A.А. Трубицын
д-р техн. наук, проф., генеральный директор ОАО «НЦ ВостНИИ»
П.А. Шлапаков
и.о. заведующего лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»
B.В. Аксенов
д-р техн. наук, заведующий лабораторией Института угля СО РАН
C.А. Прокопенко
д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.822.22:550.3
применение геофизических методов для борьбы с эндогенными пожарами
Описан метод локации очагов самовозгорания в отработанных и изолированных пространствах на пологих и наклонных пластах угля, склонного к самовозгоранию, на примере аварии «эндогенный пожар», произошедшей на шахте «Ольжерасская-Новая» в Кузбассе.
Ключевые слова: ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР, ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ СЪЕМКА, КОМПЛЕКС ИССЛЕДОВАНИЙ, ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ
Развитие угольной промышленности в последние годы характеризуется стабильным повышением технико-экономических показателей, что объясняется появлением на рынке современных (в большинстве случаев зарубежных) механизированных комплексов и комбайнов, а также совершенствованием технологии ведения горных работ и рядом других факторов.
Однако существует ряд причин, сдерживающих увеличение добычи угля подземным способом. Одна из них - эндогенные пожары, возникающие в выработанных пространствах выемочных столбов действующих и отработанных лав. Появление эндогенного пожара приводит к длительным остановкам очистных работ на данном участке,
а зачастую и всей шахты. Пожар, возникший в выработанном пространстве действующего очистного забоя, может привести не только к приостановке горных работ, но и к потере дорогостоящего оборудования (механизированного комплекса, комбайна и т.д.), вызванного необходимостью полной изоляции аварийного участка от действующих выработок. Кроме прямого экономического ущерба, эндогенные пожары приводят к возникновению потерь угля, обусловленных невозможностью ведения горных работ в районе действующего пожара. Оценка эффективности применяемых способов тушения очагов самовозгорания показала, что ликвидация очага путем изоляции требует длительного времени, зависящего от температуры и размеров очага. По мере снижения темпе-ратуры
падает и скорость охлаждения скопления. Так, если для снижения температуры с 573 до 493 К (остывания очага) потребовалось 20 сут, то спад температуры от 383 до 303 К продолжался 930 сут. Для полной ликвидации очага эндогенного пожара таким пассивным способом необходимо более 1000 сут. Причем в случае наличия незначительного притока воздуха наступает термостабилизация очага с сохранением повышенной температуры в течение длительного времени.
Активным способом ликвидации очага самовозгорания является подача в очаг азота со скоростью 2,810-4 м/с, который интенсифицирует процесс остывания угля и уменьшает срок до 260 сут. В общем случае время охлаждения зависит от скорости движения инертного
1-генератор; 2-приемник; А и В - питающие электроды; М и N - приемные электроды
Рисунок 1 - Схема метода дипольного электропрофилирования (ДЭП)
газа, температуры очага, размеров прогретой зоны. Более эффективным охлаждающим действием обладает пена. Моделирование хода тушения пожара показало, что для ликвидации очага с температурой 453 К необходимо 50 ч непрерывной подачи пены кратностью 10 со скоростью 1,2210 -4 м/с. Полученные результаты свидетельствуют, что для быстрой ликвидации очагов необходимо применение активных способов. Однако их эффективное использование невозможно без информации о местона-
хождении очага и его параметрах. Такая информация требуется и в ходе тушения очагов из-за их способности перемещаться и образовывать многоочаговые пожары. Анализ работы действующей системы обнаружения эндогенных пожаров, возникающих в выработанном пространстве, показывает низкую эффективность именно при обнаружении начальной стадии процесса самовозгорания. Наибольшая ошибка при идентификации самовозгорания возникает за счет колебания концентраций индикаторного
газа в рудничной атмосфере, в качестве которого используется оксид углерода [1].
В настоящее время разработан и начинает применяться на практике геофизический метод обнаружения и локации эндогенных пожаров в выработанных пространствах [2, 3]. Комплекс исследований состоит из дипольных методов электроразведки - дипольного электропрофилирования (ДЭП) и экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП).
Рисунок 2 - Схема метода экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП)
85
Сущность метода ДЭП заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создается и изучается в одной и той же выработке с помощью питающего (АВ) и приемного (1Ш) диполей, расположенных друг за другом (рисунок 1).
Сущность метода ЭДЭП заключается в том, что электрическое поле создавалось и регистрировалось синхронно перемещаемыми питающим и измерительным диполями, расположенными в разных выработках и ориентированными по высоте выработки. Шаг перемещения при наблюдениях составлял 5-10 м (рисунок 2).
Рассмотрим применение данного метода на примере тушения эндогенного пожара №66, возникшего 16.08.2010 в выработанном пространстве выемочного участка лавы 21-1-7 пласта 21 шахты «Ольжерасская-Новая». В момент возникновения пожара лава 21-1-7 находилась в работе. Отход лавы от монтажной камеры из-за частых поломок оборудования очистного комплекса за 3,5 мес составил всего 150 м вместо минимального нормативного значения 280 м. Первичное тушение пожара производилось по оперативным
планам, затем по разработанному НЦ ВостНИИ «Проекту тушения эндогенного пожара №66, возникшего 16.08.2010 в выработанном пространстве лавы 21-1-7 пласта 21 шахты «Ольжерасская-Новая». Ввиду того, что принятые меры по тушению эндогенного пожара не принесли желаемого результата, было принято решение о дополнительном проведении геофизических исследований выработанного пространства с целью уточнения местоположения очагов самовозгорания.
