Инструкция по дегазации угольных шахт 2022

Процесс дегазации, с помощью которого извлекается шахтный газ, изначально развивался в целях повышения безопасности угольных шахт. При подземной добыче угля угольным предприятиям приходится бороться с шахтным метаном, который выделяется в процессе разработки угольных пластов. Так как метано-воздушная смесь является взрывоопасной при концентрации метана от 5 до 14%, угледобывающим предприятиям необходимо принимать соответствующие меры, чтобы избегать опасного диапазона.

В зависимости от геологических особенностей пластов дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства. Дегазация шахт – мероприятия по извлечению, сбору и выводу из подземных горных выработок на поверхность рудничного газа или газо-воздушной смеси. Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью.

Дегазация шахт применяется для уменьшения поступлений метана из угольных пластов и пород в горные выработки и облегчает проветривание шахты, полностью прекращает или значительно снижает простои выемочных (добычных) участков из-за загазирования выработок. Позволяет применять в газовых шахтах электроэнергию вместо менее эффективной пневматической энергии, повышает производительность труда рабочих и безопасность ведения горных работ в газовых шахтах и при определенных условиях предотвращает полностью или частично (снижает интенсивность) необычные газопроявления – суфляры, внезапные выбросы угля и газа.

Дегазационные системы состоят из дегазационных горных выработок или буровых скважин, шахтных газопроводов с защитными устройствами, дегазационных установок, регулирующей, регистрирующей и защитной аппаратурой и устройствами, а в случаях утилизации каптируемого газа – также и газопровода к потребителю (оборудуются на поверхности шахт и состоят из вакуумнасосов или ротационных воздуходувок с неискрящими лопатками, обеспечивающих движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры, регулирующей и контролирующей работу машин и приводов).

Известны три основных способа дегазации:

1. Предварительная дегазация разрабатываемых угольных пластов.
2. Дегазация смежных угольных пластов.
3. Извлечение концентрированных метано-воздушных смесей из выработанных пространств.

Предварительная дегазация шахт проводится до начала разработки угольного пласта и заключается в бурении параллельных скважин глубиной по 100-250 м и диаметром 80-120 мм через 10-25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель подсоединяется к шахтной сети газопроводов. Извлечение газа из угольного пласта производится под разрежением до 13,5-27 кн/м2 (100-200 мм pт. cт.) в течение длительного периода времени (свыше 100-150 суток). При дегазации смежных угольных пластов используется эффект частичной их разгрузки от горного давления, способствующий переходу сорбированного этими пластами метана в свободное состояние. При этом способе дегазации скважины бурят из горных выработок до смежных пластов, залегающих выше и ниже разрабатываемого пласта на различных расстояниях, не превышающих радиус эффективной дегазация шахт. Скважины подсоединяются к газопроводной системе. При извлечении газа из выработанных пространств они тщательно изолируются перемычками и воздухонепроницаемыми (например, из породы с различными уплотнителями) полосами от действующих горных выработок. При помощи шахтных газопроводов производится отвод газа с высоким содержанием метана, скопившегося в пустотах, образованных между обрушившимися кусками пород.

Дегазацию при проведении капитальных и подготовительных выработок необходимо применять в тех случаях, когда средствами вентиляции невозможно разбавить содержание метана до допустимых норм.

Для снижения газообильности выработок может применяться предварительная дегазация пласта угля, осуществляемая до проведения выработки, или дегазация горного массива в период проведения выработки.

Наиболее эффективным способом снижения метановыделения в подготовительные выработки является предварительная дегазация угольного массива восстающими, горизонтальными или нисходящими скважинами. При проведении выработок дегазация пласта осуществляется через скважины, пробуренные с опережением забоя выработки, и скважины, расположенные в ее боках. На пластах с невыдержанной гипсометрией дегазацию пласта целесообразно проводить через короткие скважины или шпуры. Устья скважин герметизируются на 3-5 м, шпуров – на 1,5-2м. Барьерные скважины, расположенные на расстоянии 300-400 м от забоя выработки, могут быть отключены от дегазационной сети.

