Способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих метанообильных очистных забоев

гО П И С А Н И Е,1)994763ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(53) УДК 622.822 (088.8) СССР Опубликовано 07.02.83. Бюллетень 5Дата опубликования описания 12.02.83 ие аелам иэебретеии и етирмтийА. А. Мясников, 3. С Быкова, А. П.;:Игнатенко,Б. В. Жуков и Н. Н. Воронкова Восточный научно-исследовательский институт -:,. по безопасности работ в горной промышленности(54) СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ МЕТАНООБИ г 1 ЬНЫХ ОЧИСТНЫХ ЗАБОЕВИзобретение относится к технике безопасности при подземной разработке угольных месторождений и может быть использовано для предупреждения подземных пожаров от самовозгорания угля.Известен способ предупреждения подземных эндогенных пожаров при отработке пластов угля крутого падения, заключающийся в заполнении отработанных выемочных участков инертными газами, для чего участки изолируются перемычками и в них через скважины, пробуренные с поверхности, подаются топочные газы 1.Однако этот способ не применим для предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих очистных забоев,. так как топочные газы, содержащие вредные примеси, могут проступать в действующие выработки,Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ предупреждения эндогенных пожаров, основанный на методе выравнивания давления, предусматривающий ограничение объема выемочного участка путем установки перемычек и вентиляционных шлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов для создания в ограниченном объ.- еме участка давления, равного атмосферному давлению на поверхности. Эффект данного способа заключается в том, что при равенстве указанных давлений будет отсутствовать приток свежего воздуха с поверхности через выработанное пространство и в нем будет формироваться атмосфера с низ о ким содержанием кислорода, исключающаявозможность самовозгорания угля 2. Недостатки известного способа состоятв трудности поддержания постоянного равенства давлений между вентиляционным горизонтом отрабатываемого участка и земной поверхностью, в результате чего возможен воздухообмен между поверхностью и выработанным пространством, невозможности создания в выработанном пространст ве газовоздушной среды с концентрациейкилорода, исключающей самовозгорание угля. Концентрация кислорода в выработанном пространстве в период отработки участков колеблется от 14,5 до 19,7 О/О при сред 99476310 15 20 них значениях 17,О/о, что значительно превышает пожаробезопасный предел.Целью изобретения является повышение эффективности предупреждения эндогенных пожаров путем формирования утечек метановоздушной смеси с низким содержанием кислорода и пожаробезопасными скоростями фильтрации через верхние отработанные горизонты на поверхность.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих метанообильных выемочных участков, включающему ограничение объема выемочного участка с помощью перемычек и вентиляционных шлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов, подачу воздуха в забой осуществляют с напором, превышающим давление на поверхности, причем величину действующего напора определяют по формулеЮОН (1ОИР ) кг/м 2, (1) где 1 дО;О,ОО - коэффициенты, характеризующие пожаробезопасные утечки воздуха, м/с;А/, Ь - безразмерные коэффициенты,характеризующие выработанное пространство в зависимости от крепости пород и состава наносов на поверхности в период отработки участка;а. - коэффициент, характеризующий фильтрацию воздуха через насосы в зависимости от их состава и мощности, м+В;Н - глубина ведения горных работдо вентиляционного горизонта, м;.трения воздуха, кг.с/м 4;Я - соотношение между коэффициентами макрошероховатости и проницаемости выработанного пространства, 1/м.Под действием избыточного давления выделяющийся из массива и отбитого угля метан отжимается в выработанное пространство, где создается атмосфера с низким содержанием кислорода и формируются потоки - утечки данной метановоздушной смеси через вышележащие отработанные горизонты на поверхность, Исключение доступа воздуха с высоким содержанием кислорода в выработанное пространство с поверхности и ограничение скорости фильтрации пожаробезопасными значениями обеспечивают высокую надежность предупреждения эндогенных пожаров.На чертеже показан пример осуществления способа при щитовой системе разработки крутого мощного пласта. 25 30 Э 5 40 45 50 55 Ограничение объема выемочного участка со стороны подачи воздуха производится путем установки в промквершлаге 1 шлюзовых перемычек 2 с проемами для конвейера и дверями для прохода людей и в сбойке 3 - перемычек 4, в которые встроены вспомогательные вентиляторы 5. На вентиляционном промквершлаге 6 устанавливают шлюзовые вентиляционные двери 7 с регулировочными окнами. Свежий воздух в очистной забой под щит 8 подают по полевому штреку 9, а далее нагнетают с помощью вентиляторов 5 по сбойке 3, промквершлагу 1 и основному штреку 10. Отвод исходящей струи осуществляют по вентиляционному штреку 11 через регулировочные окна вентиляционных дверей 7 и промквершлагу 6.Ограниченный объем выемочного участка включает основной штрек 1 О, участки промквершлага 1 и сбойки 3 до перемычек 2 и 4, щитовой забой с нарезными выработками, вентиляционный штрек 11 и промквершлаг 6 до перемычек 7. Величину необходимого действующего напора воздуха в указанном ограниченном объеме определяют по выражению (1), которое составлено с учетом требования направленной фильтрации утечек метана-воздушной смеси с пожаробезопасной скоростью (0,001 м/с). Поддерживают данный напор с помощью вентиляторов 5 и регулировочных окон в вентиляционных дверях 7.