CC BY
54
--------------------------------------- © С.С. Кобылкин, 2009
УДК 622.4: 622.82 С.С. Кобылкин
К ВОПРОСУ О РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМАХ ПРОВЕТРИВАНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ГАЗООБИЛЬНЫХ ШАХТ
Приведен анализ несчастных случаев связанных с взрывами и вспышками метана на угольных шахтах в Российской Федерации. Также приведен анализ существующих схем проветривания высокопроизводительных выемочных участков.
Ключевые слова: вентиляция, шахта, метан.
~П настоящее время на некоторых шахтах наблюдается вы-
-Я-М деление такого большого количества метана, что проветривание по традиционным схемам как основное средство борьбы с ним оказывается недостаточным для создания безопасных условий работы. Анализ данных по России за период с 1989 по 2007 год (рис. 1) показывает, что наиболее высокий показатель газоопасно-сти (по количеству взрывов и вспышек) имел место в годы перестройки. Несмотря на то, что количество аварий в конце рассматриваемого периода времени не уменьшается, степень разрушений и количество жертв растёт, данная тенденция особенно наблюдается последние четыре года. В это время рост абсолютного числа погибших в результате взрывов и вспышек метана опережает рост добычи угля. Это обусловлено ухудшением организации производства и особенно усложнившимися горно-геологическими условиями.
Анализ аварий и инцидентов на угольных шахтах России показывает, что по сравнению с концом девяностых годов доля взрывов и вспышек газа возросла почти в три раза (рис. 2). Это обусловлено, прежде всего, большим отставанием методической базы от технической базы и постоянно ухудшающимися горногеологическими условиями.
Основными причинами образования взрывоопасных концентраций метана в очистных забоях являются: высокая газообиль-ность, отсутствие должного контроля состояния проветривания и
газовыделения. Та же картина наблюдается по всем выработкам
участка.
j HMHU
I
і lSOOOO»
з
I
1
* ЮОШйО
— КйЛНЧй£1Ьй Д&быТйГ&уГЛЯ, ТйНН
nkz
— (Cornжтва прывл н вспыше* гнм
11 ІІІІІІІІІІрІЙІІІІІІІІ 111 ІІШІ ШІІІІІШ
ІІШІШШШШ
ШіІЕІШЧШІШ
IHISIIIIISiilllll
маг iw ,... Ітив>т,тязіл 2ма™01лю2™2т-™6и1цС‘гмт7^
130 §
-HOD Й І X
- ні!
І
Р
и» І
1« 1BBZ 1Ш 10» 159J
Рис. 1. Динамика добычи ПИ и график смертельного травматизма связанного с взрывами и вспышками газа за период с 1989 по 2007 год в РФ1
Одно из решений проблемы метаноопасности шахт заключается в предотвращении опасности загазирования горных выработок, научно обоснованном установлении рациональных вентиляционных схем и параметров выемочных участков и всё это с учётом применяемых технических устройств, технологий и новых горногеологических условиях.
Для решения проблемы необходимо изучить газоопасность шахт с учётом относительной газообильности участков, средней участковой концентрации газа в рудничном воздухе и схемы проветривания участка; установить область рационального применения способов управления гзовыделением; изучить влияние горногеологических и организационно технических факторов на газовый баланс выемочного участка в принципиально новых условиях.
'Данные по добыче угля в РФ представлены по сведениям BP (statistical review full report workbook 2008). Данные по травматизму представлены по сведениям ФГУП ВГСЧ 2008 г.
4И|М|>:
1996 1997 1993 1999
<«'♦ 4' 4
Рис. 2. Диаграммы процентного содержания видов аварий в России по годам с 1992 по 2007 год
Исследования многих учёных как отечественных, так и зарубежных посвящены изучению влияния различных факторов на га-зовыделение. Большинство работ были проведены в период с 1930 по 1990 годы.
В последние 15-20 лет исследований по ряду объективны причин не проводилось, тогда, как в это же время произошел огромный скачок в развитии технологий и рост производства, и заметно ухудшились горно-геологические условия добычи угля.
Ведение горных работ связано с перемещением забоев горных выработок, причем границы выемочных участков и их размеры меняются, так же как и условия дренирования массива, как во времени и в пространстве.
Зная изменение фильтрационных параметров газоностной среды в окрестности горных выработок и задаваясь размерами очистного участка и скоростями подвигания забоя, можно прогнозировать газовыделения в горные выработки участка за период отработки выемочного поля. Это позволит правильно перераспределить воздушные потоки по всем выработкам участка. Тем самым обеспечивая надежность и эффективность проветривания выемочного участка.
Поэтому для более точного аналитического описания количественных параметров газовыделения необходимо разработать новые математические модели десорбции и переноса метана. На основе которых следует разрабатывать новые методики проектирования вентиляции угольных шахт.
