CC BY
28
УДК: 622.273.23; 622.812.
В.А. Скрицкий
ИГД СО РАН, Новосибирск
К ВОПРОСУ ДОСТОВЕРНОСТИ ВЫВОДОВ О ПРИЧИНАХ ВЗРЫВОВ МЕТАНА В ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ КУЗБАССА
Воспламенение и взрывы метана в угольных шахтах инициируются преимущественно очагами самовозгорания угля, которые не были обнаружены при отработке выемочных участков. Описан механизм участия опорного горного давления в формировании и возникновении очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве.
V.A. Skritsky
Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk Krasny Prospekt 54, 630091, Russian Federation
RELIABILITY OF CONCLUSIONS ON METHANE EXPLOSION CAUSES AT HIGHLY PRODUCTIVE COAL MINES AT THE KUZNETSKY COAL BASIN
Ignition and explosion of methane at coal mines are generally initiated by hotspots of spontaneous coal combustion, not detected at coal mining areas at a good hour. The author describes the mechanism for the bearing rock pressure effect on generation of spontaneous coal combustion spots at goafs.
В период с 1998 по 2002 гг. в шахтах России возник 131 эндогенный пожар. Из них 84 (64%) были обнаружены в шахтах Кузбасса. За этот же период в шахтах России произошло 34 взрыва метановоздушной смеси, из них 28 (82%) - в шахтах Кузбасса. В шахтах Кузбасса, несмотря на ежегодное снижение аварий вида «эндогенный пожар» и «взрыв метана», наблюдается удельный рост аварий обусловленных взрывами метана. Так, например, в шахтах Кузбасса, отрабатывающих как пологие, так и крутые пласты угля, за период с 1993 по 1997 гг. произошло 191 аварий вида «пожар» и «взрыв», из которых 155 относились к эндогенным пожарам, а 36 (19%) - к взрывам метана. За период же с 1998 по 2002 гг. из 112 произошедших в Кузбассе аварий 84 были отнесены к эндогенным пожарам, а 28 (25%) - к взрывам метана. За 3 года, с 2000 по 2002 гг., из 57 аварий вида «эндогенный пожар» и «взрыв метана», произошедших в шахтах Кузбасса, 37 аварий были отнесены к эндогенным пожарам, а 20 (35%) -к взрывам метана.
В последние годы проблема предотвращения взрывов метана стала особо актуальной для шахт отрабатывающих высокопроизводительными комплексно механизированными очистными забоями пологие и наклонные пласты, уголь
которых склонен к самовозгоранию. Проветривание выемочных участков осуществляется по комбинированной схеме, когда до 30% воздуха, поступающего для проветривания очистного забоя, отводится из лавы через выработанное пространство. При отработке пластов, уголь которых склонен к самовозгоранию, подобные схемы проветривания потенциально опасны по условию возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве.
В подобных выемочных участках с 2001 по 2007 годы в шахтах Кузбасса на 7 высокопроизводительных выемочных участках, проветриваемых по комбинированной схеме, произошли взрывы метана с катастрофическими последствиями, при которых было травмировано 274 человека, в том числе 227 (83%) смертельно. Краткие сведения об этих авариях представлены в ниже приведенной таблице.
Дата Шахта. Место аварии. Число пострадавших Схема проветривания Горнотехнические параметры пласта Причина взрыва - по заключению комиссии, расследовавшей аварию
30. 03. 2001 г. ЗАО ш. «Распадская».Зап . путевой бр-г 310, групп. пут/ш 3-10. Лавы 3-10-7 и 4-10-23/ Пострадало 7 чел., в т.ч. 4 -смерт. Комбинированная - с использованием ВМЦГ-7 для отвода метана через выработанное пространство. Пласт - 10. Мощность - 1,9 -2,4 м. Глубина от поверхности - 148 м. Газообильность-25м3/т. Искрение «От обрушения пород кровли в групп. путевом штреке перебило бронированный кабель, что вызвало замыкание жил».
02. 04. 2002г. ЗАО ш. «Антоновская». Лава 30-29 Травмировано 9 чел. Комбинированная отвод метана на газодрен. штрек через заднюю сбойку на конвейерном штреке. Пласт - 29. Мощность - 3,03,8 м. Глубина от поверхности - 320 м. Газообильность - 2 ,85 м3/т. Искрение при фрикционном трении обрушенных пород..
11. 02. 2003г. ш. «Алардинская». Лава 21-1-52, газодрен. штр. 21-50. Пострадало 27 чел., в т. ч. 2-смерт., 11- тяж. Комбинированная с использованием ВМЦГ-7 для отвода метана из выработанного пространства. Пласт - 21. Мощность пласта -6,6 м. Отработка лавы по I слою. Глубина от поверхности - 200 м. Газообильность-сверхкатегорийная Загазирование выработки из-за отключения ВМЦГ-7. Источник воспламенения -дуговой разряд при бронированного кабеля резервного ВМЦГ-7
10. 04. 2004г. ш. «Тайжина». Лава 1-1-5-5, к/ш 1-1-5-6 и примыкающие выработки. Пострадавших 53 чел., в т..ч. 47 - Комбинированная -отвод метана на газодрен. штрек через заднюю сбойку на конвейерном штреке. Пласт - Е-5. Мощность - 2,8 м. Глубина от поверхности - 320 м. Газообильность сверхкатегорийная Искрение при повреждении высоковольтного кабеля на к/ш 1-1-5-6. Вытеснение из выраб. протва метана в промпечь № 2 и на
смерт. к/ш 1-1-5-6.
