RU2149263C1

RU2149263C1 - Method for ventilation of highly gassy stoping faces

Info

Publication number: RU2149263C1
Application number: RU98106172A
Authority: RU
Inventors: Г.Я. Полевщиков; С.К. Тризно; В.Т. Преслер; А.В. Гарнага; Е.Н. Козырева
Original assignee: Институт угля и углехимии СО РАН
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2000-05-20

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: method can be used in underground mining of gas-bearing coal seams along strike by long pillars with caving of roof. According to method, stoping face is ventilated by application of straight-flow or return-flow scheme with withdrawing part of outflowing stream through worked-out area by means of gas-exhausting fan. Created in zones of worked-out area close to conjugations of stoping face and air-supplying and air-withdrawing entries as stoping face advances are air-impermeable strips. In zone of conjugation of stoping face and air-supplying entry, air-impermeable strip is created along stoping face after distance which is not larger than setting pitch of immediate roof. In zone of conjugation of stoping face and air-withdrawing entry with application of return-flow ventilation scheme, air-impermeable strip is erected similarly to procedure. At straight-flow ventilation scheme along supported air-exhaust entry, air-impermeable strip can be erected by treating caved rock matter with foamed gel-creating compounds. Application of method allows for reducing amount of leaking air, and efficiency of gas-exhausting fan is improved, also reduced is penetration of methane into work-face area. EFFECT: higher efficiency. 3 cl, 2 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при подземной разработке газоносных угольных пластов столбовыми системами с использованием газоотсасывающих вентиляторов. The invention relates to mining and can be used in underground mining of gas-bearing coal seams using pillar systems using gas suction fans.

Известен способ проветривания газообильных очистных забоев, заключающийся в том, что очистной забой проветривают по прямоточной или возвратноточной схемам с отводом части газовоздушной смеси через выработанное пространство в воздуховыдающие выработки или скважины с помощью газоотсасывающего вентилятора (патент РФ N 1809115, МКИ E 21 F 1/00, 1993 г.). Основным недостатком известного способа проветривания является то, что во всем реальном диапазоне технических возможностей данной схемы максимальная нагрузка на очистной забой при его высокой газообильности не превышает 2000 т/сутки, т. к. уже при этой нагрузке в горной выработке с исходящей струей воздуха концентрация метана достигает предельно допустимого значения (1%). There is a method of venting gas-rich working faces, which consists in the fact that the working face is ventilated according to a direct-flow or return-flow schemes with the removal of a part of the air-gas mixture through the worked-out space into the air-producing workings or wells using a gas suction fan (RF patent N 1809115, MKI E 21 F 1/00 , 1993). The main disadvantage of the known method of ventilation is that in the entire real range of technical capabilities of this scheme, the maximum load on the working face with its high gas mobility does not exceed 2000 t / day, because even at this load in the mine working with an outgoing air stream, methane concentration reaches the maximum permissible value (1%).

Известен способ проветривания при отработке очистного забоя с одновременной выемкой межлавного целика, заключающийся в том, что очистной забой проветривают по прямоточной или возвратноточной схемам с отводом части исходящей струи через выработанное пространство в воздуховыдающую выработку или скважину с помощью газоотсасывающего вентилятора (авторское свидетельство СССР N 1681018, МКИ E 21 F 1/00, 1991 г.). Отличием известного способа является то, что на всю ширину отрабатываемого целика и на треть очистного забоя на секциях механизированного комплекса закрепляют полиэтиленовую пленку, за счет чего снижаются утечки в выработанное пространство. К недостаткам известного способа следует отнести, в первую очередь, низкую надежность пленочного покрытия, т.к. через несколько циклов передвижки механизированного комплекса герметичность покрытия будет нарушена. Кроме того, данный способ не исключает возможности образования местных скоплений метана за покрытием, а также у второго сопряжения лавы с последующим выдавливанием газа в призабойное пространство при деформациях пленочного покрытия в процессе передвижки секций крепи и особенно при обрушении кровли. A known method of airing during mining a face with simultaneous excavation of an inter-main pillar is that the face is ventilated according to a direct-flow or return-flow schemes with the removal of a part of the outgoing stream through a worked-out space into an air-producing outlet or a well using a gas suction fan (USSR copyright certificate N 1681018, MKI E 21 F 1/00, 1991). The difference of the known method is that the entire width of the worked pillar and one third of the working face on the sections of the mechanized complex fix a plastic film, thereby reducing leakage into the worked out space. The disadvantages of this method include, first of all, the low reliability of the film coating, because after several cycles of moving the mechanized complex, the tightness of the coating will be impaired. In addition, this method does not exclude the possibility of the formation of local accumulations of methane behind the coating, as well as at the second lava mate followed by extrusion of gas into the bottomhole during deformation of the film coating during the movement of the roof support sections and especially when the roof collapses.

