Спосіб провітрювання та відводу метану з виробки, що погашається, та система для його реалізації

1. Спосіб провітрювання і відводу метану з виробки, що погашається, що включає подачу повітря на ділянку, відвід метану по повітроводу за рахунок загальношахтної депресії, контроль кон C2 2 93731 1 3 заходи, які забезпечують регулювання витрати повітря, що виключає можливість оперативного керування газовою обстановкою в виробці, що провітрюється за рахунок загальношахтної депресії. Відома конструкція вентиляційної перемички призначеної для провітрювання тупикової виробки за рахунок загальношахтної депресії що включає: перемичку парашутного типу з елементами кріплення й отвором у куполі; вентиляційний рукав один кінець якого сполучений з отвором купола перемички, а інший виконано регульованим по перетину (МПК Е 21 F 1/14, авторське посвідчення СРСР № 905491, БИ № 6, 1982). Недоліком такої вентиляційної системи є те, що вона може бути використана тільки при нагнітальному способі провітрювання тупикової виробки, при якому всі шкідливі речовини, що виносяться повітряним потоком із призабійної її частини, будуть переміщатися по всій довжині від вибою до устя. Найбільш близьким по своїй сутності до запропонованого технічного рішення є спосіб відводу метану з виробленого простору по короткому трубопроводі за рахунок загальношахтної депресії, що включає подачу повітря на ділянку, відвід метану по комбінованому повітроводу, контроль концентрації метану в зоні погашення і на виході із системи, розведення метану в системі і відвід за межі робочої зони виїмкової дільниці (КД 12.01.201-98 Техногические схеми разработки пологих пластов на шахтах Украины. Руководящий нормативный документ Министерства угольной промышленности Украины. - 1998. - c. 172). Описаному способу притаманні наступні недоліки: низька безпека при його реалізації через те, що за глухою перемичкою, що відокремлює частину вентиляційного штреку, що погашається, і на ділянці трубопроводу з гофрованим рукавом, починаючи від входу та до вікна з засувкою і клапаном, при раптових, інтенсивних змінах концентрації метану, обумовлених спонтанним впливом гірничотехнічних факторів у межах виїмкової дільниці і дуже обмеженою можливістю керування повітряними потоками для розведення метану, можливо підвищення його концентрації до вибухонебезпечних величин. Крім того реалізація способу вимагає значних матеріальних і трудових витрат по монтажу і демонтажу металевого трубопроводу, розділової перемички і перемичок з вентиляційними вікнами і дверми при низькому коефіцієнті повторного використання матеріалів. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу провітрювання і відводу метану з виробки, що погашається, у якому шляхом включення інших технологічних операцій, параметрів контролю і принципів керування станом шахтної атмосфери, досягається можливість оперативного контролю і керування станом шахтної атмосфери у виробках виїмкової дільниці з урахуванням динаміки перехідних газодинамічних процесів, при спонтанних впливах гірничотехнічних факторів, зміни стану аеродинамічних параметрів системи гірських виробок дільниці і за рахунок цього підвищення безпеки ведення гірничих робіт, поліпшення умов 93731 4 праці гірників при зниженні витрат на провітрювання. Задача вирішується тим, що у відомому способі провітрювання і відводу метану з виробки, що погашається, який включає подачу повітря на дільницю, відвід метану по повітроводу за рахунок загальношахтної депресії, контроль концентрації метану в зоні погашення і на виході з повітроводу, розведення метану в змішувачі та відвід його за межі виїмкової дільниці, відповідно до винаходу попередньо визначають і задають межі допустимих значень концентрації метану, співвідношення зміни концентрацій метану і витрат повітря у виробках дільниці з урахуванням динаміки перехідних газодинамічних процесів, контролюють поточні значення цих співвідношень, зіставляють із заданими величинами та за результатами порівняння здійснюють розподіл повітря по виробках дільниці, контролюючи при цьому поточні значення контрольованих параметрів, до моменту досягнення цими параметрами значень заданих величин. В основу винаходу