способ предупреждения возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве

Формула изобретения

1. Способ предупреждения возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве, включающий проходку оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение шпуров в массив угля, прорезание разгрузочной щели в борту оконтуривающей горной выработки, отличающийся тем, что прорезание разгрузочной щели под кровлей пласта производят в процессе проходки оконтуривающих выемочный столб горных выработок, при этом в зонах геологических нарушений пласта до прорезания разгрузочной щели краевую часть угольного массива обрабатывают через шпуры твердеющим составом.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что разгрузочную щель прорезают на глубину 1,7÷2,0 м.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в разгрузочную щель с интервалом 0,6÷0,7 м на всю ее глубину вставляют деревянные закладки, диаметр которых равен ширине разгрузочной щели.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к горной промышленности и может использоваться для предотвращения возникновения очагов самовозгорания угля в угольных шахтах при отработке пластов, уголь которых склонен к самовозгоранию.

Известен способ предупреждения эндогенных пожаров по авт.св. СССР № 1465603, кл. E21F 5/00, опубл. в БИ № 10 за 1989 г., включающий бурение скважин в угольный целик, сформированный в выработанном пространстве действующего выемочного поля и обработку целика антипирогеном через скважины. После обработки целика антипирогеном по прилегающему к выработанному пространству контуру целика в кровлю бурят разгрузочные скважины, производят разгрузку краевой части целика и последующее обрушение пород кровли, примыкающих к целику. При этом разгрузку целика осуществляют путем направленного гидроразрыва пород кровли через разгрузочные скважины, а в качестве антипирогена используют порошок карбамида.

Существенный недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации бурение разгрузочных скважин в породы кровли по прилегающему к выработанному пространству контуру целика и осуществление через них направленного гидроразрыва пород кровли необходимо производить в выработанном пространстве. Если гидроразрыв пород кровли пласта вдоль штреков, оконтуривающих выемочный столб, производить впереди очистного забоя, то это приведет к обрушениям кровли в действующих штреках, в том числе и на сопряжениях их с очистным забоем. Для практической реализации этого способа в выработанном пространстве, на протяжении не менее 20÷25 м от очистного забоя, необходимо постоянно поддерживать выработки, в которых производят бурение разгрузочных скважин и через которые осуществляют направленный гидроразрыв пород кровли. Так как в поддерживаемых в выработанном пространстве части выработок будут находиться люди, то эти, фактически тупиковые, участки выработок на контакте с выработанным пространством необходимо проветривать активной струей воздуха, например от вентилятора местного проветривания (ВМП). Следовательно, на конвейерном и вентиляционном штреках действующего очистного забоя необходимо размещать установки с ВМП (работающим и резервным) и от них прокладывать вентиляционные ставы. Свободное сечение конвейерного и вентиляционного штреков и их сопряжения с очистным забоем из-за проложенных вентиляционных ставов уменьшится. Кроме того, вентиляционные ставы, проходящие через сопряжения лавы со штреками в поддерживаемую часть штреков, являются существенной помехой ведению работ в очистном забое.

Следует также отметить, что работа людей в выработке, поддерживаемой в выработанном пространстве по мере подвигания очистного забоя, будет вестись в условиях повышенной опасности из-за угрозы внезапного обрушения пород. Опасность травматизма людей многократно возрастет в процессе выполнения работ по разупрочнению пород кровли и при удалении крепления на участке выработки, где предусматривают производить обрушение пород по сформировавшейся плоскости гидроразрыва в породах кровли. Из-за перечисленных выше недостатков практическое применение данного способа в угольных шахтах затруднено.

Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является способ снижения эндогенной пожароопасности угольного массива по авт. свид. СССР № 1723339, кл. E21F 5/00, опубл. в БИ № 12 за 1992 г., включающий бурение шпуров в неразгруженный массив угля по наиболее слабой пачке, размещение в них датчиков температуры, герметизацию шпуров и контроль температуры угольного массива. При превышении температуры в угольном массиве над фоновой производят обработку массива водным раствором антипирогена, который подают в область за зоной опорного горного давления. Затем осуществляют разгрузку массива прорезанием щели в краевой части пласта. При этом после разгрузки в массив дополнительно подают антипироген.

