CC BY
25
© Г.С. Забурдяев, 2002
УДК 622.8
Г.С. Забурдяев
РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, НАПРАВЛЕННЫХ НА ИЗВЛЕЧЕНИЕ МЕТАНА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНЫХ УСЛОВИЙ ТРУДА ШАХТЕРОВ НА СЕВЕРЕ
Н
а Севере Воркутское угольное месторождение в Печорском бассейне является основным, наиболее освоенным . Разработка месторождения ведется пятью шахтами, входящими в состав ОАО «Воркутауголь»: «Северная», «Ворку-тинская», «Комсомольская», «Заполярная» и «Аяч-Яга»; разрабатываются шесть пластов: Мощный, Тройной, Четвертый, Пятый, 14 и Н4.
Увеличение добычи угля приводит к повышенному выделению метана и угольной пыли, тем более, что с увеличением глубины отработки пластов газоносность увеличивается [1, 2]. Так, если на глубине 300 м газоносность угольных пластов составила 10-12 м3/т, то на достигнутых к настоящему времени глубинах ведения горных работ 800-1000 м газоносность составляет уже 25-28 м3/т, а относительная газообильность шахт изменилась от 9-12 м3/т до 60-70 м3/т,
по выемочным участкам она доходит до 80-90 м3/т [3].
Безопасные условия труда шахтеров довольно часто нарушаются ими же. Так, за 9 месяцев 2001 г. Печорский ОВГСО отметил целый ряд нарушений ПБ по газовому и пылевому режимам, выявленного в ходе профилактических обследований (табл. 1), при этом простои в часах в подготовительных выработках больше, чем в очистных выработках в 4,9 раза. В процентах же простои в очистных и подготовительных выработках составили соответственно 10,0 и 18,3 % обшдх простоев по РФ. Из-за вышеуказанных простоев условные потери в добыче угля составили 13,8 %, в проходке горных выработок - 18,7 %, при этом запрешения о производстве горных работ в очистных выработках равнялись 33, а в подготовительных -58. Взрывы же метановоздушных и метанопылевоздушных смесей в корне нарушают весь режим работы шахты.
Крупные взрывы метанопыле- и метановоздушных смесей в Воркут-ском месторождении происходили на шахтах с высоким удельным пыле-выделением 1000-1200 г/т и метаноносностью 26-30 м3/т на шахтах «Центральная», пласт Мощный (1998 г.), «Воркутинская», пласт Четвертый (1995 г.) и
«Комсомольская», пласт Тройной (1998 г.). В январе 2002 г. произошел еще один взрыв метана в очистном забое пласта Четвертого на шахте чЗскркужинтваи» . Есть человеческие
Процентный состав нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли разрабатываемых шахтопластов (рис. 1) свидетельствует о том, что от 15 до 22% шахтопла-стов имеют довольно низкий нижний предел взрываемости 39-42 г/ м3. Именно в этом пределе из всего диапазона 38-57 г/м3 произошли три взрыва (пласт Мощный, 39 г/ м3 -взрыв метанопылевоздушной смеси, пласт Тройной, 40 г/м3 и пласт Четвертый, 41 г/м3 - взрывы метановоздушной смеси). Судя по низким величинам нижних пределов взрываемо-сти отложившейся угольной пыли шахтопластов Тройного и Четвертого вероятность перехода от взрыва метана к взрыву угольной пыли была весьма велика.
Четкой зависимости нижнего предела взрываемости угольной пыли от вышеприведенных в табл. 2 характеристик не установлено.
Петрографические разности пла-
Рис. 1. Процентный состав нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли разрабатываемых пластов Воркутского месторождения
Рис. 2. Изменение микрокомпонентов групп витринита и фюзинита от выхода летучих веществ: а- пласт Четвертый; б- пласт Тройной; 1 -западное крыло; 2 - восточное крыло
стов Воркутского месторождения от особенно это изменение наблюдается при тщательном рассмотрении величин вышеуказанных разностей на западном и восточном крыльях. Так, при нанесении на график величин петрографических разностей пласта
выхода летучих веществ варьируют в Четвертого по сравнению с другими пластами, например, Тройным, видно, что изменения микрокомпонентов групп витринита и фюзинита западного и восточного крыльев незначительны, они практически параллель-
широких пределах,
ной степенью упорядоченности структуры отдельных микрокомпонентов и в целом массы угля.