При проведении вертикальных выработок (стволов, щурфов, гезенков) дегазация осуществляется скважинами, пробуренными с поверхности или из буровых камер. Скважины располагаются параллельно выработке на расстоянии 2,5-3 м от ее стенок, глубина скважин 30-100 м, диаметр 80-100 мм. Величина неснижаемого опережения скважинами забоя выработки должна быть не менее 10 м. Газоносный угольный пласт или слой газосодержащей породы перебуривается полностью.

При проведении квершлагов дегазация осуществляется скважинами, пробуренными из камер. Бурение скважин начинают до подхода забоя квершлага к угольному пласту или газосодержащему слою породы не ближе  5 м. Длина скважин не менее 30 м, диаметр 80-100 мм, количество скважин, пробуренных из одной камеры, в пределах 2-5. Направление бурения скважин выбирается исходя из условия, чтобы скважины пересекли газоносный слой или пласт по окружности диаметром от 1,5 до 3 диаметров выработки.

При проведении подготовительной выработки по газоносному угольному пласту дегазацию рекомендуется осуществлять с помощью барьерных (ограждающих, законтурных) скважин. На пологих и наклонных пластах барьерные скважины бурятся из камер параллельно или под некоторым углом к оси выработки. Длина скважин до 100-150 м, диаметр 60-100 мм. Расстояние между камерами на 15-20 м меньше длины скважин. При длине подготовительных выработок до 200 м барьерные скважины бурятся на всю длину будущей выработки.

Схемы дегазации подрабатываемых пластов различаются по расположению скважин относительно горных выработок. Каждая схема может иметь несколько вариантов, отличающихся условиями ее применения и эффективностью дегазации. Параметры бурения скважин следует выбирать так, чтобы скважины пересекали наиболее мощный из подрабатываемых, пластов, залегающий на расстоянии от разрабатываемого более 10 и менее 30 его вынимаемых мощностей. После подработки дегазируемого пласта точка пересечения его скважиной должна находиться в зоне, разгруженной от горного давления.

Параметры скважин устанавливаются опытным путем на основе данных о фактической эффективности дегазации в конкретных горнотехнических условиях разработки угольных пластов. Скважины, пробуренные из выработки с исходящей струей воздуха, более эффективны.

Целесообразно применять такое проветривание лав, чтобы вентиляционная выработка примыкала к угольному массиву. Это позволит увеличить эффективность дегазации на 10-20%. Эффективность дегазации выше при схемах, предусматривающих бурение скважин из поддерживаемых позади очистного забоя выработок. В этих условиях продолжительность работы и количество повременно работающих скважин больше, чем при схемах дегазации скважинами, пробуренными впереди очистного забоя и погашаемыми за лавой.

Для снижения газовыделения в выработки во время первичных посадок основной кровли дополнительно к скважинам, которые бурятся навстречу очистному забою, следует предусматривать бурение торцовых скважин, например, из тупика подготовительной выработки, пройденной за разрезную печь на 10-15 м. Опыт показывает, что такие скважины работают весьма эффективно при отходе лавы от разрезной печи до 200-300 м.

Дегазация выработанного пространства действующего участка применяется наряду с дегазацией сближенных угольных пластов, вмещающих пород и разрабатываемого пласта, а также как самостоятельный метод снижения метанообильности при значительном выделении метана (более 3-4 м3/мин) из выработанного пространства когда другими способами дегазации невозможно обеспечить снижение содержания метана на участке до допустимого уровня. Дегазация выработанного пространства осуществляется вакуумными насосами с транспортированием извлекаемой метановоздушной смеси по дегазационному трубопроводу на поверхность или газоотсасывающими установками с изолированным отводом метана в исходящую струю выемочного поля (крыла шахты). В зависимости от горно-геологических условий, системы разработки и газообильности участка могут применяться следующие схемы дегазации выработанного пространства:

• скважинами, пробуренными из вентиляционной выработки над куполами обрушения;
• скважинами, пробуренными навстречу очистному забою специально пройденных в породах кровли камер;
• скважинами, пробуренными над монтажной камерой;
• перфорированными отростками труб, заводимыми в монтажную камеру;
• перфорированными отростками труб, оставляемыми в погашаемой вентиляционной выработке.

