Научная статья на тему 'Нормы осланцевания подземных выработок угольных шахт'

Нормы осланцевания подземных выработок угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
2160
234
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОДЗЕМНЫЕ ВЫРАБОТКИ / ОСЛАНЦЕВАНИЕ / ПЫЛЕВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ / УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Костеренко Виктор Николаевич, Романченко Сергей Борисович

Изложено состояние нормативной базы, техники и технологии по осланцеванию горных выработок, как основного способа обеспечения пылевзрывобезопасности на шахтах США, Австралии, Польши, России. Проведено сопоставление инструкций и норм осланцевания в РФ и ведущих угледобывающих странах, даны практические рекомендации по совершенствованию российских нормативов для достижения сопоставимых с США уровней промышленной безопасности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Костеренко Виктор Николаевич, Романченко Сергей Борисович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Нормы осланцевания подземных выработок угольных шахт»

© В.Н. Костеренко, С.Б. Романченко, 2011

УДК 622.272

В.Н. Костеренко, С.Б. Романченко

НОРМЫ ОСЛАНЦЕВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Изложено состояние нормативной базы, техники и технологии по осланцеванию горных выработок, как основного способа обеспечения пылевзрывобезопасности на шахтах США, Австралии, Польши, России. Проведено сопоставление инструкций и норм осланцевания в РФ и ведущих угледобывающих странах, даны практические рекомендации по совершенствованию российских нормативов для достижения сопоставимых с США уровней промышленной безопасности.

Ключевые слова: подземные выработки, осланцевание, пылевзрывобезопасность, угольные шахты.

ЖЭзрывы с участием угольной пыли

JJ являются практически единственным видом аварий, носящих характер общешахтных катастроф. Для их предотвращения во всех угледобывающих странах применяется комплекс мер, из которых качественное применение инертной пыли (rock dust; stone dust - в английской терминологии) признано наиболее эффективной мерой защиты от перехода локальной вспышки в крупный взрыв.

На основании ознакомления с объемами, организацией работ и применяемой техникой по осланцеванию горных выработок на шахтах США, Германии, Польши, Австралии, Китая необходимо констатировать, что только по фактору осланцевания горных выработок имеется «критичное» отставание в угольной промышленности РФ по отношению к зарубежной практике. Наиболее показательными являются соотношения объемов ежесуточной подачи инертной пыли (рис. 1) в различных угледобывающих странах. На рис. 1 отражены приведенные объемы для условий средней шахты с добычей до 4 млн.тонн угля в год,

фактически на шахтах США («Вэст Элк»; «Твентимайл», штат Колорадо и др.) с производственной мощностью 7-8 млн.тонн энергетического угля в год ежесуточное потребление инертной пыли составляет 20^60 т. Инертная пыль подается по общешахтной системе пневмотранспорта с поверхности и распределяется в режиме «между сменами» специализированными бригадами с применением высокопроизводительных механических средств, имеющих производительность 22^250 кг/мин инертной пыли (рис 2^4).

По действующими в РФ Правилами безопасности [4,11] определяется нижний предел взрываемости о1о (г/м3), интенсивность пылеотложения Pt в горных выработках (г/м3-сут), норма осланцевания N (%). Норма осланцевания определяется по формуле

„ = .4* (100 - Р) + 0)

100

где D - добавка инертной пыли, устанавливаемая периодическими лабораторными испытаниями или по номограмме [1].

Среднесуточный расход инертной пыли на угольных шахтах

РФ-Кузбасс Польша Австралия США

Рис. 1. Расход инертной пыли (т/сут) на шахтах мощностью 2+4 млн.тонн/год

Рис. 2. Погрузочный комплекс шахты «Твентимайл» с детализацией поверхностных емкостей для загрузки инертной пыли (фрагмент А)

Рис. 3. Подземная передаточная станция пневмотранспортирования инертной пыли с блоком микропроцессорного управления (В)

Норма осланцевания - международно признанный показатель. Так в правилах безопасности США [2] (§ 75.403 Поддержание содержания негорючих веществ в инертной пыли) содержание негорючих веществ в отбираемых пробах пыли должно быть не менее 65 % на свежей струе и не менее 80 % на исходящей вентиляционной струе (включая влагу и технологическую золу). Каждые 0,1% содержания метана в рудничной атмосфере, увеличивает норму осланцевания на 1% на свежей струе и на 0,4% на исходящей струе воздуха. Диапазон значений норм осланцевания в США:

N = 65 - 70% на свежей струе в шахтах; N = 80% - на исходящей струе негазовых шахт; (2)

N = 80 ^ 84% - на исходящей струе газовых шахт.

