2.5 Борьба с метаном средствами вентиляции

При борьбе с метаном средствами вентиляции можно выделить 3 направления:

−Выбор рациональной схемы проветривания для заданных горно-геологических условий;

−Подача на выемочные участки, очистные и подготовительные забои, а также другие объекты потребления необходимого количества воздуха;

−Изолированный отвод метана средствами вентиляции в исходящую струю или за пределы выемочного участка.

Выбор рациональной схемы проветривания

При выборе схемы проветривания выемочного участка необходимо стремиться к тому, чтобы выбранная схема удовлетворяла следующим требованиям:

1. Наиболее полное обособленное разбавление метана выделяющегося из всех источников;

2. Обеспечение максимальной нагрузки на очистной забой по газовому фактору и минимальной стоимости угля по фактору вентиляции;

3. Обеспечение возможности ведения работ по дегазации;

4. Обеспечение вентиляционных маневров при авариях;

5. Надежность проветривания при нормальном и аварийном режимах;

6. Обеспечение максимально благоприятных санитарно-гигиенических условий труда.

Выполнение всех указанных требований является весьма сложной горнотехнической задачей.

В настоящее время в практике проветривания шахт насчитывается около 80 различных схем проветривания выемочных участков. ДонУГИ разработана классификация всех схем проветривания выемочных участков, которая представлена в Руководстве по проектированию вентиляции угольных шахт.

С точки зрения обеспечения максимальной нагрузки на очистной забой все схемы проветривания можно разделить на 4 группы:

1. Обратноточные схемы проветривания на вентиляционный штрек в выработанном пространстве. Эти схемы характеризуются тем, что величина нагрузки на забой зависит от того, поступает ли метан из выработанного пространства на сопряжение лавы с вентиляционным штреком или выносится на вентиляционный штрек, минуя сопряжение.

I_уч=I_пл+I_вп

I_оч=I_пл+ К_вп*I_вп

А_max=f (I_пл+К_вп*I_вп)

Рис.2.2 Схема проветривания выемочного участка типа 1-В-Н-в-вт.

2. Обратноточные схемы проветривания на вентиляционный штрек в массиве угля

3. Прямоточные схемы проветривания на вентиляционный штрек в выработанном пространстве с подсвежением исходящей вентиляционной струи

I_оч=I_пл

А_max=f (I_оч)

Рис.2.4 Схема проветривания выемочного участка типа 3-В-Н-в-пт.

4. Прямоточные схемы проветривания на вентиляционный штрек в массиве угля с подсвежением исходящей вентиляционной струи

Рис.2.5 Схема проветривания выемочного участка типа 2-М-Н-в-вт.

В каждом конкретном случае выбор рациональной схемы проветривания выемочного участка решается на основании технико-экономического сравнения возможных вариантов.

Подача на участки и в очистные забои необходимого количества воздуха.

Количество воздуха, которое необходимо подавать на выемочный участок зависит от метановыделения и определяется по формуле

Q_уч=, м³/мин (2.5)

где I_уч- абсолютная метанообильность выемочного участка, м³/мин;

К_н– коэффициент неравномерности метановыделения;

С – допустимая ПБ концентрация метана в исходящей струе участка, %;

С₀-концентрация метана в струе воздуха, поступающего на участок.

Однако, во многих случаях подача необходимого количества воздуха на выемочные участки и в очистные забои невозможна. Это может быть по следующим причинам:

1.Фактическое аэродинамическое сопротивление вентиляционной сети превышает проектное, а, следовательно выбранный вентилятор не может обеспечить шахту и участки необходимым количеством воздуха.

Рис.2.6 Производительность вентилятора Q_п, Q_фпри работе на сеть с проектным сопротивлениемR_пи фактическимR_ф.

2. Подача воздуха в очистной забой и на выемочный участок ограничена скоростью движения воздуха в забое, которая согласно ПБ должна быть не более 4 м/с.

Изолированный отвод метана в исходящую струю или за пределы выемочного участка

Снижение концентрации метана может быть достигнуто посредством изолированного отвода метана в исходящую струю или за пределы выемочного участка. Рассмотрим некоторые схемы изолированного отвода метана в исходящую струю и за пределы выемочного участка.

Схема №1-Изолированный отвод метана по трубопроводу за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающей вентиляторной установки при столбовой системе разработки.

Рис.2.7 Изолированный отвод метана по трубопроводу за пределы выемочного участка с помощью газоотсасывающей вентиляторной установки при столбовой системе разработки.

Схема №2 Схема изолированного отвода метана за пределы выемочного участка при

1-вентилятор; 2-отсасывающий трубопровод; 3-всасывающие патрубки; 4-смесительная камера; 5-вентиляционная перемычка; 6-целики угля или бутовая полоса

Рис.2.8 Изолированный отвод метана за пределы выемочного участка при сплошной системе разработки.

