Методология и опыт управления газавыделением на шахтах в условиях технического и технологического перевооружения

* 

IOCIOBCIII 
fOC9AIPCTBEHHbll 

fOPHЬII9HIBEPCiiTET 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председаmель 

Л.А.ПУЧКОВ 

Зам.председ~ 

л.х.гитис 

Члены редсовеnи1 

И. В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П.ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИН 

В.В. КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

в.и.осипов 

э.м. соколов 

К.Н. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В.ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИН 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТ 
А 

ректор МГГУ, 

чл.-корр. РАН 

директор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

академик РАН 

академик РАН 

академик МАНВШ 

академик РАН 

профессор 

академик РАН 

академик РАН 

s 
В. П. М 
азик.ин 

~ 
МЕТОДОЛОГИЯ 
~ 
И ОПЬIТ УПРАВЛЕНИЯ 
= Г АЗОВЫДЕЛЕНИЕМ 
: 
НА ШАХТАХ В УСЛОВИЯХ 

~ 
ТЕХНИЧЕСКОГО 

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 
ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ 
~ 
Изgоние 2-е, стереотипное 
: 
=. 
МОСКВА 
= 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 
~ 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 
2001 

УДК 622.272:622.831 

Мазикии В.П. Методология и опыт управления газавыделением 

на шахтах в условиях технического и технологического перевооружения.- 2-е изд., стер.- М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2001.- 104 с. ISBN 5-7418-0055-Х 

В книге иэножены методоногические nринuиnы уnравления газоныделением на 

шахтах, а также пред;южены решения по nроветриванию, дегазации, добыче и исnользованию метана в условиях технического и технологического nеревооружения. 

При nодготовке кни1·и использованы материалы Калмакона В.А., Сироша М.К., 

Ефремова К.А., Красюка Н.Н .. Коликона К.С., Сороки11а Л. В. 

Книга nредназначена для научных работников, инженерно-технf'\ческих работни
ков горных предnриятий. студентов вузов. 

УДК 622.272:622.831 

ISBN 5-7418-0055-Х 
© В.П. Мазикин, 2001 
© Издательство МГГУ, 200 l 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение..................................................................... 
6 

Г 
лава 1. Методы управления метановыделением ....... 
9 

Глава 2. Структура газового баланса выемочных полей 
15 

Г 
лава 3. Опыт управления метановыделением средствами дега
зации в условиях АО <<Ленинскуголм ... .. .... . . ... . .. .... .. . . 19 
3.1. Состояние дегазации шахт Кузбасса .......... .. .. . . . ... .. . . .. .. . . 
19 
3.2. Дегазация выработанного пространства встречными 

скважинами........................................................................... 24 
3.3. Дегазация выработанного пространства вертикальными скважинами ........................................................ '........... .. 
26 
3.4. Дегазация выработанного пространства через выработки к фланговой скваж:t~не ..... ............. .... ................ ...... .. .... .. . . 33 
3.5. Использование комбинированных способов управления газавыделением............. .... ... ... . . .. . . . . . .. . ... . ... . . . . . .. .. . .. .. . . . . . . 38 
3.6. Особенности управления газавыделением на пластах, 

склонных к самовозгоранию ........ .... ... .. ............ ... ............ ..... 4 7 
3. 7. Методика выбора способов управления газавыделением 53 

Г 
лава 4. Исследования газодинамических процессов . 
61 
4.1. Математическая модель газопереноса в выработанном .. 

пространстве ......................................................................... · ' '61 
4.2. Исследование величины фильтрационного сопротивления выемочного поля .. .... .............. .... .... .... .. . ... .. .. .. ...... .... .. . .. . 68 
4.3. Исследование процессов происходит при дегазации выработанных пространств смежных выемочных полей........... 79 

Глава 5. Отработка угольных пластов в инертной среде 
83 

Глава 6. Использование шахтного метана.................. 
88 

Список литературы ........ .... .. .. .. .... .. .... .. .. .. .. .. .............. 
1 О 1 

ВВЕДЕНИЕ 

Увеличение глубины разработки угольных пластов, 
повышение нагрузок на забой, интенсификация горных 

работ и рост объемов выработанных пространств обусловили высокую газообильность шахт. В Кузбассе существенное влияние на рост газообильности выработок 