Пласт Четвертый в отличие от других пластов рассматриваемого угольного месторождения своеобразен
Таблица 2
ХАРАКТЕРИСТИКА ШАХТОПЛАСТОВ ВОРКУТСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Шахта Пласт Вынимаемая мощность пласта, м Влажность угля, W1>, % Выход летучих, % Золь- ность, % Петрографические разности, %
VI L Sv F
Воркутинская Тройной 2,85 3,8 31,0 18,2 78,0 5,5 1,5 15,0
Четвертый* 1,6 4,3 29,9 12,7 75,0 2,0 7,5 15,5
Пятый 1,0 3,3 28,5 15,9 78,0 4,5 3,0 14,5
Заполярная Тройной 2,4 5,3 32,2 13,7 76,0 3,3 3,7 17,0
Четвертый 1,45 5,1 31,8 14,1 76,0 4,0 2,8 17,2
Комсомольская Мощный 2,0 4,3 33,1 13,1 75,0 2,6 6,4 16,0
Тройной* 2,15 4,2 32,5 13,6 66,2 3,9 5,6 24,3
Четвертый 1,7 4,1 32,4 13,0 67,8 3,7 5,5 23,0
Пятый 1,05 4,6 33,4 17,8 69,0 3,1 7,3 20,6
Северная Тройной 2,55 4,5 34,2 15,7 76,0 3,0 5,0 16,0
Пятый 1,0 3,7 31,6 14,7 74,0 1,5 9,0 15,5
Центральная Мощный* 2,4 3,8- 2,7 32,5- 33,5 13,9 71,0 3,3 7,0 18,7
Пятый 1,0 4,1 31,4 15,3 69,3 3,8 6,5 20,4
Аяч-Яга 14 1,0 3,2 35,4 24,4 64,5 4,5 9,0 22,0
Южная 14 1,36 3,1 33,5 23,7 78,0 4,0 8,0 10,0
Взрыв
Содержание пыли в отбитом угле, % Нижний предел взрываемости пыли, г/м3 Метано-носность, м3/т [5]
2,5 42 17-26
3,3 41 14-30
2,6 39 15-32
1,6 40 18-25
3,7 39 22-30
2,9 38 20-30
3,6 40 18-27
3,3 57 20-30
1,8 45 19-31
2,5 42 21-29
40 17-30
2,6 39 16-28
1,3 42 16-30
1,2 48 9-11
1,6 45 10-16
ны без резких изменений направления линий (линии не пересекаются). При этом весьма важное значение, отличное от других пластов, имеет то, что с увеличением выхода летучих веществ микрокомпоненты группы витринита уменьшаются, а микрокомпоненты группы фюзинита увеличиваются, причем довольно значительно (рис. 2).
Увеличение микрокомпонентов группы фюзинита повышает сорбционную способность угля [5, 6]. Это может быть одной из причин того, почему более метаморфизованные угли обладают повышенной сорбционной способностью и имеют более высокую метано-носность и метаноотдачу (исключая суперантрациты), поскольку сорбционные свойства в основном определяются раз-
и в проявлении взрывчатых свойств пыли. Изменение нижнего предела взрываемости угольной пыли зависит от выхода летучих веществ. С увеличением летучих веществ нижний предел взрываемости снижается и описывается прямой линией. Зависимости нижнего предела взрываемости угольной пыли пластов Мощный, Тройной, Пятый, 14 и Н4 несколько иные. В некоторой степени это связано с присутствием в пластах в той или иной мере микрокомпонентов групп витринита, лейптинита и фюзинита, а также их соотношениями. Микрокомпоненты группы семивитринита состоят из разностей промежуточных между витринитом и фюзинитом [5], поэтому их влияние не принято во внимание.
Относительно четкая зависимость получена для содержания пыли в отбитом (разрушенном) угле от вынимаемой мощности пласта, поделенной на его рабочую влажность
+ 3 + 2,4
• 5
6, 12 7, 13
• 8,9 и 10 + 11
(рис. 3, а). Вынимаемая мощность пластов, их влажность, петрографические разности и другие уже указанные в табл. 2 характеристики могут не соответствовать нынешним горно-геологичес-ким условиям. Воизбежание неточностей все характеристики взяты из справочника [4]. Наиболее высокое содержание пыли в отбитом угле имеют пласты Четвертый и Мощный. Эти же пласты характеризуются и высокой метаноносностью (рис. 3,б и в).
