Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки
Представлено нову схему дегазації газонасиченого масиву, яка передбачає проведення газозбірної виробки в покрівлі суміжного виїмкового стовпа і повторно використовується для дегазації при відпрацьовуванні наступного виїмкового стовпа. The new scheme of degasification of the rock mass, which provide...
Saved in:
| Published in: | Геотехническая механика |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2009
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33285 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки / С.А. Курносов, И.Н. Слащев, В.Н. Сапегин, П.Е. Филимонов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 150-158. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859675907982098432 |
|---|---|
| author | Курносов, С.А. Слащев, И.Н. Сапегин, В.Н. Филимонов, П.Е. |
| author_facet | Курносов, С.А. Слащев, И.Н. Сапегин, В.Н. Филимонов, П.Е. |
| citation_txt | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки / С.А. Курносов, И.Н. Слащев, В.Н. Сапегин, П.Е. Филимонов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 150-158. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехническая механика |
| description | Представлено нову схему дегазації газонасиченого масиву, яка передбачає проведення газозбірної виробки в покрівлі суміжного виїмкового стовпа і повторно використовується для дегазації при відпрацьовуванні наступного виїмкового стовпа.
The new scheme of degasification of the rock mass, which provides driving gas-collecting mine working in a roofing of an adjacent panel and repeatedly used for degasification at working of a following panel, is presented.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:46:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
150 Выпуск № 83
УДК 622.831.325.3:622.012.22
С.А. Курносов, канд. техн. наук,
И.Н. Слащев, канд. техн. наук,
В.Н. Сапегин, мл. научн. сотр.
(ИГТМ НАН Украины),
П.Е. Филимонов, канд. техн. наук
(шахта им. А.Ф. Засядько)
ДЕГАЗАЦИЯ МАССИВА С ПОВТОРНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГАЗОСБОРНОЙ ВЫРАБОТКИ
Представлено нову схему дегазації газонасиченого масиву, яка передбачає проведення
газозбірної виробки в покрівлі суміжного виїмкового стовпа і повторно використовується
для дегазації при відпрацьовуванні наступного виїмкового стовпа.
THE DEGASIFICATION OF THE ROCK MASS WITH REUSE
GAS-COLLECTING MINE WORKING
The new scheme of degasification of the rock mass, which provides driving gas-collecting mine
working in a roofing of an adjacent panel and repeatedly used for degasification at working of a
following panel, is presented.
Применение на шахтах Украины высокопроизводительной выемочной тех-
ники позволяет осуществлять добычу угля с нагрузками на очистные забои от
1,0 до 5,0 тыс. т/сут. При таких темпах отработки угольных пластов метановы-
деление на выемочных участках достигает 30-100 м3/мин. Возможности суще-
ствующих систем вентиляции разбавлять такое количество метана до безопас-
ного содержания практически исчерпаны. Газовая безопасность выработок в
этих условиях может быть обеспечена только за счет каптажа большей части
выделяющегося метана и удаления его из шахты средствами дегазации.
Высокие темпы подвигания очистных забоев обеспечиваются только при
столбовых системах разработки, когда выемка угля не сдерживается подготови-
тельными работами. При этом выработки за очистными забоями погашают и
дегазационные скважины в таких условиях можно бурить только впереди забоя
лавы навстречу ее движению. Опыт показывает, что такие скважины позволяют
каптировать не более 30 % метана, выделяющегося из пластов-спутников и га-
зоносных пород. Для достижения большего эффекта дегазации массива необхо-
димо создать условия, позволяющие сохранять скважины в работоспособном
состоянии на протяжении всего времени отработки выемочного столба. Такие
условия создает проведение дополнительной (газосборной) выработки, предна-
значенной для бурения дегазационных скважин, размещения оборудования и
газоотводящего трубопровода.
Особенностями схем дегазации с применением газосборной выработки
(ГСВ), выгодно отличающими их от ранее разработанных и применяемых на
шахтах отрасли, являются: возможность размещать ГСВ вне зон активного
влияния стационарного и временного опорного давлений и в направлении ми-
нимального действия главных компонент поля напряжений для повышения их
устойчивости; эффективно использовать схемы дегазации при любых системах
"Геотехническая механика" 151
разработки; разделять в пространстве и во времени процессы дегазации массива
и добычи угля; решать проблемы забора метана из разрабатываемого пласта,
вмещающих пород, пластов-спутников и выработанного пространства, как впе-
реди лавы, так и за ней; направлять дегазационные скважины в различные мес-
та скопления метана и применять средства интенсификации газоотдачи, не соз-
давая помех процессу добычи угля.