08. 02. 2005г. ш. «Есаульская». Лава 29 - 26. Постр. 29 чел, в т.ч. 25 - смерт. Комбинированная - с использованием ВМЦГ-7 для отвода метана из выработанного пространства. Пласт - 29. Глубина от поверхности - 353 м. Газообильность-сверхкатегор. Самовозгорание угля в выработанном пространстве лавы.
19. 03. 2007г. ш . «Ульяновская». Лава 50-11. Погибло 110 чел. Комбинированная отвод метана на газодрен. штрек через заднюю сбойку на конвейерном штреке. Пласт - 50. Мощность-2,2^2,6м. Отн. газооб. - 9,8 м /т. Глубина от поверхности - 220 м. Искрение в лаве при сдавливании и повреждении силового комбайнового кабеля.
24. 05. 2007г. ш. «Юбилейная». Лава 15-16. Погибло 39 чел. Комбинированная - с использованием ВМЦГ-7 для отвода метана из выработанного пространства. Пласт 15. Глубина от поверхности -450м. Газообильность -сверхкатегор. Искрение между жилами в силовом комбайновом кабеле, при его натяжении.
Все 7 выемочных участков, на которых произошли взрывы метана, отрабатывались длинными столбами по простиранию с обрушением пород кровли (ДСО) и проветривались комбинированным способом. Скорость подвигания очистных забоев превышала 60 в месяц, при которой, согласно [1], обеспечивается отработка выемочных столбов без возникновения в выработанном пространстве очагов самовозгорания угля. Так как в пробах воздуха, отбираемых из выработанного пространства, не наблюдалось повышенных концентраций оксида углерода и других индикаторных газов то считалось, что в выработанном пространстве выемочных участков, в которых произошли взрывы метана, очаги самовозгорания угля не возникали.
Помимо природных свойств угля к окислению, на формирование и возникновение в выработанном пространстве очагов самовозгорания угля, существенное влияние оказывает опорное горное давление. Опорным горным давлением совершается механическая работа по механодеструкции краевой части угольного массива. В процессе этой работы выделяется тепло, вследствие чего уголь, разрушаемый в зоне упругопластических деформаций, приобретает температуру на 25 - 35 и более градусов выше, чем температура окружающего углепородного массива [2, 3]. За счет температурного градиента, к не окисленному и нагретому в процессе механодеструкции краевой части пласта (целика) углю, образуется устойчивый ток воздуха. Этим током воздуха к нагретому и разрыхленному углю в оптимальном режиме доставляется кислород, необходимый для развития процесса самонагревания угля и осуществляется вынос влаги и газообразных продуктов окисления из возникшего очага самонагревания угля. По мере повышения температуры угля в очаге самонагревания интенсивность процесса окисления и роста температуры угля возрастает и, при достижении в очаге самонагревания температуры 500 -700оС, происходит самовозгорание угля. Очаг самовозгорания угля, перемещаясь навстречу поступающему воздуху, выходит на внешнюю кромку
целика в выработанном пространстве, и огонь распространяется по нему, где от горящего угля может воспламениться метан и произойти взрыв метановоздушной смеси.
На шахте «Антоновская» (02.04.2002 г.) источником воспламенения и взрыва метана в выработанном пространстве действующего выемочного участка было названо искрение, образующееся при фрикционном трении обрушающихся пород кровли. На шахте «Есаульская» (02.02.2005 г.), причиной произошедшего взрыва метана был назван очаг самовозгорания угля, огонь от которого в процессе ликвидации аварии был обнаружен в сбойке у перемычки, изолирующей выработанное пространство отрабатываемой лавы. В 5 из 7 аварийных участков, при отработке которых так же отсутствовали признаки возникновения очагов самовозгорания угля, в процессе обследования горных выработок после взрыва, были обнаружены механические повреждения силовых электрических кабелей. В связи с тем, что произошедшие взрывы метана не возможно было объяснить возникновением очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве источниками огня, инициировавшим воспламенение и взрывы метана, было названо искрение, образующееся при механическом повреждении электрических кабелей. При этом в двух случаях, в шахте «Ульяновская» (19.03.2007г.) и в шахте «Юбилейная» (24.05.2007 г.), источниками воспламенения и взрыва метана названа вольтова дуга, якобы возникшая при механическом повреждении силовых комбайновых кабелей.
