CC BY
174
— Коротко об авторах ---------------------------------------------
Кашапов К. С. - кандидат технических наук, технический директор Угольного департамента «Миттал Стил Темиртау»,
Полчин А.И. - горный инженер, главный горняк Угольного департамента «Миттал Стил Темиртау»,
Пименов А. А. - горный инженер, научный сотрудник НИЦ ГРК.
УДК 622.813.325
Б.В. Вацковский, А.Ф. Липчанский, Ю.А. Филиппов
О ПРЕДУПРЕЖДЕНИИ ВНЕЗАПНЫХ ВЫБРОСОВ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Сначала проявления внезапных выбросов угля и газа (известно, что первый зарегистрированный внезапный выброс произошел в 1834 году на французской шахте «Исаак») изучение и предупреждение этого опасного явления для жизни персонала работающих находится в центре внимания ученых горного профиля, производственников и ученых по изучению верхних слоев земной коры [1]. За более чем полуторавековой мировой опыт разработки выбросоопасных пластов, концентрации научной и технической
© Б.В. Вацковский, А.Ф. Липчанский, Ю.А. Филиппов, 2007
мысли на решение вопросов предупреждения самопроизвольного разрушения призабойной части угольного пласта в форме внезапных выбросов. В теоретическом и практическом плане разработано большинство фундаментальных задач: обоснована и применяется предварительная отработка (наиболее эффективного способа) защитных шахтопластов; разработаны и в определенной мере используются энергетическая и энергетически-силовая теории внезапных выбросов угля и газа, в которых достаточно детально обоснованы природа, причины и механизм внезапных выбросов угля и газа. Разработаны и широко внедряются все виды прогноза выбросоопасных зон (региональный, локальный и текущий). Практически подтверждена локальность в проявлении внезапных выбросов угля и газа: их приуроченность к зонам влияния геологических нарушений, ЗПГД и, что особенно важно, ко времени технологического воздействия на призабойный массив выбросоопасных шахтопластов.
Однако, внезапные выбросы угля и газа продолжают иметь место (официально и фактически), хотя в актах расследования аварий в ряде случаев имеется расплывчатая квалификация динамического явления; например: внезапный выброс угля и газа, выдавливание (отжим, высыпание). То есть, необходима чёткая классификация ГДЯ.
Полный комплекс мероприятий по вскрытию и разработке выбросоопасных пластов сосредоточен в «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа» [2].
Положительно оценивая техническую и организационную необходимость этого нормативного документа, не претендуя на полный анализ и тем более рецензию его, считаем необходимым, рассмотреть, на наш взгляд, недостаточно освещенные или не точно изложенные и недоработанные применительно к шахтам Восточного Донбасса вопросы.
Инструкцией в водной части не определены термины и технические понятия и единицы измерения используемых физических величин при решении вопросов прогноза, противовыбросных мероприятий и контроля их эффективности: выбросоопасный пласт, потенциально опасная по внезапным выбросам угля и газа зона, прогноз выбросоопасности, противовыбросные мероприятия, контроль эффективности противовыбросных мероприятий, начальная
скорость газовыделения, динамика начальной скорости газовыде-ления, разведочные и контрольные наблюдения, активность акустической эмиссии, критерии выбросоопасности, разрешенная глубина выемки, зона запаса и т.д.
Это на том фоне, что в учебных заведениях горного профиля выбросоопасность угольных пластов и пород и меры их предупреждения не изучаются отдельным предметом, а только в составе предмета рудничной аэрологии и только в программе горных инженеров - разработчиков. В то время как, работают на выбросоопасных пластах горные инженеры-механики, шахтостроители, геологи и экономисты.
Необходимо в инструкции ввести ознакомительный раздел «Термины и физические понятия, принятые при прогнозировании внезапных выбросов, выполнении противовыбросных мероприятий и контроле их эффективности».
Организационно инструкцией не определено распределение обязанностей между эксплуатационными участками, службой предупреждения газодинамических явлений, специализированным участком выполнения противовыбросных мероприятий (ПРТБ), участком вентиляции и техники безопасности (ВТБ) и службой производственного контроля (ПК).
Учитывая, что территориально и организационно прогноз, противовыбросные мероприятия, контроль их эффективности и выемка выбросоопасного пласта производятся не одним участком, а несколькими участками и службами целесообразно инструкцией определить исполнителей по каждой позиции комплекса мер по предупреждению внезапных выбросов.
Согласно инструкции работа по прогнозу, противовыбросным мероприятиям и контролю за эффективностью в компании организует главный горняк по борьбе с газодинамическими явлениями. Технической политикой и работами по борьбе с внезапными выбросами руководит технический директор. Ведение прогноза и контроля за эффективностью способов предупреждения внезапных выбросов на шахте должно осуществляться специальной службой (группой) предупреждения газодинамических явлений. Это служба подчинена непосредственно начальнику участка ВТБ.
