CC BY
40
Д. А. Трубицына
директор ООО «ЦОТ-Горный
А. А. Анисимов
эксперт ООО «НИИ ГП»
Д. С. Хлудов
директор ООО «ВостЭКО»
С. В. Оленников
заместитель директора ООО «ВостЭКО»
Н. В. Трубицына
д-р техн. наук, заместитель директора по научной работе ООО «ВостЭКО»
УДК 622.411.514
РЕЗУЛЬТАТЫ ШАХТНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ПЫЛЕОТЛОЖЕНИЙ ПО СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
В статье приведены результаты шахтных исследований дисперсного состава отложившейся угольной пыли и интенсивности пылеоложений по сети горных выработок.
Ключевые слова: ДИСПЕРСНЫЙ СОСТАВ, ИНТЕНСИВНОСТЬ ПЫЛЕОТЛОЖЕНИЙ, УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ, ВЫХОД ФРАКЦИЙ
Известно, что основными факторами, определяющими взрывчатые свойства угольной пыли, являются ее дисперсный состав, выход летучих веществ, содержание золы и влаги [1]. К пылевзрывоо-пасным относятся все пласты угля с выходом летучих веществ 15 % и более, угли (кроме антрацитов) с меньшим их содержанием должны подвергаться лабораторным испытаниям на взрывчатость пыли. Наиболее легко взрывается пыль с содержанием летучих 17-32 %. При этом взрывчатые свойства угольной пыли с увеличением содержания золы и влажности снижаются, однако максимальной взрывчатой способностью обладает пыль в диапазоне 10-100 мкм, т. е. взрывчатость угольной пыли повышается с увеличением степени дисперсности. Поэтому в шахте по мере удаления от источника пылео-бразования пыль становится потенциально более взрывоопасной.
Комплексные исследования по установлению реальной интенсивности пылеотложений в угольных шахтах России не проводились несколько десятилетий. За это время произошли коренные преобразования в технологическом обеспечении очистных и проходческих забоев,
а также значимо изменились скорости их под-вигания и производительность труда. Все эти факторы, безусловно, должны были значительно повлиять на состояние пылевзрывозащиты угольных шахт. Отметим, что нормативные параметры мероприятий по ее осуществлению также не пересматривались уже более двадцати лет.
В связи с этим в 2011-2012 гг. на угольных шахтах Кузбасса был проведен ряд исследований, основной целью которых являлось определение интенсивности пылеотложений по сети горных выработок угольных шахт, а также осуществление дисперсного анализа проб отложившейся угольной пыли.
Методика исследований.
1. В течение пяти суток проводился отбор проб на подложки, которые устанавливались ежесуточно в конце 1-й смены после проведения осланцовочных мероприятий.
2. Установка подложек осуществлялась в выработке с исходящей струей воздуха из очистного забоя (по 10 через каждые 10 метров от лавы, на остальном протяжении выработки -10 подложек через каждые 100 метров).
3. Отобранные пробы взвешивались и
упаковывались для последующего анализа дисперсного состава.
4. Определение гранулометрического состава образцов углей крупностью +0,1 мм проводилось ситовым методом по ГОСТ 2093-82 [2], крупностью менее 0,1 мм - лазерным методом на дифракционном микроанализаторе размера частиц «Analyzette 22 COMPACT».
5. Ежесуточно производилась регистрация следующих параметров:
• количество воздуха, проходящего по выработке;
• скорость воздуха в месте установки подложки;
• нагрузка на лаву за смену.
Также снимались показания датчика ИЗСТ,
установленного в 20 м от лавы и геометрические параметры выработки в месте установки подложки.
6. Отбиралась проба угля для определения влажности массой 1,5-2 кг.
7. Отбиралась проба угля из-под комбайна массой 1,5-2 кг.
8. Рассчитывалась величина интенсивности пылеотложений в соответствии с «Инструкцией по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли» [3].
Наиболее полный комплекс исследований был проведен на трех шахтах: Алексиевская (лава 218), Заречная (лава 1305), им. С. М. Кирова (лава 25-93). Коротко приведем его результаты (табл.).