поставлена задача удосконалення системи провітрювання виробок виїмкової дільниці шляхом уведення нових конструктивних елементів, взаємного їхнього розміщення та взаємодії, завдяки чому досягається: можливість контролю і керування станом повітряних потоків з урахуванням концентрації метану у виробках, швидкості руху повітря, впливу динаміки перехідних газових процесів; оперативної зміни аеродинамічних параметрів елементів вентиляційної системи виїмкової дільниці та за рахунок цього підвищити оперативність, ефективність провітрювання виробок виїмкової дільниці, знизити витрати електроенергії, матеріалів, трудомісткість робіт, забезпечити безпеку і поліпшити умови праці гірників. Задача вирішується тим, що у відомій системі провітрювання виробок виїмкової дільниці, що включає повітровід, пропущений через розділову перемичку, один кінець якого знаходиться в зоні погашення гірської виробки, а інший через змішувач з'єднано з регульованою перемичкою, згідно винаходу, повітровід виконано із гнучкого матеріалу, армованого спіраллю, розділова і регульована перемички виконані у вигляді регуляторів витрати повітря парашутного типу один із яких встановлено у зоні змішувача та обладнано обмежником ходу тягового канату, а інший з протилежного кінця трубопроводу. На фіг. 1 показаний спосіб провітрювання та відводу метану з виробки, що погашається, коли обидва регулятори знаходяться в закритому положенні; на фіг. 2 представлений варіант, коли розділовий регулятор, встановлений у частині штреку, що погашається, знаходиться в проміжному для регулювання витрати повітря положенні і через нього в тупикову частину виробки надходить повітря, а регулятор, розміщений у місці установки змішувача - закритий; на фіг. 3 приведений варіант реалізації способу, коли регулятор робочої зони, розміщений у місці установки змішувача, знаходиться у відкритому положенні для проходу повітря, а розділовий регулятор, встановлений у виробці, що погашається - закритий; на фіг. 4 5 зображений випадок, коли обидва регулятори знаходяться в положеннях регулювання витрати повітря. Де 1 - погашена частина вентиляційного штреку; 2 - тупикова частина вентиляційного штреку, що провітрюється при погашенні; 3 - кінець трубопроводу, пропущений через розділовий регулятор; 4 - полотнище виконавчого органа розділового регулятора; 5 - елементи кріплення краю полотнища по периметру гірської виробки; 6 - трос, закріплений по периметру виробки; 7 - петлі кріплення строп керування по вільному краю полотнища; 8 - стропи керування виконавчим органом регулятора; 9 - роз'ємний, сполучний пристрій; 10 - тяговий канат привода регулятора; 11 - сполучення вентиляційного штреку з очисним вибоєм (лавою); 12 - привод розділового регулятора; 13 - гнучкий, армований спіраллю вентиляційний трубопровід, 14 - привод регулятора витрати повітря в робочій зоні вентиляційного штреку; 15 - тяговий канат привода; 16 - обмежник ходу тягового каната; 17 повітряний потік, що проходить через змішувач; 18 - елементи кріплення полотнища регулятора витрати повітря робочої зони вентиляційного штреку; 19 - полотнище виконавчого органу регулятора робочої зони; 20 - змішувач повітря; 21 - потік повітря, що відводиться за межі робочої зони вентиляційного штреку через змішувач; 22 - повітряний потік, що надходить з лави в робочу зону вентиляційного штреку; 23 - повітряний потік, що виходить з лави; 24 - повітря, що надходить з лави в частину вентиляційного штреку, що погашається, через вироблений простір; 25 - робочий простір очисного вибою; 26 - повітряний потік, що проходить через відкритий, розділовий регулятор; 27 - повітряний потік, що надходить у частину вентиляційного штреку, що погашається, з лави через розділовий регулятор; 28 - метано-повітряна суміш, що видаляється з тупикової частини штреку, що погашається, через повітровід; 29 - повітря, що проходить через регулятор робочої зони вентиляційного штреку. Відомо, що при спонтанному прояві природних і гірничотехнічних факторів таких як: швидке зниження атмосферного тиску, викиди та суфлярні виділення метану з пласта, що відпрацьовується, надходження метану з порід, що його вміщають, і пластів супутників, зміна режимів роботи головних вентиляторних установок, різке зменшення аеродинамічного опору вентиляційних споруджень (перемичок, дверей, шлюзів і т.