В состав ответственных руководителей по организации важной позиции безопасности на предприятии не включен главный инженер шахты. Ответственность за создание безопасных условий труда
при разработке выбросоопасных и угрожаемых пластов инструкцией возлагается на технического руководителя шахты. На наш взгляд, необходимо назвать должность этого руководителя более конкретно. В штатном расписании шахт нет должности технического руководителя. В широком понятии этого слова к техническим руководителям относятся специалисты от горного мастера до главного инженера.
Начальник участка ВТБ не включен в список лиц, которые должны проходить дополнительное обучение по специальной программе ВостНИИ по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов. Круг лиц, которые должны проходить дополнительное обучение ограничивается горными мастерами службы предупреждения газодинамических явлений и операторами прогноза. Не проходят дополнительного обучения горные мастера и лица старшего надзора специализированного участка выполнения прогноза и про-тивовыбросных мероприятий, которые организовывают бурение шпуров для прогноза по начальной скорости газовыделения, гидроотжима и контроля эффективности, а также скважин для размещения подземных блоков аппаратуры прогноза выбросоопасности по акустической эмиссии горного массива.
При таком положении начальник участка ВТБ может не осознавать остроту проблемы борьбы с выбросами - во всяком случае, предъявить к нему юридическую ответственность за своевременное выполнение комплексов противовыбросных мероприятий сложно: «не обучен, не знал». В повседневной работе он может использовать подчиненного ему руководителя службы предупреждения газодинамических явлений для выполнения работ участка: обследование выработок, контроль рудничной атмосферы, ремонт вентиляционных сооружений, что, безусловно, необходимо для обеспечения жизнедеятельности шахты и на что, как правило, не достает исполнителей. Такое перераспределение обязанностей работника, находящегося в подчинении начальника ВТБ, ослабит организацию и контроль выполнения комплекса мер по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов.
В действующей инструкции не приведен перечень необходимого оборудования, приборов и приспособлений для обеспечения выполнения прогнозов, противовыбросных мероприятий и контроля их эффективности, не указано какие технические характеристики должно иметь это оборудование. Не приведены технологические схемы расстановки оборудования.
Раньше работники шахт как исполнители получали эти необходимые сведения из методических рекомендаций [3] и руководств [4, 5] по разработке и внедрению того или иного способа. После разработки и издания единой инструкции по безопасности работ на выбросоопасных и угрожаемых пластах в эту инструкцию не вошли очень необходимые позиции по технологии способов, в том числе и технологические схемы расстановки оборудования, а действующие до издания инструкции методические рекомендации и руководства, были отменены. Перечень необходимого оборудования, его технические характеристики, схемы расстановки и мероприятия по безопасной эксплуатации должны быть изложены в инструкции. Для рабочих эти сведения должны быть изложены в паспортах, разработанных на основании инструкции.
На рис. 1 приведена технологическая схема расстановки оборудования и контрольно-измерительных приборов при нагнетании воды в пласт, режимах гидрорыхления и гидроотжима в очистном
Рис. 1. Технологическая схема расстановки оборудования и контрольноизмерительных приборов при нагнетании воды в пласт в режиме гидроотжима.• 1 - агрегат насосный АНУ; 2 - шпуры для нагнетания воды в пласт; 3 -гидрозатвор Таурас; 4 - высоконапорный рукав; 5 - высоконапорный манометр; 6
- дроссель слив; 7 - обратный клапан; 8 - расходомер; 9 - дроссель - разгрузка; 10
- подводящий рукав; 11 - низконапорный манометр; 12 - задвижка на подводящем водопроводе, Д1_ - выдвигание (смещение) забоя
На рис. 2 приведена технологическая схема расстановки аппаратуры ЗУА-6И прогноза выбросоопасности угольных пластов по акустической эмиссии горного массива, а на рис. 3 - технологическая схема расстановки приборов при прогнозировании выбросо-опасности угольных пластов по начальной скорости газовыделения из шпуров.
Схемы расстановки оборудования и приборов, которые являются неотъемлемой частью технологии выполнения способа, должны быть графически представлены в инструкции или в приложении к ней.
Особо необходимо остановиться на применении гидроотжима. Мы считаем, что гидроотжим призабойной части пласта, как про-тивовыбросное мероприятие, из действующей инструкции для применения в очистных забоях, исключен необоснованно. Это комплексное мероприятие по предупреждению внезапных выбросов, снижению пылеобразования и, что не маловажно, снижению крепости угля перед выемкой на шахтах Каменско-Гундоровского углепромышленного района применяется давно. Давно, это около 40 лет, с момента разработки его теоретических основ и рекомендаций по опытному применению Ворошиловградским отделением МакНИИ. В больших объемах в тот период гидроотжим применялся на шахтах украинского Донбасса. По причине проявления газо-
динамических явлений при выемке угля после гидроотжима объем его применения на украинских шахтах снизился. Имели место газодинамические явления после выполненного гидроотжима и на шахтах Каменско-Гундоровского района. По мнению специалистов Шахтинской лаборатории МакНИИ (в настоящее время Шахтин-ский филиал ВостНИИ), работников объединения «Гуковуголь» и шахт внезапные выбросы после гидроотжима имели место по причине неправильной оценки его эффективности. Согласно рекомендаций разработчиков способа эффективность гидроотжима оценивалась выдвиганием угля нагнетаемой водой. По действующему временному руководству по применению гидроотжима, а затем «Инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа» этого считалось достаточным, чтобы положительно оценить эффективность способа. В нашем районе к оценке эффективности гидроотжима подошли иначе.