оказывают вмещающие породы и пласты-спутники, являющиеся главным коллектором метана. В настоящее время 

более 60% шахт бассейна относится к сверхкатегорным по 
метану, где управление газовой обстановкой в выработках 

достигается совершенствованием и созданием новых 

средств управления вентиляцией и дегазацией шахт. Несмотря на эти меры, вопросы снижения метанообильности 

выработок для обеспечения нормальной газовой обстановки в шахтах остаются весьма проблематичными. Свидетельством этого является ежегодная регистрация 

различных видов загазирований рудничной атмосферы на 

шахтах Кузбасса. При определенных условиях загазирования выработок реализуются во вспышки, взрывы, приводят к авариям и травматизму, что резко снижает уровень 

безопасности и эqхрективности горного производства на 

угольных шахтах. 

П 
римепение современных механизированных комплексов очистного оборудования с повышенной энерговооруженностью и несущей способностью и технической 

производительностью до 6000 т 1 сут на пологих высокогазоносных пластах обеспечивает фактические нагрузки 
1200-1500 т/сут. Доля ограничения производительности 
оборудования по газовому фактору в действующих лавах 

составляет 13-15%, а при нагрузках 3000 т/сут достигает 
35%. 

Анализ производственной деятельности шахт Кузнецкого бассейна, отрабатывающих пологие угольные 

6 

ВВЕДЕНИЕ 

пласты показывает, что на газоносных угольных пластах 
темпы проведения выработок ниже на 25-35%, нагрузка 

на очистной забой- на 35-50%, производительность труда 
- 18-25%, себестоимость добЫчи угля выше на 9-20%. 

Увеличение газообильности шахт требует увеличения количества подаваемого в шахту воздуха, что сопро;... 

вождается ростом мощности вентиляторных установок и 
сечения выработок. При значительных газоныделениях 

затраты на дегазацию составляют до 1 О% в себестоимости 
добычи угля, при этом прирост добычи угля за счет снижения ограничения по газовому фактору составляет 2050%. 

Характерной чертой современного состояния дегазации является, с одной стороны,рост газовыделения, с другой усложнение условий применения и снижение 
эффективности способов дегазации. 

Утилизация метана, содержащегося в вентиляционных потоках и системах дегазации призвана несколько 

улучшить положение. Фактическое состояние этого вопроса показывает, что при использовании до 20% объема 

метана из систем дегазации обеспечивается экономия до 
0,3% добываемого шахтой угля. С учетом затрат на реализацию технолоmи утилизации метана даже при мак 
симально достигнутом объеме его использования (20%) в 

целом утилизация метана для горного предприятия экономически невыгодна. 

Это, наряду с ограниченными возможностями вентиляции, определяет необходимость принципиально иного 

подхода к решению проблемы управления газовыделением. 

На ряде шахт АО <<Ленинскуголм отработка новых 

вскрытых горизонтов планируется и осуществляется со 
значительным ограничением интенсивности горных работ 

по газовому фактору. Для данных условий в настоящее 

7 

ВВЕДЕНИЕ 

время единственным приемлемым решением существенного снижения ограничения по газовому фактору на интенсивность горных работ является использование идеи 

отработки запасов угля в изолированном от общешахтной 

атмосферы пространстве, заполненном инертной газовой 

средой. 

При рациональном сочетании способов управления 

газоныделением и использования шахтного метана возможно существенное снижение отрицательного влияния 

газоныделения на показатели подземных горных работ. 

Глава 1 1 МЕТОДЫУПРАВЛЕНИЯМЕТАНОВЬЩЕЛЕНИЕМ 

В результате роста газаобильности потенциальные 
возможности современной техники и технологии добычи 

угля используются далеко не полностью. По этой причине 
при отработке угольных пластов широкое применение находят мероприятия, направленные на обеспечение нормальной атмосферы в горных выработках, которые и 
являются способами управления метановыделением. Это 

управление осуществляется за счет снижения или перераспределения в пространстве и времени выделений метана в горных выработках. 

Применяемые способы управления газоныделением 

группируются по трем направлениям: вентиляция, средства дегазации и горнотехнические средства. 