В условиях, когда метанообильность участка не удается снизить до допустимого уровня с помощью одного способа, применяется комплексная дегазация, представляющая комбинацию способов дегазации источников газовыделения. В практике горных работ наибольшее распространение получили три принципиальные схемы комплексной дегазации основных источников метановыделения:

1. Схемы, включающие дегазацию сближенных пластов и извлечение газа из выработанного пространства. Применяется главным образом при разработке пластов тонких или средней мощности, когда газовыделение на участке преобладает из сближенных пластов.
2. Схемы, включающие дегазацию разрабатываемого пласта и удаление газа из выработанного пространства. Применяются при разработке мощных и средней мощности одиночных газоносных пластов.
3. Схемы, включающие дегазацию разрабатываемого пласта, сближенных пластов и выработанного пространства. Применяются при разработке свиты угольных пластов.

Скважины, пробуренные для дегазации выработанного прост­ранства, следует подключать на отдельный газопровод.

При обильном выделении метана из преобладающего на участке источника метановыделения может быть применено сочетание способов (схем) дегазаций одного источника газовыделения, например, подрабатываемых и надрабатываемых пластов, различных схем извлечения метана из выработанного пространства.

Схемы комплексной дегазации сближенных пластов и выработанного пространства выбираются с учетом горнотехнических условий разработки угольных пластов и структуры газового баланса выемочного поля или участка. При значительном метановыделении из выработанного пространства ранее отработанных участков пласта применяется схема дегазации сближенного пласта скважинами и извлечение газа из старого выработанного пространства, например, через отросток перфорированной трубы, заведенной за перемычку.

При отработке участка пласта, примыкающего с двух сторон к выработанному пространству, может быть применена дегазация дорабатываемого пласта фланговыми скважинами и извлечение газа или дегазация выработанного пространства вертикальными скважинами с поверхности и фланговыми скважинами, пробуренными над куполами обрушения. В аналогичных условиях отработки участка пласта дегазацию сближенных пластов и выработанного пространства можно осуществлять вертикальными скважинами с поверхности и скважинами, пробуренными над куполами обрушения из выработки, погашаемой за лавой.

При бесцеликовой технологии отработки угольного пласта по прямоточной схеме проветривания выемочного участка в условиях весьма эффективны схемы комплексной дегазации сближенных пластов и выработанного пространства скважин, пробуренными из выработок на вынимаемом участке пласта и на флангах выемочного поля. Сущность таких схем комплексной дегазации заключается в бурении дегазационных скважин на сближенные подрабатываемые пласты из выработок, которое оконтуривают бремсберговое поле (блок, панель), и выработки действующей лавы, поддерживаемой в течение времени отработки участка.

Оборудование для бурения дегазационных скважин следует выбирать с учетом крепости горных пород, вида энергии на вахте, размеров горных выработок и параметров дегазационных скважин. Оно включает буровой станок с комплектом бурового инструмента (буровые штанги, коронки, долота), средства для удаления буровой мелочи, пусковую и защитную аппаратуру. Буровые штанги изготавливаются из цельнотянутых труб. Для бурения скважин выбираются типовые буровые коронки, для конкретных горногеологических условий с учетом крепости горных пород. Бурение скважин по углю осуществляется, в основном, коронками типа КПД, КЛД, КЛГ и СБП, а по породе кольцевыми, мелкоалмазными или коронками сплошного забоя.

