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