[1]Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при очистной отработке опасных по газу угольных пластов.
[2]Изобретение направлено на определение границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи очистного забоя путем измерения концентрации метана и расхода воздуха в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы.
[3]Известен способ определения аэрологических параметров призабойного пространства действующей лавы, включающий проведение газовоздушных съемок в очистном забое (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 319 с; стр. 39, 62, 64, 129).
[4]Недостатком способа является невозможность определения аэрологической области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.
[5]Известен другой способ определения аэрогазодинамических параметров на выемочных участках, включающий измерения расхода воздуха и концентрации метана в выработках при различных объемах добываемого угля (Рубан А.Д., Артемьев В.Б. и др. Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах. - М: УРАН ИПКОН РАН, 2009. - 396 с; стр. 189-190).
[6]К недостаткам этого способа относится невозможность определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.
[7]Наиболее близким по технической сути и частично достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте RU №2610600 С1, на способ определения расхода воздуха в выработанном пространстве очистного забоя, включающем проведение выработок в плоскости угольного пласта, измерение концентрации метана и его дебита в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы.
[8]И этому способу присущи недостатки, поскольку невозможно определить область опасного содержания метана в выработанном пространстве проветриваемого очистного забоя.
[9]Целью изобретения является определение границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи очистного забоя по содержанию в нем метана, преимущественно при возвратноточной схеме проветривания выработок добычного участка.
[10]Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя проводят выработки в плоскости угольного пласта, измеряют концентрацию и расход метана в лаве и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы, из боковой выработки выемочного участка проводят дегазационную скважину в кровлю пласта на не разгруженный от горного давления массив, по данным измерения в скважине концентрации и дебита метана устанавливают местоположение наибольшей его величины в координатах трехмерного пространства, охваченного вакуумным действием скважины, при этом влияние очистного забоя на процесс изменения содержания метана в выработанном пространстве лавы устанавливают по началу снижения дебита метана из скважины, а область возмущенной скважиной метановоздушной смеси в прилегающем к очистному забою выработанном пространстве определяют по границе внутреннего контура трехмерного газового пространства и почвой пласта на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное пространство лавы.
[11]Способ определения метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя осуществляют следующим образом.
[12]В подготавливаемом к очистной отработке участке угольного пласта проводят боковые выработки в плоскости пласта вдоль выемочного участка. Измеряют в них и в примыкающей к выработанному пространству части призабойного пространства лавы концентрацию и дебит метана во время очистной добычи угля. Полученные данные используют для построения аэрогазодинамического состояния призабойного пространства лавы, то есть выявляют по сети выработок участка динамику концентрации и дебита метана во время очистной выемки угля в режиме работы лавы по добыче угля и метановыделению из угольных пластов в выработки участка и призабойное пространство лавы.
[13]Измерение концентрации и дебита метана производят известными (стандартными) методами.
[14]По распределению потоков воздуха в призабойном пространстве лавы устанавливают места утечек воздуха в выработанное пространство и его активных притечек в призабойное. Как правило, притечки газовоздушных смесей имеют место в четвертой - пятой частях длины лавы вблизи вентиляционной выработки, что обусловлено депрессией вентиляционной сети. При этом притечки газовоздушных смесей в призабойное пространство лавы в значительной степени предопределяют газовую ситуацию в прилегающем к призабойному пространству лавы пространстве, следовательно, и искомую область газосодержащего воздушного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя.
[15]Дополнительной операцией в решении задачи является бурение из боковой вентиляционной участковой выработки дегазационной скважины в кровлю пласта на не разгруженный от горного давления массив. Забой такой скважины располагают вне зоны влияния обрушенных пород кровли на процесс дегазации углепородного массива вблизи скважины, для чего в скважине сразу после ее бурения устанавливают паккер, отделяющий призабойную часть скважины от зоны обрушения и трещиноватости пород кровли. Дегазационную скважину подключают к трубопроводу под вакуумом, измеряют концентрацию и дебит метана, разрежение в скважине и ее местоположение относительно очистного забоя в координатах трехмерного пространства забоя скважины (координаты х - от очистного забоя, у - в боковую сторону выработанного пространства и z - в кровлю пласта).
[16]Разгрузочное влияние очистного забоя на газодинамические процессы, протекающие в дегазационной скважине, определяют по началу снижения дебита метана из скважины. При этом область разгружаемого углепородного массива от горного давления и объем возмущенной скважиной газовоздушной смеси определяют по внутреннему контуру трехмерного газового пространства и почвой пласта на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное пространство лавы.
[17]Фактические данные измерения дебита метана из дегазационной скважины в координатах х, у и z показаны на фигурах 1-3, где изменение дебита метана отражено в координатах х (фиг. 1), у (фиг. 2) и z (фиг. 3) в периоды накопления метана в скважине и снижения его дебита. При этом расстояния х, у и z соответствуют началу измерения газовыделения в дегазационную скважину, то есть до разгрузки массива от горного давления. Произведением максимальных величин дебита метана (см. координаты х, у и z) определяют расположение наиболее опасного объема метановоздушной смеси при традиционно используемых концентрациях метана: в объемных количествах 5-15% (взрывоопасная метановоздушная смесь), 25% и более (метановоздушная смесь, наиболее пригодная для утилизации). Содержание метана в газовоздушной смеси измеряют в скважине и в период снижения дебита метана на участке активных притечек воздуха из выработанного пространства в призабойное. Это участок длины лавы, равный не более 30-40 м от вентиляционной выработки.
[18]Объем метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя определяют произведением числовых величин х, у и z от почвы пласта и газодинамического состояния рудничного воздуха с учетом концентрации метана, степени разряженное™ воздуха в прилегающем к очистному забою выработанном пространстве в соответствии с положениями Инструкции по дегазации угольных шахт (2012 г.).
[19]Объем опасной метаносодержащей смеси под кривой газовыделения определяют графоаналитическим методом с учетом измеренных величин дебита и концентрации метана, пространственного расположения объемной зоны газосодержащего воздуха в выработанном пространстве вблизи призабойного пространства лавы. Аналогичным методом определяют размеры зон метаносодержащего воздуха при газодинамическом процессе, отмеченном на участке кривой снижения дебита метана.
[20]Суть выполняемых измерений дебита метана из пробуренной скважины поясняется чертежами, где на фигурах 1, 2 и 3 представлены зависимости дебита метана от координат забоя скважины соответственно х, у и z.
[21]Внедрение способа определения границ метаноопасной области выработанного пространства вблизи проветриваемого очистного забоя позволит обоснованно рекомендовать мероприятия по предотвращению опасных скоплений метановоздушных смесей вблизи призабойного пространства лавы средствами дегазации.
