Архив 2008-2014 » 2013 | 06 Ноябрь-декабрь

Направление повышения эффективности дегазации на шахтах Кузбасса

Владимир Ковалев, профессор, д.т.н., ректор КузГТУ,

Виктор Храмцов, доцент, к.т.н., директор института промышленной и экологической безопасности КузГТУ,

Вячеслав Карасев, доцент, к.т.н., зам. директора горного института КузГТУ,

Геннадий Роут, к.т.н., заместитель директора института промышленной и экологической безопасности

В 2012 году шахтами Кузбасса было добыто 78,9 млн тонн угля. С момента реструктуризации угольной отрасли России, начиная с 1995 года, подземная добыча в Кузбассе постоянно росла, несмотря на резкое сокращение очистных забоев. Внедрение высокопроизводительной современной горнодобывающей техники, как зарубежной, так и отечественной, позволило значительно увеличить нагрузки на очистные забои, что, естественно, повлекло за собой сокращение числа комплексно-механизированных лав.

Сегодня современная шахта имеет не более двух очистных забоев. Сократилась протяженность поддерживаемых горных выработок, упростились сложные вентиляционные схемы проветривания, увеличилась интенсивность горных работ. Производительность очистных комбайнов достигла 30-40 т/мин. Под работу комбайна подстраивается грузопоток транспорта угля из лав. Однако без существенного снижения газоносности разрабатываемого пласта обеспечить такую нагрузку не представляется возможным.

Вводятся в эксплуатацию новые шахты, которые по уровню горно-шахтного оборудования ни в чем не уступают американским или австралийским. Но нагрузки на очистные забои в Кузбассе в разы ниже, чем на австралийских и американских шахтах.

В соответствии с действующей инструкцией по дегазации угольных шахт в 29 очистных забоях ведется дегазация пластовая либо дегазация выработанного пространства. По информации с этих шахт, эффективность там достигает 70-80%. Если верить представленным данным, то тогда ограничений нагрузки на лаву по фактору проветривания практически не должно быть. Однако за редким исключением расчетная добыча очистных забоев в 2-5 раз ниже паспортной нагрузки на очистной комбайн, то есть большую часть времени машина работает в режиме ожидания или холостого хода. С экономической точки зрения получается, что потраченные средства на дегазацию и приобретение горно-шахтного оборудования расходуются неэффективно.

Стоимость бурения дегазационной скважины диаметром 76 мм составляет 700 руб./м. Затраты на бурение дегазационных скважин по пласту в выемочном столбе длиной по падению 250 метров и по простиранию 1 000 метров в среднем составляют 10-15 млн рублей, а на весь комплекс работ пластовой дегазации затрачивается 25-40 млн рублей.

Авторы статьи собрали сведения по очистным забоям шахт Кузбасса, на которых применяется дегазация по состоянию на 3-й квартал 2013 года (табл. №1).

Известно, что метан находится в углепородном массиве в основном в сорбированном состоянии (90-98%) в твердом углегазовом растворе, при давлении примерно равном гидростатическому. В свободное состояние метан выделяется только в процессе разрушения массива и поступает в действующие выработки. В большей своей части источником метановыделения служит выработанное пространство, куда устремляется метан из подработанного и надработанного углепородного массива, а также из оставшихся пачек угля в отработанном пространстве лавы. Доля метана, выделяющегося из разрабатываемого пласта, составляет 20-60% от суммарного метановыделения выемочного участка. С ростом нагрузки на очистной забой резко возрастает вклад метана, выделяющегося из разрабатываемого пласта.

Способы и схемы дегазации выработанного пространства как в мировой, так и в российской практике хорошо известны. Для этого производится бурение дегазационных скважин с поверхности или из действующих горных выработок, прокладывается сеть дегазационных трубопроводов, устанавливаются дегазационные насосы, и система отсоса метана из выработанного пространства подготовлена к работе. При этом теоретически весь поступающий метан в выработанное пространство из источников газовыделения, кроме очистного забоя, можно откачать и не дать ему поступать в рабочую зону очистного забоя.

Все очистные забои Кузбасса, где применяется дегазация, проветриваются по комбинированной схеме. Безусловно, внедрение вышеуказанного способа на газоносных пластах позволило повысить нагрузки на очистные забои. При проветривании лавы часть вентиляционной струи, насыщенной метаном при работе комбайна, устремляется в отработанное пространство за счет депрессии газоотсасывающих вентиляторов. При этом происходит разгрузка исходящей струи из лавы от «лишнего» метана, вероятность загазирования значительно снижается.

