотнения и дробления пород резко повышается аэродинамическое сопротивление выработанного пространства и снижаются размеры проветриваемой зоны, о чем свидетельствует сокращение утечек воздуха через указанную зону до 5 м /мин и, соответственно, увеличение объема воздуха, выходящего в вентиляционную печь непосредственно из подэтажного штрека последнего отработанного подэтажа. В дальнейшем при отработке блока Ч!1 и последующих происходит перепуск обрушенных пород и разрушение образованных пробок, т. е. периодически происходит восстановление проветриваемой зоны. Поэтому после 20 проведения цикла обработки осуществляются постоянные замеры влагосодержания, и при появлении очага самоокисления угля циклы повторяются. После обработки всего блока производят демонтаж оборудования и изоляцию блока перемычками, возводимы25 ми на промежуточном и вентиляционном квершлагах 1 и 2. По сравнению с известными способами предлагаемый является технологическим, так как не препятствует ведению других видов работ и основан на ис- зо пользовании оборудования и средств, которые имеются на участке.

Педлагаемый способ позволяет сократить расходы на профилактику с 19 до

3,4 коп. на 1 т добываемого угля за счет сокращения или исключения расхода ма- 35 териалов и некоторых видов работ (бурение скважин, создание заиловочного комплекса и т. д.).

Профилактические работы ведутся не постоянно, а только в зависимости от состояния выработанного пространства, т. е. при появлении необходимости, определенной на основании систематического контроля.

Кроме того, повышается эффективность профилактики, так как обработка носит направленный характер, т. е. обрабатывается не все выработанное пространство, а только пожароопасные зоны.

Способ профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке крутых пластов угля системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой, включающий возведение изолирующих перемычек на отработанных подэтажах, контроль пожароопасности отработанных подэтажей и последующую обработку жидкостью обрушенных пород в проветриваемой зоне выработанного пространства, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности профилактики и снижения расходов, контроль пожароопасности отработанных подэтажей осуществляют путем измерения влагосодержания атмосферы выработанного пространства на уровне каждого отработанного подэтажа, сравнивают величины влагосодержания атмосферы контролируемого и нижележащего отработанных подэтажей и при соотношении д1 > дп, где с1;— влагосодержание атмосферы контролируемого подэтажа; d> влагосодержание атмосферы нижележащего отработанного подэтажа, производят дробление и уплотнение обрушенных пород, а также увлажнение атмосферы тонкодиспергированной водой в проветри вае мой зоне контроли руе мого подэтажа, путем подачи за изолирующую перемычку жидкости под давлением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 746123, кл. Е 21 F 5/02, 1978.

2. Инструкция по предупреждению и тушению эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса, ВостНИИ. Кемерово, 1978, с. 20—

23 (прототип).

972144

Состав ител ь И. Федяева

Редактс р Л. Торннец. Техред И. Верес Корректор М Шароши

Заказ 7661)22 Тираж 470 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушсхая иаб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4