В математической форме требования ПБ США возможно записать:

Р = N - Л** - Ж,% (3)

где D - добавка инертной пыли, обеспечивающая взрывобезопасное состояние выработки; W - влажность угля.

Параметр D, присутствующий в выражении (1), для шахт РФ определяется по номограмме [1], в которых зависимости в виде прямых линий могут быть заменены уравнениями вида:

D = N т где N

(4)

»тах- максимальная норма осланцевания, соответствующая Аёа*=0; А^ -фактическая зольность, находящаяся в пределах 0^30 %; к - коэффициент линейной аппроксимации (к-0,30).

В действующих нормативах [1, 3] величина ^ах = =71^90. Для условий предприятий России, добывающих энергетические марки угля с выходом летучих веществ >37 % (составляют не менее 50 % от общей угледобычи), параметр

В = 90-0,3-Л^ .

Для других марок углей общий вид уравнения (4) не изменяется. При подстановке (4) в (1) полная зависимость нормы осланцевания от зольности имеет вид:

N = N - (0,01-N -

тах V ’ тах

+0,003- (ЛйаГ )2,

Таким образом, в явном виде (без «фиктивных» переменных, входящих в уравнение 1), норма осланцевания для шахт России определяется на основании полного квадратного уравнения от зольности угля.

Выражение (5) не имеет физического обоснования и, в отличие от международных нормативов (3), является необоснованно сложным. Определение нормы осланцевания для шахт Кузбасса показывает, что величина N с погрешностью 0,7 % представляется постоянной величиной. Для шахт и пластов угля с выходом летучих веществ более 37 % и величиной зольности Адаґ , изменяющейся в широких пределах 11,0^23,9 %, расчеты по

нормативной формуле (1) дают одинаковый результат N—87^0,7 %.

Таким образом, основной параметр, входящий в расчетную формулу

Кл ^аґ

- зольность угля А практически не влияет на результат расчетов, величина N для углей различных ма-

рок может задаваться в виде постоянной величины (таблица).

Определение расхода инертной пыли на осланцевание 1 м выработки (оосл.; кг/м) проводится по формуле [1, 3]:

тельной выработки сечением до 16

О-осл

100 - N

кг / м.

(6)

где N - норма осланцевания (%); оотл -НПВ пыли (г/м3); S - площадь поперечного сечения выработки в свету (м2).

В таблице также приведены результаты расчетов оосл. для представительных выработок шахт Кузбасса в сопоставлению с аналогичными нормами Австралии и США.

Величина удельного расхода сланцевой пыли 2,41 кг/м (таблица) при ее распределении на одном погонном метре горной выработки (площадь покрытия 15^20 м2) приведет к распределению инертной пыли толщиной 80^150 мкм, технологии для такого нанесения отсутствуют.

Значительно более высокие расходы инертной пыли на погонный метр выработки оосл приводят к повышению показателей противоаварийной устойчивости шахт, поэтому рекомендуемыми являются величины Оосл, определяемые по следующему принципу: первоначально проводятся расчет по действующим нормативным документам [1, 3];

определяются повышенные значения оосл, исходя из междунарожной практики;

в качестве окончательного оосл выбирается наибольшее из двух указанных значений.

Численно повышенные (рекомендуемые) нормы с учетом международного опыта:

Оосл = 20 кг/м для пройденного в течение смены участка подготови-

2

м;

Оосл = 40 кг/м для пройденного в течение смены участка подготовительной выработки сечением 16^25

2

м;

Оосл = 15^20кг/м для участка вентиляционного штрека длинной 50 м от сопряжения с лавой, оосл в этом случае рассчитывается исходя из расхода 100 кг инертной пыли на каждые 1000 т добычи угля;

Оосл на 50 метровых участках конвейерных выработок (примыкающих к местам пересыпа угля) увеличивается в 2-3 раза по отношению к величине, рассчитанной по (6).

