RU2189448C1

RU2189448C1 - Method of creating artificial atmosphere in coal mine

Info

Publication number: RU2189448C1
Application number: RU2001100087A
Authority: RU
Inventors: В.Д. Носенко; Е.Ф. Козловчунас
Original assignee: Носенко Вячеслав Демьянович; Козловчунас Евгений Францевич
Priority date: 2001-01-04
Filing date: 2001-01-04
Publication date: 2002-09-20

Abstract

FIELD: mining; applicable in mining of coal deposits by underground methods. SUBSTANCE: method includes isolation of mine space from ambient atmosphere and formation of inert methane-air medium in isolated space. Inert medium is saturated with methane with simultaneous withdrawal from isolated space of nitrogen-oxygen mixture and accompanying gases, bringing of nitrogen content in isolated space equalling practically to zero. After that, methane medium is saturated with oxygen to produce atmosphere containing 20-39% of oxygen and 80-61% of methane by volume. EFFECT: provision of formation in mine isolated space of artificial atmosphere suitable for breathing and operation in it for sufficiently prolonged period of time. 5 cl

Description

Область применения
Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом.Application area
The invention relates to mining and can be used in the development of coal deposits by underground mining.

Уровень техники
В настоящее время разработка газоносных угольных пластов подземным способом обязательно сопровождается интенсивным проветриванием выработок, причем количество подаваемого в шахту воздуха достигает 12 т на 1 т добытого угля. Широко применяется также предварительная дегазация разрабатываемых пластов, однако используемые при этом методы характеризуются сложностью и высокой стоимостью. Все это резко повышает себестоимость добываемого угля, делая во многих случаях шахты неконкурентоспособными убыточными предприятиями. Однако самое важное заключается в том, что эти меры не обеспечивают необходимой безопасности работ в шахтах. В последние годы произошли крупные аварии, обусловленные взрывами метана и угольной пыли с многочисленными человеческими жертвами.State of the art
Currently, the development of gas-bearing coal seams by the underground method is necessarily accompanied by intensive ventilation of the workings, and the amount of air supplied to the mine reaches 12 tons per 1 ton of coal mined. The preliminary degassing of the developed formations is also widely used, however, the methods used for this are characterized by complexity and high cost. All this dramatically increases the cost of coal mined, making in many cases mines uncompetitive unprofitable enterprises. However, the most important thing is that these measures do not provide the necessary safety of work in mines. In recent years, major accidents occurred due to methane and coal dust explosions with numerous casualties.

Для решения проблемы эффективной и безопасной отработки угольных пластов предлагалось использование в пожаро- и взрывоопасных выработках инертных газовых сред с ведением горных работ без постоянного присутствия людей в рабочей зоне. Сущность предложения заключается в том, что добыча угля, сопряженная с опасностями для горнорабочих, производится в изолированном от земной атмосферы пространстве, заполненном инертной, то есть пожаро- и взрывобезопасной средой, с помощью автоматизированных комплексов оборудования, при этом обслуживающий персонал находится в проветриваемых выработках и снабжен средствами индивидуального и коллективного жизнеобеспечения, используемого при необходимости доступа в изолированную рабочую зону, заполненную инертной средой (Пучков Л.А., Красюк Н.Н., Мазикин B.П. Технология интенсивной отработки высокогазоносных пологих угольных пластов с применением автоматизированных комплексов оборудования и инертных сред. "Горный информационно-аналитический бюллетень", выпуск 5, МГГУ, М., 1994). При этом инертная среда представляет собой метановоздушную смесь, содержащую более 43 об.% метана. Однако такая среда из-за низкого содержания кислорода непригодна для дыхания. Работа в такой среде возможна лишь с использованием дыхательных аппаратов, что резко ухудшает условия труда, которые в шахтах и без того тяжелы и опасны. To solve the problem of efficient and safe mining of coal seams, it was proposed to use inert gas media in fire and explosive workings with mining operations without the constant presence of people in the working area. The essence of the proposal lies in the fact that coal mining, associated with hazards for miners, is carried out in a space isolated from the earth’s atmosphere, filled with an inert, that is, fire and explosion-proof environment, using automated equipment complexes, while the maintenance personnel are located in ventilated workings and equipped with means of individual and collective life support, used if necessary, access to an isolated working area filled with an inert environment (Puchkov L.A., K asyuk NN Mazikin VP technology intensive development of Very shallow coal seams using automated systems equipment and an inert environment. "Mountain information-analytical bulletin", Issue 5, Moscow State Mining University, Moscow, 1994). Moreover, the inert medium is a methane-air mixture containing more than 43 vol.% Methane. However, such an environment is not suitable for breathing due to its low oxygen content. Work in such an environment is possible only with the use of breathing apparatus, which dramatically worsens working conditions, which in mines are already difficult and dangerous.