При проектировании дегазационной системы решается задача оптимизации
места положения ГСВ, которая заключается в выборе удачного сочетания ее
необходимой устойчивости на все время отработки выемочного столба с выбо-
ром рациональных направлений бурения дегазационных скважин на источники
газа с точки зрения их максимальной производительности, устойчивости и про-
должительности работы.
В ИГТМ НАН Украины разработаны схемы дегазации с размещением поле-
вой газосборной выработки в кровле или почве ранее отработанного массива
смежной лавы. Основными преимуществами данных схем являются высокая
устойчивость выработок, расположенных в разгруженной зоне и слабо подвер-
женных влиянию стационарного и временного опорного давления и возмож-
ность забора метана из зон перегиба и зависания разгруженных вмещающих
пород на сопряжении ранее отработанного и отрабатываемого выемочных
столбов [1-3].
Схема дегазации с размещением ГСВ в кровле ранее отработанного массива
смежной лавы апробирована на шахтах им. А.Ф. Засядько и «Краснолиман-
ская» [1, 2]. Анализ проведенных исследований показал, что наиболее рацио-
нальным направлением бурения дегазационных скважин является их ориента-
ция вдоль оси газосборных выработок навстречу забою лавы с отклонением от
оси в сторону отработанной лавы. Метан в скважины поступает, в основном, из
области разгруженного массива, расположенного на границе между выработан-
ным пространством двух смежных лав. Дебит метана из скважин, расположен-
ных вне зоны влияния лавы (более 700 м до лавы), не превышает 1-2 м3/мин и
постепенно увеличивается при приближении очистных работ. Однако, когда
скважины попадают в зону опорного давления лавы (40-250 м), дебит метана
снижается, а затем резко увеличивается после пересечения лавой местоположе-
ния забоев скважин (от 1 до 10 м3/мин.), при этом, концентрация метана в газо-
воздушной смеси достигает 70 % и более. Установлен период изменения кон-
центрации и дебита метана в зависимости от шага посадки основной кровли,
который колеблется в пределах 50-100 м. Основным источником метана явля-
ются газоносные песчаники и пласты-спутники в купольных структурах над ла-
вой, поскольку они легко отдают свободный и десорбированный газ в зонах
разгрузки.
Основным сдерживающим фактором на пути применения ГСВ при дегаза-
ции массива горных пород является ее высокая стоимость. Например, стои-
мость проведения и крепления одного погонного метра подготовительной вы-
работки сечением 13,8 м2 в сложных горно-геологических условиях
ш. им. А.Ф. Засядько составляет порядка 12 тыс. грн.
152 Выпуск № 83
Нами разработана схема дегазации с размещением ГСВ в кровле пласта бу-
дущего выемочного столба, позволяющая использовать дегазационную выра-
ботку при отработке двух смежных столбов, т. е. в два этапа.
На первом этапе работы схема предназначена для предварительной и теку-
щей дегазации газоносных пород и пластов-спутников, расположенных в кров-
ле отрабатываемого пласта, а так же дегазации выработанного пространства
разрабатываемого столба (рис. 1).
1 – разрабатываемый пласт; 2 – подрабатываемый пласт; 3 – вентиляционный штрек;
4 – ГСВ; 5 – дегазационная скважина; 6 – отработанное пространство; 7 – газопровод;
8 – газоотводный трубопровод; 9 – изолирующая перемычка; 10 – вентиляционная сбойка; 11
– переносная перемычка; I – разрабатываемый столб; II – будущий выемочный столб;
2β , 3β – углы наклона скважин при текущей дегазации, град.; 2cl , 3cl – длина скважин при
текущей дегазации, м;
с
r – расстояние между устьями скважин, м; М – минимальное рас-
стояние от кровли отрабатываемого пласта до газоносного источника, на который бурят
скважину, м; h – расстояние по нормали от дегазационной выработки до отрабатываемого
пласта, м; 1h – расстояние по нормали от места начала бурения скважины до кровли отраба-
тываемого пласта, м; ψ – угол разгрузки пород от горного давления, град.