Сущность изобретения заключается в том, что при выемке высокогазоносных угольных пластов длинными столбами по простиранию с обрушением кровли и отводом части исходящей струи через выработанное пространство с помощью газоотсасывающего вентилятора в зонах выработанного пространства, прилегающих к сопряжениям очистного забоя с воздухоподающей и воздуховыдающей выработками, возводят воздухонепроницаемые полосы, причем в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздухоподающей выработкой, воздухонепроницаемые полосы возводят вдоль очистного забоя на расстоянии друг от друга, не превышающем шага посадки непосредственной кровли. При прямоточной схеме проветривания воздухонепроницаемую полосу в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с поддерживаемой воздуховыдающей выработкой, возводят вдоль указанной выработки. При возвратноточной схеме проветривания воздухонепроницаемые полосы в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздуховыдающей выработкой, возводят вдоль очистного забоя через расстояние, не превышающее шага посадки непосредственной кровли. Воздухонепроницаемые полосы можно возводить путем обработки обрушенных пород вспененными гелеобразующими составами. The essence of the invention lies in the fact that when excavating high-gas-bearing coal seams with long columns along strike along the roof collapsing and withdrawing part of the outgoing stream through the worked-out space with the help of a gas exhaust fan in the zones of the worked-out area adjacent to the faces of the working face with air-supplying and air-working workings, air-tight strips are erected , moreover, in the zone of the worked out space adjacent to the interface of the working face with the air supply working, permeable strips are erected along the face at a distance from each other not exceeding the step of landing the immediate roof. With a direct-flow ventilation scheme, an airtight strip in the area of the worked out space adjacent to the interface of the working face with the supported air-working output is erected along the specified output. In the case of a return-air ventilation scheme, airtight strips in the area of the mined-out area adjacent to the interface between the working face and the air-generating output are erected along the working face through a distance not exceeding the step of landing of the immediate roof. Airtight strips can be erected by treating collapsed rocks with foamed gel-forming compounds.

Основным назначением воздухонепроницаемых полос, возводимых в зоне выработанного пространства, прилегающей к воздухоподающей выработке, является гашение скоростного напора поступающей воздушной струи, направление ее вдоль очистного забоя и снижение утечек воздуха в выработанное пространство. The main purpose of the airtight strips erected in the area of the mined-out area adjacent to the air-supplying outlet is to quench the velocity head of the incoming air stream, direct it along the face and reduce air leakage into the mined-out space.

