CC BY
46
II. Пожарная и промышленная безопасность
А.Я. Каминский
канд. техн. наук, заведующий лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
A.И. Кравченко
канд. техн. наук, старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
П.А. Шлапаков
старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
B.В. Колыхалов
старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.822.22
АНАЛИЗ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ОТРАБОТАННЫХ И ИЗОЛИРОВАННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ НА ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ПЛАСТАХ УГЛЯ
Выполнен анализ основных факторов эндогенной пожароопасности отработанных и изолированных пространств на пологих и наклонных пластах угля, склонного к самовозгоранию, на примере аварий «эндогенный пожар», произошедших на шахтах Кузбасса.
Ключевые слова: ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР, ИЗОЛИРУЮЩИЕ СООРУЖЕНИЯ, УТЕЧКИ ВОЗДУХА, ИНДИКАТОРНЫЕ ПОЖАРНЫЕ ГАЗЫ
Зндогенная пожароопас-ность отработанных и изолированных пространств выемочных участков на пологих и наклонных пластах угля, склонного к самовозгоранию, определяется следующими факторами: качеством изоляции выработанного пространства;
• количеством разрыхленных потерь угля в отработанном пространстве;
• наличием аэродинамической связи изолированного пространства с земной поверхностью и отработанными пространствами на выше- и нижележащих сближенных пластах;
• аэродинамическим режимом изолированного пространства, определяемым вентиляционными пара-
метрами перемычек, изолирующих отработанное пространство; • достоверностью контроля газового состава атмосферы изолированного пространства.
Как показывают результаты анализа причин возникновения аварий, классифицированных как «эндогенный пожар», определяющими факторами возникновения эндогенных пожаров в отработанных и изолированных пространствах выемочных участков являются некачественная изоляция и отсутствие достоверного контроля состава атмосферы за изолирующими сооружениями. Рассмотрим влияние данных факторов на примере аварий, происшедших 28.01.2011 в ОАО «Шахта «Заречная», ООО «УК «Заречная» и
04.05.2011 в ООО «Шахта «Колмо-горовская-2».
Шахта «Заречная» сдана в эксплуатацию в 1953 г с проектной мощностью 150 тыс. т угля в год с гидравлической технологией добычи угля. После отработки запасов угля, пригодных для гидравлического способа добычи, осуществлен перевод шахты на обычный (сухой) способ. Вскрытие пласта Байкаимского осуществлено тремя наклонными квершлагами (путевым, конвейерным и вентиляционным), которые пройдены с существующих выработок пласта Полысаевского-1.
Подготовка шахтного поля - панельная, на пласте располагается одна двухсторонняя панель. Подготовка панели осуществлена
тремя центральными бремсбергами (путевым, конвейерным и вентиляционным).
Шахта отнесена к сверхкатегорной по метану и является опасной по взрываемости угольной пыли. Система проветривания шахты - единая, способ проветривания -всасывающий, схема проветривания - фланговая.
Авария произошла в изолированном выработанном пространстве отработанной лавы № 1307 пласта Байкаимского. Лава расположена в западном крыле Западной прирезки. Длина лавы по простиранию 1540 м, по падению - 210 м, вынимаемая мощность пласта 4,8 м. Угол падения пласта в границах лавы составляет 30. Пласт Байкаимский в пределах выемочного столба лавы № 1307 вынимался на полную мощность. Проветривание лавы осуществлялось по комбинированной схеме с изолированным отводом метана на газоотсасывающую вентиляторную установку ВЦГ-9. Применялась предварительная пластовая дегазация и дегазация выработанного пространства в купол обрушения.
В стратиграфическом разрезе пласт Байкаимский залегает в 80 м ниже пласта Надбайкаимского-2. Мощность междупластья на всем протяжении лавы не меняется. Ниже пласта Байкаимского в 40 м залегает пласт Меренковский, мощность междупластья не меняется на всем протяжении лавы. Мощность пласта Байкаимского выдержанная, в среднем составля-
ет 4,90 м и изменяется в пределах 4,70-5,10 м.
Пласт Байкаимский имеет сложное строение. Внутри пласта имеются два прослойка алевролита суммарной мощностью 0,25 м и крепостью I = 2-3.
В районе разрезной печи № 1307/3 наблюдается размыв угольного пласта по его кровле с замещением угля песчаником основной кровли. Размыв протяженностью 200 м имеет северо-восточное простирание и представлен в виде узкой полосы шириною 8-10 м. Мощность угольного пласта в зоне размыва уменьшается до 3,5 м. Гипсометрия пласта слабоволнистая. Падение пласта на восток. Углы падения 4...60. Уголь пласта марки Г, группа 1Г: зольность общепластовая Л™ =15,4%; зольность чистых угольных пачек Лл=9,9 %; влага анали-
У
тическая Ла =2,8 %; выход летучих компонентов ЛЛа1= 42,2 %; толщина пластического слоя У =11 мм; теплотворная способность Qsdaf = 8105 ккал/кг; сопротивление угля резанию 150-170 кН/м; крепость угля I =1.1,5; предел прочности угля на сжатие О = 14 МПа.