Рисунок 1 – Схема дегазации на 1-ом этапе работы ГСВ
"Геотехническая механика" 153
ГСВ закладывается в кровле нетронутого массива будущего смежного стол-
ба за зоной влияния стационарного и временного опорного давлений от очист-
ных работ в разрабатываемом столбе и соединяется сбойками с конвейерным
штреком лавы. При этом дегазационная выработка проводится на всю длину
намеченного к отработке столба до начала ведения в нем очистных работ. В
ГСВ прокладывается газопровод, который сообщается с дегазационной систе-
мой шахты. Схема проветривания разрабатываемого участка должна быть нис-
ходящей с поточным подсвежением.
Параметры заложения выработки: высота h – расстояние от ГСВ до кровли
пласта и l – расстояние от ГСВ до конвейерного штрека определяются соглас-
но номограмме, приведенной на рис. 2.
Нр – глубина разработки угольного пласта; mв – вынимаемая мощность пласта;
Rс – расчетное сопротивление пород сжатию; h – расстояние от ГСВ до кровли пласта;
l – расстояние от ГСВ до конвейерного штрека
Рисунок 2 – Номограмма расчета параметров заложения ГСВ
154 Выпуск № 83
Расчетное сопротивление пород сжатию Rс определяется по формуле:
Rс=R kс, (1)
где R – предел прочности на одноосное сжатие;
kс – коэффициент нарушенности массива пород.
Коэффициентом kс [4] учитывается дополнительная нарушенность массива
пород поверхностями с малой связностью (зеркала скольжения, трещины, гли-
нистые прослои и т. п.), тектоническая нарушенность, естественная влажность,
степень пластичности, обводненность.
Параметры скважин рассчитываются таким образом, чтобы они пересекали
прослойки газонасыщенных пород на границе разгрузки. Углы разгрузки под-
работанной толщи пород ψ определяются согласно табл. 1.
Таблица 1 – Углы разгрузки подработанной толщи пород
Состав пород междупластья на расстоянии до
8
в
m от кровли разрабатываемого пласта
Доля пород в между-
пластье, %
Угол разгрузки
ψ , град.
Песчаники, известняки, алевролиты до 40 50-55
То же от 40 до 80 55-65
» свыше 80 65-70
Аргиллиты до 50 70-80
То же от 50 до 80 65-70
» свыше 80 60-65
Дегазация осуществляется восходящими скважинами, пробуренными парал-
лельно забою лавы в зоны разгрузки и зависания пород кровли впереди и поза-
ди забоя лавы. Допускается бурение куста скважин с одной установки бурового
станка с расстоянием между кустами 20-40 м. Параметры проведения дегазаци-
онных скважин рассчитываются согласно формулам, приведенным в табл. 2.
Таблица 2 – Параметры дегазационных скважин на 1-ом этапе работы ГСВ
Направление
бурения сква-
жин
Параметры скважин Расчетные формулы
Углы наклона к гори-
зонту 2β , 3β , град.
( )
ψ
αβ
ctgMl
hM
tg
⋅+
−
=− 1
2
; ( ) ( )
ll
hM
tg
оч
2
2 1
3 +
−
=− αβ
Без разворота от
линии падения
(подъема) пла-
ста
Длина 2cl , 3cl , м
( )αβ −
−
=
2
1
2 sin
hM
l
с
; ( )αβ −
−
=
3
1
3 sin
hM
lc
α – угол залегания пласта, град.
оч
l – длина очистного забоя, м.
Основным недостатком данной схемы является большая длина дегазацион-
ных скважин (порядка 300 м) при дегазации разгруженных вмещающих пород
на сопряжении ранее отработанного и отрабатываемого выемочных столбов. С
экономической точки зрения данный недостаток вполне компенсируется воз-
"Геотехническая механика" 155
можностью повторного использования ГСВ при отработке следующего вы-
емочного столба (второй этап работы ГСВ).
На втором этапе ГСВ оказывается расположенной в кровле отрабатываемого
пласта и дегазация осуществляется по схеме, приведенной на рис. 3. Для повы-
шения эффективности схемы на втором этапе ее работы рекомендуется изна-
чально высоту h (см. рис. 2) принимать не менее 6-8 вынимаемых мощностей
пласта, размещая ГСВ выше зоны беспорядочного обрушения непосредствен-
ной кровли отрабатываемого пласта с учетом рационального направления вос-
ходящих скважин на газосодержащие источники, расположенные в зонах раз-
грузки кровли отрабатываемого пласта.
Первичный забор метана (опережающая дегазация) осуществляется скважи-
нами, пробуренными до начала ведения очистных работ в зоны разгрузки (пе-
региба и зависания) пород кровли на сопряжении отработанного и отрабаты-
ваемого выемочных столбов (рис. 3 скважины 1с ). При опережающей дегазации
газосодержащих источников с применением технологий гидродинамического
воздействия, эффективных для условий расположения полевой выработки под
газоносным пластом, скважины бурят восходящими в направлении, близком
вкрест простирания пласта.
