CC BY
12
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(2—1):40-53 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.831 DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-40-53
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ПОВТОРНО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ВЫРАБОТОК НА АЭРОЛОГИЧЕСКИЕ РИСКИ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
С.В. Баловцев1, О.В. Скопинцева1
1 НИТУ «МИСиС», Москва, Россия
Аннотация: Приведены результаты оценки влияния повторно используемых выработок на аэрологические риски в угольных шахтах. При бесцеликовых системах разработки в ряде случаев затрудняется доступ к лавам, увеличиваются аэрологические риски, в том числе риск загазирования выемочного участка. Аэродинамическое старение выработок приводит к росту удельного аэродинамического сопротивления. При повторном использовании выработок процессы аэродинамического старения в них будут усиливаться. Установлено, что при повторном использовании выработок значения риска загазирования выемочного участка составят: для U-образной схемы вентиляции — 0,2403 (в 1,27 раза больше исходного значения риска загазирования); для Z-образной схемы вентиляции — 0,155 (в 1,6 раза больше исходного значения риска загазирования); для Y-образной схемы вентиляции — 0,1244 (в 1,9 раз больше исходного значения риска загазирования). При проектировании работ с повторным использованием горных выработок помимо расчета прогнозных значений аэрологического риска, учитывающих совместную работу вентиляции, дегазации и газоотсоса, необходимо учитывать риск загазирования выемочного участка. В статье представлены результаты оценки аэрологического риска на проектируемых выемочных участках. Наибольший ущерб повторное использование выработок приносит для прямоточных схем проветривания с разбавлением вредностей по источникам поступления их в воздушную струю и с подсвежением исходящей струи. Ключевые слова: аэрологический риск, аэродинамическое старение, надежность шахтных вентиляционных систем, интенсивность отказов, аэродинамическое сопротивление выработок, показатель прогнозного значения аэрологического риска, риск загазирова-ния, повторно используемые выработки.
Для цитирования: Баловцев С.В., Скопинцева О.В. Оценка влияния повторно используемых выработок на аэрологические риски на угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. - № 2—1. — С. 40-53. DOI: 10.25018/0236-1493-202121-0-40-53.
Assessment of the influence of returned mines on aerological risks
at coal mines
S.V. Balovtsev1, O.V. Skopintseva1
1 NUST "MISiS", Moscow, Russia
© С.В. Баловцев, О.В. Скопинцева. 2021
Abstract: The results of assessing the impact of reused workings on aerological risks in coal mines are presented. With aimless development systems, in some cases access to longwalls becomes difficult, aerological risks increase, including the risk of gas contamination of the mining area. Aerodynamic aging of workings leads to an increase in specific aerodynamic resistance. With the reuse of workings, the processes of aerodynamic aging in them will intensify. It has been established that when re-using workings, the risk of gas contamination of the excavation area will be: for a U-shaped ventilation scheme — 0.2403 (1.27 times more than the initial value of the gas risk); for a Z-shaped ventilation scheme — 0.155 (1.6 times the initial value of the risk of gas pollution); for the Y-shaped ventilation scheme — 0.1244 (1.9 times the initial value of the risk of gas pollution). When designing works with reuse of mine workings, in addition to calculating the predicted values of aerological risk, taking into account the joint operation of ventilation, degassing and gas suction, it is necessary to take into account the risk of gas contamination of the excavation area. The article presents the results of the assessment of the aerological risk in the designed excavation areas. The greatest damage is caused by the reuse of workings for direct-flow ventilation schemes with dilution of hazards according to the sources of their entry into the air stream and with freshening of the outgoing stream. Key words: aerological risk, aerodynamic aging, reliability of mine ventilation systems, failure rate, aerodynamic resistance of workings, indicator of the predicted value of aerological risk, risk of gas pollution, reused workings.
For citation: Balovtsev S.V., Skopintseva O.V. Assessment of the influence of returned mines on aerological risks at coal mines. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(2—1):40-53. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-40-53.
Введение
Суть повторного использования выработок состоит в том, что в процессе отработки выемочного столба вентиляционным штреком служит бывший конвейерный штрек. Вентиляционный штрек погашается путем извлечения крепи в тупиковой его части. Конвейерный штрек за лавой поддерживается для повторного использования, а также для подсвежения исходящей струи воздуха.
Повторное использование выемочных выработок возможно при различных системах разработки, однако от системы разработки зависит характер и интенсивность смещений пород, технологичность и возможность производства работ по поддержанию выработок [1]. Эффективность повторного использования выработок зависит от мощности пласта, устойчивости пород, глубины разработки, обводненности пластов, склонности
к самовозгоранию, способа охраны выработок.
Повторное использование выработок при отработке лав по восстанию (падению) является более эффективным, чем при отработке по простиранию, т. к. при этом не нужно проходить и поддерживать дополнительные фланговые выработки [1].
Авторами было установлено, что при проведении выработок по пласту наиболее эффективным способом охраны является «целик-целик». Для участковых выработок, пройденных по пласту, средняя скорость увеличения их удельного сопротивления изменяется от 0,0040 до 0,0061 Н-с2/м9-год. За 4 — 9 лет существования участковых выработок степень увеличения удельных сопротивлений достигает 7 — 8 раз. Для капитальных выработок, пройденных по пласту, при способе охраны «целик-целик» средняя скорость увеличения их удельного сопротивления
составляет 0,0007 Н-с2/м9-год, что от 5,7 до 8,7 раз меньше по сравнению с аналогичными значениями для участковых выработок. Это различие можно объяснить рядом технико-технологических мероприятий, проводимых для обеспечения эксплуатационного состояния выработок.