д.), збільшення продуктивності комбайна в лаві, обвалення породи у виробленому просторі та ін., на виїмковій дільниці неминуче виникають перехідні газодинамічні процеси, що супроводжуються появою сплесків концентрацій метану в дільничних виробках. У результаті прояву цих процесів в повітряних потоках гірських виробок утворюються зони з підвищеним вмістом метану в яких його концентрація найчастіше перевищує допустимі величини. Зважаючи на те, що прояви природних і окремих технічних факторів практично не передбачувані, то уникнути небажаних наслідків загазування виробок практично неможливо. Запропонований спосіб провітрювання та відводу метану передбачає попереднє 93731 6 визначення меж допустимих значень концентрацій метану і співвідношення їх з витратами повітря у виробках та з урахуванням характерних для цієї виїмкової дільниці параметрів, що визначають газодинамічну ситуацію, задають межі допустимих значень концентрацій метану і витрат (швидкостей) повітря у виробках цієї дільниці. Здійснюється спосіб таким чином. Для ефективного провітрювання тупикової частини вентиляційного штреку 2, що погашається, відводу метану по повітроводу 13, розведення його в змішувачі 20 і видалення за межі робочої частини вентиляційного штреку за рахунок загальношахтної депресії, попередньо задають верхні межі допустимих значень концентрації метану в зоні 2 вентиляційного штреку, що погашається, у повітряному потоці 22, на виході з лави 25 і в потоку 21, що виходить зі змішувача 20, швидкість повітряного потоку 22 у вентиляційному штреку та контролюють поточні значення цих показників у процесі провітрювання виробок дільниці. Порівнюють поточні значення контрольованих показників із граничними та за результатами порівняння концентрацій метану, співвідношень витрат повітря і змісту в ньому метану, здійснюють розподіл повітряних потоків 17, 21, 22, 23, 24, 27, 28 та 29 по виробках дільниці, контролюють при цьому поточні значення контрольованих параметрів і, з урахуванням динаміки перехідних газодинамічних процесів, змінюють витрати повітря у виробках до моменту досягнення цими параметрами заданих граничних величин. Для реалізації способу у вентиляційному штреку прокладають армований спіраллю вентиляційний повітровід, що складається з окремих секцій 13 таким чином, щоб один його кінець 3 знаходився безпосередньо в завальній частини вентиляційного штреку, що погашається, до іншого кінця, розміщеного в робочій частині вентиляційного штреку, приєднують змішувач 20. На ділянці вентиляційного штреку, що погашається, між тупиком 2 і місцем сполучення штреку з очисним вибоєм (лавою) 11 установлюють розділовий регулятор витрати повітря парашутного типу, виконавчий орган якого виконаний з повітронепроникного, еластичного матеріалу 4 у вигляді бічної поверхні циліндра. Один край полотнища виконавчого органа регулятора, за допомогою елементів кріплення (карабінів) 5, приєднаний до троса 6, закріпленого по периметру гірничої виробки, вільний край полотнища обладнано петлями 7 до яких пристосовують стропи керування 8. Вільні кінці строп керування збирають у вузол і через роз'ємний сполучний пристрій 9 приєднують до тягового каната 10 привода 12, встановленого в робочій частині вентиляційного штреку. За допомогою привода 12, та тягового каната 10, натягають стропи керування 8, при цьому вільний край полотнища виконавчого органа регулятора з петлями 7 загортається усередину до центра поперечного перерізу гірської виробки. Протилежні краї полотнища стуляються в центральній частині виробки, утворюючи куполоподібну поверхню, що перекриває поперечний переріз виробки. У місці розташування змішувача 20 по периметру виробки закріплюють 7 трос 18 для кріплення виконавчого органа другого регулятора 19, установлюють привод регулятора 14 з боку очисного вибою 25, а тяговий канат 15 пропускають через обмежник ходу 16, виконаний з можливістю фіксації в будь-якому місці по довжині виробки. При закритих положеннях виконавчих органів регуляторів 4 і 19, частину повітря 24, що надходить по лаві 25, направляють через