Задача и сущность изобретения
Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить формирование в изолированном пространстве шахты искусственной атмосферы, пригодной для дыхания и работы в ней с течение достаточно длительного срока.OBJECT AND SUMMARY OF THE INVENTION
The objective of the invention is to ensure the formation in an isolated space of the mine shaft of an artificial atmosphere suitable for breathing and working in it for a sufficiently long period of time.

Эта задача решается с помощью способа создания в угольной шахте искусственной атмосферы, включающего изоляцию шахтного пространства от земной атмосферы и формирование в изолированом пространстве инертной метановоздушной среды; согласно изобретению инертную среду сначала насыщают метаном, одновременно отбирая из изолированного пространства азотно-кислородную смесь и доводя содержание азота и других сопутствующих газов в изолированном пространстве практически до нулевого уровня, после чего образованную в результате этого метановую среду насыщают кислородом до получения газовой смеси, содержащей (по объему) 20-39% кислорода и 61-80% метана. This problem is solved using the method of creating an artificial atmosphere in a coal mine, including isolation of the mine space from the earth's atmosphere and the formation of an inert methane-air medium in an isolated space; according to the invention, the inert medium is first saturated with methane, while simultaneously taking the nitrogen-oxygen mixture from the isolated space and bringing the content of nitrogen and other associated gases in the isolated space to practically zero level, after which the methane medium formed as a result is saturated with oxygen to obtain a gas mixture containing ( by volume) 20-39% oxygen and 61-80% methane.

Изоляции шахтного пространства предпочтительно осуществляют в местах сопряжения шахтных стволов с околоствольными дворами. Isolation of the shaft space is preferably carried out at the junctions of the shaft shafts with the roundabout yards.

Постоянный состав созданной в изолированном пространстве атмосферы поддерживают путем добавления кислорода и/или отбора метана, обеспечивая содержание кислорода в пределах 20-39 об.%. The constant composition of the atmosphere created in an isolated space is maintained by adding oxygen and / or methane extraction, providing an oxygen content in the range of 20-39 vol.%.

Однородность созданной атмосферы обеспечивают путем ее циркуляции по замкнутому циклу с одновременной peгенерацией. The uniformity of the created atmosphere is ensured by its circulation in a closed cycle with simultaneous regeneration.

В изолированном шахтном пространстве целесообразно поддерживать небольшое избыточное давление, препятствующее подсосу воздуха из земной атмосферы. In an isolated mine space, it is advisable to maintain a slight excess pressure, which prevents the suction of air from the earth's atmosphere.

Подробное описание изобретения
Технология создания искусственной шахтной атмосферы рассматривается на примере шахты-новостройки. Сооружение стволов, околоствольного двора, проходку вскрывающих выработок выполняют в естественной (земной) атмосфере. В это же время в околоствольном дворе монтируют стационарное оборудование, в том числе станцию регенерации шахтного воздуха, установку по производству кислорода, а также перемычки для изоляции подземной сети выработок. Работы в естественной атмосфере ведут до тех пор, пока дебит метана из выработок и боковых пород не достигнет величины, достаточной для загазирования в достаточно короткое время шахтного пространства, подлежащего изоляции. В данном случае под загазированием понимается формирование в изолированном пространстве инертной среды, то есть пожаровзрывобезопасной газовой смеси с содержанием метана свыше 43%.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The technology for creating an artificial mine atmosphere is considered on the example of a new building mine. The construction of trunks, a near-barrel yard, and the opening of openings is performed in a natural (earthly) atmosphere. At the same time, stationary equipment was installed in the near-barrel yard, including a mine air regeneration station, an oxygen production unit, and jumpers to isolate the underground mine network. Work in a natural atmosphere is carried out until the methane production rate from the workings and lateral rocks reaches a value sufficient to gas out the mine space to be isolated in a fairly short time. In this case, by gas contamination is meant the formation of an inert atmosphere in an isolated space, that is, a fire and explosion safe gas mixture with a methane content of more than 43%.

После этого с помощью станции регенерации производят отбор из изолированного пространства метановоздушной смеси, из которой выделяют метан и направляют его снова в изолированное пространство, а азотно-кислородную смесь с примесью сопутствующих газов сбрасывают в окружающую (земную) атмосферу. В результате этого инертная метановоздушная среда в изолированном пространстве преобразуется в метановую среду с содержанием азота, близким к нулевому уровню. After that, with the help of a regeneration station, a methane-air mixture is taken from an isolated space, from which methane is extracted and sent again to an isolated space, and the nitrogen-oxygen mixture with an admixture of associated gases is discharged into the surrounding (terrestrial) atmosphere. As a result of this, an inert methane-air medium in an isolated space is converted to a methane medium with a nitrogen content close to zero.