Управлять природными свойствами угольных пластов при современном развитии горной науки
трудно. В то же время при надлежащем финансировании в самом ближайшем будущем вполне доступным является существенное снижение уровня метановыделения, образования и выделения пыли. Проще, дешевле и эффективнее предупредить негативные проявления метана и пыли, чем ликвидировать последствия после их взрывов.
Предпосылками к устранению негативных проявлений метана и угольной пыли, т.е. к улучшению состояния техники безопасности на газообильных шахтах, к снижению аварийности и повышению произ-
Рис. 3. Изменение метаноносности шахтопластов от содержания пыли в отбитом угле:
а и б • - пласт Мощный; ° - пласт Тройной; + - пласт Четвертый; х - пласт Пятый; V - пласт І4; в - Воркутское месторождение • 1 - пласт Мощный,
ш. «Центральная» ;
- пласт Четвертый, ш. «Воркутинская», ;
- пласт Четвертый, ш. «Комсомольская»;
- пласт Мощный, ш. «Юр-Шор» ;
- пласт І4, ш. «Южная» ;
- пласт І4, ш. «Аяч-Яга» ;
- пласт Мощный, ш. «Комсомольская»;
- пласт Четвертый, ш. «Заполярная»;
- пласт Мощный, ш. «Октябрьская»
водительности очистных и подготовительных выработок по фактору метана, могут стать комплексное решение проблемы извлечения метана угольных шахт РФ, разрабатывающих газоносные угольные пласты с высоким удельным пылевыделением и весьма опасные по взрывчатым свойствам угольной пыли, с широким внедрением новых разработок по снижению ме-танообильности и запыленности горных выработок. Новые разработки имеются и защищены патентами:
- установка для генерации гидравлических импульсов давления. Патент РФ №2127364, кл. 6Е21С 37/12,
Е2^ 5/00, бюлл. №7 1999 г.;
- исполнительный орган горной машины. Патент РФ №2137918, кл. 6Е21С 25/10, 35/22, Е2^ 5/00, бюлл. №26 1999 г.;
- способ дегазации надрабаты-ваемой угленосной толщи. Патент РФ №2152518, кл. 7Е21 F7/00, бюлл. №19 2000 г.;
- способ подготовки угольных пластов к отработке. Патент РФ №2166637, кл. Е21 F7/00, бюлл. №13 2001 г.;
- заявка на изобретение «Способ дегазации угольных пластов». Приоритет от 18.12.2001 г.
1. Забурдяев В.С., Пак В.С., Пантелеев А.С. Mетанообильность очистных забоев, эффективность извлечения и использование каптируемого метана. Безопасность труда в промышленности. - M.: изд-во НПО «ОБТ», 1994., С. 10-14.
2. Забурдяев В.С. Перспективы дегазации при скоростном проведении подготовительных выработок. - Человек на Севере в XXI веке: горное дело, ТЭК, экология, народонаселение. - Сыктывкар 2001,С. 78-84.
3. Шувалов Ю.В., Веселов А.П., Пантелеев А.С., Бобровников В.Н., Плиско И.Е. Результаты научных исследований, направленных на повышение эффективности дегазации на шахтах Печорского бас-
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сейна. Человек на Севере в XXI веке: горное дело, ТЭК, экология, народонаселение. - Сыктывкар 2001, С. 177-185.
4. Угли Печорского бассейна. Справочник. - М.: Наука, 1972, 350 с.
5. Газоносность угольных бассейнов и месторождений СССР, т.1 - М.: Недра, 1979, 628 с.
6. Забурдяев Г.С. Влияние природных свойств угольных пластов на метаноносность, взрываемость пыли, пожароопасность и заболеваемость антракосиликозом. Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. - Люберцы Московская обл., №315 2000 г., с. 78-87.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Забурдяев Г.С. — кандидат технических наук, ННЦ ГП - ИГД им. Л.Л. Скочинского.
