Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2014, № 3 (отд.)


МИР ГОРНОЙ КНИГИ

            РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
            Горного информационноаналитического бюллетеня


Главный редактор
Л.Х. ГИТИС — Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
Члены редколлегии
А.А. АБРАМОВ - МГИ НИТУ МИСиС
В.Н. АМИНОВ - Петрозаводский ГУ
В.А. АТРУШКЕВИЧ - МГИ НИТУ МИСиС
А.А. БАРЯХ - ги урО ран
Н.А. ГОЛУБЦОВ - Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
Е.В. ДМИТРИЕВА - Издательство «ГОРНАЯ КНИГА»
А.Б. ЖАБИН - тульский гу
В.Н. ЗАХАРОВ - ипкон ран
Д.Р. КАПЛУНОВ - ипкон ран
В.А. КОВАЛЁВ - кузГТУ
М.В. КУРЛЕНЯ - игд сибирского отд. ранкузГТУ
А.Б. МАКАРОВ - рггру
В.Н. ОПАРИН -ИГДСОРАН
В.Л. ПЕТРОВ -МГИ ниту мисиС
И.Ю. РАССКАЗОВ - игд дво ран
В.Л. ШКУРАТНИК - мги ниту мисиС
С.А. ЭПШТЕЙН - мги ниту мисиС

Журнал основан в 1992 г.

ISSN 0236-1493





                ГОРНЫЙ





ИНФОРМАЦИОННОАНАЛИТИЧЕСКИЙ БЮЛЛЕТЕНЬ

(НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ)


MINING INFORMATIONAL
AND ANALYTICAL BULLETIN

(SCIENTIFIC AND TECHNICAL JOURNAL)



ПРОМЫШЛЕННАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ




ОТДЕЛЬНЫЙ
ВЫПУСК 3


/ \ ИЗДАТЕЛЬСТВО ^=) «ГОРНАЯ КНИГА»


2014

УДК 622
ББК 33

   П81




     Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых» СанПиН 1.2.1253-03, утвержденным Главным государственным санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124-94). Санитарно-эпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека № 77.99.60.953. Д.014367.12.13


     Промышленная безопасность: Отдельный выпуск Горного П81 Информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала) Mining Informational and analytical bulletin (Scientific and technical journal). Специальный выпуск.— М.: Издательство «Горная книга».— 2014. ~№ ОВ3.~ 208 с.


       ISSN 0236-1493 (в пер.)

      В сборник вошли статьи по проблемам совершенствования производства, повышения уровня безопасности и производительности труда на угольных разрезах и шахтах, эксплуатации техники и оборудования, применения программно-технологических комплексов, дегазации угольных пластов, аэрогазопылединамических процессов на горнодобывающих предприятиях. Для специалистов горнодобывающих отраслей.





УДК 622
ББК 33


ISSN 0236-1493

© © ©

                         Коллектив авторов, 2014
                                             Издательство «Горная книга», 2014 Дизайн книги.
                                             Издательство «Горная книга», 2014

                 ИЗДАНИЕ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРИ СОДЕЙСТВИИ:




       Сибирской угольной энергетической компании,




Издательства «Горная книга»,




    Инвестиционного фонда поддержки горного книгоиздания, проект ГИАБ-2811-14

РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО ВЫПУСКА «ПРОМЫШЛЕННАЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ»




Главный редактор
Г.И. КОРШУНОВ - Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Члены редколлегии
В.В. СМИРНЯКОВ - Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
А.С. СЕРЕГИН - Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

    -------------------------- © С.В. Сластунов, Е.П. Ютяев,
Е.В. Мазании, 2014

    УДК 622.8(043.3)

    С.В. Сластунов, Е.П. Ютяев, Е.В. Мазания
    НЕКОТОРЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕГАЗАЦИИ УГЛЕГАЗОНОСНОГО МАССИВА В СВЕТЕ СИСТЕМНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