Ранее применяемая прямоточная схема проветривания очистного забоя преследовала именно такую цель. Широкое применение данная схема нашла на пластах с низкой природной метаноносностью. Однако в Кузбассе пытались применять ее и на пластах высокой метаноносности. В случае большого выделения метана из разрабатываемого пласта местные скопления метана в районе рабочего органа комбайна превышали допустимые нормы концентрации и имело место загазирование очистных забоев. В 1997 году на шахте «Зыряновская» по этой причине произошло накопление метана в лаве с последующим взрывом метана и угольной пыли.

По выводам государственной комиссии по расследованию данной аварии, надежность прямоточной схемы проветривания была поставлена под сомнение, подвержена критике, в результате чего ее применение на шахтах Кузбасса было резко ограничено.

Большим недостатком комбинированного проветривания является применение его на пластах, склонных и весьма склонных к самовозгоранию.

На шахтах Воркуты, Ростова и Караганды эта схема не применяется, в угольной практике ведущих стран мира проветривание выработанного пространства запрещено законом. Борьба с метаном ведется с помощью дегазации, преимущественно пластовой, проветривание очистных забоев на газовых пластах осуществляется по возвратноточной схеме.

При разрушении угля комбайном от 10 до 30% природного метана попадает в шахтную атмосферу, образуя повышенную концентрацию метана вплоть до взрывчатой в районе шнека комбайна. Датчики газового контроля аппаратуры АГК и приборы ТМРК не всегда реагируют на опасную концентрацию газа, поскольку в места, где они установлены, поступает разбавленная метановоздушная смесь. Для недопущения загазирования исходящей струи и был разработан и внедрен комбинированный способ проветривания выемочных столбов.

Эффективность этого способа борьбы с метаном достигается за счет интенсивного проветривания выработанного пространства. При концентрационных потерях угля, что почти всегда имеет место в условиях шахт Кузбасса, вероятность формирования очагов самовозгорания угля становится весьма высокой.

Об особенностях движения взрывчатой концентрации по выработанному пространству, при наличии различных источников высоких температур, достаточных исследований не проводилось. После взрывов метана в газоотводящих выработках вносились дополнения и изменения в соответствующее руководство. Применение комбинированного способа на шахтах Кузбасса прочно вошло в производственную деятельность, и практически отказались от пластовой дегазации, ссылаясь на то, что газопроницаемость угольных пластов Кузбасса очень низкая и толку от пластовой дегазации нет. Но для выполнения требований инструкции и чтобы горный надзор не препятствовал работе очистных забоев, дегазацией стали заниматься формально.

В 3-м квартале 2013 года на шахтах Кузбасса на 29 выемочных участках применялись различные способы дегазации: в 18 лавах — пластовая дегазация, в 24 — дегазация выработанного пространства, в 13 очистных забоях применялась комплексная дегазация. По представленным с шахт сведениям, эффективность комплексной дегазации достигает 80%, но при этом эффективность пластовой дегазации не была определена, так как подобной методики нет. Там, где она была определена «кустарным» способом, ее эффективность не превышала 10%, а в отдельных случаях вовсе близка к нулю.

Специалистам шахт и ученым хорошо известно, что газопроницаемость угольных пластов низкая. Известные способы воздействия на неразгруженный угольный пласт в виде гидроразрыва, пневморазрыва и других в практике дегазационных работ на шахтах Кузбасса, обычно не применяются. Чтобы пласт отдал метан, необходимо время (продолжительность) дегазации и рациональное расстояние между дегазационными скважинами. В производственной практике подземной угледобычи в Кузбассе годами складывалась обстановка, при которой подготовка очередного выемочного столба, как правило, отстает от темпов отработки действующего. При планировании развития горных работ не предусматривается «отстой» лавы для дегазации пласта.

Дегазационная практика угольных бассейнов Караганды, Воркуты и Ростова давно доказала, что газоотдача угольных пластов хоть и незначительная, но тем не менее пласты со временем отдают метан. Только необходимо обеспечить опережение фронта очистных работ подготовительными работами. Кстати, промышленное использование метана и его утилизация давно известна в России и с успехом применяется.