При текущей дегазации газоносных пород кровли отрабатываемого пласта
дегазационные скважины бурят до подхода лавы восходящими навстречу очи-
стному забою (скважины 2с и 3с ), а также параллельно забою лавы в сторону
ранее отработанного столба (скважины 4с ) и в сторону смежного будущего вы-
емочного столба (скважины 5с ).
Расчет параметров скважин для опережающей и текущей дегазации осуще-
ствляется по формулам, приведенным в табл. 3.
После отхода лавы на величину, превышающую длину зоны активных
сдвижений подработанного массива, ГСВ используется как каптажная выра-
ботка. За зоной активных сдвижений устанавливают изолирующую перемычку
с газоотводящим трубопроводом. При загазировании ГСВ в результате подра-
ботки, ее подработанная часть отделяется от неподработанной изолирующей
перемычкой с подключением к газоотводящему трубопроводу.
Поскольку ГСВ находится в сложных условиях поддержания, для обеспече-
ния ее устойчивости во время отработки угольного пласта предусматриваются
дополнительные меры по усилению арочной податливой крепи анкерами.
В результате проведенных экспериментальных исследований и аналитиче-
ских расчетов определены рациональные параметры заложения полевой газо-
сборной выработки, которые учитывают влияние очистных работ на геомеха-
ническое состояние горного массива, тип и прочность вмещающих пород и
процессы сдвижения в смежном отработанном пространстве, а также
156 Выпуск № 83
1 – разрабатываемый пласт; 2 – подрабатываемый пласт; 3 – вентиляционный штрек; 4 –
ГСВ; 5 – дегазационная скважина; 6 – отработанное пространство; 7 – газопровод; 8 – газо-
отводный трубопровод; 9 – изолирующая перемычка; 10 – переносная перемычка; 1ϕ , 2ϕ –
углы разворота скважин от линии падения пласта, град.; 1β – угол наклона скважины при
предварительной дегазации, град.; 2β , 3β , 4β – углы наклона скважин при текущей дегаза-
ции, град.; 1cl – длина скважины при предварительной дегазации, м; 2cl , 3cl , 4cl – длина
скважин при текущей дегазации, м;
с
r – расстояние между устьями скважин, м; М – мини-
мальное расстояние от кровли отрабатываемого пласта до газоносного источника, на кото-
рый бурят скважину, м; α – угол залегания пласта, град.; h – расстояние по нормали от де-
газационной выработки до отрабатываемого пласта, м; 1h – расстояние по нормали от места
начала бурения скважины до кровли отрабатываемого пласта, м; ψ – угол разгрузки пород
от горного давления, град.
Рис. 3 – Схема дегазации на 2-ом этапе работы ГСВ
пространственную ориентацию выработки относительно направления действия
главных напряжений. Установлены параметры дегазационных скважин, кото-
рые включают: направление, рациональную длину, диаметр, углы наклона и
разворота.
"Геотехническая механика" 157
Таблица 3 – Параметры дегазационных скважин на 2-ом этапе работы ГСВ
Направление
бурения сква-
жин
Параметры сква-
жин
Расчетные формулы
Углы наклона к
горизонту
1β , 2β , 3β , град.
( )
ψ
αβ
ctgMl
hM
tg
⋅+
−
=± 1
1 ;
( )
ψ
αβ
ctgMl
hM
tg
⋅−
−
=± 1
2 ; αβ −= 0
3 90 Без разворота от
линии падения
(подъема) пла-
ста
Длина 1cl , 2cl ,
3cl , м ( )αβ ±
−=
1
1
1 sin
hM
lc ; ( )αβ ±
−
=
2
1
2 sin
hM
lc ; ( )αβ ±
−
=
3
1
3 sin
hM
lc
Углы разворота
1ϕ , 2ϕ , град.
( )[ ] ααψ
α
ψ
ϕ
sin
1
⋅⋅⋅++−−⋅+
=
tgctgMlhM
сos
ctgMl
a
tg ;
( )[ ] ααψψ
α
ψ
ϕ
sin
cos
2
⋅⋅⋅++⋅−−
⋅+
=
tgctgMlctgMl
ctgMl
a
tg
Углы наклона к
горизонту
4β , 5β , град.