Рис. 2. Схема размещения аппаратуры ЗУА-6и: 1 - подземный блок 5Ф2.019.00; 2 - приёмное устройство 5Ф2.003; 3 - соединительная линия ТАШ 4x1; 4 - громкоговоритель; 5 - регистратор (магнитофон Астра 110); 6 - осциллограф С1-65А; 7 - радиус приема сейсмоинформации
Выдвигание пласта в месте нагнетания воды считается обязательным условием завершения процесса гидроотжима, но не его эффективности. Эффективность способа определяется дополнительно изучением динамики газовыделения в контрольных шпурах. При таком подходе к оценке эффективности гидроотжима внезапные выбросы угля после его выполнения прекратились.
■*>
г
і_
2.0; 2.5;3.5м
<0
1
6
Рис. 3. Технологическое расположение приборов текущего прогноза по начальной скорости газовыделения а - при замере начальной скорости газовыделе-ния; б - при определении коэффициента крепости угля: 1 - затвор газовый ЗГ -1; 2 - уплотняющий элемент затвора; 3 - штуцер присоединения шланга от прибора ПГ-2МА; 4 - прибор ПГ-2МА; 5 - таблица перевода условных единиц шкалы прибора в л/мин; 6 - крепостемер ПК-1; 7 - манометр; 8 - резец РП-7; 9 - распорная штанга; 10 - распорная стойка
Имеются принципиальные замечания по технологии гидроотжима. По инструкции длина уплотнительной части гидрозатвора должна быть не менее 1.25 м. Это утверждение ошибочное. Длина уплотнительной части затвора должна быть не более 1.25 м. От устья шпура до затвора во избежание ложных (кажущихся) отжимов должна быть металлическая труба - удлинитель, которая будет гарантировать отжим угля с глубины, а не из устьевой части шпура (рис. 1).
Требование укороченной до 1.25 м герметизирующей части затвора было введено инструкцией 1977 года издания. [9]. До этого размеры затвора не регламентировалась. Со временем причина, по которой требовалось иметь затвор регламентированных размеров, забылась, или по ошибке при редактировании новой инструкции приняли, что затвор большей длины лучше.
Технологически необоснованно и не выполнимо требование действующей инструкции по установке дополнительного датчика кон-
троля концентрации метана в 15-20 м от забоя, обеспечивающее отключение насоса при концентрации газа 1 %. Остановки насоса в период нагнетания воды до завершения процесса гидроотжима повлечет за собой, как правило, снижение распирающего давления в затворе, выталкивание его из шпура и разгерметизацию системы со сложностью повторной герметизации. В выработке, где выполняется гидроотжим, электроэнергия должна быть отключена от места нагнетания воды до места подсвежения вентиляционной струи.
Также технологически необоснованной считаем рекомендацию инструкции по применению предварительного увлажнения угля перед выполнением гидроотжима. Увлажнение угля под избыточным давлением до 0.75 кгс/см2 может нарушить сплошность материала угля, после чего выполнить гидроотжим до необходимого выдвигания пласта станет невозможным.
----------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Скочинский А.А. Современное состояние изученности проблемы внезапных выбросов угля и газа в шахтах. В сб. Научные исследования в области борьбы с внезапными выбросами угля и газа. - М.: Углетехиздат, 1958. - С. 5-15.
2. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля (породы) и газа. РД 05-350-00. Государственные предприятия Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000, 303 с.
3. Методические рекомендации по ведению текущего прогноза выбросо-опасности по сейсмоакустической активности пласта. Донецк, 1980, 73 с.
4. Руководство по текущему прогнозу выбросоопасных зон в угольных пластах при проведении подготовительных, нарезных и очистных выработок в шахтах Донбасса. Макеевка-Донбасс, 1975, 66 с.
5. Временное руководство по применению гидроотжима призабойной зоны угольного пласта для борьбы с внезапными выбросами угля и газа. Макеевка-Донбасс, МакНИИ, 1968, 43 с.
6. Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, склонных к внезапным выбросам угля, породы и газа. - М.: Недра, 1977, 160 с.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------
Вацковский Борис Викторович - горный инженер, управляющий директор ОАО «ДОНКОКС» ЗАО УК «Гуковуголь».
Липчанский Александр Федорович - кандидат технических наук, заведующий сектором Шахтинского филиала НЦ «ВостНИИ».
Филиппов Юрий Алексеевич - научный сотрудник ИПКОН РАН.___________