В частности, для обеспечения эксплуатационного состояния выемочных выработок осуществляются мероприятия:
- совершенствование крепей в выработках [2, 3];
- применение крепей усиления в выработках на участках активных проявлений горного давления вблизи лав и различных искусственных ограждений у выработок со стороны выработанного пространства;
- снижение нагрузок массивов пород на краевые части пластов (разупрочнение и разгрузка пород);
- упрочнение вмещающих пород анкерами и скрепляющими растворами.
С ростом глубины горных работ снижается удельный вес системы разработки длинными столбами с повторным использованием выработок. При бесцеликовых системах разработки не во всех случаях достигнуто надежное обеспечение эксплуатационного состояния горных выработок, остается высоким уровень ремонтных работ. В ряде случаев затрудняется доступ к лавам, ухудшается их вентиляция, увеличиваются аэрологические риски, в том числе риск загазирования выемочного участка, не обеспечивается аэрологическая безопасность, безопасность ведения горных работ [4 — 8], как следствие, снижается добыча угля из очистных забоев, которые оборудованы высокопроизводительными механизированными комплексами [9 — 11].
При выемке тонких и средней мощности пластов длинными столбами
по простиранию бесцеликовые схемы подготовки и отработки выемочных участков с повторным использованием горных выработок применяются в основном в двух вариантах, отличающихся реализуемой схемой проветривания: прямоточная с разбавлением вредностей по источникам поступления их в воздушную струю и с подсвежением исходящей струи и обычная возвратно-точная схема без подсвежения, которая характеризуется большой степенью уязвимости схемы проветривания выемочного участка, большой степенью аэрологического риска при отработке угольных пластов в сложных горногеологических условиях.
В зависимости от угла падения пласта и вида подрывки пород система разработки предусматривает различные виды штрековой крепи и технологические схемы сопряжений лав со штреками. Вопросам охраны повторно используемых выработок в сложных горно-геологических условиях и вопросам обеспечения аэрологической безопасности на выемочном участке, рискам травмирования горнорабочих при взрывах метанопылевоздуш-ных смесей посвящены работы [1, 2, 12 — 15].
Оценка аэрологического риска
по результатам аэрогазового
контроля шахтной атмосферы
Аналогично аэродинамическому старению повторно используемые выработки также увеличивают интенсивность отказов, в ряде случаев затрудняется доступ к лавам, ухудшается их вентиляция, что приводит к увеличению риска загазирований выработок на выемочном участке.
При повторном использовании выработок принимаются схемы проветривания прямоточные с разбавлением вредностей по источникам поступле-
ния их в воздушную струю и с подсве-жением исходящей струи или возврат-ноточные без подсвежения, которые характеризуются большой степенью уязвимости схемы проветривания выемочного участка. При проведении оценки аэрологических рисков необходимо также оценивать влияние повторно используемых выработок на риск загазирования.
Риск загазирования, учитывающий влияние аэродинамического старения выработок, частоту и интенсивность отказов [16 — 18], базируется на результатах аэрогазового контроля.
Для возвратноточной схемы проветривания выемочного участка с последовательным разбавлением вредностей и отводом исходящей струи в направлении массива (и-образная схема) угля риск загазирования Рзаг.уч рассчитывается по формуле
р = 1 _ р . р . р . р (1)
заг.уч отк.ш лавы вчл вент.ш» V-1-/
где Роткш — вероятность безотказной работы откаточного штрека; Рлавы — лавы; Рвентш — вентиляционного штрека; Рвч.л — верхней части лавы.
При прямоточной схеме вентиляции выемочного участка с последовательным разбавлением вредностей и отводом исходящей струи в направлении выработанного пространства ^-образная схема) риск загазирования участка Рзаг. уч рассчитывается по формуле
р = 1 — р . р . р (2)
заг.уч отк.ш лавы вент.ш* \ '
Для прямоточной схемы вентиляции выемочного участка с обособленным разбавлением вредностей и отводом исходящей струи в направлении выработанного пространства ^-образная схема) риск загазирования рзаг.уч рассчитывается по формуле
р = 1 _ (р . р + р _
заг.уч V' отк.ш лавы подсв
р ) ■ р , (3)
подсв/ вент.ш' V /
р ■ р
отк.ш лавы
где Рподсв — вероятность безотказной работы дополнительной выработки со свежей струей воздуха.
Расчетные значения Рзаг.уч составили: для и-образной схемы вентиляции — 0,189; для Z-образной схемы вентиляции — 0,097; для Y-образной схемы вентиляции — 0,065. Y-образная схема вентиляции в 2,9 раз надежнее и-образной схемы вентиляции.
Ранее было отмечено, что аэродинамическое старение выработок приводит к росту удельного аэродинамического сопротивления. Следовательно, при повторном использовании выработок процессы аэродинамического старения в них будут усиливаться. Даже при хорошем поддержании откаточного штрека процессы аэродинамического старения все равно приводят к росту удельного аэродинамического сопротивления в два раза. При использовании откаточного штрека вторично в качестве вентиляционного характер проявления старения будет соответствовать старению вентиляционных штреков, для которых удельное сопротивление может увеличиться до 8 раз и в отношении повторно используемой выработки (потенциально «постаревшей») рост удельных сопротивлений может быть еще больше.
