CC BY
11
УДК 622.121, 622.822 +831.3
ОБ ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГИХ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ, СКЛОННЫХ К САМОВОЗГОРАНИЮ
Владимир Аркадьевич Скрицкий
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории подземной разработки угольных месторождений, тел. (383)205-30-30 доп. 194, e-mail: scritsky@mail.ru
Разработана модель зарождения и последующего развития очагов самонагревания угля в краевых частях угольных пластов, в которых в процессе работы по механодеструкции пласта, совершаемой силами опорного горного давления, температура угля повышается на 25-30 оС и более.
Ключевые слова: краевая часть угольного пласта, опорное горное давление, выемочный участок, проветривание, механодеструкция, температура угля, очаг самовозгорания, процесс окисления угля.
ENDOGENIC FIRE HAZARD IN HEAVY COAL-BLOCKS MINING
OF GENTLY SLOPING COAL SEAMS PRONE TO SPONTANEOUS COMBUSTION
Vladimir A. Skritsky
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, D. Sc., Leading Researcher, Underground Coal Mining Laboratory, tel. (383)205-30-30, extension 194, e-mail: scritsky@mail.ru
The author developed the model of initiation and evolution of coal spontaneous heating centers in coal seam selvages where coal temperature tends to increase by 25-30 оС and more as the result of mechanical coal seam destruction under bearing pressure action.
Key words: coal seam selvage, bearing pressure, coal mining area, aeration, mechanical destruction, coal temperature, autoignition spot, coal oxidation.
В настоящее время высокопроизводительная отработка пологих угольных пластов, вне зависимости склонны они или не склонны к самовозгоранию, производится по схемам многоштрековой подготовки и отработки выемочных столбов, одна из наиболее часто используемых схем представлена на рис. 1 [1]. Проветривание выемочных участков производится по комбинированной схеме с прямоточным проветриванием выработанного пространства на ограниченном участке. Свежая струя воздуха для проветривания очистного забоя подается по вентиляционному штреку. При отработке лавы до 60-80% метана выделяется в выработанном пространстве. Поэтому от 20 до 30 % воздуха, поступающего к лаве, минуя очистной забой, перепускается через выработанное пространство для удаления метана из выработанного пространства в газоотводящую выработку, в качестве которой используют вентиляционный штрек подготавливаемого к отработке следующего выемочного столба.
Рис. 1. Технологическая схема № 1 подготовки и отработки пологих пластов средней мощности с комбинированным способом проветривания [1].
По мере подвигания очистных забоев краевая часть пласта и межлавные целики подвергаются воздействию сил опорного горного давления (ОГД). При воздействии ОГД на краевые части пласта фактически совершается механическая работа по их деформации и разрушению с преодолением сил трения и выделением тепла. Поэтому в процессе этой работы, температура угля внутри краевой части угольного целика растет. О том, на сколько градусов повышается температура угля в межлавном целике, подвергнувшемуся воздействию ОГД, можно судить по представленным на рис. 2 результатам натурных измерений, проведенных в межлавном целике в процессе отработки лавы по пласту 1У-У на шахте им. В.И. Ленина (г. Междуреченск, Кузбасс) [2].
расстояние
Рис. 2. Рост температуры угля внутри межлавного целика по мере нарастания ОГД, где:
1 - на глубине 5 м от борта конвейерного штрека; 2 - на глубине 4 м; 3 - на глубине 2 м
Температура угля пласта 1У-У вне зоны воздействия ОГД была равна 12оС. По мере подвигания очистного забоя и нарастания ОГД температура угля в краевой ча-
сти межлавного целика неуклонно возрастала и достигла максимума, когда очистнои забой приблизился к месту замеров на 5м. Температуру, достигающую 45оС, приобрел уголь, находящийся внутри целика на расстоянии 5м от борта штрека. Скачок температуры на 20оС, произошедший внутри краевой части целика на протяжении 1м - между 4м и 5м от борта штрека, указывает, что в целике, в 5м от борта штрека, при воздействии на него ОГД преобладают упругопластические деформации с преодолением сил трения.
На рис. 3 показано, где при многоштрековой схеме подготовки и отработки выемочных столбов в краевой части межлавных целиков возникают и развиваются очаги самонагревания угля.
Рис. 3. Очаги самонагревания угля, возникающие в краевой части межлавного целика на сопряжении вентсбойки с выработанным пространством действующей лавы, где:
— перепуск метана из выработанного пространства.