сж угля
Пласт Байкаимский является угрожаемым по горным ударам с глубины 150 м.
Уголь пласта склонен к самовозгоранию.
В первую смену 28.01.2011 шахта производила работы по ремонту и профилактике оборудования. При обследовании конвейерного штрека 1309 было обнаружено выделение дыма из-за взрывоустойчи-
вой перемычки № 1296, установленной в сбойке между конвейерным штреком 1309 и изолированным отработанным пространством лавы № 1307 (рисунок 1).
Горный диспетчер по команде главного инженера шахты ввел в действие План ликвидации аварии по позиции № 106 (пожар).
Выделение дыма наблюдалось в течение 15 мин, после чего состав рудничной атмосферы в конвейерном штреке 1309 нормализовался. Режим проветривания шахты не менялся, люди, занятые в первую смену, в количестве 435 человек были выведены из шахты. Отбор проб воздуха из выработанного пространства действующего выемочного участка лавы № 1309 на газоотсасывающей установке ВЦГ-9 из скважины № 1307 показал следующий состав атмосферы (таблица 1).
Взрывоустойчивые перемычки № 1293, 1296, 1297, изолирующие аварийный участок, находились в аэродинамическом режиме «принимают», поэтому определить достоверно состав рудничного воздуха за перемычками было невозможно. На основании изучения технической документации, осмотра аварийного участка и результатов анализа проб рудничного воздуха комиссия пришла к выводу, что выделение окиси углерода из-за перемычки № 1296 обусловлено самовозгоранием краевой части треугольного угольного целика на сопряжении сбойки с конвейерным штреком 1309 со стороны отработанного пространства лавы № 1307.
Таблица 1 - Состав атмосферы в пробах воздуха, взятых из выработанного пространства
Объемная доля компонентов в пробах воздуха, %
С02 о2 СО н2 сн4
2,15 17,3 0,0005 0 2,39
научно-технический журнал № 2-2011
74 вестник
По результатам депрессионной съемки, выполненной силами Кемеровского ОВГСО, было установлено, что герметичность взры-воустойчивой перемычки № 1296 и вмещающего ее углепородного массива нарушена. Количество утечек воздуха достигало 120 м3/мин. После выполнения мероприятий по восстановлению герметичности перемычки № 1296 и подтопления краевой части треугольного угольного целика на сопряжении сбойки с конвейерным штреком 1309 со стороны отработанного пространства лавы № 1307 выделение оксида углерода и других индикаторных пожарных газов прекратилось. Очистные работы в смежном выемочном участке лавы № 1309 были возобновлены.
ООО «Шахта «Колмогоровская-2» была введена в действие в 2005 г. с проектной мощностью 2100 тыс. т в год. Производственная мощность в настоящее время составляет 1850 тыс. т в год.
Размеры горного отвода на дневной поверхности следующие:
• по простиранию - 3080 м;
• по падению - 755 м;
• площадь - 257,2 га.
Шахта «Колмогоровская-2» отнесена к сверхкатегорной по метану и опасной по взрывчатости угольной пыли.
Пласт Полысаевский-2, отрабатываемый шахтой, входит в состав Грамотеинской свиты Ерунаковской
подсерии. Пласт имеет в основном сложное строение (2-3 угольные пачки). Общая мощность пласта от 6,14 до 7,73 м при среднем значении 6,94 м, с углами залегания от 12 до 250. Породные прослойки пласта мощностью от 0,05 до 0,35 м, а по двум скважинам до 0,56 и 0,58 м представлены алевролитами, реже аргиллитами с крепостью пород по шкале Протодьяконова 3-4. По аналогии с соседними шахтами пласт Полысаевский-2 отнесен к угрожаемым по горным ударам с глубины 250 м и весьма склонен к самовозгоранию.
Уголь пласта относится к марке ДГ зольностью 5,6-6,2 %. Влажность угля 5,6-7,6 %. Выход летучих составляет 40,5-44 %. Непосредственная кровля пласта представлена мелкими алевролитами мощностью 20-30 м средней обрушаемости. Выше залегают крупные алевролиты, переслаивающиеся песчаником, - основная кровля. Это породы средней крепости: / = 3-5 по шкале проф. Протодьяконова.
Почва пласта - мелкие алевролиты мощностью от 4 до 6 м. Повсеместно имеются «ложные» почва и кровля мощностью 0,2 и 0,3 м соответственно. Породы способны размокать в воде и вспучиваться. Метаноносность пласта возрастает с глубиной и изменяется от 3...7,0 м3/т с.б.м. на гор. +100 м до 18...19 м3/т с.б.м. на гор. - 300 м.
Пласт отнесен к весьма склонным к самовозгоранию.