вироблений простір у тупикову частину штреку 2, що погашається, розбавляють метан, який надходить з виробленого простору очисного вибою 25 і погашеної частини штреку 1, і по секціях повітроводу З, 13, через змішувач 20 видаляють у вентиляційний штрек 21 за регулятор 19. Повітря 23, що виходить з лави 25 подається для провітрювання робочої частини вентиляційного штреку 22, провітрює його і потоками 17 через змішувач 20 видаляється за регулятор робочої зони 19. При збільшенні дебіту метану з погашеної частини вентиляційного штреку 1 у тупикову частину 2 (див. фіг. 2) і утворенні там його підвищених концентрацій, тяговий канат 10 розділового регулятора відпускають, полотнище його виконавчого органа 4 розгортається й утворює проріз 26 через який повітряний потік 27 з лави 25 через регулятор 4 надходить у тупикову частину штреку 2 для поліпшення провітрювання і розведення метану до безпечних концентрацій. З тупикової частини штреку метано-повітряну суміш 28 по трубопроводу 13 подають у змішувач 20, де її додатково розбавляють і відводять за регулятор робочої зони 19 у вентиляційний штрек 21. Частина повітряного потоку 22, що виходить з лави 25, використовується для провітрювання робочої частини штреку і додаткового розбавлення метану, що виводиться по повітроводу 13 потоком 17 у змішувачі 20, а потім видаляють у вентиляційний штрек 21 за межі його робочої зони, обмеженої регулятором 19. Під час відкриття регулятора 4 контролюють концентрацію метану в тупиковій частині штреку, що погашається, 2, причому швидкість подачі каната 10 вибирають таку, щоб при прояві газодинамічних явищ концентрація метану не перевищувала заданих граничних значень. При незадовільному провітрюванні робочої частини вентиляційного штреку, обмеженої регуляторами 4 і 19 (фіг. 3) розділовий регулятор 4 за допомогою привода 12 переводять у закрите положення, а тяговий канат 15 регулятора 19 відпускають, регулятор 19 відкривається. У цьому випадку, потік повітря 23, від загального потоку, що надходить по лаві 25, направляють на провітрювання робочої частини вентиляційного штреку 29, а потік 17 пропускають через змішувач 20 для розведення метано-повітряної суміші 28, що надходить по повітроводу 13 з тупикової частини 2 вентиляційного штреку. Положення обмежника ходу 16 тягового каната 15 привода 14 вибирають таким чином, щоб при стабільному виділенні метану і проміжному (відкритому) положенні виконавчого органа регулятора 19 забезпечувалося ефективне провітрювання лави та вентиляційного штреку. Переведення роздільного регулятора 4 у закрите положення здійснюють одночасно з відкриттям регулятора 19 таким чином, щоб загальна кількість 93731 8 повітря, що подається на виїмкову дільницю, залишалася незмінною. При цьому контролюють концентрації метану як у тупиковій частині штреку 2, так і в робочій його частині, а швидкість регулювання перерозподілу повітряних потоків вибирають так, щоб контрольовані концентрації метану в процесі регулювання не перевищували граничних допустимих значень. Процес регулювання продовжують доти, доки концентрації метану не досягнуть заданих величин. Прояв різних природних і технологічних факторів таких як: суфлярне виділення метану в лаві, надходження метану з виробленого простору і пластів супутників, зміна атмосферного тиску та режиму роботи вентиляторної установки, підвищення продуктивності комбайна при виїмці вугілля можуть привести до спонтанного збільшення виділення метану в гірничі виробки виїмкової дільниці (фіг. 4). Зниження концентрацій метану до безпечних величин забезпечується шляхом збільшення подачі повітря на виїмкову дільницю. Для цього за допомогою привода 12 роздільного регулятора 4 і привода 14 регулятора 19 відпускають тягові канати 10 та 15. Регулятори 4 і 19 відкриваються, а кількість повітря, що проходить по лаві 23 - збільшується. Відповідно, збільшується кількість повітря 27, що проходить через регулятор 4 для провітрювання тупикової частини вентиляційного штреку 2 та 29, що проходить через регулятор 19 для провітрювання робочої частини штреку. Одночасно при збільшенні кількості повітря що проходить через регулятори 4 та 19, зменшуються витоки повітря 24 через вироблений