Опыт шахт Австралии давно доказал, что выполнение научно разработанных мероприятий, основанных на заблаговременной дегазации, позволяет забыть о газовом барьере, а горной машине — работать в режиме, который задал конструктор. Самое главное — обеспечение безопасного режима проветривания очистного забоя, недопущение загазирования горных работ, а значит, и взрыва метана.

Если способами заблаговременной дегазации невозможно снизить опасную величину природной газоносности, тогда Горный закон просто не позволяет разрабатывать угольный пласт, чтобы не допустить аварию. Мы не слышим о взрывах метана в Австралии, Германии, Англии, США, ЮАР. Тревожная информация часто поступает из Украины, Китая, России, в большинстве — из Кузбасса.

Исходя из поступающей информации об успехах австралийских шахт в эффективности заблаговременной дегазации угольных пластов с поверхности, перенять этот опыт в ближайшее время в Кузбассе, наверное, не представляется возможным из-за больших организационно-финансовых трудностей. А вот использовать все ресурсы для исследования и наработки эффективной пластовой дегазации нам жизненно необходимо, потому как дальше продолжать разрабатывать газовые пласты по устаревшей и опасной технологии сегодня просто нельзя.

Проектные организации Кузбасса и России по-прежнему штампуют 250-300-метровые лавы в самых разнообразных горно-геологических условиях, не предлагают современные раскройки выемочных полей с многоштрековой подготовкой, с применением способа заблаговременной дегазации угольных пластов. Несправедливо забыты камерно-столбовые системы разработки. Проектные решения во многом выполняются по воле собственника. Кто поверит, что в 300-метровой лаве можно выдержать проектные размеры дегазационных скважин? Разве что — снарядами направленного бурения, которые имеются на шахтах им. Кирова и «Костромовская». Работники ВостНИИ без какого-либо анализа и опыта отработки пластов в аналогичных условиях рекомендуют типовые способы и схемы дегазации, сами проводят экспертизу, не спускаясь в шахту, не осуществляют авторский контроль за реализацией своих проектов. На шахте им. Кирова, являющейся флагманом среди шахт ОАО «СУЭК-Кузбасс» в ведении дегазационных работ, да и на других шахтах, работниками Ростехнадзора неоднократно выявляются многочисленные факты принудительной остановки очистного комбайна специально назначенным человеком (обычно эту роль выполняет горный мастер ВТБ) по нескольку раз в смену, когда концентрация метана увеличивается и близка к 1%.

При очередном взрыве метана в большинстве случаев специалисты ВостНИИ привлекаются к расследованию причин аварии и проведению экспертной оценки случившегося. Чаще причины аварии сводят к человеческому фактору — нарушение паспорта, слабая технологическая дисциплина, низкий производственный контроль и так далее, — спасая тем самым честь своего мундира. Разумеется, устанавливаются технические причины взрыва, рекомендуются многочисленные меры, однако замалчиваются основные причины, не указывается эффективность дегазации, снижена ли природная газоносность и какова величина ее остаточной. Основная цель разработки технических мер — предотвращение повтора аварии. Если они повторяются, тогда предлагаемые меры, их глубина и качество недостаточны для предотвращения взрывов метана.

Выход из создавшегося положения мы видим в создании центра, в который вошли бы специалисты научных и специализированных организаций, институтов и шахт для решения таких задач, как:

— исследование углепородного массива выемочных участков шахт для определения остаточной природной газоносности угольных пластов;

— исследование степени газопроницаемости пластов;

— применение способов разупрочнения неразгруженных пластов;

— выбор эффективного способа, схемы и параметров дегазации;

— выбор современной технологической схемы подготовки выемочного поля;

— разработка методики для определения эффективности дегазации.

За последние пять лет объемы подземной добычи угля в Кузбассе не растут. Но заметим, что, согласно геологическим сведениям, пласты Кузнецкого угольного бассейна, экономически выгодные для подземной добычи, составляют более 80%. В соответствии со Стратегией развития России Кузбасс в ближайшие годы должен увеличить объемы добычи угля на 60-80 млн тонн. Без безопасного развития подземной добычи эту программу осуществить будет трудно.

Главная » Архив 2008-2014 » 2013 | 06 Ноябрь-декабрь » Направление повышения эффективности дегазации на шахтах Кузбасса

Просмотров всего 1897050 сегодня 36 вчера 276 сейчас 5