Обґрунтування технологічної схеми комплексної дегазації виїмкової дільниці

Мета заняття: обгрунтувати технологічну схему дегазації виїмкової дільниці, выбрать оборудование для вилучення метану на поверхню.

Ключові поняття: дегазационная скважина, предварительная дегазация, дегазация текущая, комплексная дегазация, способ дегазации

Дегазационная скважина -горная выработка цилиндрической формы, которую проводят вугольном пласте или боковых породах способом бурения, с целью извлечения шахтного метана. Начало скважин называется устьем, конец -забоем;

Предварительная дегазация – извлечение газа из угольного пласта до начала ведения горных работ.

Дегазация текущая - меры по уменьшению метановыделения в горные выработки в процессе очистных и подготовительных работ;

Сближенные пласты (пласты - спутники) - Угольные пласты, залегающие в кровле или почве разрабатываемого пласта, из которых метан поступает в горные выработки:

Комплексная дегазация - одновременное применение на одном объекте нескольких способов (схем) дегазации;

Способ дегазации -определенный порядок действий, которые обеспечивают извлечение метана и вывод его по трубам из объекта дегазации;

Цель дегазации источников метановыделения заключается в каптировании газа высокой чистоты в его источнике до его поступления в рудничный воздух. Для целей регулирования количество газа, поступающего в воздушный поток, не должно превышать возможностей разбавления газообразных загрязнителей вентиляционным воздухом до предписанных уровней безопасности, однако весьма целесообразно каптировать газ в максимальных объемах, с тем чтобы добиться более высокого уровня безопасности, уменьшения его воздействия на окружающую среду и извлечения энергии.

Выбор ненадлежащих методов дегазации или их неудовлетворительное применение являются причиной ее недостаточной эффективности. В случаях, когда в процессе отвода и утилизации концентрация метана в газовоздушной смеси находится в пределах взрывоопасности или приближается к нему, они становятся угрозой безопасного ведения очистных работ.

Методы дегазации источников метановыделениятрадиционно подразделяются на методы предварительной дегазации и текущей дегазации. Предварительная дегазация заключается в удалении метана из пласта, предназначенного для разработки, до начала ведения горных работ, в то время как текущая дегазация предполагает каптирование метана и других газов, выделяемых окружающими пластами вследствие нарушения геостатического равновесия в массиве горных пород. При частичной разгрузке от горного давления, на определенном удалении от лавы, в результате ведения горных работ происходит фазовый переход связанного метана в газовое состояние, повышается проницаемость дегазируемого массива и образуются каналы для его миграции в горные выработки (интенсификация трещиноватости).

Поскольку предварительная дегазация проводится до начала ведения горных работ, вероятность нарушения системы «массив-вода-метан» в результате сдвижений горных пород отсутствует, но при наличии соответствующих условий, газ извлекается с высокой концентрацией в смеси (до 90%). Время, необходимое для достаточной дегазации угольного пласта, напрямую зависит от его проницаемости. Чем меньше проницаемость угля, тем больше времени необходимо для проведения дегазации с целью снижения газоносности до требуемого значения. Наоборот, для углей с низкой проницаемостью требуется бурение значительно большего числа скважин, чтобы до начала ведения горных работ снизить уровень газоносности до желаемого уровня. Преимущества «поверхностных» методов, заключаются в том, что дегазация может проводиться независимо от горных работ, однако возможность их применения зависит от глубины бурения, сплошности и проницаемостью угля, а также от любых ограничений, обусловленных топографическими факторами или наличием поверхностных сооружений.

Методы текущей дегазации заключаются в каптировании метана, выделяющегося из зон, нарушенных горными работами, до его поступления в выработки при бурении скважин в зоны нарушений над (под) отрабатываемым пластом. При наличии одного или более угольных пластов-спутников над отрабатываемым пластом, или под ним, газовыделение от его подработки может существенно превысить объемы, выделяемые из отрабатываемого пласта. Таким образом, при использовании методов текущей дегазации имеется возможность для извлечения газа в значительно бóльших объемах, по сравнению с методами предварительной дегазации. Для обеспечения достаточно высоких концентраций газа для эффективной дегазации ее безопасной утилизации требуются тщательные проектирование этих систем и управление ими. Чем больше угля залегает в кровле и в почве отрабатываемого газообильного угольного пласта, тем большее значение приобретает текущая дегазация.

Снижение эффективности дегазации приводит к резкому увеличению концентраций метана в атмосфере шахты. В связи с этим требуется проведение непрерывного и тщательного мониторинга систем дегазации источников газовыделения для управления ими.

С овременную технологическую цепочку извлечения и использования угольного метана можно представить состоящей из двух процессов (рис. 4.1):

- пластовой дегазации (подземной и (или) поверхностной, элементами которой являются специальные горные выработки, скважины, газопроводы с защитными устройствами для вывода газа на поверхность, дегазационные вакуум-насосные станции (ВНС), регистрирующая, регулирующая и защитная аппаратура);

- утилизации (энергетической или химической переработки) извлеченного газа.