Задачи воздухонепроницаемых полос в зоне выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя с воздуховыдающей выработкой, и требования к этим полосам зависят от применяемой схемы проветривания. При прямоточной схеме проветривания воздухонепроницаемая полоса предназначена для снижения утечек воздуха через выработанное пространство в исходящую струю и из поддерживаемой воздуховыдающей выработки к газоотсасывающему вентилятору. Данная полоса должна иметь длительный срок службы, высокую податливость и возможность оперативного ремонта. При возвратноточной схеме проветривания назначением полос является уменьшение выноса метана из выработанного пространства за счет снижения притечек воздуха. Основными требованиями к этим полосам являются воздухонепроницаемость и ограниченный срок службы. В результате совместного влияния воздухонепроницаемых полос снижаются утечки воздуха, происходит более эффективное управление газовоздушными потоками в направлениях от рабочего пространства и действующих выработок, снижается опасность динамических выдавливаний газовоздушной смеси из выработанного пространства и более четко разделяются функции отдельных элементов комплексной системы газовоздушного управления на выемочном участке. Дополнительным положительным фактором является снижение опасности эндогенных пожаров в выработанном пространстве за счет уменьшения утечек воздуха и инертизации атмосферы. Сущность изобретения поясняется примерами и чертежом, где на фиг. 1 приведено распределение газовоздушных потоков на выемочном участке при прямоточной схеме проветривания, а на фиг. 2 - то же, при возвратноточной схеме проветривания. The tasks of the airtight strips in the area of the mined-out area adjacent to the interface between the working face and the air-emitting outlet, and the requirements for these strips depend on the ventilation scheme used. With a direct-flow ventilation circuit, an airtight strip is designed to reduce air leakages through the exhausted space into the outgoing stream and from the supported air-emitting outlet to the gas exhaust fan. This strip should have a long service life, high compliance and the possibility of operational repair. In a return-flow ventilation scheme, the purpose of the strips is to reduce the removal of methane from the exhausted space by reducing air leaks. The main requirements for these bands are air tightness and limited service life. As a result of the combined influence of airtight strips, air leakages are reduced, more efficient control of gas and air flows in the directions from the working space and existing workings, the risk of dynamic squeezing of the gas-air mixture from the worked out space is reduced, and the functions of the individual elements of the integrated gas-air control system in the extraction section are more clearly separated. An additional positive factor is the reduction of the risk of endogenous fires in the worked out space due to the reduction of air leaks and inertization of the atmosphere. The invention is illustrated by examples and the drawing, where in FIG. 1 shows the distribution of gas and air flows in the extraction section with a direct-flow ventilation circuit, and in FIG. 2 - the same with a return-air ventilation scheme.

Пример 1. Example 1

Подготовка очистного забоя 1 к выемке произведена двумя подготовительными выработками 2 и 3. Подготовительная выработка 2 является воздухоподающей и по ней к очистному забою подают свежую струю воздуха (Q_в). Проветривание осуществляют по прямоточной схеме, при этом по подготовительной выработке 3 подают подсвежающую струю (Q_к), основную часть исходящей струи (Q_исх) отводят по поддерживаемой в выработанном пространстве воздуховыдающей выработке 4, а оставшуюся часть исходящей струи (Q_вмцг) отводят через выработанное пространство 5 с помощью газоотсасывающего вентилятора 6, например типа ВМЦГ. В выработанном пространстве по мере подвигания очистного забоя возводят воздухонепроницаемые полосы 7 и 8. Воздухонепроницаемые полосы 7 возводят вдоль очистного забоя в зоне 9 выработанного пространства, прилегающей к сопряжению очистного забоя 1 с воздухоподающей выработкой 2. Указанная зона начинается непосредственно за механизированной крепью 10 и длина ее по простиранию не превышает шага посадки непосредственной кровли, а по падению - 25-30 м. Воздухонепроницаемую полосу 8 возводят в зоне 11 выработанного пространства, расположенной за крепью вдоль поддерживаемой воздуховыдающей выработки 4. Указанная зона начинается от механизированной крепи и размер ее по падению пласта совпадает с шириной полосы 8. Ширину полос определяют исходя из свойств материала, используемого для ее возведения. Например, при использовании для этих целей вспененного водного геля на основе жидкого стекла и сульфата аммония в соотношении 1:3 с кратностью вспенивания 6-8 достаточная воздухонепроницаемость для перепада давления 1000 мм вод.ст. достигается даже при ширине полосы по верху 1 м. По результатам экспериментальной проверки в лаве длиной 150 м существенный эффект обеспечивается при длине полосы 7 не менее 30 м и ширине 4-6 м. Целесообразность применения известных гелеобразующих составов для возведения воздухонепроницаемых полос подтверждается таким их свойством, как возможность регулирования сроков твердения пены и стойкости ее. Воздухонепроницаемые полосы возводят путем обработки через механизированную крепь или из поддерживаемой воздуховыдающей выработки 4 обрушенных пород соответствующими составами, снижающими воздухопроницаемость. Ширина воздухонепроницаемой полосы 8 также зависит от свойств материалов, используемых для возведения ее и может быть в пределах 4-10 м. Для сооружения этой полосы могут быть использованы такие материалы, как полиэтиленовая пленка, старые конвейерные ленты, гелеобразующие составы и т.д.The preparation of the face 1 for excavation was carried out by two preparatory workings 2 and 3. Preparatory work 2 is air-supplying and a fresh stream of air (Q _in ) is supplied to the working face. Airing is carried out according to a direct-flow scheme, while a preparatory stream 3 is fed with a refreshing stream (Q _to ), the main part of the outgoing stream (Q _ref ) is _discharged through the _{air-emitting outlet} 4 supported in the mined space, and the remaining part of the outgoing stream (Q _vmcg ) is withdrawn through the generated space 5 by means of a gas suction fan 6, for example, type VMTsG. Airtight strips 7 and 8 are erected in the worked-out space as the working face is moved. Airtight strips 7 are erected along the working face in zone 9 of the worked-out space adjacent to the interface of the working face 1 with air supply 2. This zone starts immediately behind the powered support 10 and its length along strike does not exceed the step of landing of the direct roof, and along the fall - 25-30 m. An airtight strip 8 is erected in zone 11 of the worked-out space located behind repyu supported along vozduhovydayuschey generating 4. This area starts from the support frame and the size of its drop formation coincides with the bandwidth of 8. The width of the bands is determined based on the properties of the material used for its construction. For example, when using foamed aqueous gel based on liquid glass and ammonium sulfate for these purposes in a ratio of 1: 3 with a foaming ratio of 6-8, there is sufficient air impermeability for a pressure drop of 1000 mm water column. achieved even with a strip width on top of 1 m. According to the results of an experimental test in a lava with a length of 150 m, a significant effect is achieved with a strip length of 7 at least 30 m and a width of 4-6 m. The appropriateness of using known gel-forming compositions for the construction of airtight strips is confirmed by their property as the ability to regulate the curing time of the foam and its durability. Airtight strips are erected by treatment through a mechanized roof support or from a supported air-emitting excavation of 4 collapsed rocks with appropriate compositions that reduce air permeability. The width of the airtight strip 8 also depends on the properties of the materials used to erect it and can be in the range of 4-10 m. For the construction of this strip, materials such as plastic film, old conveyor belts, gelling compositions, etc. can be used.