В шахтных электрических сетях предусмотрены реле утечки тока, благодаря которым, в случае снижения электрического сопротивления между силовыми жилами кабеля (до механического повреждения оболочки кабеля и до возникновения вольтовой дуги), автоматически происходит опережающее отключение фидерного автомата. В связи с этим достоверность заключений о том, что взрывы метана были инициированы искрением, произошедшим в результате механического повреждения в лаве комбайнового кабеля, вызывает сомнение. Кроме того, в актах расследования аварий, не достаточно убедительно обосновано образование взрывчатой концентрации метана (>5,6 %) в атмосфере призабойного пространства лав, проветриваемых в штатном режиме.
При комбинированном способе проветривания выемочных участков, эндогенные пожары, как правило, обнаруживаются не в ранней стадии их возникновения, а проявляются пожарными газами, выделяющимся из выработанного пространства, или взрывами метана. Объясняется это тем, что до 30% подаваемого к очистному забою воздуха перепускается через выработанное пространство. В большом количестве воздуха, поступающего в выработанное пространство, концентрация оксида углерода и других индикаторных газов снижается. В результате идентифицировать газоаналитическим методом очаг самовозгорания угля на ранней стадии его возникновения - до выхода огня в выработанное пространство и развития в нем эндогенного пожара, либо взрыва метана, практически невозможно. Поэтому при комбинированном способе проветривания выемочного участка отсутствие в отбираемых пробах воздуха индикаторных газов, даже при высокой скорости
подвигания очистного забоя не может достоверно свидетельствовать о том, что в выработанном пространстве не возникли и не развиваются очаги самонагревания угля.
Достоверность данного вывода подтверждается двумя авариями, произошедшими на шахте «Антоновская»: в 2002г. - взрыв метана в глубине выработанного пространства лавы № 30 - 29 и в 2003г. - эндогенный пожар в выработанном пространстве отработанной и изолированной лавы № 30 - 33. Следует отметить, что при расследовании всех 7 аварий, в том числе и на шахте «Антоновская», участие горного давления в возникновении эндогенных пожаров не принималось во внимание. Из-за комбинированного способа проветривания лавы № 30 - 29 в пробах воздуха, отбираемых из выработанного пространства, концентрация индикаторных газов не превышала предельно допустимых значений. Видимо поэтому причиной воспламенения и взрыва метана в глубине выработанного пространства лавы № 30 - 29, где обрушение и сдвижение пород кровли давно завершилось, было названо «фрикционное искрение при обрушении пород кровли» [4].
Если бы при расследовании двух выше описанных аварий на шахте «Антоновская», возникновение и ликвидация которых прошли без травматизма и гибели людей, было учтено влияние горного давления на возникновение очагов самовозгорания угля, то в технологию отработки пологих пластов могли быть внесены соответствующие изменения для предотвращения эндогенных пожаров и взрывов метана. Однако этого не произошло. Поэтому в высокопроизводительных выемочных участках шахт Кузбасса, при отработке пологих угольных пластов, продолжают происходить аварии, в возникновении которых прослеживаются все этапы возникновения и развития аварий, произошедших в шахте «Антоновская» в 2002 и в 2003 годах. Об этом свидетельствуют также результаты анализа материалов, имеющихся в Акте расследования взрыва метана, произошедшего 19.03.2007г. на шахте «Ульяновская».
Особую озабоченность вызывает то, что в процессе расследования взрывов метана, происходящих в угольных шахтах, выявляются не истинные причины возникновения аварий, а изыскиваются версии, которыми возникшую аварию можно представить как случайность, зачастую обусловленную низкой производственной дисциплиной работников шахты, но не связанную с технологическими особенностями ведения горных работ. Отсутствуют выводы о том, что применение комбинированных схем проветривания выемочных участков предопределяет возникновение очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве. Также отсутствуют выводы о необходимости дегазации выработанного пространства и к переходу на менее пожароопасные способы проветривания выемочных участков.
Из изложенного следует, что заключения комиссий о причинах взрывов метана произошедших в угольных шахтах не оказывают практического влияния на предотвращение подобных аварий на других шахтах. Поэтому взрывы метана в шахтах Кузбасса продолжают происходить, при этом тяжесть их последствий не снижается.
Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта № 60 СО РАН с участием НАНУ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса / Кемерово, ВостНИИ, 2007. - 82 с.
2. Скрицкий В.А. Роль горного давления в возникновении эндогенных пожаров в угольных шахтах [Текст] / В.А. Скрицкий // Материалы научн. конгресса (15^17.10.2009г.): «Совершенствование системы управления, предотвращения и демпфирования последствий чрезвычайных ситуаций регионов и проблемы безопасности жизнедеятельности населения». -Новосибирск. - СГГА. - 2009. - С. 162 - 164.
3. Попов В.Б. Новые представления о природе начального теплового импульса при возникновении очагов самовозгорания угля в шахтах / Попов В.Б., Скрицкий В.А., Храмцов В.И., Обидов С.В. // Безопасность труда в промышленности, № 3, 2002г. - С. 36 - 38.
4. Карта учета аварии возникшей "02" апреля 2002 года в ЗАО " Шахта Антоновская".
© В.А. Скрицкий, 2011
