способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа

Формула изобретения

Способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа, заключающийся в периодической подаче пены в выработанное пространство и формировании вдоль лавы изолирующих полос с заданными расстояниями между ними, отличающийся тем, что перед формированием пенных полос определяют длину зоны обрушения, а пенные полосы формируют из твердеющей пены, причем устойчивость ₁ пенных полос у очистного забоя меньше, чем устойчивость ₂ пенных полос у вентиляционного штрека, при этом ₁ и ₂ определяют из математических выражений

- устойчивость пенных полос у очистного забоя;

- устойчивость пенных полос у вентиляционного штрека,

где F - длина зоны обрушения основной кровли, м;

V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к области защиты, профилактики и снижения вероятности взрывов пылегазовоздушной смеси в выработанном пространстве и прилегающих к нему выработках угольных шахт.

Известен способ закладки и защиты выработанного пространства (патент RU №2232900, МПК 7Е21Р 15/00, 2002 г.), заключающийся во взрывании емкостей с быстротвердеющей полимерной расширяющейся жидкостью на основе пенополиуретана в днище выработанного пространства камеры и последующим размещении в ней сухого закладочного материала.

Недостатком способа является горючесть и канцерогенность пенополиуретана, а также использование взрывчатых веществ для получения пенной массы.

Известен, принятый за прототип, способ предотвращения взрывов газа в выработанном пространстве очистных забоев угольных шахт (патент RU №2203425, МПК 7Е21Р 5/00, 2001 г.), основанный на периодической подаче за механизированную крепь в выработанное пространство стабильной пены с заполнением ею пустот между кусками обрушивающейся в нее кровли.

Недостатками способа являются недостаточно высокая степень защиты от взрывов пыли и газа из-за низкой долговечности и высокой газопроницаемости используемой стабильной пены.

Техническим результатом изобретения является устранение указанных недостатков: повышение защитных свойств выработанного пространства от взрывов пыли и газа за счет управления утечками воздуха в выработанном пространстве введением экономичных, практически газонепроницаемых, экологически безопасных составов твердеющих пен различной устойчивости.

Технический результат достигается тем, что способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа, заключающийся в периодической подаче пены в выработанное пространство и формировании вдоль лавы изолирующих полос с заданными расстояниями между ними, согласно изобретению перед формированием пенных полос определяют длину зоны обрушения, а пенные полосы формируют из твердеющей пены, причем устойчивость ₁ пенных полос у очистного забоя меньше, чем устойчивость ₂ пенных полос у вентиляционного штрека, при этом ₁ и ₂ определяют из математических выражений:

- устойчивость пенных полос у очистного забоя;

- устойчивость пенных полос у вентиляционного штрека, где

F - длина зоны обрушения основной кровли, м;

V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут.

Способ повышает защитные свойства выработанного пространства от взрывов пыли и газа за счет управления утечками воздуха в выработанном пространстве введением экономичных, практически газонепроницаемых, экологически безопасных составов твердеющих пен различной устойчивости.

Способ поясняется чертежами, где на Фиг.1 показана схема действия твердеющей пены на участке, опасном по взрыву пыли и газа, а на Фиг.2 показано распределение «притечек» воздуха по длине вентиляционного штрека при применении способа.

Используемая твердеющая пена состоит из смеси различных видов карбомидо-формальдегидных смол с различными твердеющими добавками и стандартными пенообразователями. Ее устойчивость варьируется из-за различной степени разбавления исходного раствора водой и образована с использованием стандартных пеногенераторов.

Формирование пенных полос с различной устойчивостью у очистного забоя и вентиляционного штрека в выработанном пространстве приводит к практически полной изоляции выработанного пространства от опасных по взрыву газу и пыли, перемещение утечек воздуха к призабойному пространству за пределы зоны высоких концентраций метана и повышение безопасности угольной шахты.

Использование в способе твердеющих пен с повышенной устойчивостью позволяет практически полностью устранить проникновение опасного по взрыву газа и пыли в горные выработки, вызванное низкой скоростью «слеживаемости» обрушенной породы в выработанном пространстве.

Способ осуществляется при разработке угольных пластов длинными очистными забоями с управлением горным давлением полным обрушением пород кровли за крепью при прямоточном проветривании выемочного участка по воздухоподающему штреку 1, очистному забою 2, вентиляционному штреку 3. При этом прохождение воздуха через зону повышенного метановыделения в выработанном пространстве 4 блокируется пенными полосами 5, 6 у очистного забоя 2 и вентиляционного штрека 3 соответственно.

Пенные полосы 5 у очистного забоя 2 формируют периодически на расстоянии L_шаг между ними, причем это расстояние равно половине длины F зоны обрушения основной кровли. А ширина L_n пенных полос определяется значением, при котором газопроницаемость из зоны интенсивного газовыделения практически отсутствует и определяется опытным путем по стандартным методикам. Устойчивость ₁ пенных полос у очистного забоя равна отношению удвоенного значения фактической длины F зоны обрушения основной кровли, которую определяют перед формированием пенных полос, к скорости подвигания очистного забоя V.

, (сут).

Пенные полосы 6 у вентиляционного штрека 3 формируют постоянно по мере продвижения очистного забоя. Ширина пенных полос L_з, определяется значением, при котором газопроницаемость из зоны интенсивного газовыделения практически отсутствует и определяется опытным путем по стандартным методикам. Устойчивость ₂ пенных полос у вентиляционного штрека равна десятикратному отношению удвоенного значения фактической длины F зоны обрушения основной кровли, которую определяется перед формированием пенных полос, к скорости подвигания очистного забоя V.

, (сут).

Определение фактической длины F зоны обрушения основной кровли позволяет более надежно определить минимальную устойчивость и параметры пенных полос.

Устойчивость пенных полос у очистного забоя варьируется в пределах 15-20 суток, а у вентиляционного штрека - 150-200 суток.

На графике (Фиг.2) кривая 7 показывает распределение «притечек» воздуха Q_в из выработанного пространства по длине вентиляционного штрека (L_штр) без применения пенных полос, кривая 8 - распределение «притечек» воздуха по длине вентиляционного штрека при применении стабильных пен с низкой устойчивостью, кривая 9 - распределение «притечек» воздуха по длине вентиляционного штрека при применении твердеющих пенных полос с различной высокой устойчивостью возводимых вдоль лавы и вдоль вентиляционного штрека. В результате видно, что при применении твердеющих пенных полос с различной высокой устойчивостью «притечки» воздуха (кривая 9) максимально смещаются к призабойному пространству, что обеспечивает наиболее эффективное проветривание призабойной части выработанного пространства, снижение пиковых концентраций метана и изоляцию удаленной части выработанного пространства.

Таким образом, способ повышает защитные свойства выработанного пространства от взрывов пыли и газа за счет управления утечками воздуха в выработанном пространстве введением экономичных, практически газонепроницаемых, экологически безопасных составов твердеющих пен различной устойчивости.