Проветривание очистного забоя осуществляют в основном за счет струи свежего воздуха Q_в, поступающей по воздухоподающей выработке 2. Подсвежающая струя Q_к служит для подсвежения исходящей струи и, как правило, в значительных объемах в выработанное пространство 5 не поступает. В известных способах проветривания разделение Q_в начинается непосредственно от сопряжения. В предложенном способе разделение струи начинается только ниже воздухонепроницаемой полосы 7 за счет градиентов давления, в связи с чем увеличивается количество воздуха, движущегося вдоль забоя Q_з, и сокращается объем утечек:
Q_в=Q_з+Q_вмцг+Q'_исх+Q'_з,
где Q_з, Q_вмцг, Q'_исх, Q'_з - соответственно объемы воздуха, поступающего в забой, отсасываемого газоотсасывающим вентилятором, утечек в исходящую струю и притечек в призабойное пространство.Aeration of the working face is carried out mainly due to a stream of fresh air Q _in coming through the air supply 2. The refreshing stream Q _k serves to lighten the outgoing stream and, as a rule, does not enter significant volumes into the worked out space 5. In known ventilation methods, the separation of Q _in begins directly from the mate. In the proposed method, the separation of the jet begins only below the airtight strip 7 due to pressure gradients, in connection with which the amount of air moving along the face Q _s increases and the amount of leakage is reduced:
Q _in = Q _s + Q _vmtsg + Q ' _out + Q' _s ,
where Q _s , Q _vmtsg , Q ' _ref , Q' _s - respectively the volumes of air entering the face, sucked by a gas suction fan, leaks into the outgoing stream and leakages into the bottom hole.