Расстояние от лавы, м Выход фракций, % размером, мкм
0-2 2-5 5-10 10-20 20-40 40-80 80-160
Шахта Алексиевская, уголь марки Д
30 0,12 4,82 14,92 30,47 31,65 16,41 1,63
40 0,12 5,09 17,48 34,31 29,66 11,15 2,21
50 0,11 4,21 15,93 36,47 32,82 9,46 1,02
60 0,14 5,05 17,81 39,99 26,8 6,39 3,83
70 0,15 6,03 20,37 39,19 27,88 6,07 0,32
80 0,14 5,42 18,75 40,19 28,67 4,69 2,16
90 0,14 4,96 17,92 38,07 30,58 7,51 0,83
100 0,13 5,59 20,01 39,74 24,13 5,18 5,22
110 0,1 4,89 18,26 37,28 27,46 8,65 3,37
120 0,11 5,06 19,6 39,51 27,38 5,4 2,78
170 0,16 7,3 27,53 46,24 15 1,96 1,83
220 0,19 8,89 30,23 43,27 12,16 2,62 2,65
270 0,13 8,13 30,52 45,39 11,26 1,9 2,68
320 0,16 8,45 33,29 46,05 8,3 2,53 1,24
370 0,21 10,79 40,63 39,46 6,58 1,9 0,43
420 0,17 10,27 38,62 39,37 5,5 3,77 2,3
470 0,22 11,49 34,69 29,7 8,57 8,77 6,56
520 0,22 11,35 35,2 34,46 9,3 5,16 4,31
570 0,27 16,17 43,84 30,09 3,64 3,18 2,82
620 0,35 15,43 44,28 33,18 3,78 2,15 0,83
Шахта им. С. М. Кирова, уголь марки Г
30 0,64 3 5,58 14,83 37,08 34,96 3,91
40 0,98 3,74 6,79 17,67 34,53 29,41 6,88
50 1,4 3,85 6,94 18,62 36,54 28,35 4,29
60 0,18 4,39 9,9 23,13 34,96 23,15 4,29
70 0,14 3,28 7,95 21,37 56,51 24,95 4,56
90 0,11 2,88 7,45 21,6 33,51 20,68 13,78
Таблица - Средние значения выхода фракций отложившейся угольной пыли по длине выработок (по результатам анализа проб с подложек)
Окончание табл.
Расстояние от лавы, м Выход фракций, % размером, мкм
0-2 2-5 5-10 10-20 20-40 40-80 80-160
100 0,15 4,39 8,76 21,37 37,2 25 3,15
110 0,19 4,36 10,05 28,67 38,14 16,79 1,81
120 0,1 3,36 8,53 23,09 37,7 20,72 6,5
220 0,25 6,0 15,02 35,09 33,74 9,36 0,55
320 0,27 6,29 17,4 38,99 30,67 5,83 0,56
420 0,41 10,26 21,55 36,99 25,78 5,01 0
620 0,28 7,07 21,71 45,1 21,46 3,61 0,78
720 0,26 8,21 25,42 43,28 18,95 3,45 0,43
820 0,31 7,61 24,14 45,93 19,42 2,59 0
920 0,28 7,99 23,38 43,72 20,99 2,38 1,27
1020 0,34 9,56 27,4 40,43 12,61 4,48 5,19
1120 0,38 11,96 32,54 41,31 10,48 2,49 0,87
Шахта Заречная, уголь марки Г
20 2,61 4,21 7,33 23,73 43,95 18,14 0,04
30 2,6 4,41 8 31,41 42,05 17,23 0,29
40 3,47 5,39 8,68 25,39 41,68 15,26 0,13
50 2,96 4,78 8,46 26,77 42,32 11,23 3,47
60 3,16 5,71 10,95 33,92 38,51 7,74 0
70 2,75 5,46 11,98 34,6 36,44 8,72 0,06
80 3,63 6,75 14,18 36,82 31,08 7,34 0,1
90 4,49 7,96 15,27 38,16 29,25 4,88 0
100 3,39 6,83 14,58 38,09 32,17 5,28 0
110 3,75 7,62 16,43 40,35 28,54 3,3 0
210 4,99 10,82 23,42 42,42 17,22 1,12 0
310 7,65 14,3 28,05 39,87 11,25 0,04 0
410 5,46 15,27 29,93 37,45 9,88 2 0
510 4,09 12,19 27,12 39,82 13,11 2,39 1,24
610 2,81 9,3 27,39 46,38 10,3 1,46 2,35
710 2,88 10,08 30,01 44,95 10,06 0,67 1,32
810 0,19 7,71 29,39 43,28 12,87 4,34 2,23
910 0,21 8,26 32,04 46,59 10,08 2,42 0,42
1010 0,25 9,59 33,53 41,43 10,6 1,92 2,69
1110 0,26 8,3 27,41 40,94 14,19 4,72 4,18
Во взрыве угольной пыли принимают участие частицы от мельчайших (диаметром 0,001-0,1 мкм) до составляющих в диаметре 751 000 мкм [4]. С увеличением степени дисперсности и удельной поверхности взрывчатость угольной пыли непрерывно возрастает; основным носителем взрывчатых свойств угольной пыли являются фракции размером менее 75 мкм. Максимум взрывчатости наблюдается при диаметре фракции < 10 мкм, затем вследствие аутогезии мелких частиц взрывоопасность угольной пыли снижается. Таким образом, по мере удаления от
источника образования пыль становится более взрывоопасной, поскольку возрастает степень ее дисперсности [5].
