CC BY
17
А.А. Ли
д-р техн. наук, проф., ученый секретарь ОАО «НЦ ВостНИИ»
А.М. Тимошенко
канд. техн. наук, исполнительный директор, заведующий лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
М.И. Носик
канд. техн. наук, ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.4:622.831.3
О СТАНОВЛЕНИИ И РАЗВИТИИ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ ПО ПРОБЛЕМАМ ВЕНТИЛЯЦИИ И БОРЬБЫ С ГАЗОМ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ (к 65-летию со дня организации Научного центра ВостНИИ)
Рассказано о научно-исследовательской деятельности одной из ведущих лабораторий ОАО «НЦ ВостНИИ» - лаборатории вентиляции и дегазации угольных шахт.
Ключевые слова: НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА, ЛАБОРАТОРИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ, ОТДЕЛ РУДНИЧНОЙ АЭРОЛОГИИ, РУКОВОДСТВА И МЕТОДИКИ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И ДЕГАЗАЦИЯ, ЭФФЕКТИВНЫЕ И НАДЕЖНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ
Деятельность ВостНИИ в период его организации была направлена на разработку и совершенствование технических и организационных методов, обеспечивающих безопасность и безаварийность при производстве горных работ на шахтах и разрезах.
Штат научных сотрудников составлял 21 человек. Структурными подразделениями института по направлениям деятельности были станции (станция вентиляции шахт, станция газа и пыли, станция по борьбе с внезапными выбросами угля и газа и другие).
В 1953 г. станцией вентиляции шахт в г Ленинск-Кузнецком под руководством кандидата технических наук Концова А.Г. была выполнена первая научно-исследовательская работа «Изыскание рациональных схем проветривания шахт Кузбасса для пластов крутого падения в свя-
зи с переходом на нижние горизонты».
В 1954 г. институт переезжает из г Ленинск-Кузнецкого в г. Новосибирск. Численность научных сотрудников увеличивается до 219 человек, изменяются структурные подразделения. Вместо станции вентиляции была образована лаборатория вентиляции шахт, заведующим (начальником) которой становится кандидат технических наук Концов А.Г.
На основании постановления Совета Министров РСФСР в 1958 г. ВостНИИ переведен из г Новосибирска в г. Кемерово. Лабораторию вентиляции шахт сначала возглавлял горный инженер Сурков А.Л., затем кандидат технических наук Мясников А.А., который стал заведующим отделом рудничной аэрологии.
В 1968 г по результатам многолетних научных исследований Мясников А.А. защищает докторскую диссертацию на тему: «Научные основы метановыделения и проветривания в шахтах Кузнецкого бассейна» и в январе 1969 г назначается заместителем директора ВостНИИ по научной работе. За период 1966-1985 гг. ряд ведущих сотрудников отдела рудничной аэрологии стали соавторами профессора А.А. Мясникова в написании 9 монографий, 15 сотрудников подготовили и защитили кандидатские диссертации под научным руководством профессора. В период с 1958 по 1970 гг. в отделе рудничной аэрологии был выполнен ряд научно-исследовательских работ по вопросам проветривания и борьбы с газовыделением в шахтах, имеющих большое практическое значение для угольных предприятий. Среди них: • совершенствование основ проектирования вентиляции как в части расчетов количества воздуха, необходимого для проветривания
выемочных участков, так и разработки методов выбора схем, систем и способов проветривания шахт;
• изучение аэрогазодинамических процессов в очистных и подготовительных выработках с целью определения величины и неравномерности газовыделения, а также условий формирования опасных концентраций метана при различных производственных процессах в соответствии с применяемыми на шахтах средствами механизации и технологии выемки угля при различных системах разработки; разработка режимов вентиляции очистных забоев при новой технологии выемки угля;
• разработка организационных мероприятий по совершенствованию проветривания действующих шахт при нормальном и аварийном режимах вентиляции.
Результаты исследований позволили разработать «Руководство по проектированию и организации проветривания шахт Кузбасса», а после его апробирования на шахтах и в проектных организациях была издана «Временная инструкция по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания угольных шахт» (М.: Недра, 1966 г), дополнения к ней (1967 г), а также «Временное руководство по проектированию и организации проветривания шахт восточных бассейнов страны», изданное в 1969 г. Опыт применения указанных нормативов показал возможность использования их для проектирования вентиляции шахт других бассейнов, поэтому результаты исследований составили основу разработанного совместно с МакНИИ и ИГД им. А.А. Скочинского всесоюзного «Руководства по проектированию проветривания угольных шахт СССР».
Основная задача обеспечения шахт достаточным количеством воздуха
в тот период была решена в результате разработки позабойного метода расчета количества воздуха и внедрения его на всех шахтах восточных регионов страны. Исследования аэрогазодинамических процессов проводились в очистных забоях при системах разработки длинными столбами по простиранию, щитовой, комбинированной с гибким перекрытием (КГП) и других, с применением комплексов, агрегатов, канатных пил и взрывного способа выемки угольных пластов.