В местах сопряжения вентсбоек, прорезающих межлавные целики, раздавленная краевая часть угольного целика, с нагретым в ней углем, оказывается вполне проницаемой для воздуха, тем более что через вентсбойку из выработанного пространства перепускаются утечки воздуха. В результате поступления воздуха вовнутрь краевой части целика в нагретом в процессе механодеструкции и не окисленном угле развивается очаг самонагревания. По мере поступления воздуха температура угля в очаге самонагревания возрастает. Учитывая, что процесс самонагревания в подвергнувшемся меха-нодеструкции нагретом и не окисленном угле начался не с 10-12оС, а при температуре не менее 35-45оС [2], то инкубационный период процесса окисления от стадии самонагревания до стадии самовозгорания угля сокращается не менее чем в 1,5-2 раза.
В процессе отработки выемочного столба через каждую сбойку, прорезающую межлавный целик, утечки воздуха, проветривающие выработанное пространство, перепускаются в течение ~ 1 месяца. За такой период в результате поступления воздуха к нагретому внутри краевой части пласта углю, его температура в процессе окисления возрастает, и может достигнуть высоких значений - 100оС и более.
Размеры очагов самонагревания, возникающие и развивающиеся внутри раздавленной краевой части угольного пласта (целика), обычно не превышают 0,2^0,3 м, в диаметре [3, 4]. Поэтому количество оксида углерода (СО), выделяющегося в вентсбойку из очага самонагревания, незначительно. В большом количестве воздуха (до 500 м3/мин), выносящего из выработанного пространства лавы метан, концентрация СО настолько снижается, что в отбираемых пробах газа не обнаруживается. Поэтому считается, что при высокопроизводительной отработке выемочных участков, очаги самонагревания угля не возникают. Однако, после изоляции сбоек, возникшие очаги с нагретым в них углем сохраняются, хотя их развитие приостанавливается.
Но после перехода к отработке следующего выемочного столба в ранее возникшие очаги самонагревания с нагретым в них углем, вновь начинают поступать утечки воздуха, но уже из вентштрека, по которому подается свежая струя для проветривания очистного забоя. В результате поступления воздуха в эти сохранившиеся очаги самонагревания с углем, нагретым еще в процессе отработки предыдущей лавы, процесс окисления в них активизируется и может развиться до стадии самовозгорания.
При оконтуривании выемочных столбов каждый междулавный целик прорезается несколькими вентиляционными сбойками (5-6 и более), следовательно, в районе каждой из этих сбоек, по мере отработки выемочных столбов, создаются условия для возникновения и развития очагов самонагревания угля. Однако наибольшую опасность по возникновению очагов самовозгорания угля представляют краевые части угольных целиков остроугольной формы, образующиеся, когда сбойки, прорезающие междулавные целики, проходят диагонально.
В таких целиках остроугольной формы, находящихся в краевых частях выработанного пространства наиболее часто возникают очаги эндогенных пожаров. К сожалению, даже в редких случаях, когда возникшие очаги обнаруживаются, то они обнаруживаются не в ранней стадии самонагревания угля, а в стадии его пламенного горения. Даже из не многочисленных случаев, когда в выработанном пространстве высокопроизводительных выемочных участков обнаруживались очаги самовозгорания угля, то оказывалось, что возникшие очаги приурочены преимущественно к целикам остроугольной формы, как, например: - на шахте «Колмогоровская-2» (лава № 3, пл. «Полысаевский-2»); - на шахте «Заречная» (лава № 1307, пл. «Байкаимский»); - на шахте «Антоновская» (лава № 30-33, пл. № 30).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 22 декабря 2011 г. N 735 "Об утверждении Технологических схем многоштрековой подготовки выемочных столбов для отработки высокогазоносных и самовозгорающихся пологих угольных пластов, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную работу комплексно-механизированных забоев".
2. Попов В.Б. О природе начального теплового импульса при возникновении очагов самовозгорания угля в шахтах / В.Б. Попов, В.А. Скрицкий, В. И. Храмцов, С.В. Обидов// «Безопасность труда в промышленности», М., 2002, № 3. - С. 36-38.
3. Линденау Н.И. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах [Текст] / Н.И. Линденау, В.М. Маевская, В.Ф. Крылов // - М.: Недра. -1977. - 387 с.
4. Маевская В.М. Определение оптимальных утечек воздуха на процесс самовозгорания угля при щитовой системе разработки / В.М. Маевская // В сб. научн. тр. ВостНИИ: Вопросы безопасности в угольных шахтах. - М.: Недра, 1961. - С. 54-62.
© В. А. Скрицкий, 2017