Недостаток данного способа заключается в том, что его практическая реализация требует выполнения большого количества затратных и трудоемких мероприятий и, кроме того, производится одновременно с ведением очистных работ в лаве. Очевидно, что при работающем по добыче угля очистном забое, на его конвейерном штреке практически невозможно организовать ведение работ по разгрузке краевой части угольного массива и по обработке ее водными растворами антипирогена таким образом, чтобы это не препятствовало работе очистного забоя. На всем протяжении угольного целика в нем размещают большое количество температурных датчиков, которые по мере отработки выемочного столба не извлекаются, а остаются в краевой части угольного массива в выработанном пространстве - в местах недоступных для проведения замеров температуры угля и для выполнения работ по обработке угольного массива антипирогеном. Нагнетание в краевую часть угольного массива водных растворов антипирогена ведет к разупрочнению угольного массива и к нарушению монолитности его части краевой, разгруженной от горного давления. Последнее, в свою очередь, приводит к тому, что через разупрочненную краевую часть массива будет обеспечена возможность поступления воздуха к углю, температура которого в процессе механодеструкции краевой части межлавного целика повысилась на 20÷30°С. При этом максимальные деформации и повышение температуры угля в краевой части угольного массива будут происходить, когда на контакте с ним будет формироваться свод обрушения над выработанным пространством. То есть тогда, когда уже невозможно будет предпринять дополнительные мероприятия, чтобы предотвратить возникновение очага самонагревания или самовозгорания угля на контакте угольного массива с выработанным пространством. Кроме того, в местах с геологическими нарушениями, где массив изначально разупрочнен, обеспечить равномерную объемную обработку угля в краевой части массива водным раствором антипирогена чрезвычайно сложно, так как по трещинам раствор будет вытекать в горную выработку. Поэтому в зонах, где имеются геологические нарушения, сохранится реальная опасность того, что в выработанном пространстве в скоплениях разрыхленного угля, образовавшихся при деформации и разрушении краевой части угольного массива, возникнет очаг самовозгорания. Из изложенного следует, что практическая реализация данного способа чрезвычайно сложна, требует значительных трудовых и материальных затрат, плохо сочетается с работой очистного забоя по добыче угля. При этом не исключается опасность возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве действующего выемочного участка.

Техническая задача: повышение эффективности труда шахтеров за счет снижения трудоемкости и затрат на практическую реализацию пожарно-профилактических мероприятий и повышение безопасности за счет создания условий, исключающих возможность поступления воздуха к углю с повышенной температурой, подвергнувшемуся механодеструкции в краевой части пласта под действием сил опорного горного давления.

Поставленная задача решается тем, что в способе предупреждения возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве, включающем проходку оконтуривающих выемочный столб горных выработок, бурение шпуров в массив угля и прорезание разгрузочной щели в борту оконтуривающей горной выработки, согласно техническому решению прорезание разгрузочной щели под кровлей пласта производят в процессе проходки оконтуривающих выемочный столб горных выработок, при этом в зонах геологических нарушений пласта до прорезания разгрузочной щели краевую часть угольного массива обрабатывают через шпуры твердеющим составом.

Указанная совокупность признаков исключит возможность контакта с атмосферой выработанного пространства с разрыхленными скоплениями угля, имеющего повышенную температуру, образующимися в краевой части угольного массива за пределами зоны, разгруженной от опорного горного давления. При этом разгруженная от опорного горного давления краевая часть угольного массива останется не разрушенной и будет препятствовать поступлению воздуха к деформированному и нагретому углю, находящемуся за пределами зоны разгрузки. В результате этого будет исключена возможность развития окислительных процессов в нагретом и деформированном угле, соответственно - возникновение очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве. Кроме того, практическая реализация предлагаемого технического решения обеспечит снижение затрат и трудоемкости выполнения пожарно-профилактических мероприятий, а также повысит эффективность труда шахтеров за счет того, что пожарно-профилактические мероприятия выполняют в процессе проходки горных выработок, не создавая помех для работы очистного забоя.