Величина каждого потока зависит от перепадов давления и аэродинамического сопротивления по каждому направлению. За счет разрушения ранее возведенных полос 7 снижается аэродинамическое сопротивление выработанного пространства 5 в направлении к газоотсасывающему вентилятору 6, что повышает эффективность отсоса метана, выделяющегося в выработанное пространство. Воздухонепроницаемая полоса 8 препятствует выносу обогащенных в выработанном пространстве метаном утечек воздуха Q'_исх в поддерживаемую воздуховыдающую выработку 4 и из нее к газоотсасывающему вентилятору 6 (Q_{вмцг.исх}), в связи с чем происходит перераспределение газовоздушных потоков: снижаются величины Q'_з, Q_вмцг и Q'_исх в пользу Q_з, что обеспечивает улучшение газовой ситуации в призабойном пространстве.The magnitude of each flow depends on the pressure drops and aerodynamic drag in each direction. Due to the destruction of the previously erected bands 7, the aerodynamic drag of the exhausted space 5 decreases towards the gas suction fan 6, which increases the efficiency of the suction of methane released into the exhausted space. Airtight lane 8 prevents removal goaf enriched in methane-air leakage Q 'in _ref supported vozduhovydayuschuyu generation 4 and therefrom to gazootsasyvayuschemu fan 6 (Q _vmtsg.iskh), in connection with which there is a redistribution of air-gas flows: reduced value Q' _s, Q _vmtsg and Q _'ref in favor _of Q that provides improved gas situation in the face opening.

По мере подвигания очистного забоя 1 и передвижки механизированной крепи 10 возводят новую воздухонепроницаемую полосу 7 и наращивают полосу 8. Увеличение расстояния между полосами 7 более величины шага посадки непосредственной кровли является недопустимым, т.к. это может привести к преждевременному нарушению герметичности полосы при обрушении кровли. As the working face 1 moves and the mechanized lining 10 moves, a new airtight strip 7 is erected and strip 8 is expanded. Increasing the distance between strips 7 more than the step of landing of the direct roof is unacceptable, because this can lead to premature failure of the strip when the roof collapses.

Пример 2. Example 2

Подготовку очистного забоя 1 к выемке производят двумя подготовительными выработками 2 и 3. В данном примере подготовительная выработка 2, как и в примере 1, является воздухоподающей. Проветривание осуществляют по возвратноточной схеме, и выработка 3 является воздуховыдающей. Воздухонепроницаемую полосу 7 возводят, как и в примере 1, в зоне выработанного пространства 9, прилегающей к сопряжению очистного забоя 1 с воздухоподающей выработкой 2, а воздухонепроницаемую полосу 8 - в зоне 12 выработанного пространства. Обе полосы возводят за крепью вдоль очистного забоя 1 из расчета не менее одной полосы на каждый шаг посадки непосредственной кровли. Ширину каждой полосы определяют исходя из свойств материала, используемого для ее возведения. Длину каждой полосы выбирают исходя из газообильности лавы, количества подаваемого воздуха и т.д. При использовании для возведения воздухонепроницаемых полос гелеообразующих составов длина каждой полосы 7 и 8 для лавы длиной 150 м может быть в пределах 25-30 м при ширине 4-6 м. Основным назначением обеих полос является уменьшение проветриваемых зон в выработанном пространстве, снижение утечек и притечек воздуха и уменьшение опасности выдавливания газа из выработанного в призабойное пространство. Свежая струя воздуха Q_в поступает по воздухоподающей выработке 2 в очистной забой 1 и движется между забоем и воздухонепроницаемой полосой 7. Ниже полосы 7 происходит разделение Q_в, и часть воздуха (Q_з) движется вдоль забоя, другая часть (Q_вмцг) через выработанное пространство 5 отводится газоотсасывающим вентилятором 6 в направлении, противоположном направлению движения очистного забоя, а некоторое количество воздуха (Q'_з) возвращается из выработанного пространства в Q_з в виде притечек Q_в = Q_з + Q_вмцг + Q'_з и Q_исх = Q_з+Q'_з. Воздухонепроницаемые полосы 7, 8 ограничивают поступление воздуха в зоны выработанного пространства, наиболее опасные по самовозгоранию угля, увеличивают эффективную дальность отсоса газовоздушной смеси газоотсасывающим вентилятором 6 и снижают вынос газа в призабойное пространство с притечками Q'_з и при посадках кровли.The preparation of the face 1 for excavation is carried out by two preparatory workings 2 and 3. In this example, preparatory work 2, as in example 1, is air supply. Airing is carried out according to the return flow pattern, and the output 3 is air-emitting. An airtight strip 7 is erected, as in example 1, in the area of the mined-out space 9 adjacent to the interface of the working face 1 with the air supply 2, and an airtight strip 8 in the zone 12 of the mined-out space. Both strips are erected behind the lining along the face 1 at the rate of at least one strip for each step of landing of the immediate roof. The width of each strip is determined based on the properties of the material used for its construction. The length of each strip is selected based on the gas content of the lava, the amount of air supplied, etc. When using gel-forming compounds for the construction of airtight stripes, the length of each strip 7 and 8 for a 150 m long lava can be between 25-30 m and a width of 4-6 m. The main purpose of both bands is to reduce ventilated areas in the worked out space, and to reduce leaks and leakages air and reducing the risk of squeezing gas from the exhausted into the bottomhole space. A fresh stream of air Q fed _into the air supply for generation 2 in the working face 1 and moves between slaughter and airtight strip 7. Below the strip 7 takes place _{in the} separation Q, and the portion of air (Q _s) moves along the face, the other part (Q _vmtsg) worked out by the space 5 is discharged by the gas suction fan 6 in the opposite direction to the direction of movement of the working face, and a certain amount of air (Q ' _s ) returns from the exhausted space to Q _s in the form of leakages Q _in = Q _s + Q _vmtsg + Q' _s and Q _ref = Q _s + Q ' _s Airtight strips 7, 8 limit the flow of air into the zones of the worked out space, the most dangerous for spontaneous combustion of coal, increase the effective suction range of the gas-air mixture with a gas suction fan 6 and reduce the outflow of gas into the bottom hole with leakages Q ' _s and during roofing.

