Файл: Газообильность каменноугольных шахт..pdf

Для успешного решения вопросов борьбы с метаном необхо­ димо знать источники газовыделения и их удельное значение в общем дебите газа, иными словами — структуру газового балан­ са участков.

Основные источники выделения метана на действующих гори­ зонтах угольных шахт Кузбасса:

выработанные пространства в пределах выемочных участков — за счет выделения газа из соседних пластов, боковых пород, не­ разрабатываемых пачек угольного пласта и оставляемого в зава­ ле угля;

угольные массивы в пределах очистного участка; стенки, кровля и почва подготовительных выработок.

Второстепенными источниками газовыделения могут являться зоны геологических нарушений, старые выработанные простран­ ства (за пределами выемочных участков) и оставляемые целики угля.

За последние годы наиболее газоносные пласты на шахтах Кузбасса разрабатывались главным образом следующими систе­ мами: длинными столбами по простиранию, щитовой, комбиниро­ ванной с гибким перекрытием, наклонными слоями с гидрозаклад­ кой, а при гидравлической технологии добычи угля — подэтаж­ ной гидроотбойкой. На примере этих систем приводится изложе­ ние обобщенных результатов исследований ВостНИИ по выявле­ нию структуры газовых балансов участков. При этом надо иметь в виду, что приводимые ниже данные характерны для наиболее газообильных участков, разрабатываемых каждой из систем, но не для системы в целом. При малой газообильности участков, на­ пример при отсутствии газовыделения из сближенных пластов, структура газового баланса может значительно отличаться от опи­ сываемой.

§ 2. СТРУКТУРА ГАЗОВОГО БАЛАНСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТАДИИ ОТРАБОТКИ УЧАСТКОВ

Система разработки длинными столбами по простиранию. Бо­ лее половины высокогазообильных участков разрабатывалось в Кузбассе за последние годы системой длинных столбов по про­ стиранию. Эта система разработки применяется в различных по геологическому строению районах бассейна. Больше всего участ­ ков с высокой абсолютной газообильностью встречается на поло­ гих пластах, разрабатываемых высокопроизводительными механи­ зированными лавами. На пологом и наклонном падении этаж разделяется, как правило, на два-три подэтажа, на крутом иногда число подэтажей доходит до пяти-шести; в последнем слу­ чае лавы отрабатываются одновременно, обычно с опережением нижних лав верхними.

Тектонические факторы, определяющие высокую газообильность участков (закрытые и полузакрытые антиклинальные склад­

10

ки и дизъюнктивные нарушения, срезающие выходы пластов на поверхность), проявляются в районах с крутыми пластами (Араличевском, Кемеровском, Анжерском). В районах с пологими и наклонными пластами геологическое строение месторождений бо­ лее выдержанное.

Наличие свит сближенных пластов характерно для всех рай­ онов Кузбасса. В Анжерском и Кемеровском районах большинст­ во сближенных пластов является рабочими пластами, разраба­ тываемыми во вторую очередь; в других районах рабочие пла­ сты чередуются с нерабочими.

Наиболее высокой степенью метаморфизма отличаются пласты Араличевского, Анжерского и отчасти Кемеровского районов, под­ чиненные балахонской серии. В районах кольчугинской серии отмечено возрастание степени углефикашш пластов по мере уве­ личения глубины горных работ.

Основными источниками газовыделения при разработке уголь­ ных пластов системой длинных столбов по простиранию с обру­ шением кровли являются: выработанные пространства действую­ щих участков, забои лав и массивы угля впереди них, обнажен­ ные угольные поверхности подготовительных выработок. При ме­ ханизированной выемке угля и большой скорости подвигания очистных и подготовительных забоев повышается значение газо­ выделения из транспортируемого угля в общем газовом балансе участка.

Газовыделение из выработанных пространств связано с на­ личием в кровле или почве разрабатываемого пласта сближенных с ним пластов, а также невынимаемых пачек угля. При этом вели­ чина газовыделения зависит также от площади самого вырабо­ танного пространства и от шага обрушения.

Газовыделение из очистного забоя и из массива угля впереди лав изменяется в зависимости от длины лавы. При коротких лавах (менее 100 м) его роль в общем газовом балансе участка сравнительно невелика вследствие дегазации массива подготови­ тельными выработками, особенно при значительном разрыве во времени между началом подготовительных и очистных работ. На участках с относительно высоким удельным значением этого источника отмечается влияние тектоники участка, мощности пла­ ста, протяженности линии очистных забоев, способа выемки угля.

Значительная роль в общем газовом балансе участка принад­ лежит газовыделению с обнаженных угольных поверхностей в проводимых и проведенных подготовительных выработках. На га­ зовыделение из этого источника оказывают влияние тектоника участка (складчатость и дизъюнктивность), угол падения пласта, глубина горных работ от поверхности, качественный состав угля— факторы, определяющие величину природной газоносности пла­ ста. Кроме того, имеет значение скорость проведения и общая протяженность сети подготовительных выработок.

И

Чтобы проанализировать структуру газового баланса и ее изменение во времени, необходимо выделить три стадии работы

характеризуются относительно небольшой площадью выработан­ ных пространств;

III — полное развитие очистных работ, характеризующееся пре­ обладающей площадью выработанных пространств по сравнению с невыну гой частью угольного столба.

Укрупненные данные о структуре газового баланса по стадиям работ для системы разработки длинными столбами по простира­ нию приведены в табл. 5.

Щитовая система разработки. Трудной с точки зрения борьбы с газом является щитовая система, широко применяемая при раз­ работке мощных пластов Прокопьевско-Киселевского района и значительно реже (в различных модификациях)— в некоторых других районах. Хотя наибольшее суммарное абсолютное газовыделение при этой системе на отдельных участках не превышает

12

5000—6000 м^/сут, применение пассивных методов управления газовыделением здесь затруднено, а область применения активных методов ограничена.

Основные источники газовыделения на участках при щитовой системе разработки: выработанное пространство щитовых забоев; угольный массив разрабатываемого столба, включающий щитовой забой, подготовительные выработки (печи, сбойки и т. д.) и от­ битый уголь; столбы угля, подготовленные к отработке щитами; столбы угля, находящиеся в подготовке.

Удельное значение каждого из источников газа зависит от ста­ дии развития работ на участке и от различных природных и гор­ нотехнических факторов. Существенными факторами, определяю­ щими газовыделение из выработанного пространства, являются: наличие сближенных пластов и нерабочих пропластков угля, по­ ложение щита в этаже и потери угля в выработанном пространст­ ве. На газовыделение из щитовых столбов влияет в основном дли­ тельность дренирования пласта углеспускными печами. Поступле­ ние газа из массива столбов, подготовляемых к выемке, зависит от газоносности пласта, свойств угля, протяженности сети подго­ товительных выработок (штреков, печей, сбоек) и времени их су­ ществования.

Для анализа структуры газового баланса щитовых участков и ее изменения во времени выделяется, как и для столбовой си­ стемы, три стадии работы участка:

площадь выработанного пространства превышает оставшуюся пло­ щадь угольного массива.

Данные о структуре газового баланса по стадиям работ для щитовой системы приведены в табл. 6

Т а б л и ц а 6

Комбинированная система разработки с гибким перекрытием.

При разработке некоторых весьма газоносных мощных крутых

13