В приведенном выражении имеются коэффициенты, значения которых определены экспериментально путем изменения утечек воздуха через отработанное пространство при постоянной площади и длине пути фильтрации для различных горно-геологических условий. Расчет коэффициентов производился при решении системы уравнений по двучленному закону сопротивления движению воздуха. Они характеризуют влияния наносов на поверхности и крепости пород выработанного пространства на фильтрацию газо- воздушной смеси. Коэффициенты а и Б характеризуют наносы и зависят от их мощности и состава. Значения их изменяются соответственно в пределах 0,11 - 0,15 и 0,77 1,12.Значения коэффициентов а и 6 представлены в табл, 1. Коэффициент о характеризует влияние крепости вмещающих пород и принимается равным: для слабых пород 0,85; для пород средней крепости 1,0; для крепких пород 1,15.Коэффициент,в учитывает изменение проницаемости и выработанного пространства в период ведения очистных работ и зависит от глубины разработки, состава и мощности наносов. Значения его изменяются от 1,5 до 4,5.Значения коэффициента ф представлены в табл, 2.Коэффициент Е характеризует соотношение между масштабом макрошероховатости99463 ф=3,5;26 Таблица 1 Коэффициенты 0,15 1,12 0,14 0,91 0,11 0,77 Таблица 2 КоэФФициент у при средней глубине от поверхности до вентиляционного горизонта отрабатываемого участка, м Характеристика наносов наповерхности 20-40 80- 100 190 и больше Глинистые, мощностьюсвыше 1 О м 4,5 2,5 Глинистые, мощностьюменее 10 м 2,0 3,0 2,5 2,0 и коэффициентом проницаемости (8).начения его зависят от глубины разработки, мощности и состава наноеов и изменяются в пределах 220 в 5.Значения коэффициента Я представлены в табл. 3.Кроме указанных коэффициентов в формуле используются следующие показатели: вязкость воздуха р = 1,71 10 в кг.с/м и коэффициент сопротивления трения воздуха Р = 0,1225 кг с 2/м 4. 1 ОВ качестве исходных данных для определения действующего напора приняты: глубина от поверхности до вентиляционного горизонта отрабатываемого участка 180 м, на поверхности, глинистые наносы мощностью 8 - 1 О м, вмещающие пласт породы средней крепости. Для этих условий по табл. 1 - 3 значения коэффициентов составята = 0,14 м ь; Ъ = 0,91; ас= 1,0;с", = 470 мЬ: ОО ф", . 171, 10- О 12ф =,ЗЖ,О О,1 Д 470 = 8 кг/м 2.Поддержание данного действующего напора обеспечивается вспомогательными вентиляторами 5, регулирующими и ограХарактеристики наносов наповерхности Глинистые, мощностьюсвыше 10 м Глинистые, мощностьюменее 10 м Наносов нет, горельники Наносов нет, горельники 1,5 ничивающими вентиляционными сооружениями. За счет разности давлений между поверхностью и вентиляционным штреком выемочного участка возникают направленные утечки метановоздушной смеси из выработанного пространства 12 действующего очистного забоя через отработанные верхние горизонты 13 на поверхность. Наблюдения показали, что через 30 ч после начала испытаний в атмосфере выработанного пространства на границе отработанного столба и верхнего отработанного горизонта концентрация кислорода снижается до 5% против 15 в 7 по известному способу.Способ может применяться при отработке свиты сближенных взаимноподрабатывающихся пластов при включении их в общий объем регулирования,Предлагаемый способ позволит повысить эффективность предупреждения пожаров при отработке особенно газоносных пластов, так как в этом случае исключается выход газа из выработанного пространства в вентиляционный поток, а большая часть выделяющегося газа направляется не в исходящую струю, а отжимается в выработанное пространство.994763 Таблица 3 Соотношение между 6 и 1 в группе пластов Средняяглубина,м под глинистыми наносами мощност.ьюсвыше 10 м менее 10 м 220 260 250 1110 320 530 1120 1170 580 190 Формула изобретения 100;0,001 - коэффициенты, характеризующие пожаробезопасные утечкивоздуха, м;с,ф, Ь - безразмерные коэффициенты,характеризующие выработанное пространство в зависимости от крепости пород и составананосов на поверхности;а - коэффициент, характеризующий фильтрацию воздуха череззо наносы в зависимости от их состава и мощности, м 2 в;ц - вязкость воздуха, кг С/и;Р = 0,1225 - коэффициент сопротивления трения воздуха,кг. см 2 /м 4.35Е - соотношение между масштабоммакрошероховатости и коэффициентом проницаемости, 1/м.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР80019, кл, Е 21 Г 5/00, 1945.2. Руководство по применению методавыравнивания давления для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в условиях Кузбасса. Кемерово, ВостНИИ, 1966,45 с. 9 - 12 (прототип). Способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих метанообильных очистных забоев, включающий ограничение объема выемочного участка с помощью перемычек и вентиляционных шлюзовых дверей и проветривание путем подачи воздуха в очистной забой с помощью вспомогательных вентиляторов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет формирования утечек метановоздушной смеси с низким содержанием кислорода и пожаробезопасны ми скоростями фильтрации через верхние отработанные горизонты На поверхность, подачу воздуха в очистной забой осуществляют с напором, превышающим давление на поверхности, причем величину действующего напора определяют по формуле 100 Н ( 0001 У ),/ 2д в а а .Р+ е где Н - глубина ведения горных работдо вентиляционного горизонта, м/с; при отсутствии наносов,под горельниками11303Филиал едактор В. Ивановааказ 601/17 Сост Тех Тир ПИ Госуд делам Москва,П Патенвительред И. Важ 442арственнизобретеЖ - 35,т, г. У ого комитета ний и откры Раушская на жгород, ул. Корректор Г. ОгаПодписноеСССРий