способ проветривания газовых угольных шахт

Формула изобретения

1. Способ проветривания газовых угольных шахт, включающий принудительное перемещение по горным выработкам газовой смеси (атмосферного воздуха), отличающийся тем, что в шахту подают газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и метана, которую перемещают по горным выработкам и после выдачи из шахты направляют на газоподготовительно-распределительную станцию, где метановоздушную смесь разделяют на два потока, при этом один из них направляют к потребителю, а другой после корректирования параметров долевого содержания кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, подают в шахту.

2. Способ проветривания газовых угольных шахт по п.1, отличающийся тем, что в газовой смеси, подаваемой в шахту, концентрацию метана доводят до 16%.

3. Способ проветривания газовых угольных шахт по п.1, отличающийся тем, что в газовой смеси, подаваемой к потребителю, концентрацию метана доводят до уровня 30% и более.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано для организации проветривания подземных подготовительных выработок и очистных забоев газовых угольных шахт.

Известен способ проветривания газовых угольных шахт, включающий процесс перемещения газовой смеси, состоящей из кислорода и азота (атмосферного воздуха) по подземным горным выработкам с помощью непрерывно действующих вентиляторов, установленных на поверхности и работающих в режиме всасывания шахтного газа (см. Б.В.Бокий, Основы горного дела, изд. второе, М.: Углетехиздат, 1956, с.179-183).

Известному способу присущи следующие недостатки:

во-первых, подача в газовую шахту газа (атмосферного воздуха стандартных параметров: кислорода в диапазоне 20-21% и азота в диапазоне 78-79%) осуществляют в объемах, достаточных для разжижения метана до безопасного уровня - 1%, что сопряжено с исключительно высокой энергоемкостью процесса, доля которого в общем энергобалансе шахты составляет 60-70%. С увеличением глубины разработок в связи с более интенсивным метановыделением до 50-60 кубометров на 1 т угля энергоемкость процесса проветривания будет увеличиваться;

во-вторых, выброс в атмосферу колоссальных масс метановоздушных смесей (далее МВС) приводит к потере ценнейшего энергоносителя и разрушает озоновый слой атмосферы земли, предопределяя пагубные последствия планетарного характера;

в-третьих, традиционный режим проветривания не гарантирует полной безопасности ведения горных работ, т.к. малейшие отклонения в режиме подачи в шахту атмосферного воздуха в сторону его уменьшения или внезапное повышение выделения метана приводят к возникновению взрывоопасной ситуации, в связи с чем резко возрастает роль человеческого фактора в возникновении трагедий с гибелью больших групп людей, разрушением оборудования и горных выработок угольного предприятия.

Задачей предлагаемого изобретения является создание режима проветривания газового предприятия газовой смесью с нестандартными параметрами содержания метана, кислорода и азота в пропорциях исключающих условия возникновения взрывоопасных концентраций МВС в подземных условиях.

Задача решается тем, что в газовую шахту принудительно подают газовую смесь, состоящую из кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, которую после выдачи из шахты направляют на газоподготовительно-разделительную станцию (далее станция), на которой МВС разделяют на два потока, при этом один из них направляют к потребителю, а другой после корректирования параметров долевого содержания кислорода, азота и метана в пропорциях, исключающих возникновение взрывоопасных концентраций, подают в шахту.

Действительно, при содержании метана свыше 14-16% в МВС последняя перестает быть взрывчатой (см. выше, с.175-176), ибо взаимозависимости концентраций кислорода метана этих смесей находятся за пределами так называемого "треугольника взрывчатости" (зона 1), представленного на графике взрывчатости МВС (см. Ю.Ф.Васючков. Горное дело, М.: Недра, 1990, с.299).

Необходимо подчеркнуть, что при подаче в газовую шахту МВС с содержанием метана, равным 16%, становится возможным создание условий абсолютной безопасности при любых колебаниях концентраций метана, которые возможны только в сторону увеличения и будут способствовать повышению степени безопасности условий труда в подземных условиях. Отметим, что содержание кислорода в МВС при этом составит не менее 18%, что несколько ниже стандартных значений его содержания в атмосферном воздухе, но соответствует параметру безопасного уровня жизнедеятельности работающего человека (по классификации Хендерсона), при этом отметим, что предельный уровень концентрации кислорода составляет 10%, когда возникают галлюцинации и потеря сознания.