Все это происходит и по причине быстрого темпа развития добычного и проходческого оборудования и технологий добычи угля. Также важной причиной является стремление к уменьшению капитальных затрат на проведение и поддержание горных выработок. Все это влияет на тенденции развития схем проветривания высокопроизводительных выемочных участков.
Параметры выемочного участка могут изменятся в широком диапазоне и достигать огромных значений: длина выемочного столба до 5000 метров; длина очистного забоя 320 метров и более. Современные проходческие комбайны и очистные комплексы [1] позволяют проводить горные выработки и достигать высоких нагрузок.
Данная тенденция ведения горных работ наблюдается и в зарубежных странах, таких как США, ЮАР [2, 3].
На рис. 3 представлена схема вентиляции высокогазообильных шахт США. Особенностью данной схемы является большое количество подготовительных выработок, по которым подается дополнительное количество воздуха для разбавления
1 >
ОтмСомннр отдо —1 1
Рис. 3. схема вентиляции высоко газовых шахт в Соединенных штатах
выделяющегося метана до взрывобезопасных концентраций. Следует отметить также, что при этом может проводиться предварительная дегазация скважинами с поверхности [2]. Отрицательной стороной данной схемы являются большие затраты на проведение и поддержание подготовительных выработок.
Угольщики западноевропейских стран, таких как Германия, Великобритания, Польша, также стремятся к уменьшению количества подготовительных выработок. На рис. 4 показана схема вентиляции высокопроизводительной шахты. Особенность здесь заключается в постоянном контроле состояния рудничной атмосферы по всем основным параметрам: концентрации метана, скорость движения воздуха, давление [3].
Данные системы разработки с соответствующими им схемами проветривания являются перспективными и в ближайшем будущем их количество будет расти.
Однако в рассмотренных вариантах представленных схем присутствует общий недостаток по которому на сегодняшний день нет технического решения. Заключается он в ограничении максимально возможного подаваемого количества воздуха в
Рис. 4. Схема проветривания высокопроизводительного выемочного участка шахты Распадская
очистной забой. Связано это с двумя факторами: максимально разрешенной правилами безопасности скоростью движения воздуха 4 м/с и площадью поперечного сечения очистного забоя, которое ограничивается применяемым комплексом. На мощных и средней мощности пластах газообильных шахт с применением дегазации данный вопрос решается. Примером могут являться высокопроизводительные выемочные участки шахты “Распадская” рис. 4. Но встает ряд других проблем, такие как большие внутренние утечки в выработанное пространство и образование скоплений метана в подготовительных и в отстающих за очистным забоем выработках.
В настоящее время в России отсутствует методическое обеспечение вентиляционных расчетов при современных нагрузках и новых систем проветривания, что затрудняет реализацию прогрессивных решений. Для каждого конкретного случая необходимо определить рациональные параметры проветривания, обеспечивающие безопасность ведения горных работ по газовому фактору при высокопроизводительной работе оборудования.
Выводы
В условиях постоянно растущих нагрузок на очистной забой и стремлении к уменьшению капитальных затрат, происходят изменения в системе разработки, и как следствие, в системе проветривания выемочных участков. Во всех угледобывающих странах мира наблюдается тенденция к увеличению длин выемочных участков и длин очистных забоев. Технический уровень позволяет сегодня достигать любых задаваемых параметров длин и сечений подготовительных горных выработок, но сечения очистных забоев ограничены и зависят от применяемых добычных комплексов и мощности пласта. В связи с этим на первый план выходит проблема, связанная с газовым фактором, для решения которой требуется обоснование и расчет рациональных параметров схем вентиляции и дегазации высокопроизводительных выемочных участков газовых шахт с учетом современных тенденций и усложнившихся горногеологических условий.
------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Thakur, P. C. Optimum width of longwall faces in highly gassy coal mines . CONSOL Energy Inc., Morgantown, WV, USA: 12th U.S./North American Mine Ventilation Symposium 2008 - Wallace, 2008.
3. Surface goaf gas drainage strategies. Rao Balusu , Australia, Neil Tuffs and Dan White, Tim Harvey. South Africa: 6.H., 2006 r., Journal of the Mine Ventilation Society of South Africa. fiT^
Kobylkin Sergey S., ass.
TO A QUESTION ON RATIONAL VENTILATION SCHEMES HIGHLY PRODUCTIVE LONGWALL THE GASSIEST MINE
In article the analysis of accidents connected with explosions and flashes of methane on mines of the Russian Federation is resulted. The paper dils with ventilation schemes highly productive longwall the gassiest mine.
Key words: ventilation, mine, methane.
— Коротко об авторе --------------------------------------------
Кобылкин С. С. - аспирант кафедры Аэрологии и охраны труда, Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
2008 r.