Затем включают установку по производству кислорода, который подают в изолированное пространство, доводя его содержание до необходимого уровня (21-39% по объему). На этом этапе установка по производству кислорода работает в режиме максимальной производительности. После создания в изолированном пространстве заданного состава атмосферы (20-39% О₂ и 61-80% СН₄) установку переключают на эксплуатационный режим, обеспечивающий лишь поддержание в атмосфере изолированного пространства заданного соотношения между кислородом и метаном. Причем поддержание можно осуществлять либо добавлением кислорода, либо отбором метана, либо сочетанием того и другого. Отбираемый метан может быть подан на утилизацию как топливно-энергетический ресурс.Then include the installation for the production of oxygen, which is fed into an isolated space, bringing its content to the required level (21-39% by volume). At this stage, the oxygen production unit operates at maximum capacity. After creating a given atmosphere composition in an isolated space (20-39% О ₂ and 61-80% СН ₄ ), the installation is switched to the operating mode, which ensures only maintaining a predetermined ratio between oxygen and methane in the atmosphere of an isolated space. Moreover, the maintenance can be carried out either by the addition of oxygen, or by the selection of methane, or a combination of both. Selected methane can be submitted for utilization as a fuel and energy resource.

Поддержание однородности газовой смеси (атмосферы) в изолированном пространстве можно обеспечить ее принудительной циркуляцией по замкнутому циклу. Одновременно можно производить регенерацию атмосферы с целью ее очистки от вредных примесей. Для этого в системе циркуляции должны быть предусмотрены соответствующие очистные устройства. Для исключения подсоса в изолированное пространство воздуха из земной атмосферы целесообразно поддерживать в этом пространстве небольшое избыточное давление. Maintaining the homogeneity of the gas mixture (atmosphere) in an isolated space can be ensured by its forced circulation in a closed cycle. At the same time, it is possible to regenerate the atmosphere in order to purify it from harmful impurities. To this end, appropriate cleaning devices must be provided in the circulation system. In order to avoid suction of air into the isolated space from the Earth’s atmosphere, it is advisable to maintain a slight excess pressure in this space.

Использование в угольных шахтах пожаровзрывобезопасной атмосферы, пригодной для дыхания и работы, позволяет существенно повысить безопасность работ по добыче угля (практически исключаются взрывы и возгорания метана и угольной пыли); снять ограничения по газовому фактору на интенсивность очистных и подготовительных работ; уменьшить (а может быть и полностью ликвидировать) опасность эндогенных и экзогенных пожаров; ликвидировать такой сложный и дорогостоящий процесс, как дегазация. Причем это далеко не полный перечень тех преимуществ, которые обеспечиваются использованием в шахтах искусственный атмосферы. The use of a fire-explosion-safe atmosphere in coal mines suitable for breathing and working can significantly increase the safety of coal mining operations (explosions and fires of methane and coal dust are practically eliminated); remove restrictions on the gas factor on the intensity of treatment and preparatory work; reduce (and maybe completely eliminate) the danger of endogenous and exogenous fires; eliminate such a complex and expensive process as degassing. Moreover, this is not a complete list of the advantages that are ensured by the use of an artificial atmosphere in mines.

Возможность работы в атмосфере указанного состава без респираторов или других дыхательных аппаратов подтверждена экспериментальными данными. The ability to work in the atmosphere of the specified composition without respirators or other breathing apparatus is confirmed by experimental data.

Claims

1. A method of creating an artificial atmosphere in a coal mine, including isolation of the mine space from the earth’s atmosphere and the formation of an inert methane-air medium in an isolated space, characterized in that the inert medium is saturated with methane while the nitrogen-oxygen mixture and associated gases are taken from the isolated space, bringing the content nitrogen in an isolated space to almost zero level, after which the formed methane medium is saturated with oxygen until an atmosphere containing 20-39% oxygen and 80-61% methane by volume.

2. The method according to p. 1, characterized in that the isolation of the mine space is carried out in the places where the mine shafts are connected with the round-trunk yards.

3. The method according to p. 1, characterized in that the constancy of the composition of the artificial atmosphere in an isolated mine space is supported by the addition of oxygen and / or the selection of methane.

4. The method according to p. 1, characterized in that the uniformity of the artificial atmosphere in an isolated mine space is provided by circulating it in a closed cycle with simultaneous regeneration.

5. The method according to p. 1, characterized in that in an isolated mine space support excessive pressure to prevent air leaks from the earth's atmosphere.