CC BY
17
УДК 622.822.22
A.Я. Каминский (кандидат технических наук, заведующий лабораторией ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
П.В.Потапов (кандидат технических наук, заведующий лабораторией ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
B.В.Славолюбов (кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
В.В. Колыхалов (старший научный сотрудник ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
П.А. Шлапаков (старший научный сотрудник ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»)
Мониторинг эндогенной пожароопасности воздухоподающих выработок
Приведены способы мониторинга с применением геофизических методов электроразведки локальных зон повышенной эндогенной пожароопасности.
Ключевые слова: ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, МОНИТОРИНГ, ТЕМПЕРАТУРА УГОЛЬНОГО МАССИВА, МЕТОД ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ, ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ЭМИССИЯ, ИНДИКАТОР
Конкурентоспособность подземной технологии угледобычи в рыночных условиях может быть достигнута путем строительства высокопроизводительных шахт по технологической схеме «шахта-пласт». Это перспективное направление широко реализуется в Ерунаковском районе Кузбасса, где отрабатываются мощные пологие и наклонные пласты, весьма склонные к самовозгоранию.
Как показал опыт отработки мощных пологих и наклонных пластов по схеме «шахта-пласт», при эксплуатации наклонных воздухоподающих стволов, пройденных по угольным пластам, наблюдается резкое повышение опасности самовозгорания угля. В этом случае формирование очага эндогенного пожара наиболее вероятно в целике между наклонными стволами, особенно при разнонаправленном движении в них воздуха, в зоне неустановившегося теплового режима, который наблюдается на некотором расстоянии от сопряжения вентиляционного канала с воздухоподающим наклонным стволом.
Высокая вероятность возникновения локальных очагов самовозгорания угля возникает и при образовании пристеночных параллельных выработке фильтрационных потоков воздуха. Этот фактор требует проведения мониторинга как в центральных вскрывающих выработках, так и во фланговых одиночных капитальных выработках, используемых для выдачи исходящей струи воз-
духа.
Подтверждением сказанного является возникновение очагов эндогенных пожаров в угольных целиках между наклонными стволами (шахты «Талдинская - Западная», «Инская», «Грамоте-инская», «Угтал», «Колмогоровская-2» и др.) и во фланговом стволе (ООО «Колмогоровская-2») .
Как показал анализ, наиболее типичными причинами возникновения эндогенных пожаров явились:
- изменение режима работы калорифера, в результате чего резко повысилась температура поступающего в шахту воздуха и ускорился процесс сушки целика, повлекший увеличение его деформации (растрескивания) и образование свежих поверхностей угля, способных интенсивно окисляться;
- аэродинамическая связь между воздухоподающими стволами через целик в связи с большим перепадом давления воздуха (30 даПа и более);
- отсутствие контроля за наличием пустот и отслоившегося угля за крепью выработок;
- нестабильный режим движения воздуха в наклонных стволах при большом количестве в нем вентиляционных сооружений (сбоек, кроссингов);
- отсутствие изолирующих рубашек в зонах повышенной трещиноватости и воздухопроницаемости угольных целиков между наклонными стволами;
- недостоверный контроль за температурой угольного массива за бетонной рубашкой, обусловленный применением заполнения закрепного пространства пенами с высокими теплоизолирующими свойствами.
В ОАО «НЦ ВостНИИ» в настоящее время разработан способ мониторинга температуры угольных массивов и выработанных пространств выемочных участков. Сущность этого способа заключается в зондировании исследуемых объектов геофизическими методами электроразведки.
Зондирование производится индикатором электромагнитной эмиссии «Волна-2». Индикатор изготовлен опытно-экспериментальным заводом ВНИМИ (г. Санкт-Петербург) во взрывобезопасном исполнении в соответствии с требованиями [1] и [2] и относится к переносному электрооборудованию индивидуального пользования, закрепляемому за лицами, несущими за него ответственность. Прибор предназначен для оценки напряженного состояния участков горного массива по интенсивности естественного электромагнитного излучения (ЭМИ) на шахтах и рудниках, опасных по взрыву пыли и газа. Измерение ЭМИ производится на частоте регистрации 100 кГц.