В качестве примера на рисунке 1 приведены графики распределений угольной пыли по фракциям при разной удаленности места отбора проб от источника пылевыделения.
При удалении от забоя в пробах пылеотложений преобладают тонкие фракции, т. е. с изменением технологии добычи угля и увеличением нагрузок на очистные забои характер распределений фракционного соста-
ва не претерпел существенных изменений. Результаты анализа распределений средних значений (за весь период измерения пылеот-ложений в данной точке изменялись от трех до шести дней) весовой доли фракций размером 2, 5, 10, 20, 40 и 80 мкм приведены на рисунках 2-4.
Вблизи источника пылевыделения на расстоянии до 50 м от забоя максимум распределения фракций находится в диапазоне размеров частиц 28-32 мкм, их весовая доля составляет около 9 %; на расстоянии 60-200 м - максимум приходится на частицы размером 15-20 мкм (7,5-9 %); более 300 м - 10-14 мкм (6-6,5 %) (рис. 1).
Доля фракции крупностью до 2 мкм практически не изменяется на всем протяжении горной выработки и составляет около 1 % во всех точках отбора проб (сплошные кривые на рис. 2) для шахт Алексиевская и им. С. М. Кирова. В местах отбора проб шахты Заречная на расстоянии до 310 м наблюдалось некоторое повышение (до 7 %) доли этой фракции.
Весовая доля фракций 2-5 мкм (рис. 3) характеризуется увеличением на расстоянии до 600 м (10-16 %), и далее по выработке остается практически неизменной (7-10 %).
Фракции крупностью 5-10 и 10-20 мкм равномерно увеличиваются по содержанию в пробе с удалением от источника пылевыделе-
ния до 33-45 % (рис. 3) и 45-47 % (рис. 4) соответственно.
Фракции крупностью 20-40 и 40-80 мкм имеют явный максимум вблизи источника пыле-выделения (33-55 и 15-35 %) и имеют тенденцию к явному снижению весовой доли до 4-14 % (рис. 4) и 3-5 % (рис. 2) соответственно с расстояния 70 м.
Угольная пыль, отлагающаяся в горных выработках, по дисперсному составу является взрывчатой, причем содержание наиболее опасной по взрыву фракции (менее 75 мкм) составляет во всех полученных пробах более 90 % по массе, что никогда ранее не наблюдалось, исключая места погрузочных пунктов, где авторы многочисленных исследований получали значения до 93 %.
Проведенный анализ показал, что одними из основных факторов, влияющих на пы-левзрывоопасное состояние горных выработок, являются интенсивность пылеотложений и дисперсный состав угольной пыли, которые при увеличении нагрузок на очистные забои приобретают решающее значение. На рисунке 5 приведены результаты расчета интенсивности пылеотложений, проведенного после обработки всех проб (средние показатели за весь период наблюдений на трех шахтах). При этом средние нагрузки на забои лав были следующими:
Рисунок 2 - Распределение средних значений весовой доли фракций 0-2 мкм (сплошная линия) и 40-80 мкм
(штриховая линия) по длине выработки
s « I »
* I
3 i EQ 1S л
TÏ—¡i"-"
Рис S0 100 1S0 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 ИМ Расстояние от забоя, м ^^^^ 5 мкм, то Алексвсвскм, мяркн Д ■■■■■■■ 10 тем, m, Алексиевоиа, нарка Д S мкм, iiLBM. Кирова, маржа Г • •••••• 10 мкм, шлм. Кирова, марка Г ^^^^ 5 мкм, то Заречвая, марка Г ....... 10 мкм, то Заречная, марка Г унок 3 - Распределение средних значений весовой доли фракций 2-5 мкм (сплошная линия) и 5-10 мкм (штриховая линия) по длине выработки
• шахта Алексиевская - 1,6 тыс. т.;
• шахта им. С. М. Кирова - 5,1 тыс. т.;
• шахта Заречная - 7,8 тыс. т.