Если условно предположить, что 8-кратное увеличение удельного аэродинамического сопротивления вентиляционного штрека приводит к увеличению интенсивности отказов этого штрека в два раза, то значения риска загазирования выемочного участка составят: для и-образной схемы вентиляции — 0,2403 (в 1,27 раза больше исходного значения риска загазирова-ния); для Z-образной схемы вентиляции — 0,155 (в 1,6 раза больше исходного значения риска загазирования); для Y-образной схемы вентиляции — 0,1244 (в 1,9 раз больше исходного значения риска загазирования).
При принятии проектных, технических решений помимо оценки риска загазирования необходима оценка прогнозного значения аэрологического риска Qпр. Показатель Qпр, позволяющий определить граничные условия применения схем вентиляции выемочных участков при проектировании совместной работы вентиляции, дегазации и газоотсоса для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий [19 — 24]. В табл. 1—3 представлены показатели Qпр для схем вентиляции выемочных участков, которые принимаются при повторном использовании выработок, при отработке пластов, склонных к самовозгоранию и горным ударам.
Из анализа данных табл. 1 следует, что диапазон прогнозного значения аэрологического риска при прямоточной схеме движения воздуха с полным разбавлением вредностей составляет от 0,05103 (для самых лучших условий) до 0,1296 (для самых худших условий). Эти значения соответствуют малой степени аэрологического риска и нормальному уровню безопасности ведения горных работ.
Горнотехнические условия, представленные в табл. 2, характеризуются диапазоном прогнозного значения аэрологического риска от 0,25515 (для самых лучших условий) до 0,648 (для самых худших условий), что указывает на аварийную ситуацию при ведении горных работ.
Горнотехнические условия, представленные в табл. 3, характеризуются диапазоном прогнозного значения аэрологического риска от 0,3402 (для самых лучших условий) до 0,864 (для самых худших условий), что указывает на аварийную ситуацию при ведении горных работ и требует незамедлительных технических решений по снижению степени аэрологического риска.
Пример оценки аэрологического риска на проектируемых выемочных участках угольных шахт
Приведем пример оценки аэрологического риска на проектируемых выемочных участках для конкретных горно-геологических и горнотехнологических условий отработки угольного пласта. Прогнозные значения аэрологического риска учитывают принимаемые проектные решения по управлению газовыделением.
«Шахта Воргашорская» отнесена к сверхкатегорной по метану, относительная газообильность составила 22,66 м3/т. Разрабатываемый пласт отнесен как угрожаемый по горным ударам с абсолютной отметки -350 м и ниже. Критической глубиной, ниже которой пласт считается опасным или требует текущего прогноза появления внезапных выбросов угля и газа, является -400 м. Прогнозное удельное пылевыделение составляет 8702 г/т.
Проветривание выемочных участков юго-западного блока предусматривается по возвратноточной схеме (схема 1М-Н-в-вт). Свежий воздух в шахту для проветривания выемочного участка 141-ю и четырех подготовительных забоев, находящихся в юго-западном блоке шахты, подается по вспомогательному клетьевому стволу №1, вспомогательному клетьевому стволу №2. Далее свежий воздух следует по южному откаточному штреку гор. -140 м, южному конвейерному штреку гор. -140 м, рельсовому бремсбергу 52-ю, конвейерному бремсбергу 52-ю, конвейерному бремсбергу 41-ю, вентиляционному бремсбергу 41-ю, далее свежий воздух поступает к вентиляторам местного проветривания и в выработки выемочного участка. Исходящая струя воздуха с выемочного участка 141-ю
Показатели прогнозного значения аэрологического риска на выемочном участке угольной шахты при отработке пластов, склонных к самовозгоранию и горным ударам (прямоточная схема движения воздуха с полным разбавлением вредностей) Indicators of the predicted value of the upper-air risk at the excavation site of a coal mine during the development of seams prone to spontaneous combustion and rock bursts (direct-flow air flow pattern with complete dilution of hazards)
Относительная Удельное пылевыде- Qnp (дегазация) Qnp (ГОУ*) Qnp (газодре- Qnp (дегазация + Qnp (дегазация + Qnp (ГОУ + газо- Qnp (дегазация +
метаноо-бильность, м3/т ление,г/т нажная выработка) ГОУ) газодренажная выработка) дренажная выработка) ГОУ + газодренажная выработка)
от 10 до 50 0,06363 0,06804 0,06552 0,05859 0,05607 0,06048 0,05103