*

    МЕТАНОБЕЗОПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

         Обоснована целесообразность применения метолики экспериментального определения основных свойств и состояния углегазоносного массива, подлежащего интенсивной отработке, которая позволяет корректно и обоснованно определять предельно допустимые нагрузки на очистной забой по газовому фактору, выбирать и научно обосновано рекомендовать для каждого перспективного шахтного поля и выемочного участка необходимую технологию пластовой дегазации. Высокоинтенсивная безопасная разработка газоносных угольных пластов невозможна без обеспечения глубокой дегазации разрабатываемых пластов. Разработан и реализован в натурных шахтных условиях ряд технологических схем интенсификации извлечения метана на стадии предварительной пластовой дегазации, осуществляемой из подготовительных выработок, которые могут в ряде сложных горногеологических и горнотехнических условиях обеспечивать достижение необходимых высоких нагрузок на очистные забои по газовому фактору.
         Ключевые слова: шахтный метан, безопасность угледобычи, пластовая дегазация, исследования характеристик и свойств углегазоносного массива.



   Стратегией развития угольной отрасли до 2030 г. (распоряжение Правительства РФ от 24.01.2012 г. №14-p) предусматривается рост к 2030 г. добычи угля до 430 млн т/год. Одним из наиболее важных моментов сдерживания роста нагрузок на очистные забои ряда шахт является газовый фактор, включающий в себя в, первую очередь, растушую с глубиной разработки и интенсивностью угледобычи газообиль-ность горных выработок, а также фактор, все более проявляющийся с ростом глубины ведения горных работ, связанный с выбросоопасностью углегазоносного массива.
   В разработанной специалистами угольной отрасли концепции обеспечения метнобезопасности угольных шахт России (Росэнерго, Ростехнадзор, МГГУ, 2006 г.) был изложен сис-




* Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ (Госзадание МГГУ на 2014 г., тема ИЗОС-1027ДС).


7

темный подход к принятию основных проектных решений по комплексному решению обеспечения метанобезопасности угольных шахт России, разрабатывающих высокогазоносные угольные пласты, что предопределило разработку основных требований к технологии угледобычи, системам вентиляции, дегазации, утилизации и использования шахтного метана, а также к системе мониторинга безопасности [1].
   Принципиальные требования к системам заблаговременной и предварительной дегазации шахтных полей включают в себя в числе прочего и в первую очередь:
   •   обеспечение необходимого снижения газовыделения в горные выработки при интенсивном и безопасном ведении очистных и подготовительных работ (с эффективностью 75— 80 % и выше при увеличении срока дегазации), достигаемого в основном за счет необходимого уровня извлечения метана из угольных пластов (до 50 % и более от природной газоносности);
   •   существенное снижение выбросоопасности дегазируемых пластов.
   Для ряда шахт России и СНГ ряд последних разработок в виде технических предложений и техно-рабочих проектов, выполненных МГГУ (ныне Горным институтом НИТУ «МИСиС»), а в последний период и НМСУ «Горный», заключаются в рекомендации в самой ближайшей перспективе применении заблаговременной дегазации шахтных полей и выемочных участков с использованием скважин, пробуренных с поверхности (в дальнейшем, для краткости, ЗДП) и реализуемого через них гидрорасчленения пласта различными инженерными воздействиями как неизбежного этапа дегазационной подготовки газоносных угольных пластов к интенсивной и безопасной разработке в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.
   Обосновываются эти предложения следующим образом.
   Достигнутая в настоящее время эффективность комплексной дегазации в значительной мере обусловлена эффективной дегазацией выработанного пространства. В то же время, с ростом нагрузки на очистной забой резко возрастает вклад метана, выделяющегося из разрабатываемого пласта и разрушаемого в забое угля. Так, для условий ряда шахт даже при эффективности комплексной дегазации 75-80 % для современных нагрузок на очистной забой требуется применение пластовой

