CC BY
33
------------------------------ © Н.О. Каледина, Н.Ю. Карпова,
2011
Н. О. Каледина, Н.Ю. Карпова
РОЛЬ СИСТЕМЫМЕТАНОБЕЗОПАСНОСТИ В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Представлена дорожная карта обеспечения метанобезопасности в подземной угледобыче. Показано влияние систем метанобезопасности на производительность и экономическую эффективность.
Ключевые слова: угольные месторождения, метанобезопасности угольных шахт, подземная угледобыча.
Т 1а сегодняшний день уголь является наиболее важным
.Ж .Ж энергетическим ресурсом во всем мире. В 2006 году добыто 6,2 млрд. т угля 63 странами мира, что составляет 67 % от добычи твердых минералов, 50 % от добычи энергетического сырья по объему (в тоннах).
При подземной разработке угольных месторождений с первых шагов своего развития добыча угля сопровождалась попутным выделением метана. Интенсивная отработка угольных пластов сопровождается обильными метановыделениями, нередко приводящими к загазированию забоев, причем частота и размеры аварий и катастроф достигли критического значения, и наиболее значимые из них в последние годы связаны с взрывами метана, повлекшими за собой групповые несчастные случаи. Из 89 действующих шахт России 80 % отнесены к опасным по метану, из них 48 % шахт наиболее метанообильны и лишь 25 % шахт работают с эффективной дегазацией угольных пластов и выработанных пространств. Технико-экономические показатели работы газовых шахт на 35-50 % ниже, чем негазовых. Неизбежность в настоящее время подземной разработки газоносных угольных месторождений, перспективы ухудшения горногеологических условий и роста нагрузок определяют высокую актуальность проблемы метанобезопасности на государственном уровне.
Метанобезопасность угольных шахт определяется совокупностью условий разработки месторождений (горно-геологи-ческих, горно-технических, организационных), а также интенсивностью
угледобычи. Система метанобезопасности, комплекс мероприятий по дегазации угольного массива, вмещающих пород и пластов-спутников, и автоматизирование проветривание выработок, а также автоматизации контроля за содержанием метана в шахте, позволяющие предотвратить загазирование выработок и исключение взрыва. Именно поэтому при подземной добыче угля первостепенное значение в технологическом развитии принадлежит системам метанобезопасности.
Значение системы метанобезопасности в технологии добычи угля может быть наглядно представлено с помощью метода стратегического планирования - Дорожной карты.
В центре стратегических исследований МГГУ была разработана дорожная карта подземной угледобычи, которая приведена на рис. 1. В ней показано, что системы метанобезопасности тесно увязаны с информационными системами и являются составными частями технологических систем.
Дорожная карта не является прогнозом технологических прорывов в будущем, а, скорее, это интеграция требований по обеспечению будущих технологических потребностей. Дорожная карта предполагает уже заданное будущее и представляет необходимую основу для его реализации.Результатом дорожного картирования выступает графическое представление, которое охватывает важнейшие узлы развития, соединенные причинными или временными «цепочками».
Метод «дорожной карты» - это эффективный инструмент, позволяющий обеспечить наглядное представление и системность взаимосвязей между целями, задачами и мероприятиями. В соответствии с поставленными целями формируется структура дорожных карт от конечного (поставленные цели) до начального пункта развития (состояние на момент начала планируемого периода). Отсюда видно, что задачи обеспечения промышленной безопасности, становятся в один ряд с технологическими, а не остаются неким «довеском», финансируемым по остаточному принципу.
На рис. 1 в горизонтальных блоках показана взаимосвязь развития собственно технологий угледобычи, информационного обеспечения безопасности технологий и совершенствования техники (оборудования).
Рис. 1. Дорожная карта инновационного развития подземной угледобычи
Первый вертикальный блок отображает необходимость подготовки кадров, способных обеспечивать требования инновационного развития отрасли.
Второй вертикальный блок отображает конечные показатели технико-экономического прогресса в отрасли.
В описанных «цепочках» подсистемы указаны укрупнено без детализации. Для целей планирования этого достаточно, но для разработки конкретных планов по каждой подсистеме требуется детальная проработка соответствующих задач.
Стратегия обеспечения метанобезопасности сводится к решению нижеперечисленных задач, что дает ясную картину ориентиров достижения поставленных целей и соответствующую увязку обеспечивающих процессов во времени.
Задачи для обеспечения метанобезопасности:
1) Внедрение систем автоматизации проветривания.
Основным мероприятием по предотвращению скоплений
метана в горных выработках является вентиляция. Увеличение скорости подаваемого воздуха в шахту ограничено по правилам безопасности, учитывающими особенности аэрогазодинамики угольных шахт, поэтому применение только этого мероприятия не решает проблемы. Исследования, проводимые в 70-80 гг. XX столетия, показали, что повышение эффективности вентиляции может быть обеспечено за счет автоматизированного управления воздухораспределением в вентиляционной сети, в соответствии с протеканием аэрогазодинамических процессов в очистных и подготовительных забоях.