По мере подвигания очистного забоя производят посадку непосредственной кровли и возводят за крепью новые воздухонепроницаемые полосы 7 и 8, при этом ранее возведенные полосы постепенно разрушаются и влияние их на аэродинамическое сопротивление выработанного пространства прекращается. As the working face moves, the immediate roof is planted and new airtight strips 7 and 8 are erected behind the roof support, while the previously constructed strips are gradually destroyed and their effect on the aerodynamic resistance of the worked out space ceases.

Результаты проведенных исследований показали, что применение способа проветривания с использованием воздухонепроницаемых полос и отводом части исходящей струи через выработанное пространство при отработке высокогазоносных пластов позволяет повысить эффективность системы управления газовоздушными потоками средствами вентиляции до 40% и обеспечить повышение допустимой по газовому фактору производительности очистного забоя в 2,0-2,5 раза. The results of the studies showed that the use of the ventilation method using airtight strips and the removal of part of the outgoing stream through the worked-out space during mining of high-gas-bearing strata allows to increase the efficiency of the gas-air flow control system by ventilation means by up to 40% and to ensure an increase in the productivity of the working face acceptable by the gas factor in 2, 0-2.5 times.

Claims

1. A method of ventilating highly gas-rich working faces, including the use of direct-flow or return-flow ventilation schemes with the removal of part of the outgoing stream through the worked-out space using a gas suction fan, characterized in that as the face moves in the zones of the worked-out area adjacent to the faces of the working face from the air supply and air outlet workings, erect airtight strips, and in the area of the worked out space adjacent to the interface of the treatment plant I with generation of an air supply, air-tight bands erected along the mining face at a distance from each other, not exceeding the immediate roof boarding step.

2. The method of ventilating highly gas-rich working faces according to claim 1, characterized in that when using a direct-flow ventilation circuit with the outlet of the outgoing stream along a supported air-emitting outlet, an airtight strip is erected along the said outlet.

3. The method of ventilating highly gas-rich working faces according to claim 1, characterized in that when using a return-accurate ventilation scheme, an airtight strip is erected in the area of the worked out space adjacent to the interface of the working face with the air-generating output along the working face through a distance not exceeding the step of landing of the direct roof.

4. A method of venting highly gas-rich treatment faces according to any one of paragraphs. 1 to 3, characterized in that the airtight strip is erected by treating the collapsed rocks with foamed gel-forming compounds.