до 15 50-100 0,06969 0,07452 0,07176 0,06417 0,06141 0,06624 0,05589
100-150 0,07575 0,081 0,078 0,06975 0,06675 0,072 0,06075
150-250 0,07878 0,08424 0,08112 0,07254 0,06942 0,07488 0,06318
250-400 0,08181 0,08748 0,08424 0,07533 0,07209 0,07776 0,06561
400-700 0,08484 0,09072 0,08736 0,07812 0,07476 0,08064 0,06804
700-1200 0,08787 0,09396 0,09048 0,08091 0,07743 0,08352 0,07047
более 1200 0,0909 0,0972 0,0936 0,0837 0,0801 0,0864 0,0729
>15, до 50 0,07878 0,08424 0,08112 0,07254 0,06942 0,07488 0,06318
суфлярные 50-100 0,08484 0,09072 0,08736 0,07812 0,07476 0,08064 0,06804
выделения 100-150 0,0909 0,0972 0,0936 0,0837 0,0801 0,0864 0,0729
метана 150-250 0,09393 0,10044 0,09672 0,08649 0,08277 0,08928 0,07533
250-400 0,09696 0,10368 0,09984 0,08928 0,08544 0,09216 0,07776
400-700 0,09999 0,10692 0,10296 0,09207 0,08811 0,09504 0,08019
700-1200 0,10302 0,11016 0,10608 0,09486 0,09078 0,09792 0,08262
более 1200 0,10605 0,1134 0,1092 0,09765 0,09345 0,1008 0,08505
наличие до 50 0,09393 0,10044 0,09672 0,08649 0,08277 0,08928 0,07533
опасности 50-100 0,09999 0,10692 0,10296 0,09207 0,08811 0,09504 0,08019
внезапных 100-150 0,10605 0,1134 0,1092 0,09765 0,09345 0,1008 0,08505
выбросов 150-250 0,10908 0,11664 0,11232 0,10044 0,09612 0,10368 0,08748
угля и газа 250-400 0,11211 0,11988 0,11544 0,10323 0,09879 0,10656 0,08991
400-700 0,11514 0,12312 0,11856 0,10602 0,10146 0,10944 0,09234
700-1200 0,11817 0,12636 0,12168 0,10881 0,10413 0,11232 0,09477
более 1200 0,1212 0,1296 0,1248 0,1116 0,1068 0,1152 0,0972
Примечание: *газоотсасывающая установка.
Показатели прогнозного значения аэрологического риска на выемочном участке угольной шахты при отработке пластов, склонных к самовозгоранию и горным ударам (прямоточная схема движения воздуха с последовательным разбавлением вредностей) Indicators of the predicted value of the upper-air risk at the excavation site of a coal mine during the development of seams prone to spontaneous combustion and rock bursts (direct-flow air movement with sequential dilution of hazards)
Относительная метаноо-бильность, м3/т Удельное пылевыде-ление,г/т Qnp (дегазация) Qnp (гоУ) Qnp (газодренаж, выраб.) Qnp (дегазация + ГОУ) Qnp (дегазация + газодренаж, выраб.) Qnp (ГОУ + газодренаж, выраб.) Qnp (дегазация + ГОУ + газодренаж, выраб.)
от 10 до 15 до 50 0,31815 0,3402 0,3276 0,29295 0,28035 0,3024 0,25515
50-100 0,34845 0,3726 0,3588 0,32085 0,30705 0,3312 0,27945
100-150 0,37875 0,405 0,39 0,34875 0,33375 0,36 0,30375
150-250 0,3939 0,4212 0,4056 0,3627 0,3471 0,3744 0,3159
250-400 0,40905 0,4374 0,4212 0,37665 0,36045 0,3888 0,32805
400-700 0,4242 0,4536 0,4368 0,3906 0,3738 0,4032 0,3402
700-1200 0,43935 0,4698 0,4524 0,40455 0,38715 0,4176 0,35235
более 1200 0,4545 0,486 0,468 0,4185 0,4005 0,432 0,3645
>15, суфлярные выделения метана до 50 0,3939 0,4212 0,4056 0,3627 0,3471 0,3744 0,3159
50-100 0,4242 0,4536 0,4368 0,3906 0,3738 0,4032 0,3402
100-150 0,4545 0,486 0,468 0,4185 0,4005 0,432 0,3645
150-250 0,46965 0,5022 0,4836 0,43245 0,41385 0,4464 0,37665
250-400 0,4848 0,5184 0,4992 0,4464 0,4272 0,4608 0,3888
400-700 0,49995 0,5346 0,5148 0,46035 0,44055 0,4752 0,40095
700-1200 0,5151 0,5508 0,5304 0,4743 0,4539 0,4896 0,4131
более 1200 0,53025 0,567 0,546 0,48825 0,46725 0,504 0,42525
наличие опасности внезапных выбросов угля и газа до 50 0,46965 0,5022 0,4836 0,43245 0,41385 0,4464 0,37665
50-100 0,49995 0,5346 0,5148 0,46035 0,44055 0,4752 0,40095
100-150 0,53025 0,567 0,546 0,48825 0,46725 0,504 0,42525
150-250 0,5454 0,5832 0,5616 0,5022 0,4806 0,5184 0,4374
250-400 0,56055 0,5994 0,5772 0,51615 0,49395 0,5328 0,44955
400-700 0,5757 0,6156 0,5928 0,5301 0,5073 0,5472 0,4617
700-1200 0,59085 0,6318 0,6084 0,54405 0,52065 0,5616 0,47385
более 1200 0,606 0,648 0,624 0,558 0,534 0,576 0,486
Показатели прогнозного значения аэрологического риска на выемочном участке угольной шахты при отработке пластов, склонных к самовозгоранию и горным ударам (возвратноточная схема движения воздуха с последовательным разбавлением вредностей) Indicators of the predicted value of the upper-air risk at the extraction area of a coal mine during the development of seams prone to spontaneous combustion and rock bursts (return flow pattern of air movement with sequential dilution of hazards)
Относительная метаноо-бильность, м3/т Удельное пылевыде-ление,г/т (дегазация) Д) , Q-P (газодренаж, выраб.) (дегазация + ГОУ) (дегазация + газодренаж, выраб.) (ГО^ + газодренаж, выраб.) , Q-P (дегазация + ГОУ + газодренаж, выраб.)