2) Внедрение систем заблаговременной и предварительной дегазации.
При углублении и интенсификации горных работ, сопровождающихся ростом газообильности шахт, даже при высокой эффективности вентиляционных систем, возникает необходимость проведения заблаговременной дегазации как одной из ступеней подготовки месторождения к разработке так же, как, например, геологическая подготовка.
Внедрение заблаговременной дегазации позволяет извлекать метан из угольного массива еще до начала горных работ, а эффективность заблаговременной дегазации пропорциональна времени функционированию скважин (чем больше длительность периода от начала дегазации до начала ведения горных работ, тем выше
съем газа, то есть тем больше снижение газоносности в зоне выемки угля).
3) Внедрение систем высокоэффективной подземной дегазации
Кроме предварительной дегазации угленосного массива при высокой природной газоносности и высокой угленасыщенности, а также при недостатке времени на дегазацию нередко необходима дополнительная дегазация основных источников выделения, таких как разрабатываемый пласт, пласты-спутники и выработанное пространство, с поверхности или из подземных выработок.
4) Внедрение систем эффективной утилизации шахтного метана.
Применение дегазации увеличивает общую газообильность шахт. И поскольку метан является ценным энергетическим ресурсом, с целью охраны недр и повышения экономической эффективности разработки угольных месторождений необходимо его полезное использование.
Решение этих задач обеспечения метанобезопасности позволяет исключить загазирование горных выработок и взрывов метановоздушной среды.
Применение в совокупности данных мероприятий по обеспечению метанобезопасности, позволит повысить производительность и эффективность производства на газовых шахтах в 2,0 - 2,5 раза. Это связано и с уменьшением времени простоя оборудования на 50 %,и с улучшением условий труда горнорабочих, снижением числа несчастных случаев в 1,5 раза, а смертельных случаев на 100 %.
Внедрение систем эффективной утилизации шахтного метана позволит на 100 % сократить выбросы шахтного метана в атмосферу. На рис. 2 представлена дорожная карта системы метанобезопасности.
Таким образом, роль системы метанобезопасности весьма значительна, и применение мероприятий по обеспечению метанобезо-пасности позволяет не только обеспечить высокопроизводительный и безопасный труд горнорабочих, но и избежать простоев оборудования, проблем не выполнения сроков поставок готового продукта потребителю, сократить затраты на переподготовку персонала, связанную с высокой аварийностью и «текучестью» кадров.
Оперативность
и
достоверность
информации
Снижение
концентраций
метана
Снижение
запыленности
Снижение рисков взрывов метана и пыш
Г 1.1. Автомати-8 конроль і V 1.2. Системы 1.3. Системы и передачи контроля "Ч 1.4. Системы и моделиро вания У
Ґ 2.1. система вентиляции V 2.2. рациональные схемы вентиляции выемочных участков \ 2.3 .автоматическое проветривание У
3.1.Заблаговременная дегазация 3.2. Предвари З.З.высокоэффективная тельная подземная дегазация дегазация \ 3.4. система эффективной утилизации метана У
4.1.Система подавления пыли
4.2 .Инновационные методы пылеподавления
Повышгние производите льности и эффективнэс ти в 2,5 раза
Сокращение выбросов пыли на 100%
Сокращение
эмиссии
метана
Уменьшение несчастных случаев в 1,5раза, смертельных 100%
Устранение простоев оборудования на 50%
Рис. 2. Дорожная карта системы обеспечения метанобезопасности
В тоже время, внедрение технологий обеспечения метанобезо-пасности требует определенных затрат. И применение технологических схем ведения горных работ. Потому их внедрение также должно вестись поэтапно, во взаимоувязке с инновационным развитием технологий добычи угля.
В качестве начального этапа реализации данной подсистемы также может быть использован метод дорожной карты, которая отображала бы взаимосвязи и условия решения указанных задач.
Дорожная карта создания систем обеспечения метанобезопас-ности угольной шахты позволит технологическим службам правильно спланировать потребности в материальных и трудовых ресурсах и организовать работы по развитию и внедрению на конкретном предприятии соответствующих технологий профилактики аварий, связанных с фактором метана.
------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каледина Н. О. Управление газовыделением из выработанных пространств угольных шахт. Специальность 05.26.01 - Охрана труда и пожарная безопасность. - Диссерт. на соиск. учен. ст. доктора техн. наук.- М.: 1995.- 322 с.
2. Управление газовыделением в угольных шахтах при ведении очистных работ / И.В. Сергеев, В.С. Забурдяев, А.Т. Айруни и др. - М.: Недра, 1992.- 256 с.
3. Мазикин В.П. Методология и опыт управления газовыделением на шахтах в условиях технического и технологического перевооружения. - М.: Изд-во МГГУ, 1995. - 101 с.
4. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий. - М.: Недра, 1987. Н!ГД=1
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------
Каледина Н. О. - профессор, доктор технических наук, Карпова Н.Ю. - магистрант,
Московский государственный горный университет.
А