Периодичность работ по осланцеванию осуществляется на основе интенсивности пылеотложения. Рекомендуется [1] определять величину Pt по разности концентрации пыли в двух сечениях выработки С1 и С2 (ориентировочно в 10 и 50 м от источника пы-леобразования):

С - С 3

Р1 = —1---q, г/м •сут, (7)

Дх-£-1

где Ах - расстояние между замерными точками, м; S - средняя площадь поперечного сечения выработки, м2; I -продолжительность замера, сут.; о -объем воздуха, прошедший через выработку за время замера, м3.

При верном подходе (с физической точки зрения) расчеты по (1.7) во многих случаях не приемлемы из-за высокой погрешности измерений С1 и С2

[4].

Более приемлемый для практического применения способ определения Pt -измерение массы отложившейся пыли на подложки. Подложки (2 - 4 шт) имеют суммарную площадь SпoДЛ, составляющую 0,1-0,01 % от

06Е

Расход инертной пыли на осланцевание 1 м выработки (РФ, Австралия, США)

Исходные данные По ПБ РФ Усредненные нормы США и Австралии

Подготовительные выработки Выемочный участок

Шахта Пласт А" % V" % НПВ (»Х г/м3 Добавка инертной пыли (Р ), % Норма осланцевания (Ч ), % Расход инертной пыли (ц ), кг/м Расход инертной пыли (ц) на суточную проходку, кг/м Услов ная норма осланцевания (Ч), % Расход инертной пыли (ц) на 50 м вент.штр., кг/м Услов ная норма ос-ланцева-ния (Ч), %

Им. С.М.Кирова Болдырев- ский 23,0 >37 23 82,6 86,6 1,95 20,00 > 80 25,71 >80

Им. С.М.Кирова Поленовский 23,9 >37 22 82,4 86,6 2,01 20,00 >80 25,71 >80

Комсомолец 19 14,4 >37 23 85,4 87,5 1,93 20,00 >80 10,29 >80

Комсомолец 17 14,4 >37 23 85,4 87,5 1,93 20,00 >80 10,29 >80

Красноярская Байкаимский 23,0 >37 28 82,6 86,6 2,30 20,00 >80 13,14 >80

Им. 7 Ноября Байкаимский 20,1 >37 25 83,6 86,9 2,65 20,00 >80 20,00 >80

Полысаевская Бреевский 12,0 >37 29 86,2 87,8 2,54 20,00 >80 10,29 >80

Полысаевская Толмачев- ский 23,1 >37 23 82,6 86,6 1,76 20,00 >80 10,29 >80

Талдинская Западная - 1 67 11,0 >37 22 86,5 88,0 2,92 40,00 >80 14,29 >80

Талдинская Западная- 2 70 11,2 >37 24 86,4 87,9 3,15 40,00 >80 14,29 >80

Котинская 52 12,0 >37 20 86,2 87,8 3,03 40,00 >80 28,57 >80

№7 52 13,5 >37 25 85,7 87,6 2,77 40,00 >80 16,00 >80

Среднее значение : 87,3% 2,41 кг/м 26,67 кг/м 16,57 кг/м

площади пылеотложения в выработке. Интенсивность пылеотложения на подложки за время измерений распространяется на часть выработки длиной 30-50 м

ь • ^

Pt = 4,34-------, г/м •сут, (8)

5 5 . * I

подл

где Ь - ширина выработки по почве, м; М - масса пыли на подложках, г.

Расчеты по формулам (7) или (8) принимаются для 50-метрового участка вентиляционного штрека, примыкающего к лаве.

Для расчетов на последующие 150 м принимается величина в 3,5 раза меньше.

Исходя из интенсивности пылеот-ложения Рь определяется Тп - периодичность побелки, осланцевания, обмывки и других работ по обеспечению пылевзрывобезопасного состояния:

К * (7

Т =_ СН 4 отл

Р.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

сут,

(9)

где КСН4 - коэффициент, учитывающий содержание метана в выработке, для предусмотренных [4] концентраций 0,5 %; 0,75 % и 1,0 % равный 0,75; 0,60 и 0,50 соответственно.

В приведенной форме (9) отсутствует коэффициент защитного действия, равный 1 для работ по осланцеванию [1].

На основе зависимостей (1, 4^9) определяется годовая потребность для каждой горной выработки в инертной пыли в год:

Q = 10 3 * q * L

^осл Т.осл

365

~т~

(10)

где Ь- длинна выработки, м; * - при эксплуатации выработки менее 365 дней - указывается число дней эксплуатации.