Экваториально-дипольное электропросвечивание (ЭДЭП) осуществляется с применением следующих комплектов аппаратуры, изготовленных на заводах во взрывобезопасном исполнении:
- «СЭР-1» (опытно-экспериментальный завод ВНИМИ, г. Санкт-Петербург);
- «ШЭРС-5М» (Быковский опытно-экспериментальный завод).
Для выполнения измерений в шахте необходимы также следующие принадлежности: секундомер (2 шт.), мерная лента (10 м), карандаш, кузнечное зубило, ломик, топор, мел, рабочий журнал.
По результатам электроразведки температура угольного массива определяется по формуле [3]:
г = г() + ЫГ<2 -1п иотн/ к (N2 ■С - N3 ■ 1п иотн), °С, (1)
где иотн = Ли / Лифон (Ли и Лифон) - текущая и фоновая разности потенциалов на исследуемом участке;
г0 - естественная температура вмещающих пласт угля пород, 0С;
С - эмпирический коэффициент, зависящий от диэлектрических свойств угля; для углей Кузбасса С= 490-520;
Q - ширина запрещенной зоны; для углей Кузбасса Q = 13 ■ 30-19 Дж;
к - постоянная Больцмана (к = 1,38 ■ 10-23 Дж/град);
N1, N, N3 - константы, зависящие от электросопротивления среды. Для угольных массивов Кузбасса N1 = 0,120-140, N2 =1 и N = 4,50 -4,55, а для рыхлых скоплений в сухом состоянии N1 = 0,120-0,140; N = 2 (1-Р)/(2+Р) и N = 4,50-4,55, где Р - пористость скопления (для выработанного пространства на пологом и наклонном падении Р и 0,4).
Глубина зоны сканирования составляет и 1/3 от длины базы (расстояния от генератора до приемника). Результаты сканирования угольного массива на протяжении всей выработки позволяют вести температурный мониторинг капитальных выработок во время всего периода их эксплуатации.
Подтверждением приведенных теоретических положений являются случаи самовозгорания угля 24.07.10 в ООО «Шахта «Красногорская» ООО УК «Прокопьевскуголь» и 03.07.2010 в филиале «Шахта «Алардинская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь», а также самовозгорание угля за бетонной рубашкой в воздухоподающем стволе в ООО «Колмогоровская-2» 23.09.2010.
Данный метод предупреждения и раннего обнаружения очагов самонагревания угля в массивах, вмещающих воздухоподающие выработки, не регламентирован действующими нормативными документами, что приводит к трудностям его широкого применения на угольных шахтах России. В то же время практическое применение доказывает его высокую эффективность и достоверность.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 ГОСТ 22782.5-78. Электрооборудование взрывозащищенное с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь».
2 ГОСТ 22781.0-81. Электрооборудование взрывозащищенное. Общие технические требования и методы испытаний.
3 Пат. 2365759 Российская Федерация, МПК Е21Р 5/00. Способ оценки эндогенной пожароопасности действующих выемочных участков [Текст] / Каминский А.Я., Потапов П.В., Славолюбов
В.В., Макаров Н.В., Каминская Л.С; заявители и патентообладатели Каминский А.Я., Потапов П.В.
- 2008108568/03; заявл. 04.03.2008; опубл. 27.08.2009, Бюл. № 24.
Каминский Анатолий Янович Tел.(3842)64-26-65 Потапов Прокопий Васильевич Tел.(3842) 64-26-06 Славолюбов Виктор Владимирович Tел.(3842) 64-26-06 Колыхалов Виктор Валентинович Tел.(3842)64-26-65 Шлапаков Павел Александрович Tел.(3842)64-26-65
AIR SUPPLYING GALLERIES ENDOGENOUS FIRE HAZARD MONITORING
A.Ya. Kaminsky, P.V. Potapov, V.V. Sla-voliubov, V.V. Kolykhalov, P.A. Shlapakov
Monitoring methods including geo-physical methods of electrical exploration of local increased endogenous fire hazard zones are described.
Key words: ENDOGENOUS FIRE HAZARD, MONITORING, COAL MASSIF TEMPERATURE, METHOD OF PREVENTION AND DETECTION OF SPOTS, ELECTROMAGMETIC EMISSION, INDICATOR