от 10 до 15 до 50 0,4242 0,4536 0,4368 0,3906 0,3738 0,4032 0,3402
50 — 100 0,4646 0,4968 0,4784 0,4278 0,4094 0,4416 0,3726
100 — 150 0,505 0,54 0,52 0,465 0,445 0,48 0,405
150 — 250 0,5252 0,5616 0,5408 0,4836 0,4628 0,4992 0,4212
250 — 400 0,5454 0,5832 0,5616 0,5022 0,4806 0,5184 0,4374
400 — 700 0,5656 0,6048 0,5824 0,5208 0,4984 0,5376 0,4536
700 — 1200 0,5858 0,6264 0,6032 0,5394 0,5162 0,5568 0,4698
более 1200 0,606 0,648 0,624 0,558 0,534 0,576 0,486
> 15, суфляр-ные выделения метана до 50 0,5252 0,5616 0,5408 0,4836 0,4628 0,4992 0,4212
50 — 100 0,5656 0,6048 0,5824 0,5208 0,4984 0,5376 0,4536
100 — 150 0,606 0,648 0,624 0,558 0,534 0,576 0,486
150 — 250 0,6262 0,6696 0,6448 0,5766 0,5518 0,5952 0,5022
250 — 400 0,6464 0,6912 0,6656 0,5952 0,5696 0,6144 0,5184
400 — 700 0,6666 0,7128 0,6864 0,6138 0,5874 0,6336 0,5346
700 — 1200 0,6868 0,7344 0,7072 0,6324 0,6052 0,6528 0,5508
более 1200 0,707 0,756 0,728 0,651 0,623 0,672 0,567
Окончание табл. 3
Относительная метаноо-бильность, м3/т Удельное пылевыде-ление, г/т (дегазация) А) , % (газодренаж, выраб.) (дегазация + ГОУ) (дегазация + газодренаж, выраб.) (ГО^ + газодренаж, выраб.) , % (дегазация + ГОУ + газодренаж, выраб.)
наличие опасности внезапных выбросов угля и газа до 50 0,6262 0,6696 0,6448 0,5766 0,5518 0,5952 0,5022
50 — 100 0,6666 0,7128 0,6864 0,6138 0,5874 0,6336 0,5346
100 — 150 0,707 0,756 0,728 0,651 0,623 0,672 0,567
150 — 250 0,7272 0,7776 0,7488 0,6696 0,6408 0,6912 0,5832
250 — 400 0,7474 0,7992 0,7696 0,6882 0,6586 0,7104 0,5994
400 — 700 0,7676 0,8208 0,7904 0,7068 0,6764 0,7296 0,6156
700 — 1200 0,7878 0,8424 0,8112 0,7254 0,6942 0,7488 0,6318
более 1200 0,808 0,864 0,832 0,744 0,712 0,768 0,648
Таблица 4
Результаты оценки аэрологического риска на проектируемых выемочных участках Results of the aerological risk assessment at the designed excavation areas
«а , % (горные удары) , % (дегазация) А) (газодренаж, выраб.) , % (дегазация + ГОУ) , % (дегазация + газодренаж, выраб.) (ГО^ + газодренаж, выраб.) , % (дегазация + ГОУ + газодренаж, выраб.) □ за гуч ' сут-1 □ за гу ч при повторном использовании выработки, сут-1
Относительная метанообильность > 15 м3/т; схема проветривания выемочного участка 1М-Н-в-вт
0,7 0,742 0,637 0,686 0,658 0,581 0,553 0,602 0,497 0,189 0,2403
Наличие опасности внезапных выбросов угля и газа; схема проветривания выемочного участка 1М-Н-в-вт
0,8 0,848 0,728 0,784 0,752 0,664 0,632 0,688 0,568 0,189 0,2403
Относительная метанообильность > 15 м3/т; схема проветривания выемочного участка З-В-Н-в-пт
0,105 0,1113 Степень аэрологического риска аварии — малая (нормальный уровень безопасности) 0,065 0,1244
Наличие опасности внезапных выбросов угля и газа; схема проветривания выемочного участка З-В-Н-в-пт
0,12 0,1272 Степень аэрологического риска аварии — малая (нормальный уровень безопасности) 0,065 0,1244
выдается по конвейерному штреку 141-ю, конвейерному уклону 41-ю, магистральному вентиляционному штреку 41-ю, квершлагу 31-ю, конвейерному бремсбергу 31-ю, южному откаточному штреку гор. +20 м, вентиляционному шурфу №3 на поверхность.
Свежий воздух в шахту для проветривания выемочного участка 262-с и трех подготовительных забоев, находящихся в северном блоке, поступает по вспомогательному клетьевому стволу №1, вспомогательному клетье-вому стволу №2. Свежая струя воздуха для обособленного проветривания выемочного участка 262-с поступает по вентиляционному бремсбергу 233-с в лаву 133-с. Исходящая струя воздуха отводится по вентиляционному штреку 62-с, северному откаточному штреку гор.+20 м, вентиляционному шурфу №4 на поверхность.
