способ создания в угольной шахте искусственной атмосферы

Формула изобретения

1. Способ создания в угольной шахте искусственной атмосферы, включающий изоляцию шахтного пространства от земной атмосферы и формирование в изолированном пространстве инертной метановоздушной среды, отличающийся тем, что инертную среду насыщают метаном с одновременным отбором из изолированного пространства азотно-кислородной смеси и сопутствующих газов, доводя содержание азота в изолированном пространстве практически до нулевого уровня, после чего образованную метановую среду насыщают кислородом до получения атмосферы, содержащей 20-39% кислорода и 80-61% метана по объему.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что изоляцию шахтного пространства осуществляют в местах сопряжения шахтных стволов с околоствольными дворами.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что постоянство состава искусственной атмосферы в изолированном шахтном пространстве поддерживают добавлением кислорода и/или отбором метана.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что однородность искусственной атмосферы в изолированном шахтном пространстве обеспечивают путем ее циркуляции по замкнутому циклу с одновременной регенерацией.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в изолированном шахтном пространстве поддерживают избыточное давление для исключения подсоса воздуха из земной атмосферы.

Описание изобретения к патенту

Область применения

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом.

Уровень техники

В настоящее время разработка газоносных угольных пластов подземным способом обязательно сопровождается интенсивным проветриванием выработок, причем количество подаваемого в шахту воздуха достигает 12 т на 1 т добытого угля. Широко применяется также предварительная дегазация разрабатываемых пластов, однако используемые при этом методы характеризуются сложностью и высокой стоимостью. Все это резко повышает себестоимость добываемого угля, делая во многих случаях шахты неконкурентоспособными убыточными предприятиями. Однако самое важное заключается в том, что эти меры не обеспечивают необходимой безопасности работ в шахтах. В последние годы произошли крупные аварии, обусловленные взрывами метана и угольной пыли с многочисленными человеческими жертвами.

Для решения проблемы эффективной и безопасной отработки угольных пластов предлагалось использование в пожаро- и взрывоопасных выработках инертных газовых сред с ведением горных работ без постоянного присутствия людей в рабочей зоне. Сущность предложения заключается в том, что добыча угля, сопряженная с опасностями для горнорабочих, производится в изолированном от земной атмосферы пространстве, заполненном инертной, то есть пожаро- и взрывобезопасной средой, с помощью автоматизированных комплексов оборудования, при этом обслуживающий персонал находится в проветриваемых выработках и снабжен средствами индивидуального и коллективного жизнеобеспечения, используемого при необходимости доступа в изолированную рабочую зону, заполненную инертной средой (Пучков Л.А., Красюк Н.Н., Мазикин B.П. Технология интенсивной отработки высокогазоносных пологих угольных пластов с применением автоматизированных комплексов оборудования и инертных сред. "Горный информационно-аналитический бюллетень", выпуск 5, МГГУ, М., 1994). При этом инертная среда представляет собой метановоздушную смесь, содержащую более 43 об.% метана. Однако такая среда из-за низкого содержания кислорода непригодна для дыхания. Работа в такой среде возможна лишь с использованием дыхательных аппаратов, что резко ухудшает условия труда, которые в шахтах и без того тяжелы и опасны.

Задача и сущность изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить формирование в изолированном пространстве шахты искусственной атмосферы, пригодной для дыхания и работы в ней с течение достаточно длительного срока.

Эта задача решается с помощью способа создания в угольной шахте искусственной атмосферы, включающего изоляцию шахтного пространства от земной атмосферы и формирование в изолированом пространстве инертной метановоздушной среды; согласно изобретению инертную среду сначала насыщают метаном, одновременно отбирая из изолированного пространства азотно-кислородную смесь и доводя содержание азота и других сопутствующих газов в изолированном пространстве практически до нулевого уровня, после чего образованную в результате этого метановую среду насыщают кислородом до получения газовой смеси, содержащей (по объему) 20-39% кислорода и 61-80% метана.

Изоляции шахтного пространства предпочтительно осуществляют в местах сопряжения шахтных стволов с околоствольными дворами.

Постоянный состав созданной в изолированном пространстве атмосферы поддерживают путем добавления кислорода и/или отбора метана, обеспечивая содержание кислорода в пределах 20-39 об.%.

Однородность созданной атмосферы обеспечивают путем ее циркуляции по замкнутому циклу с одновременной peгенерацией.

В изолированном шахтном пространстве целесообразно поддерживать небольшое избыточное давление, препятствующее подсосу воздуха из земной атмосферы.

Подробное описание изобретения

Технология создания искусственной шахтной атмосферы рассматривается на примере шахты-новостройки. Сооружение стволов, околоствольного двора, проходку вскрывающих выработок выполняют в естественной (земной) атмосфере. В это же время в околоствольном дворе монтируют стационарное оборудование, в том числе станцию регенерации шахтного воздуха, установку по производству кислорода, а также перемычки для изоляции подземной сети выработок. Работы в естественной атмосфере ведут до тех пор, пока дебит метана из выработок и боковых пород не достигнет величины, достаточной для загазирования в достаточно короткое время шахтного пространства, подлежащего изоляции. В данном случае под загазированием понимается формирование в изолированном пространстве инертной среды, то есть пожаровзрывобезопасной газовой смеси с содержанием метана свыше 43%.

После этого с помощью станции регенерации производят отбор из изолированного пространства метановоздушной смеси, из которой выделяют метан и направляют его снова в изолированное пространство, а азотно-кислородную смесь с примесью сопутствующих газов сбрасывают в окружающую (земную) атмосферу. В результате этого инертная метановоздушная среда в изолированном пространстве преобразуется в метановую среду с содержанием азота, близким к нулевому уровню.

Затем включают установку по производству кислорода, который подают в изолированное пространство, доводя его содержание до необходимого уровня (21-39% по объему). На этом этапе установка по производству кислорода работает в режиме максимальной производительности. После создания в изолированном пространстве заданного состава атмосферы (20-39% О₂ и 61-80% СН₄) установку переключают на эксплуатационный режим, обеспечивающий лишь поддержание в атмосфере изолированного пространства заданного соотношения между кислородом и метаном. Причем поддержание можно осуществлять либо добавлением кислорода, либо отбором метана, либо сочетанием того и другого. Отбираемый метан может быть подан на утилизацию как топливно-энергетический ресурс.

Поддержание однородности газовой смеси (атмосферы) в изолированном пространстве можно обеспечить ее принудительной циркуляцией по замкнутому циклу. Одновременно можно производить регенерацию атмосферы с целью ее очистки от вредных примесей. Для этого в системе циркуляции должны быть предусмотрены соответствующие очистные устройства. Для исключения подсоса в изолированное пространство воздуха из земной атмосферы целесообразно поддерживать в этом пространстве небольшое избыточное давление.

Использование в угольных шахтах пожаровзрывобезопасной атмосферы, пригодной для дыхания и работы, позволяет существенно повысить безопасность работ по добыче угля (практически исключаются взрывы и возгорания метана и угольной пыли); снять ограничения по газовому фактору на интенсивность очистных и подготовительных работ; уменьшить (а может быть и полностью ликвидировать) опасность эндогенных и экзогенных пожаров; ликвидировать такой сложный и дорогостоящий процесс, как дегазация. Причем это далеко не полный перечень тех преимуществ, которые обеспечиваются использованием в шахтах искусственный атмосферы.

Возможность работы в атмосфере указанного состава без респираторов или других дыхательных аппаратов подтверждена экспериментальными данными.