Разработаны и апробированы в шахтах эффективные и надежные мероприятия по предупреждению образования местных скоплений метана в очистных выработках с помощью средств вентиляции путем проведения на участке специальных дренажных выработок или использования старых выработок и выработанных пространств ранее отработанных участков. Предлагаемые рекомендации позволяют разрабатывать участки с газовыделением из выработанного пространства.
В результате исследований аэрогазодинамических процессов были разработаны:
• методы расчета ожидаемой мета-нообильности горных выработок в зависимости от основных параметров (скорости подвигания и длины забоя, схем проветривания и порядка отработки и т.д.) при различных системах разработки и способах выемки угля;
• методы расчета максимально допустимых нагрузок на очистные забои по газовому фактору при основных системах разработки с учетом эффекта дренирования газа из забоев, обусловленных параметрами систем разработки, выемочных машин и организационных мероприятий;
• способ расчета количества воздуха для проветривания подготовительных выработок, который учитывает не только статическое разжижение метана, но и вынос его за счет турбулентной диффузии, что позволяет исключить зага-зования выработок из-за местного скопления метана и предотвратить появление взрывоопасных концентраций метана при ведении взрывных работ;
• методика для классификации забоев газовых шахт по степени опасности взрывов метана при ведении взрывных работ.
Апробированная на шахтах Мин-углепрома страны «Классификация забоев подготовительных выработок по степени метановой опасности» была утверждена Госгор-технадзором СССР и применялась на угольных шахтах в качестве нормативного документа;
• методика учета загазований горных выработок и мероприятия по уменьшению их количества. Рекомендованы безопасные способы разгазования подготовительных выработок, исключающие наличие взрывоопасной концентрации метана в исходящей струе воздуха при разгазовании;
• автоматический пробоотборник газа с широким диапазоном интервалов времени между моментами отбора проб от 30 с до 5 мин, который позволял отбирать пробы во взрывоопасной и токсичной средах. Пробоотборник разработан руководителем группы Седельниковым Ф.И. Экспериментальный образец прибора был изготовлен на заводе средств безопасности ВостНИИ.
С помощью пробоотборника были проведены исследования процессов накопления метана в призабой-ных пространствах тупиковых выработок, на основе которых в 1971 году Седельников Ф.И. успешно защитил кандидатскую диссертацию.
Кроме того, в 1958-1970 гг. в отделе рудничной аэрологии по результатам проведенных исследований были подготовлены и защищены кандидатские диссертации Мащенко И.Д. (1968 г), Бугримовым В.И. (1969 г.).
В январе 1968 г. в г. Караганде (Казахстан) было создано отделение ВостНИИ, которое действовало до 1992 г.
В этот период отдел рудничной аэрологии совместно с лабораторией вентиляции шахт Карагандинского отделения ВостНИИ выполнял научно-исследовательские работы, направленные на решение проблем вентиляции и борьбы с газом в шахтах Карагандинского и Кузнецкого бассейнов.
Основными из выполненных работ являлись:
• «Разработать схемы проветривания высокопроизводительных выемочных участков и способы управления газовыделением средствами вентиляции». Руководители темы - кандидаты технических наук Мащенко И.Д. и Калиев С.Г
• «Разработать Руководство по нагнетательно-всасывающему проветриванию механизированных подготовительных забоев с применением пылеулавливающих установок».
Руководители темы - кандидаты технических наук Казаков С.П. и Кизряков А.Д.
• «Разработать способы борьбы с газом и пылью при слоевых системах разработки с обрушением кровли и закладкой выработанного пространства».
Руководители темы - кандидаты технических наук Белоногов И.П. и Калиев С.Г.
• «Разработать комплекс мер и средств предупреждения скоплений метана при ведении горных работ по мощным пластам».
Руководители темы - кандидаты технических наук Мащенко И.Д. и Кизряков А.Д.
• «Исследовать газодинамику в очистных забоях при щитовых и слоевых системах разработки угольных пластов шахт Кузнецкого и Карагандинского бассейнов с целью создания эффективных методов и средств проветривания». Руководитель темы - доктор технических наук, профессор Мясников А.А.
В результате выполнения этих и других исследований разработаны динамический метод расчета количества воздуха для проветривания забоев, а также дополнения к «Временной инструкции по расчету количества воздуха, необходимого для проветривания угольных шахт».
Кроме научно-исследовательских работ, выполняемых совместно с лабораторией вентиляции шахт Карагандинского отделения ВостНИИ, отделом рудничной аэрологии в 1968-2010 гг. проводились исследования, которые позволили решить ряд проблем борьбы с газовыделением в шахтах:
• Разработан метод определения ожидаемого выделения углекислого газа в горные выработки шахт.