Управление газоныделением средствами вентиляции 

основывается на выборе рациональных схем проветривания выемочных участков, регулирования утечек воздуха 

через выработанные пространства, а также применения 

изолированного отвода метанавоздушных смесей по специальным выработкам [ 1] . 

Эффективность управления газоныделением средствами вентиляции зависит от правильно выбранной схемы 

вентиляции и режима работы. 

Шахтное поле, как правило, делится на выемочные 
поля в завасимости от способа вскрытия, подготовки и 

систем разработки пластов. В пределах выемочного поля 

находятся ранее отработанные и действующие выемочные 

участки (столбы) и подготавливающие их выработки. Поэтому схема вентиляции шахты состоит из вентиляцианных участков соответственно числу выемочных участков, 

т.е. очистных забоев с примыкающими к ним конвейерными и вентиляционными штреками, а также нескольких 

9 

ГЛАВА 1 

подготовительных выработок, нарезающих новые выемочные участки. 

В настоящее время все схемы проветривания вентиляционных участков делятся на восемь основных групп 
[2]. 

В основу этой классификации положены системы 

разработки и направление движения воздуха по основным 

выработкам выемочного поля. 

В условиях пологих и наклонных пластов известны 

две основные схемы проветривания выемочных полей: 

схема проветривания полей с согласным движением свежей и исходящей воздушных струй и схема со встречным 

движением свежей и исходящей воздушных струй по выработкам поля. 

В условиях шахт Кузбасса получили распространение обе схемы проветривания, но наиболее предпочтительной является первая из них, т.к. она обеспечивает 
меньшие утечки воздуха между выработками. 

Наиболее эффективной в настоящее время считается 

прямоточная схема проветривания при бесцеликоной схеме отработки с использованием конвейерного штрека в 

качестве вентиляционного. Такая схема проветривания 

позволяет перераспределить метан, вьщеляющийся в выработаиное пространство выемочного участка на исходящую 
участка, и, таким образом, уменьшить газовьщеление 

в лаву, хотя абсолютная газообильность выемочных участков при прямоточной схеме проветривания в 1,3-2,5 

раза больше, чем при возвратноточной, за счет более интенсивного выноса метана из выработанных пространств. 
Для широкого класса горно-геологических условий наиболее благоприятной считается группа схем с частичным 
отводом метана по неподдерживаемым выработкам, позволяющая регулировать выделение метана как в очистной выработке, так и на поддерживаемом штреке и тем 

10 

МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕТ 
АН 
О ВЫДЕЛЕНИЕМ 

самым наиболее полно использовать подаваемый на участок воздух. 

Наиболее надежным средством отвода из выработанного пространства газовоздушных потоков считается применение специально пройденных или сохраненных при 
отработке смежных выемочных столбов газодреважных 

выработок. Указанные выработки располагаются, как 

правило, на 5-10 м выше вентиляционных и соединяются 

с последними сбойками. К началу очистных работ в этих 

сбойках, расположенных впереди очистного забоя, должны быть возведены изолирующие перемычки. При переходе сбойки в выработанное пространство перемычку в 
ней разбирают, превращая сбойку в рабочую и образуя 

дополнительный путь для отвода притекающего из выработанного пространства воздуха, обогащенного метаном. 

При управлении газоныделением на выемочных участках с помощью 
газодреважных штреков достигается, как 

правило, наибольшая эффективность извлечения метана 

из выработанного пространства и обеспечивается полная 

гарантия по предупреждению местных скоплений газа на 

сопряжениях очистных забоев с вентиляционными выработками, В настоящее время с применением этого способа 
успешно отработано более 300 высокогазоносных выемочных участков на шахтах Кузнецкого и Карагандинского бассейнов, причем практически без ограничения 
добычи угля по газовому фактору. Следует отметить, что 
схемы с газодреважным штреком обычно используются в 

таких условиях, когда прочие схемы управления газоныделением либо неприемлемы, либо не дают желаемого 

эффекта. Большой опыт применения таких схем накоплен 

на шахтах <<Чертинская>>, <<Комсомолец», им. Кирова ассоциация шахт <<ЛенинскуголЬ». 

Первые попытки извлечения метана из угольных пластов были предприняты в Англии в 1730 г., но лишь спустя 

11