Результаты оценки аэрологического риска на проектируемых выемочных участках представлены в табл. 4.
Исходя из результатов оценки можно сделать вывод, что работа выемочных участков юго-западного блока недопустима (аварийная ситуация). Несмотря на то, что дегазация при отработке выемочных участков 141-ю, 262-с не предусматривается, в табл. 4 представлены прогнозные значения риска для возможных вариантов управления газовыделением. Принимая во внимание средний коэффициент эффективности дегазации за последние 5 лет, при расчете риска коэффициент эффективности дегазации принят равным 0,6. Применение схемы проветривания 1М-Н-в-вт возможно только при использовании газоотсасывающих установок, наличии газодренажных выработок, применении эффективной дегазации, а также при отсутствии внезапных выбросов угля и газа.
Для проветривания выемочных участков северного блока применяется прямоточная схема проветривания с полным разбавлением вредностей по источникам их выделения и выпуском исходящей струи в выработанное пространство (3-В-Н-в-пт). Исходя из результатов оценки при принятой схеме проветривания выемочных участков северного блока степень аэрологического риска соответствует нормальному уровню безопасности (даже при увеличении глубины разработки).
При проектировании вентиляции выемочных участков, принятии организационных и технических решений необходимо учитывать приведенные значения риска загазирования, результаты оценки влияния повторно используемых выработок на риск зага-зирования, прогнозные значения аэрологического риска.
Заключение
При проектировании работ с повторным использованием горных выработок, находящихся в зоне влияния очистных работ, необходимо учитывать изменения во времени относительного удельного аэродинамического сопротивления выработок, а также влияние на воздухораспределение на выемочном участке. Помимо расчета прогнозных значений аэрологического риска при проектировании совместной работы вентиляции, дегазации и газоотсоса необходимо учитывать риск загазирования выемочного участка.
Несмотря на прогнозные значения аэрологического риска, расчеты показывают, что наибольший ущерб повторное использование выработок приносит для прямоточных схем проветривания с разбавлением вредностей по источникам поступления их в воздушную струю и с подсвежением исходящей струи ^-образных схем). Надежность
таких схем проветривания при повторном использовании выработок уменьшается почти в два раза, что вызывает
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
большие сомнения в целесообразности повторного использования выработок при Y-образной схеме проветривания.
1. Худин Ю.Л., Устинов М.И., Брайцев А.В. и др. Бесцеликовая отработка пластов. - М.: Недра, 1983. - 280 с.
2. Соломойченко Д.А. Обоснование устойчивости повторно используемых подготовительных выработок при разработке пологозалегающих пластов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, 2015.
3. Kulikova E.Yu. Defects of urban underground structure and their prediction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, 451(1), 012108. DOI: 10.1088Д757-899Х/451Д/012108.
4. Korshunov G.I., Rudakov M.L., Kabanov E.I. The use of a risk-based approach in safety issues of coal mines / Journal of Environmental Management and Tourism, 9(1), 2018, pp. 181-186. DOI: https://doi.org/10.14505//jemt.v9.1(25).23.
5. Filin A.E., Zinovieva O.M., Kolesnikova L.A., Merkulova A.M. Prospects of safety control in combination of mining and metallurgy industries. Eurasian Mining. 2018, no 1, pp. 31-34. DOI: 10.17580/em.2018.01.07.
6. Batugin A.S. Reactivation of major faults during strong rock bursts as realization of tectonic process. Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure Development — Full Papers: Proceedings of the 14th International Congress on Rock Mechanics and Rock Engineering. Ed. by S.A. B. da Fontoura, R.J. Rossa, J.P. Mendoza. CRC Press/Balkema, 2020. Vol. 6. pp. 1261-1268.
7. Виноградова О.В. Ошибки человека как фактор производственного риска в горнодобывающей промышленности // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2020. - № 6-1. - С. 137-145. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-61-0-137-145.
8. Rybak J., Ivannikov A., Kulikova E., Zyrek T. Deep excavation in urban areas -defects of surrounding buildings at various stages of construction. // MATEC Web Conf. Vol.146, 2018. https://doi.org/10.1051/matecconf/20181460201.
9. Wu Renlun, Wang Yafei, Xu Dongliang, et al. Effects of working face width on the scope of the "three zones" of gas pressure relief and migration in coal seam group mining. Journal of Mining & Safety Engineering. 2017, vol. 34, no. 1, pp. 192-198.
10. Копылов К.Н., Кубрин С.С., Решетняк С.Н. Повышение уровня энергоэффективности и безопасности выемочного участка угольной шахты // Горный журнал. -2019. - №4 - С. 85-89. ISSN 0017-2278.
11. Petrov V., Sadridinov A., Pichuev A. Analysis and Modeling of Power Consumption Modes of Tunnelling Complexes in Coal Mines. E3S Web of Conferences, 174, 01006 (2020), https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017401006.
12. Нефедов А.П. Одновременная структура сближенных газоносных пологих пластов угля средней мощности с сохранением за лавами вентиляционных повторно используемых выработок. Автореферат диссертации соискание ученой степени кандидата технических наук, 1994.
13. Ардашев К.А., Рева В.Н., Розенбаум М.А. Способ отработки угольных пластов. Патент на изобретение RUS 2164293 26.05.1998.
14. Штумпф Г.Г., Ануфриев В.Е., Стрыгин Б.И. Способ охраны повторно используемых горных выработок. Патент на изобретение RUS 2013546.