простір лави в тупикову частину 2 вентиляційного штреку, що погашається. Відповідно зменшується кількість повітря, що проходить через вироблений простір і концентрація метану в тупиковій частині 2 вентиляційного штреку. Загальне збільшення кількості повітря, що подається на виїмкову ділянку, запобігає виникненню вибухонебезпечних концентрацій метану у виробках дільниці. При виїмці вугілля очисний вибій і вільний простір лави 25 переміщаються в напрямку руху вихідного потоку повітря 22, до регулятора 19. Слідом за лавою гаситься і вентиляційний штрек, а тупикова його частина 2 наближається до регулятора 4. Застосування гнучкого, армованою спіраллю повітроводу, що складається з окремих секцій, дозволяє без демонтажу останніх зменшувати загальну довжину повітроводу за віссю в 12 разів. Після погашення штреку на довжину, що дорівнює довжині однієї або більше секції, з урахуванням довжини непогашеної тупикової частини штреку, роблять перемонтаж розділового регулятора 4 ближче до сполучення штреку 3 лавою 11. У цьому випадку одну або більше секцій повітропроводу демонтують, а ті, що залишилися, розтягують на довжину, при якій забезпечується видалення метану безпосередньо з завальної частини 2 штреку, за межі його робочої зони, обмеженої регуляторами 4 і 19. Періодичне переміщення розділового регулятора 4 і скорочення повітроводу проводиться доти, доки довжина робочої частини штреку залишається достатньою для виконання необхідних технологічних операцій по видобутку 9 вугілля. При досягненні моменту, коли довжина робочої частини штреку стає недостатньою для ефективного ведення очисних робіт, роблять демонтаж змішувача і регулятора робочої зони 19, нарощують повітропровід на максимальну його довжину, з'єднують зі змішувачем 20 і в цьому місці монтують регулятор 19. В міру погашення штреку операції по виконанню демонтажних і монтажних робіт повторюються. Застосування роздільного регулятора витрати повітря парашутного типу замість роздільної перемички зменшує трудомісткість монтажних і демонтажних робіт, витрату матеріалів, забезпечує регулювання витрати повітря, що направляється для провітрювання тупикової частини вентиляційного штреку, що погашається, і підтримку заданих концентрацій метану в обмеженому регулятором 4 просторі штреку, що погашається. Уведення гнучкого вентиляційного повітропроводу, армованого спіраллю, і завдяки можливості армованих його секцій змінювати довжину в 12 разів, дозволяє: зменшити транспортні витрати, трудомісткість монтажних і демонтажних робіт; підвищити герметичність трубопроводу на криволінійних ділянках і безпеку від накопичування статичної електрики у повітропроводі; збільшити термін служби повітропроводу, що має підвищену стійкість до впливу агресивних середовищ. Застосування другого регулятора замість двох перемичок з вентиляційними вікнами дозволяє 93731 10 зменшити витрати на монтажні і демонтажні роботи, витрати на матеріали, розширити діапазон регулювання витрати повітря на ділянці штреку, що знаходиться в експлуатації, та у виробках виїмкової дільниці. Обладнання регулятора обмежником ходу тягового каната, дає можливість установлювати виконавчий орган регулятора в граничне положення, завдяки якому при плановому видобутку вугілля забезпечується задана витрата повітря в робочій частині штреку, що знаходиться в експлуатації, а концентрації метану не перевищують гранично допустимих величин. Застосування запропонованого способу провітрювання та відводу метану з частини вентиляційного штреку, що погашається, при стовповій системі розробки завдяки використанню при його реалізації двох парашутних регуляторів витрати повітря, гнучкого армованого спіраллю вентиляційного трубопроводу дозволить: зменшити витрати на провітрювання виїмкової дільниці; знизити вартість провітрювання, трудомісткість робіт та зменшити витрати необхідних для реалізації способу матеріалів; підвищити ефективність і оперативність керування вентиляційними потоками у виробках видобувної дільниці; забезпечити надійність вентиляції та безпечні умови праці гірників. 11 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 93731 Підписне 12 Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601