Рис.4.1. Принципиальная схема процессов дегазации и утилизации шахтного метана

Дегазация метана характеризуется двумя основными показателями: а) коэффициентом эффективности; б) концентрацией метана в отводимой смеси.

Коэффициент эффективности дегазации представляет собой отношение объема извлеченного метана средствами дегазации к объемам газовыделения. Он составляет в среднем 40-45%, т.е. является еще недостаточным. Это объясняется тем, что значительная часть газа находится в сорбированном состоянии. Метан, извлекаемый путем дегазации, получают, не в чистом виде. По содержанию чистого метана в извлекаемой смеси различают три группы полученного газа:

- (предварительная) угольный метан с содержанием чистого СН₄ до 90%;

- (текущая) концентрация метана в метановоздушной смеси (МВС) колеблется в пределах 25-50%;

- выбросы с исходящей вентиляционной струей воздуха – до 0,75% чистого метана.

4.1 Вибір технологічної схеми дегазації

Выбор схем дегазации должен осуществляться, так чтобы итоговый (дифференцированный) коэффициент эффективности комплексной дегазации (состоящий из совокупности k_эф. использованных в ней схем) был не меньшим, чем определенный в разделе 3.

Приведенные ниже способы основаны на использовании эффекта частичного нарушения естественного состояния массива горными выработками (скважинами) и перераспределения напряжений в угленосной толще под воздействием горных работ, приводящих к увеличению газопроницаемости и газоотдачи угольных пластов (табл. 4.1).

Дегазація підроблюваних або надроблюваних пластів-супутників свердлови­нами з підземних виробок є основним способом зниження газовиділення у виробки виїмкової дільниці. Фактична ефективність дегазації свердловинами в значній мірі залежить від фізико-механічних властивостей порід, газоносності супутників, віддаленності цих супутників від розроблюваного пласта, а також технологічного обладнання вакуум-насосних станцій та параметрів трубопроводів. Вона залежить від довжини свердловин, кута нахилу та розвороту, тривалості находження в зоні дегазації. Фактична ефективність дегазації при стовповій системі розробки на діючих шахтах досягає 60%.

Бар’єрні свердловини буряться до першої порожнини розшарування порід, яка знаходиться над зоною їх обрушення. Утворений вакуумний бар’єр заважає надходити метану у виробки виїмкової дільниці. Цей спосіб відносно новий і поки що не має нормативної ефективності.

Дегазація екрануючими свердловинами призначена для дегазації пласта. Свердловини буряться паралельно до лави та площини пласта на відстані 0,5-1,0 м від нього довжиною не менше половини лави. Віддають метан при наближенні до лави на 15-30 м. Не розвантажені пласти метан практично не віддають.

Дегазація екрануючими свердловинами застосовується тоді, коли неможли­во бурити свердловини по пласту (викидонебезпечні пласти) через газодинамічні явища та при стовпових системах розробки або наявності випереджаючої виробки.

Таблица 4.1 – Коэффициенты эффективности разных схем дегазации

Дегазация при проведении очистных работ	kэф.
схемы	Пластовыми скважинами (рис. 4.2)	0,2
Экранирующими скважинами (рис. 4.3)	0,25
Дегазация подрабатываемых (надрабатываемых) пластов-спутников	kэф.
схемы	Барьерными столбовая (с охраной и без) (рис. 4.4)	0,4
Барьерными сплошная (рис. 4.5)	0,5
Барьерными надрабатываемых пологих и наклонных пластов (рис. 4.6)	0,2

Итогом раздела является определения общего коэффициента эффективности комплексной дегазации.

Рис 4.2 - Схема дегазации пластов параллельно-одиночными скважинами (пластовыми), пробуренными с разворотом на очистной забой: 1 - пластовые дегазационные скважины; 2 - газопровод; 3 - угольный пласт; 4 - выработанное пространство; 5 - штрек откаточный; 6 - штрек вентиляционный.

Рис 4.3 - Схема дегазации разрабатываемого пласта экранирующими скважинами при столбовой системе разработки: 1 - скважины; 2 - газопровод; 3 - угольный пласт; 4 - выработанное пространство.

Рис. 4.4 - Схема дегазации подрабатываемого пласта скважинами (барьерными), пробуренными навстречу очистному забою и над монтажной выработкой: 1 - разрабатываемый пласт; 2 - подрабатываемый пласт; 3 - вентеляционный штрек; 4 - газопровод; 5 - дегазационная скважина; 6 - выработанное пространство; l_с - длина скважины; ψ' и a' - проекции углов разгрузки пород кровли и залегания пласта на плоскость, которая проходит через ось скважины; β - угол наклона скважины к горизонту.

Дата добавления: 2015-08-10