8

дегазации с эффективностью не менее 0,3-0,4, что далеко не всегда может обеспечить дегазация, осуществляемая из горных выработок на стадии подготовки и отработки выемочного участка, особенно, если она проводится без применения инженерных воздействий, направленных на повышение проницаемости дегазируемого угольного пласта.
   Эффективность такой подземной пластовой дегазации ограничивается величиной, как правило, не более 10-20 %, что подтверждает представительный многолетний опыт работ в основных угольных бассейнов РФ и б.СССР, а также опытом последних работ в Кузбассе, в частности, на шахтах ОАО «СУЭК -Кузбасс».
   Этот показатель вполне объективно обусловлен ограниченным временем на дегазацию угольного пласта из подземных выработок, связанным в ряде случаев с недостаточным опережением фронта очистных работ подготовительными работами и низкой эффективностью дегазации иизкопроницаемого, неразгруженного от горного давления, угольного пласта.
   Известно, что в угольном пласте до 90 — 98 % всего угольного метана находится в сорбированной (или в общем случае, связанном) состоянии. Перевод его в свободное состояние и процесс миграции к скважине весьма длителен, требует значительных временных и энергетических затрат для существенного изменения состояния и свойств углегазонасыщенного массива.
   Существует также барьер, заключающийся в необходимости существенных энергетических затрат на активацию метана, находящегося в угольных пластах незначительно в виде свободного газа, большая же часть - в виде сорбированного, растворенного или в ином виде связанного газа.
   Этот барьер предопределяет уровень энергетических затрат, которые необходимо понести в процессе дегазации угольного пласта, в частности, на бурение скважин (с образованием зоны дезинтеграции вокруг последней), на повышение проницаемости угольного пласта в зоне влияния скважины (в основном, за счет трещинообразования), десорбцию метана в этой зоне и перенос его в низкопроницаемом коллекторе к скважине и далее на поверхность. При проведении пластовой дегазации из подземных выработок без активных воздействий на углегазоносную толщу эти затраты минимальны, но и достигаемый эффект по снижению газоносности ограничен. В

9

принципе, он может быть несколько повышен путем проведения активных воздействий (например, поинтервальный гидроразрыв, газо-гидроимпульсное воздействие и др.), однако эти локальные технологии крайне редко применяются ввиду оперативной сложности их реализации в стесненных подземных условиях, большой вероятности прорывов воды в горные выработки, сложностью герметизации скважин и, основное, недостатком времени на достаточно кропотливую и масштабную работу непосредственно на месте ведения основных горных работ. Как правило, времени и технологических возможностей хватает только на бурение подземных пластовых скважин и их минимально удовлетворительную эксплуатацию (профилактика, ремонт, замеры дебитов и концентраций, ликвидация утечек, слив воды и др.). Довольно часто до 30 % подземных пластовых скважин по различным причинам имеют нулевой дебит и только формально закрывают вопрос с пластовой дегазацией, которую шахты должны проводить в условиях газоносности разрабатываемого пласта выше 13 м³/т с.б.м. по действующим нормативным и руководящим документам [7], инструкции по дегазации [8] и постановлению Правительства РФ от 25.04.2011 г. № 315 г.
   Особую опасность представляют угольные пласты, склонные к внезапным выбросам угля, породы и газа. Ряд шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» столкнется с этой проблемой уже в самом ближайшем будущем (в частности, шахта им. Кирова).
   Особенно важны работы по созданию способов эффективной дегазации непосредственно разрабатываемых выбросоопасных угольных пластов, так как при выбросе угля и газа до 80 и более процентов реализуемой энергии - это энергия газа, содержащегося в угольных пластах. Необходимо обеспечить снижение газоносности угольных пластов до безопасного уровня в части предотвращения реализации внезапных выбросов угля и газа. В мировой практики эти ограничения обоснованы и эффективно применяются. Опыты Франции, Германии и Мексики выявили, что угли с текущей фактической газоносностью менее 9 м³/т не были подвержены выбросам [Дама Р.Д. Безопасные пороговые значения газоносности против выбросов при разработке пластов Були. - Межд. Симпозиум по управлению и контролю высоких эмиссий газа и выбросов в подземных угольных шахтах. - Австралия, с. 175-189, 1995].

10