Разгрузочную щель целесообразно прорезать на глубину 1,7÷2,0 м. Таким образом вдоль борта оконтуривающей выемочный столб горной выработки со стороны межлавного целика формируется разгруженный от горного давления целик шириной не менее 2,0 м. При ведении очистных работ в выемочном столбе этот не раздавленный целик шириной 2,0 м будет препятствовать поступлению из выработанного пространства воздуха к углю, повергнувшемуся механодеструкции под действием опорного горного давления.

Чтобы исключить расслоение пород в кровле оконтуривающей выемочный столб горной выработке из-за увеличения площади обнажения кровли, в прорезаемую разгрузочную щель с интервалом 0,6÷0,7 м на всю ее глубину вставляют деревянные закладки, диаметр которых равен ширине прорезаемой щели.

Сущность технического решения иллюстрируется примером реализации способа предупреждения возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве (далее - способ) и чертежами, где: на фиг.1 представлена схема проведения оконтуривающих выемочный столб горных выработок, вид в плане; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - схема выемочного столба в процессе отработки, вид в плане; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3.

Способ осуществляют следующим образом. По мере проходки оконтуривающих выемочный столб горных выработок - конвейерного штрека 1 и вентиляционного штрека 2, оконтуривающих выемочный столб 3 (фиг.1, 2), производят разгрузку краевой части массива прорезанием разгрузочной щели 4 глубиной 1,7÷2,0 м вдоль бортов штреков 1 и 2 под кровлей пласта. С целью предотвращения неуправляемого и преждевременного расслоения пород кровли в прорезаемую разгрузочную щель 4 на всю ее глубину, с интервалом 0,6÷0,7 м, вставляют закладки, например деревянные чурки, диаметром, равным ширине разгрузочной щели 4, либо бруски соответствующих размеров. В результате прорезания разгрузочной щели 4 зона опорного горного давления, характеризуемая эпюрой 5 на фиг.2, смещается в глубь массива на расстояние, равное глубине разгрузочной щели 4, и характеризуется эпюрой 6. Следовательно, под действием опорного горного давления деформация и механодеструкция пласта, в процессе которой температура угля может повыситься до 40÷50°С, будет протекать в зоне 7, отделенной от борта выработки на расстояние, равное ширине не раздавленной и разгруженной от горного давления краевой части 8 угольного массива.

Когда в процессе отработки выемочного столба 3 краевая часть 8 угольного массива окажется в выработанном пространстве 9 (фиг.3), то разгруженная от горного давления краевая часть 8 угольного массива будет препятствовать поступлению воздуха к углю, находящемуся в зоне 7. Без поступления воздуха к нагретым массам деформированного и раздавленного угля в зоне 7 развитие в них окислительных процессов невозможно. Таким образом, в результате разгрузки краевой части 8 угольного массива, создают условия, при которых будет исключена возможность возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве 9.

В случае если при проходке конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков будет выявлено геологическое нарушение 10 пласта (фиг.3 и 4), в котором угольный пласт состоит из перемятого угля, то прорезание разгрузочной щели 4 под кровлей пласта вдоль бортов конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков производят после обработки краевой части 8 разупрочненного в геологическом нарушении 10 угольного массива твердеющим составом, нагнетаемым через шпуры. В качестве твердеющего состава может использоваться, например, водная суспензия цемента. Обработку краевой части 8 массива твердеющим составом производят от бортов конвейерного 1 и вентиляционного 2 штреков на глубину не менее, чем глубина прорезаемой разгрузочной щели 4.

Существенным преимуществом предлагаемого способа, по сравнению с прототипом, помимо снижения затрат и трудоемкости его практической реализации, является также то, что выполнение предусматриваемых пожарно-профилактических мероприятий завершают до начала работы очистного забоя.