Данные исследования были проведены в марте 2011 г По результатам электропросвечивания выработанного пространства лавы № 21-1-7 была получена карта распределения электросопротивления угольного массива в пределах его границ (рисунок 3).
Из карты видно, что аномальные изменения в распределении величины электросопротивления имеются вблизи газодренажного и вентиляционного штреков 21-1-7. Анализ геологических, горнотехнических и материалов геофизических исследований позволил выделить участки повышенной температуры (рисунок 4).
После проведения данных исследований было разработано «Дополнение к проекту тушения эндогенного пожара №66...», в котором были предусмотрены меры по воздействию непосредственно на указанные очаги самовозгорания. После выполнения мероприятий по тушению пожара, предусмотренных данным документом, содержание пожарных газов в выработанном и изолированном пространстве снизилось до фоновых значений.
В июне 2011 г. была произведена повторная геофизическая съемка выработанного пространства лавы 21-1-7. В ходе проведенных исследований было установлено, что произошло снижение температуры в очагах до фоновых значений. Параллельно с геофизическими исследованиями проведена приповерхностная радоновая съемка над выработанным пространством лавы 21-1-7. Аномальных выделений радона на поверхности выявлено не было, что свидетельствует о термостабилизации очагов нагревания. Затем в июле 2011 г по скважинам, пробуренным с поверхности в контур эндогенного пожара №66 и непосредственно в очаги самовозгорания (рисунок 4), была произведена термометрия. Результаты
мм 1И 1.1 в* г.гнр л г.мвм ( ■ » ■ ■ кг.т шгл- имк инш I ! 1 ! 1 1 шя 1.1 Ш13 ____ Д11 'ЫГ.1 Я1.ГГ1М 1 1 Ь 1 1 1 1 1 1 1ЛМ 01 1 1 >91 и ДО Г.ЫЛ ¡А 1 Г 1 ЙЗ Г,«1.1 и 1 1 ц* из? 1Ш им ими 1(1111 МП а и
Щ ■ц ■ч ■I ■1 \шшш
ш к 1 1_ • п. 1 п г~ ! _ я _ 'ПЯ
щ ■ 1 г _ □ м !_ ■
с | ! м ■ ■ Е ■
г. Е-Н __ ММ II ми
■ ■ г Ш 1... 1 1 □ Г±1 мм ■ ■ ■ ■
Ё с р-—■ ™
■Л . .. _. :_ ■
1 1 !
с м ■ 1
— г: — — — р м л _ _
;__ \
г г ГНИ
— — _ _ Н _ - ■ ■ |
м р ■ ■ м №
■ в л _ —
_ __ М ь ■ М
_ ЯШ _ _ 1 1 1 ____ _, 1 ,_. _ I ' 1 * 1 * 1—1_ 1 1 1_ _ 1_ [ 1 1 _ _ __ _ - _
Рисунок 3 - Карта распределения аномальных зон в границах исследованного участка
выемочного столба 21-1-7
Рисунок 4 - Положение зон повышенной температуры в выработанном пространстве выемочного участка лавы № 21-1-7 (1-4 - обнаруженные очаги самовозгорания угля)
прямых температурных замеров показали отсутствие очагов нагревания (максимальная температура в скважине 15,6 0С). Эндогенный пожар №66 в выработанном пространстве лавы 21-
1-7 шахты «Ольжерасская-Новая» 20.10.2011 был переведен в категорию потушенных.
Таким образом, применение геофизических методов обнаружения и локации очагов самовозгорания
в выработанном пространстве позволило более эффективно и качественно локализовать и потушить эндогенный пожар в сжатые сроки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово, 2007. -66 с.
2 Методика прогнозирования с использованием геофизических методов исследований и выбора мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту. - Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2007. - 33 с.
3 Патент 2340776 Российская Федерация, МПК7 Е2^ 5/00. Способ прогноза эндогенной пожароопасности при подземной разработке пластов угля, склонных к самовозгоранию / Каминский А.Я., Потапов П.В., Славолюбов В.В.; заявители и патентообладатели Каминский А.Я., Потапов П.В. -№ 2007110006/03; заявл. 19.03.07; опубл. 10.12.08. - Бюл. № 34.
APPLICATION OF GEOPHYSICAL METHODS FOR ENDOGENOUS Трубицын
FIRES SUPPRESSION Анатолий Александрович
A.A. Trubitsyn, P.A. Shlapakov, V.V. Aksenov, S.A. Prokopenko e-mail: [email protected]
Method of self-ignition spots location at worked-out and isolated areas at
flat and inclined coal seams prone to self-ignition, on an «endogenous Шлапаков
fire» accident example which had occurred «Olzherasskay-Novaya» mine Павел Александрович
in Kuzbas is described. e-mail: [email protected]
Key words: ENDOGENOUS FIRE HAZARD, ENDOGENOUS FIRE,
GEOPHYSICAL SURVEY, RESEARCH COMPLEX, WORKED-OUT Аксенов Владимир Валерьевич
AREA, EFFICIENCY,TEMPERATURE RISE e-mail:[email protected]
Прокопенко Сергей Артурович
e-mail: [email protected]
88