Выводы

1.Объемы расхода инертной пыли на шахтах США обеспечивают многолетнюю безаварийную работу предприятий и позволили полностью отказаться от всех видов взрыволокализующих заслонов (сланцевых, водных, автоматических), как нетехнологичного способа защиты. Для условий шахты «Твентимайл» (7 млн т годовой добычи) работа по описанной в данной статье схеме: ежесуточная подача и нанесение 10^20 т инертной пыли при полном отсутствии взрыволокализующих заслонов привела к безаварийной работе шахты на протяжении 27 лет с равным нулю значением удельного показателя смертельного травматизма. Аналогичные показатели имеет шахта «Вест Элк» (обе - штат Колорадо), посещение данных шахт и детализированное изучение вопросов технологии и безопасности специалистами ОАО «СУЭК» было организовано в сентябре 2010 года.

2. На основании принятого корпоративного норматива ОАО «СУЭК», не отменяющего действующие правила безопасности и инструкции [1, 3], а дополняющего их в части увеличения объемов ежесменного и ежесуточного осланцевания, увеличивают годовую потребность в инертной пыли в 2,3 раза. При этом возрастает уровень пы-левзрывозащищенности предприятий.

3. Повышенные уровни осланцевания непосредственно в горных выработках достигаются при использовании высокопроизводительной техники: стационарных и мобильных средств механического осланцевания, поставка которых осуществляется на шахты ОАО «СУЭК» в настоящее время.

1. Правила безопасности в угольных шахтах. Книга 3. Инструкция по борьбе с пылью и пылевзрывозащите/ Госгортехнадзор России. -Липецк: Липецкое издательство, 1999. -109 с.

2. Mineral Resources. Title 30 - vol.1, parts 1199. U.S. Government Printing Office, Washington, DC 20402-0001, 2009. - 767 p. (ПБ США)

3. Правила безопасности в угольных шахтах: ПБ 05-618-03. -М.: Федеральное государственное унитарное предприятие

«Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. -296 с.

4. Поздняков Г.А., Закутский Е.Л. О достоверности способов контроля интенсивности пылеотложения в горных выработках. - В кн. Аэрология: Сборник научных трудов по материалам симпозиума «Неделя горняка-2008». Отдельный выпуск Горного информационноаналитического бюллетня. - М. «Мир горной книги».2008.- №ОВ 5.с. 137-141.115Г-1 =1

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ --------------------------------------------------------

Костеренко Виктор Николаевич - ОАО «СУЭК», Начальник управления аэрологической безопасности подземных горных работ; горный инженер; kosterenkovn@suek.ru

Романченко Сергей Борисович - ОАО «СУЭК», главный горняк по комплексному обеспыливанию; кандидат технических наук, доцент; romanchenkosb@suek.ru

Л. Гитис

ЭКЗАМЕН НА ЧИН

(Окончание, начало на с. 282, 294, 355)

За два часа Фендриков уморил всех своих добровольных помощников. Ничего не оставалось, как закруглить репетицию. Под конец мэр решил поразить всех своей эрудицией.

— Я тут недавно прочитал про модель Леонтьева, можно про нее рассказать на защите?

— Не надо, Ефим Захарыч, в вашей диссертации про Леонтьева ничего нет.

— Жаль, а то я про нее столько прочитал.

Настал день защиты. Для солидности в совет пригласили московского корифея. Но мэр как-то совсем оробел и смог выдавить из себя только: «У меня в автореферате все написано». Сердобольная профессорша из совета стала ему помогать:

— Скажите, диссертант, у вас на листе три написано то-то и то-то?

— Да.

— А вы решали уравнение такое-то?

— Да.

Так под шуршание бумаг отводящих глаза ученых закончился доклад. Когда дошла очередь до вопросов, то на них пришлось отвечать самим вопрошающим. А то бы защита никогда не кончилась. И только московский профессор осмелился спросить:

— Скажите, Фендриков, зачем вам нужен диплом кандидата, если у вас нет знаний?

— Пригодится, — подумав, сказал мэр, — мне бы его только получить, а как его использовать придумаю. Вот закончатся мои полномочия, пойду преподавать экономику.

И ведь пойдет. Г олосование было единогласным. Все поздравили мэра и пошли в ресторан отмечать успех экономической науки.

«И зачем я только модель Леонтьева изучал?» — восклицал между тостами счастливый Фенд-риков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.