• Разработана «Методика расчета количества воздуха по углекислому газу и содержанию кислорода для шахт восточных районов страны». Обобщен опыт применения различных схем и способов проветривания шахт, находящихся в сейсмоактивных районах о. Сахалина. Разработаны мероприятия, обеспечивающие поддержание в горных выработках устойчивого вентиляционного режима при возникновении в них аварийных ситуаций, вызванных землетрясениями. Результаты многолетних научных исследований обобщены ответственным исполнителем работ Ли А.А. в его кандидат-
ской диссертации, защищенной в 1972 г., а позднее в докторской диссертации по этим же проблемам.
• Выполнен анализ надежности и эффективности схем проветривания выемочных полей в условиях пологого залегания угольных пластов шахт Кузбасса. Разработана и апробирована на шахтах «Временная методика определения надежности проветривания выемочных полей». Результаты проведенных исследований позволили исполнителю работ Павлову А.Ф. подготовить и защитить в 1971 г. кандидатскую диссертацию, а затем докторскую.
• Разработана «Методика расчета количества воздуха, необходимого для проветривания призабойных пространств выработок, проводимых с помощью комбайнов типа ПК и ПУ». По результатам исследований исполнитель работы Казаков С.П. подготовил и защитил кандидатскую диссертацию, а впоследствии и докторскую диссертацию по проблемам борьбы с газовыделением в подготовительных выработках.
Кроме указанных выше, научные сотрудники отдела рудничной вентиляции Носик М.И., Камышанский И.А., Петухов В.А., Цехин Л.В., Комаров Н.Е., Тюрин В.П., Стекольщиков Г.Г, Ермолаев А.М., Попов В.Б., Когон В.Р., Птицын В.П., Тимошенко А.М., Кравченко А.И. также защитили
кандидатские диссертации по материалам исследований, проводимых ими при выполнении работ в качестве ответственных исполнителей и научных руководителей, а Попов В.Б., Стекольщиков Г.Г., Ермолаев А.М. защитили докторские диссертации.
Наряду с научной деятельностью, с 1997 г. и по настоящее время лаборатория вентиляции и дегазации угольных шахт в соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97, №116 проводит экспертизу промышленной безопасности проектной документации для опасных производственных объектов, а с 2010 г. выполняет работы по проектированию проветривания и дегазации предприятий угольной промышленности.
Ввод в эксплуатацию новых высокопроизводительных шахт в Кузбассе и увеличение производственных мощностей действующих шахт выявил ряд проблем по борьбе с газовыделением, возникающих, в частности, при отработке газоносных угольных пластов комбайнами и стругами с производительностью 10 тыс. тонн в сутки и более, которые требуют своего решения. В связи с этим основными направлениями деятельности лаборатории в настоящее и в ближайшее
время являются:
• совершенствование методов прогноза газообильности высокопроизводительных выемочных участков, предусматривающих: исследование процессов газовыделения из разрабатываемого пласта при комбайновой и струговой выемке угля; определение зон дренирования метана из угольного массива; исследование закономерностей метано-выделения из отбитого угля;
• исследование процессов газовыделения из надрабатываемых пластов-спутников;
• исследование свойств угольных пластов, определяющих газоотдачу угольного массива и отбитого угля в очистной забой;
• исследование процессов газоотдачи угольных пластов в дегазационные скважины;
• определение эффективности способов и схем дегазации угольных пластов и выработанных пространств;
• разработка технологических схем дегазации угольных пластов и выработанных пространств, предусматривающих возможность утилизации каптируемого шахтного метана;
• разработка технических требований по безопасной эксплуатации дегазационных и энергетических установок, утилизирующих шахтный метан.
ON FORMATION AND DEVERLOPMENT OF SCIENTIFIC RESEARCH WORKS BRANCH DEVOTED TO THE PROBLEMS OF VENTILATION AND GAS SUPPRESSION IN COAL MINES (BY 65-TH ANNIVERSARY OF SCIENTIFIC CENTER VostNII ORGANIZATION) А.А. Li, A.M. Timoshenko, M.I. Nosik
Scientific-research work of OAO «NC VostNII» one of leading laboratories - laboratory of ventilation and degassing of coal mines - is described. Key words: SCIENTIFIC-RESEARCH WORK, MINE VENTILATION LABORATORY, MINE AEROLOGY DEPARTMENT, INSTRUCTING MANUALS AND METHODS, VENTILATION AND DEGASSING, EFFICIENT AND SAFE MEASURES
Ли Анатолий Андреевич e-mail: ncvostnii@yandex.ru
Тимошенко
Александр Михайлович тел. (3842) 64-31-10
Носик Михаил Иванович тел. (3842) 64-31-10