Таким образом, в результате проведенных шахтных исследований установлено следующее.
При современных нагрузках на очистные забои резко возрастает общее поступление тонких фракций в атмосферу и интенсивность отло-
жения в горных выработках угольной пыли.
Интенсивность пылеотложений по длине выработки уменьшается с удалением от лавы. При этом максимум пылеотложений (50120 г/м3*сут.) находится на расстоянии до 100 м от лавы, и далее идет равномерное его снижение до 8-20 г/м3*сут. При таких значениях интенсивности пылеотложений выработка переходит во взрывоопасное состояние уже через несколько часов работы по выемке угля.
1
\
tf я
1 * » ■ 1
1 ч ..i Av
2 25 1 Й / -
г
Рисун 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 Расстоинне от забои, м - 20 веки, ш. Алексиевскао, марка Д ....... 40 мкм, iil Алексиевская, марка Д -20 мкм, ш. га. Кирова, марка Г ....... 40 мкм, ш. им. Кирова, марки Г -20 шеи, ш. Заречиаа, марка Г • •••••• 40 мкм, ш. Заречиаа, мв|ка Г ок 4 - Распределение средних значений весовой доли фракций 10-20 мкм (сплошная линия) и 20-40 мкм (штриховая линия) по длине выработки
i
1
\
А,
\ > ¡2
SO 100 150
700 750
850 900
1000 1050 1100 1150 1200
Расстоиние от лавы, м ■ Ш. Алекснеевская, марка Д
- Ш им. С.М. Кирова, марка Г
— Ш. Заречная, марка Г
Рисунок 5 - Изменение интенсивности пылеотложений в зависимости от расстояния от лавы
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
1. Брюханов, Л. М. Расследование и предотвращение аварий на угольных шахтах / Л. М. Брюханов [и др.]. - Донецк: Норд-Пресс, 2004. - Т. 1. - 548 с.
2. ГОСТ 2093-82. Топливо твердое. Ситовой метод определения гранулометрического состава. -Режим доступа : http://ohranatruda.ru/
3. Правила безопасности в угольных шахтах. Инструкции по борьбе с пылью и пылевзрывозащите // Инструкция по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли - Липецк, 1999. - С. 34-105.
4. Айруни, А. Т. Взрывоопасность угольных шахт / А. Т. Айруни, Ф. С. Клебанов, О. В. Смирнов. -М.: Горное дело, 2011. - 264 с.
5. Петрухин, П. М. Борьба с угольной и породной пылью в шахтах / П. М. Петрухин [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1981. - 271 с.
RESULTS OF UNDERGROUND INVESTIGATIONS OF THE INTENSITY OF THE DUST DEPOSIT IN MINE ROADWAY NETWORK D. A. Trubitsyna, A. A. Anisimov, D. S. Hludov, S. V. Olennikov, N. V. Trubitsyna
Results of underground investigations of the disperse structure and intensity of the dust deposit in mine roadway network are given.
Key words: SIZE-CONSIST, INTENSITY OF DUST DEPOSIT, COAL DUST, GRADE YIELD
Трубицына Дарья Анатольевна е-mail: dtrubitsyna@me.com
Анисимов Антон Анатольевич e-mail: anisimov_kem@mail.ru
Хлудов Денис Станиславович e-mail: vosteko@inbox.ru
Оленников Сергей Васильевич e-mail: vosteko@inbox.ru
Трубицына Нэля Вадимовна е-mail: ntrubitsyna@rambler.ru
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЭКСПЕРТИЗА И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ
ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ТЕЛ./ФАКС 8(3842) 77-86-61
Г. КЕМЕРОВО, УЛ. СОСНОВЫЙ БУЛЬВАР 1, К. 415.