3. Схемы проветривания выемочных участков с изолированным отводом метана из выработанных пространств по неподдерживаемым выработкам

Рис.2.9 а - Схема с использованием участковой выработки

Рис.2.9 б - Схема с использованием выработок ранее отработанных лав.

Рис.2.9 в - Изолированный отвод метана с использованием выработок ранее отработанных лав

4. Изолированный отвод метана из выработанного пространства в исходящую струю участка по трубопроводам при помощи специальных установок типа УСМ-02 и УВГ-1

Эти установки применяются для снижения концентрации метана на сопряжении лавы с вентиляционным штреком

Рис.2.10 Изолированный отвод метана из выработанного пространства в исходящую струю участка по трубопроводам при помощи специальных установок типа УСМ-02 и УВГ-1

Схемы установок УСМ-02 и УВГ-1 аналогичны и отличаются тем, что установка УСМ-02 применяется при метанообильности выработанного пространства до 1.5 м³/мин, а установка УВГ 1 имеет более мощный вентилятор и используется при метанообильности выработанного пространства до 3 м³/мин.

Расчет расхода воздуха для проветривания выемочного участка при изолированном отводе метана за его пределы, выбор средств отвода и меры безопасности

Расчет расхода воздуха при изолированном отводе МВС из выработанного пространства по трубопроводу с помощью газоотсасывающей установки осуществляется по формуле

Q_уч=Q_в.ш+Q_тр(2.6)

где Q_уч-расход воздуха в воздухо-подающей выработке, м³/мин;

Q_в.ш-расход воздуха в вентиляционной выработке, м³/мин;

Q_тр-расход воздуха на всасе газо-отсасывающего трубопровода, м³/мин;

Расход воздуха в вентиляционной выработке и трубопроводе определяется по формулам

Q_в.ш=(2.7)

Q_тр.=(2.8)

где I_уч-среднее ожидаемое метановыделение на выемочном участке, м³/мин;

К_В.П.–коэффициент, учитывыющий долю метановыделения из выработанного пространства в газовом балансе выемочного участка;

К_В.П.=(2.9)

-коэффициент, учитывающий эффективность изолированного отвода метана, доли единиц; принимается равным 0.7 для схем типа 1-М и 0.3-0.4 для схем типа 1-В;

С_M-допустимая концентрация метана в трубопроводе; принимается равной 3%;

К_Д.С-коэффициент, учитывающий эффективность дегазации сближенных пластов, доли ед.; принимается в соответствии с «Руководством по дегазации угольных шахт».

Меры безопасности при эксплуатации газоотсасывающих установок.

Газоотсасывающая установка должна работать непрерывно. Ее отключение допускается только на время профилактических осмотров и ремонтов.

При любой остановке газоотсасывающего вентилятора электроэнергия на обслуживаемом установкой участке должна быть автоматически отключена. Газоотсасывающий трубопровод должен быть перекрыт заслонкой, и открыто окно для его проветривания.

Камера газоотсасывающего вентилятора должна проветриваться свежей струей воздуха, концентрация метана в камере должна контролироваться стационарным автоматическим прибором, снимающим напряжение с электрооборудования при концентрации метана 1 %.

Газоотсасывающая установка должна обслуживаться машинистом, прошедшим специальный инструктаж.

Машинист обязан:

1. Осуществлять ежесменный контроль состояния вентилятора, трубопровода и смесительной камеры;

2. Измерять не реже одного раза в час содержание метана в трубопроводе у вентилятора и не реже 3-х раз в смену в трубопроводе у лавы;

3. Обеспечивать подачу воздуха из штрека в трубопровод при помощи регулирующего окна вблизи лавы так, чтобы концентрация метана в трубопроводе у вентилятора не превышала 3 %, а в трубопроводе у лавы 3.5.%.

4. Выключить газоотсасывающий вентилятор при остановке главного вентилятора или при пожаре на участке; перекрыть трубопровод у лавы при неработающем вентиляторе и открыть регулировочное окно для его проветривания. Повторное включение вентилятора допускается только после снижения концентрации метана в камере ниже 1% и в трубопроводе у вентилятора до 3%.

Если концентрация метана на выходе из смесительной камеры достигает 2 % и более, а в трубопроводе у лавы превышает 3.5 % и у вентилятора 3 %, то должны быть приняты меры для увеличения расхода воздуха в камере и трубопроводе.

В выработке, где устроена смесительная камера, в 15-20 м от нее по ходу вентиляционной струи должен осуществляться контроль содержания метана стационарным автоматическим прибором. Датчик метана устанавливается у стенки на стороне расположения смесительной камеры и должен обеспечивать телеизмерение с регистрацией на самопишущем приборе.