Зона окисленных углей распространяется на глубину до 24 м от земной поверхности. Зона трещиноватости пласта Полысаевского-И распространяется на глубину до 140 м от земной поверхности. На сегодняшний день отрабатывается выемочный участок лавы № 4. Границами участка являются:
• по падению - конвейерный штрек 4, путевой штрек 4;
• по простиранию - на северо-западе - предохранительный целик под конвейерный ствол, на юго-востоке - предохранительный целик вспомогательного уклона. Отработанная в апреле 2010 г. лава № 3 находится в центральной части шахтного поля пласта Полысаевского-И.
Границами лавы являются:
а) по падению - конвейерный штрек 3, путевой штрек 3;
б) по простиранию: на северо-западе - предохранительный целик под конвейерный ствол; на юго-востоке - предохранительный целик флангового ствола.
Нарезка лавы № 3 проводилась спаренными выработками. Система разработки - длинные столбы по простиранию, управление кровлей - полное обрушение. Отработка запасов угля в выемочных столбах производится обратным ходом от фланга к главным наклонным стволам.
Место отбора проб Долевой объем компонентов в пробах воз£ уха, % Температура,
С02 о2 СО н2 СН2
Путевой штрек 4 из-за перемычки №108 1,5 18,7 0,6 0,2 0,7 18
Путевой штрек 4 у перемычки №108 0,3 20,5 0,016 0,01 0,5 17
Технологическая скважина №3-4 4,5 0,5 0 0,001 49 -
Технологическая скважина №3-6 7,4 1,4 0 0,001 42,5 -
Таблица 2 - Долевой объем составляющих компонентов в пробах воздуха
Выемочные столбы первого слоя отрабатываются в нисходящем порядке, во втором слое - в восходящем порядке.
Размер выемочного столба по простиранию - 2670 м. Длина лавы -210 м. Вынимаемая мощность слоя - 4,6 м.
04 мая 2011 г. на шахте «Колмогоровская-2» за перемычкой № 108, установленной в сбойке № 57 между конвейерным штреком 3 и путевым штреком 4, в выработанном пространстве лавы № 3 был обнаружен очаг самовозгорания угля (рисунок 2). Самовозгорание угля было обнаружено по выделению дыма из-за ограждающей перемычки, установленной в устье сбойки № 57 с целью ликвидации непроветриваемого тупика у взры-воустойчивой перемычки № 108 со стороны путевого штрека 4. В 12 ч 45 мин были осуществлены действия по позиции №39 Плана ликвидации аварии. Вентиляционный режим шахты остался без изменений. Отбор проб осуществлялся из изолированного участка и показал сле-
дующее (таблица 1). Созданная экспертная комиссия произошедшую аварию квалифицировала как эндогенный пожар №2 в отработанном пространстве лавы №3, на сопряжении сбойки №57 и конвейерного штрека 3. На основании изучения технической документации, осмотра аварийного участка и результатов анализа проб рудничного воздуха комиссия пришла к выводу, что выделение окиси углерода из-за перемычки № 108 обусловлено самовозгоранием краевой части треугольного угольного целика на сопряжении сбойки № 57 с конвейерным штреком 3 со стороны отработанного пространства лавы №3.
По результатам подпочвенной радоновой съемки, проведенной силами Прокопьевского ОВГСО, был уточнен очаг самовозгорания и разработан проект тушения пожара.
После выполнения мероприятий по тушению очага самовозгорания в районе треугольного угольного целика на сопряжении сбойки 57 с конвейерным штреком 3 со сторо-
ны отработанного пространства лавы №3 выделение оксида углерода и других индикаторных пожарных газов прекратилось. Очистные работы в смежном выемочном участке лавы № 4 были возобновлены.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы о причинах возникновения данных аварий на разных предприятиях и в разное время:
1. Отсутствие контроля за составом атмосферы в выработанном пространстве, так как перемычки, включенные в план отбора проб, находились в аэродинамическом режиме «принимает», а скважины - на значительном удалении от места возникновения очага самовозгорания.
2. Наличие в выработанном пространстве большого количества разрыхленного угля, не обработанного антипирогенами.
3. Значительное количество утечек воздуха через выработанное пространство вследствие некачественной изоляции.
ANALYSES OF ENDOGENOUS FIRES INITIATION REASONS IN THE Каминский Анатолий Янович
GOB AND ISOLATED AREAS OF FLAT AND INCLINED COAL SEAMS тел.(3842)64-26-65
A.Ya. Kaminsky, A.I. Kravchenko, P.A. Shlapakov, V.V. Kolykhalov
Analyses of main factors of endogenous fire hazard of gob and isolated Кравченко Александр Иванович
areas at flat and inclined seams of coal prone to self-ignition is fulfilled on тел.(3842)64-31-16
the examples of «endogenous fire» acidents which took place at Kuzbass
mines. Шлапаков
Key words: ENDOGENOUS FIRE HASARD, ENDOGENOUS FIRE, Павел Александрович
ISOLATING CONSTRUCTION, AIR LEAKS, INDICATING FIRE GASES тел.(3842)64-26-65
Колыхалов
Виктор Валентинович
тел.(3842)64-26-65