15. Kabanov E.I., Korshunov G.I., Magomet R.D. Quantitative risk assessment of miners injury during explosions of methane-dust-air mixtures in underground workings. Journal
of Applied Science and Engineering. 2020, Vol.. 24, no 1, pp. 105 - 110. http://dx.doi. org/L0.6180/jase.202102_24(1).0014.
16. Рудничная вентиляция: Справочник. Под ред. К.З. Ушакова. — М.: Недра. — 1988. — 440 с.
17. Michael J. Landry. The coset construction for non-equilibrium systems. High Energy Phisics — Theory. Submitted on 27 Dec 2019, p. 35. https://arxiv.org/abs/1912.12301.
18. M. Baggioli and M.J. Landry. Effective field theory for quasicrystals and phason dynamics [arXiv:2008.05339 [hep-th]].
19. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Zakharova A.A., Mazanik E.V. Selection of an effective technology for the degasification of coal beds. Solid Fuel Chemistry. 2015. Т. 49. No 6. Pp. 381 — 386.
20. Филин А.Э., Овчинникова Т.И., Зиновьева О.М., Меркулова А.М. Развитие пульсирующей вентиляции в горном производстве // Горный журнал. — 2020. — № 3. — С. 67—71. DOI: 10.17580/gzh.2020.03.13.
21. Kolikov K.S., Mazina I.E., Manevich A.I. Stress-strain analysis in coal and rock mass under traditional mining with full caving and in technology with backfilling. Eurasian Mining. 2018, no 2, pp. 15 — 17. DOI: 10.17580/em.2018.02.04.
22. Куликова А.А., Сергеева Ю.А., Овчинникова Т.И., Хабарова Е.И. Формирование шахтных вод и анализ способов их очистки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 135 — 145. DOI: 10.25018/0236—1493—2020.
23. Qiao Jianyong, Wang Zhiqiang, Zhao Jingli. The evolution of thick coal seams mining methods in China / E3S Web of Conferences 192, 01023 (2020). https://doi.orgA0.1051/ e3sconf/202019201023.
24. Yutyaev E.P., Mazanik E.V, Slastunov S.V., Batugin A.S. (2019) Methodology for the Selection of In-Seam Gas Drainage System for Intensive and Safe Coal Mining. IVth International Innovative Mining Symposium, E3S Web of Conferences 105, 01032. URL: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201910501032. EES
REFERENCES
1. Khudin Yu. L., Ustinov M.I., Braitsev A.V. et al. Bestselikovaya otrabotka plastov [Cellic mining of seams]. Nedra, 1983, p. 280. [In Russ].
2. Solomoychenko D.A. Obosnovaniye ustoychivosti povtorno. ispol'zuyemykh podgotovitel'nykh vyrabotok pri razrabotke pologozalegayushchikh plastov. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk [Justification of the stability of reused development workings in the development of flat seams. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences], 2015. [In Russ].
3. Kulikova E. Yu. Defects of urban underground structure and their prediction. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, 451(1), 012108. DOI: 10.1088Л757—899Х/451Д/012108.
4. Korshunov G.I., Rudakov M.L., Kabanov E.I. The use of a risk-based approach in safety issues of coal mines. Journal of Environmental Management and Tourism, 9(1), 2018, pp. 181 — 186. DOI: https://doi.org/L0.14505//jemt.v9.1(25).23.
5. Filin A.E., Zinovieva O.M., Kolesnikova L.A., Merkulova A.M. Prospects of safety control in combination of mining and metallurgy industries. Eurasian Mining. 2018. no. 1, pp. 31—34. DOI: 10.17580/em.2018.01.07.
6. Batugin A.S. Reactivation of major faults during strong rock bursts as realization of tectonic process. Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure Development — Full Papers: Proceedings of the 14th International Congress on Rock Mechanics and Rock Engineering. Ed. by S.A. B. da Fontoura, R.J. Rossa, J.P. Mendoza. CRC Press/Balkema, 2020. Vol. 6. pp. 1261 — 1268.
7. Vinogradova O.V. Human errors as a factor of production risk in the mining industry. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(6-1):137-145. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-14932020-61-0-137-145.
8. Rybak J., Ivannikov A., KuLikova E., Zyrek T. Deep excavation in urban areas — defects of surrounding buildings at various stages of construction. // MATEC Web Conf. VoL.146, 2018. https://doi.org/10.1051/matecconf/20181460201.
9. KopyLov K.N., Kubrin S.S., Reshetnyak S.N. The importance of improving energy efficiency and safety of coaL mine extraction area. UgoL'. 2018, no. 10 (1111), pp. 66 — 71. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-10-66-67 [In Russ].
10. Wu RenLun, Wang Yafei, Xu DongLiang, et aL. Effects of working face width on the scope of the "three zones" of gas pressure reLief and migration in coaL seam group mining. Journal of Mining & Safety Engineering. 2017, voL. 34, no. 1, pp. 192 — 198. [In Russ].
11. Petrov V., Sadridinov A., Pichuev A. AnaLysis and ModeLing of Power Consumption Modes of TunneLLing CompLexes in CoaL Mines. E3S Web of Conferences, 174, 01006 (2020), https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017401006.