В связи с этим для решения проблемы дефицита концентрации кислорода для обслуживающего персонала целесообразно воспользоваться технологией индивидуального обогащения вдыхаемой смеси кислородом, разработанной фирмой "Panasonic" и успешно реализованной в кондиционерах, оснащенных кислородными мембранами, при этом во время работы с одной из сторон мембраны создается вакуум, обеспечивая поступление воздуха и его составляющих компонентов кислорода и азота, которые проходят через мембрану, при этом скорость прохождения кислорода через мембрану в 2,5 раза выше скорости прохождения азота. В результате содержание кислорода в воздухе после мембраны увеличивается до 30%, т.е. в 1,5 раза (см. Экономический еженедельник, изд. дома "Коммерсант", "Деньги", №25 (480), 28.06.-04.07.2004 г., с.65-68).

В предлагаемом техническом решении персонал шахты оснащают индивидуальными средствами защиты с использованием кислородной мембраны (генератор кислорода "02 Shower", где роль вакуумного насоса выполняют легкие работающего человека. В этом случае нижний предел содержания кислорода в МВС составит 18/1,5=12%, при этом максимальная концентрация метана составит 40%, т.е. диапазон колебания концентраций метана возможен в пределах 16-40%. Для защиты персонала от метана дыхательный аппарат дополнительно оснащают мембраной с высоким коэффициентом селективности относительно метана (отношение коэффициента проницаемости по кислороду к коэффициенту проницаемости по метану), с величиной, равной 33-38, что практически позволит полностью исключить доступ метана в легкие обслуживающего персонала. Использование этого средства станет возможным после его освоения промышленностью, а в настоящее время персонал можно защитить индивидуальными средствами респираторного типа, при этом продолжительность рабочей смены определится временем функционирования аппарата и физиологическими потребностями персонала, величина которых может варьироваться в широких пределах. Известно, что люди с эндогенным типом дыхания потребляют кислород в значительно меньшем объеме, т.к. у них кислород и энергия вырабатываются самостоятельно клетками своего организма посредством свободнорадикального окисления жирных кислот (см. кн. Владимир Фролов, "Эндогенное дыхание - настоящее и будущее человечества", 1997, г.Кинель, отпечатано "СамВенКинель", ул.Маяковского, 83а, с.3-8, 46-54, 74-80). Отметим, что количество подаваемой МВС в шахту должно удовлетворять условию, что содержание атмосферного воздуха в МВС следует рассчитывать по количеству людей, одновременно занятых на подземных работах по норме 6 кубометров в минуту на одного человека, а также по другим факторам, а именно: по выделяемой углекислоте и по вредным газам от взрывных работ, если таковые факторы наличествуют в реальных условиях.

Сравнение предлагаемого технического решения с прототипом позволяет сделать вывод, что оно существенно отличается от известного уровня техники введением новых существенных признаков и соответствует критерию новизны, изобретательского уровня и промышленно применимо.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется чертежом, на котором представлена принципиальная технологическая схема проветривания газовой угольной шахты.

Указанный способ проветривания газовой угольной шахты реализуется следующим образом.

В шахту 1 (см. чертеж) от станции 2 по трубопроводу 3 подают МВС с концентрацией метана не менее 16% и кислорода порядка 17-18% в устье ствола 4 и далее по главным 5 и участковым 6 МВС, по стволу 7 с помощью вентилятора 8 выдают на поверхность, по трубопроводу 9 направляют на станцию 2. При перемещении МВС по горным выработкам концентрация метана увеличивается в зависимости от газообильности отрабатываемых угольных пластов, которую доводят до величины, равной 40%, при этом содержание кислорода составит 12,6%, которое обеспечивает возможность пребывания обслуживающего персонала, использующего индивидуальные средства защиты от метана и средства обогащения вдыхаемой среды кислородом до уровня 12,6×1,5=18,9%. Отметим, что при использовании изолирующих средств зашиты, содержание метана в МВС не ограничивается. На станции 2 осуществляют разделение МВС на два потока, один из которых при условии его кондиционности (т.е. при содержании метана более 30%) направляют по трубопроводу 10 к потребителю 11, а второй - после его обогащения кислородом до уровня 17,6-18% направляют по трубопроводу 3 в шахту.

В случае некондиционности выдаваемой из шахты МВС на станции осуществляют обогащение смеси и далее направляют потребителю.

Отметим, что забор атмосферного воздуха из окружающей среды и выброс его излишков из системы проветривания в атмосферу осуществляют на станции через соответствующие каналы 12.

Операции по обогащению МВС осуществляют с помощью новейших разработок в области мембранных технологий.

Предлагаемая технология решает вопросы безопасности в условиях газовых угольных шахт, исключает выбросы МВС в атмосферу, резко снижает затраты на потребляемую электроэнергию при проветривании шахты, позволяет осуществить утилизацию добываемого метана.