Для шахтных газопроводов могут применяться трубы стальные бесшовные, водогазопроводные и электросварные с толщиной стенки не менее 2,5 мм. Газопроводы подразделяются на участковые, прокладываемые на выемочных участках, магистральные, к которым подсоединяются соседние участковые газопроводы, групповые, объединяющие дегазационные ветви крыла (блока) шахты или группы пластов, и общешахтные, транспортирующие каптируемую газовоздушную смесь к поверхностной вакуум-насосной станции. Участковые газопроводы обычно монтируются из облегченных труб, наращиваемых или сокращаемых (в зависимости от порядка отработки участка и принятой схемы дегазации) по мере развития горных работ. После окончания работ по дегазации на участке газопровод демонтируется и используется повторно. Дегазационные скважины к участковому газопроводу подсоединяются жестким соединением или с помощью резинотканевых рукавов. Участковый газопровод прокладывается в выработке преимущественно по стороне расположения дегазационных камер или скважин, пробуренных непосредственно из выработки. При прокладке участковых газопроводов по горизонтальным заработкам необходимо соблюдать уклон в сторону магистрального газопровода. Если требуемый уклон не может быть обеспечен, то следует предусматривать установку водоотделителя. Газопроводы прокладываются так, чтобы имелась возможность осмотра и ремонта каждого соединения труб. Магистральные газопроводы предназначены для транспортирования газа, каптируемого на нескольких выемочных участках и имеют больший диаметр труб, чем участковые газопроводы. По групповым газопроводам транспортируется газовоздушная смесь, каптируемая на различных пластах, крыльях или блоках шахтного поля. Газ из групповых газопроводов поступает непосредственно в общешахтный газопровод, по которому транспортируется весь извлекаемый вакуум-насосной станцией газ. Магистральные, групповые и общешахтные газопроводы дегазационной системы должны прокладываться по выработкам с исходящей струей воздуха. Допускается прокладка газопроводов по наклонным выработкам со свежей струей воздуха, если по ним не производится откатка грузов и механизированная перевозка людей в вагонетках.

Вакуум-насосы и другое оборудование поверхностной вакуум-насосной станции (ВНС) размещаются на поверхности в специальном здании, которое состоит из следующих основных помещений:

• машинного зала, в котором располагаются вакуум-насосы с электродвигателями и приборами местного контроля во взрывобезопасном исполнении;
• помещения для пусковой аппаратуры в нормальном исполнении. Помещение изолируется от машинного зала и имеет отдельный вход. Электродвигатели в нормальном исполнении соединяются с вакуум-насосами при помощи промежуточных валов;
• помещения для водосборного бака и насосов для перекачки воды;
• помещения для газоанализаторов и приборов контроля, вы­полненных в нормальном исполнении.

При ВНС сооружается градирня с водосборником. Типовая открытая градирня брызгального типа выбирается в зависимости от расхода охлаждаемой воды.

ВНС, расположенные на промплощадке шахты, должны находиться за штакетной железобетонной оградой, а ВНС, расположенные за пре­делами промплощадки шахты,  за сборной железобетонной оградой.

Контролю подлежат работа вакуум-насосной станции, состояние газопроводной сети и продуктивность дегазационных скважин. Контроль работы вакуум-насосной станции осуществляется дежурным машинистом (не реже трех раз в смену) по показаниям автоматических регистрирующих приборов или путем замера контролируемых параметров. Контролируемыми параметрами являются разрежение на вакуум-насосах, давление на нагнетательном газопроводе, концентрация метана в извлекаемой смеси, температура извлекаемой смеси и воды, подаваемой для охлаждения вакуум-насосов. Результаты замеров контролируемых параметров и расчетов расхода газовой смеси и метана заносятся в “Книгу контроля работы дегазационной установки”.

Контроль состояния газопроводов производится специально назначенным лицом не реже одного раза в неделю. Результаты наружного осмотра газопроводов заносятся в “Книгу осмотра и ремонта газопроводов”.

Контроль продуктивности дегазационных скважин производится специально назначенными лицами. Периодичность замеров разрежения, перепада давлений на диафрагме и концентрации метана составляет не реже одного раза в неделю при предварительной дегазации пластов (на группе скважин) и при дегазации сближенных пластов скважинами, пробуренными из выработок. Не реже двух раз в неделю при дегазации пласта барьерными скважинами и скважинами, функционирующими вблизи очистного забоя, а также при дегазации сближенных пластов и выработанного пространства скважинами, пробуренными навстречу очистному забою из подготавливаемых за лавой выработок.

Результаты замеров величин, характеризующих состояние каптируемой через скважины газовоздушной смеси, ее расход и объемы извлекаемого метана заносятся в “Книгу учета работы дегазационных скважин”.

Сведения о состоянии и работе газоотсасывающей установки (вентилятора), концентрации метана в извлекаемой смеси отражаются в “Книге учета работы газоотсасывающей установки”. Контроль концентрации метана производится не реже одного раза в час.