12. Nefedov A.P. Odnovremennaya struktura sblizhennykh gazonosnykh pologikh plas-tov uglya sredney moshchnosti s sokhraneniyem za lavami ventilyatsionnykh povtorno. ispol'zuyemykh vyrabotok. Avtoreferat dissertatsii soiskaniye uchenoy stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk [SimuLtaneous structure of contiguous gas-bearing shaLLow coaL seams of medium power with preservation behind the Lavas of ventiLation reused workings. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technicaL sciences], 1994. [In Russ].
13. Ardashev K.A., Reva V.N., Rosenbaum M.A. Sposob otrabotki ugol'nykh plastov. Patent na izobreteniye RUS 2164293 26.05.1998 [Method of coaL seams mining. Patent for invention RUS 2164293 05/26/1998]. [In Russ].
14. Stumpf G.G., Anufriev V.E., Strygin B.I. Sposob okhrany povtorno. ispol'zuyemykh gornykh vyrabotok. Patent na izobreteniye RUS 2013546 [Method of protection of reused mining workings. Invention patent RUS 2013546]. [In Russ].
15. Kabanov E.I., Korshunov G.I., Magomet R.D. Quantitative risk assessment of miners injury during expLosions of methane-dust-air mixtures in underground workings. Journal of Applied Science and Engineering. 2020, VoL. 24, no. 1, pp. 105 — 110. http://dx.doi. org/10.6180/jase.202102_24(1).0014.
16. Rudnichnaya ventilyatsiya: Spravochnik. [Mine ventiLation: Handbook], Pod red. K.Z. Ushakova. Moscow, Nedra, 1988, 440 p.
17. MichaeL J. Landry. The coset construction for non-equiLibrium systems. High Energy Phisics. Theory. Submitted on 27 Dec 2019, p. 35. https://arxiv.org/abs/1912.12301.
18. M. BaggioLi and M.J. Landry. Effective fieLd theory for quasicrystaLs and phason dynamics [arXiv:2008.05339 [hep-th]].
19. SLastunov S.V., KoLikov K.S., Zakharova A.A., Mazanik E.V. SeLection of an effective technoLogy for the degasification of coaL beds. Solid Fuel Chemistry. 2015. T. 49. no. 6. Pp. 381—386.
20. FiLin A.E., Ovchinnikova T.I., Zinovieva O.M., MerkuLova A.M. Advance of puLsating ventiLation in mining. Gornyi Zhurnal. 2020. no. 3. Pp. 67—71. DOI: 10.17580/ gzh.2020.03.13. [In Russ].
21. KoLikov K.S., Mazina I.E., Manevich A.I. Stress-strain anaLysis in coaL and rock mass under traditionaL mining with fuLL caving and in technoLogy with backfiLLing. Eurasian Mining. 2018, no. 2, pp. 15 — 17. DOI: 10.17580/em.2018.02.04/.
22. KuLikova A.A., Sergeeva Yu. A., Ovchinnikova T.I., Khabarova E.I. Formation of mine water composition and anaLysis of treatment methods. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(7):135 — 145. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-135-145.
23. Qiao Jianyong, Wang Zhiqiang, Zhao JingLi. The evolution of thick coal seams mining methods in China. E3S Web of Conferences 192, 01023 (2020). https://doi.org/10.105y e3sconf/202019201023.
24. Yutyaev E.P., Mazanik E.V., SLastunov S.V., Batugin A.S. (2019) Methodology for the Selection of In-Seam Gas Drainage System for Intensive and Safe Coal Mining. IVth International Innovative Mining Symposium, E3S Web of Conferences 105, 01032. URL: https://doi.org/10.105ye3sconf/201910501032.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Баловцев Сергей Владимирович — кандидат технических наук, доцент, доцент, НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected];
Скопинцева Ольга Васильевна — доктор технических наук, профессор, профессор, НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
BalovtsevS.V., Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Assistant Professor, NUST «MISiS», Moscow, Russia, е-mail: [email protected];
Skopintseva O.V., Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor, NUST «MISiS», Moscow, Russia, е-mail: [email protected].
Получена редакцией 05.12.2020; получена после рецензии 20.12.2020; принята к печати 01.02.2021.
Received by the editors 05.12.2020; received after the review 20.12.2020; accepted for printing 01.02.2021.
&_
ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
(СПЕЦИАЛЬНЫЙ ВЫПУСК)
ПРОМЫШЛЕННАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
(2020, № 1, СВ 1, 296 с.)
Коллектив авторов
В сборник вошли материалы исследований по проблемам системы обеспечения промышленной безопасности и охраны труда на предприятиях горно-металлургического комплекса. Приведены научно-обоснованные предложения по взрывобезопасности угольных шахт, эффективности систем дегазации, по оценке аэрологических рисков при обосновании безопасности и управлении газовыделением на угольных шахтах, по управлению состоянием углепородного массива, методическому обеспечению оценки рисков при освоении подземного пространства мегаполисов, по совершенствованию многофункциональных систем промышленной безопасности. Рассмотрены проблемы установления экологических рейтингов горных предприятий, вопросы обеспечения экологической безопасности, в том числе вопросы геоэкологии в районах разработки месторождений полезных ископаемых, элементы «зеленой» химии, а также вопросы формирования инвестиционной программы на предприятиях минерально-сырьевого комплекса.
Для руководителей организаций и специалистов в области промышленной безопасности и охраны труда горно-металлургического комплекса.