( )[ ]
a
tgctgMlhM
tg 1
4
sincos ϕααψβ ⋅⋅⋅⋅++−= ;
( )[ ]
a
tgctgMlhM
tg 2
5
sincos ϕααψβ ⋅⋅⋅⋅−+−=
С разворотом от
линии падения
(подъема) пла-
ста
Длина 4cl , 5cl , м
41
4 cossin βϕ ⋅
= a
lc
;
52
5 cossin βϕ ⋅
= a
lc
Примечание. В формулах знак плюс принимается при бурении скважин в сторону паде-
ния пласта, а минус – в сторону подъема.
Представленная схема дегазации газонасыщенного массива горных пород
имеет ряд существенных достоинств:
- разделение в пространстве и во времени процессов добычи угля и дегаза-
ции массива;
- возможность использования газосборной выработки для предварительной
и текущей дегазации газоносных пород и пластов-спутников в кровле двух вы-
емочных столбов;
- дегазация выработанного пространства рабочего пласта двух выемочных
столбов;
- отсутствие влияния зон временного и стационарного опорного давления
при отработке 1-го выемочного столба;
- дегазация выработанного пространства 1-го выемочного столба при отра-
158 Выпуск № 83
ботке 2-го выемочного столба.
Внедрение разработанной схемы дегазации на газообильных шахтах Украи-
ны позволит повысить безопасность горных работ и увеличить темпы подвига-
ния очистного забоя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булат, А.Ф. Концепция комплексной дегазации углепородного массива на шахте им. А.Ф. Засядько //
Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотех. мех. НАН Украины. – Днепропетровск, 2003. –
Вып. 42. – С. 3-9.
2. Булат, А.Ф. Концептуальные особенности дегазации при отработке угольных пластов высоконагружен-
ными лавами на больших глубинах / А.Ф. Булат, А.Т. Курносов, С.А. Курносов и др. // Деформирование и раз-
рушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках: Матер. XV Межд.
науч. школы. – Симферополь: Таврич. Нац. Ун-т. – 2005. – С. 34-37.
3. Курносов, С.А. Дегазация газонасыщенного углепородного массива при столбовой системе разработки
пологих угольных пластов // Геотехническая механика: межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотех. мех. НАН Украины.
– Днепропетровск, 2008. – Вып. 74. – С. 215-222.
4. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах
СССР. – Л.: ВНИМИ, 1986. – 126 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33285 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:46:38Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Курносов, С.А. Слащев, И.Н. Сапегин, В.Н. Филимонов, П.Е. 2012-05-27T13:49:18Z 2012-05-27T13:49:18Z 2009 Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки / С.А. Курносов, И.Н. Слащев, В.Н. Сапегин, П.Е. Филимонов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2009. — Вип. 83. — С. 150-158. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33285 622.831.325.3:622.012.22 Представлено нову схему дегазації газонасиченого масиву, яка передбачає проведення газозбірної виробки в покрівлі суміжного виїмкового стовпа і повторно використовується для дегазації при відпрацьовуванні наступного виїмкового стовпа. The new scheme of degasification of the rock mass, which provides driving gas-collecting mine working in a roofing of an adjacent panel and repeatedly used for degasification at working of a following panel, is presented. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки The degasification of the rock mass with reuse gas-collecting mine working Article published earlier |
| spellingShingle | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки Курносов, С.А. Слащев, И.Н. Сапегин, В.Н. Филимонов, П.Е. |
| title | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| title_alt | The degasification of the rock mass with reuse gas-collecting mine working |
| title_full | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| title_fullStr | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| title_full_unstemmed | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| title_short | Дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| title_sort | дегазация массива с повторным использованием газосборной выработки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33285 |
| work_keys_str_mv | AT kurnosovsa degazaciâmassivaspovtornymispolʹzovaniemgazosbornoivyrabotki AT slaŝevin degazaciâmassivaspovtornymispolʹzovaniemgazosbornoivyrabotki AT sapeginvn degazaciâmassivaspovtornymispolʹzovaniemgazosbornoivyrabotki AT filimonovpe degazaciâmassivaspovtornymispolʹzovaniemgazosbornoivyrabotki AT kurnosovsa thedegasificationoftherockmasswithreusegascollectingmineworking AT slaŝevin thedegasificationoftherockmasswithreusegascollectingmineworking AT sapeginvn thedegasificationoftherockmasswithreusegascollectingmineworking AT filimonovpe thedegasificationoftherockmasswithreusegascollectingmineworking |