CC BY
13
УДК: 622.82
В.А. Скрицкий
ИГД СО РАН, Новосибирск
СНИЖЕНИЕ ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ И ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАБОТКИ КРУТЫХ ПЛАСТОВ УГЛЯ В ШАХТАХ КУЗБАССА
В статье описан механизм возникновения и развития очагов самонагревания угля в выработанном пространстве крутых пластов и обоснована целесообразность их отработки системой ПГО по бесцеликовой технологии.
V.A. Skritsky
Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk Krasny Prospekt 54, 630091, Russian Federation
SPONTANEOUS FIRE HAZRAD DECREMENT AND COAL PRODUCTION ENHANCEMENT IN STEEPLY PITCHING FORMATIONS IN THE KUZNETSK COALFIELD
The article discusses origination and growth of spontaneous heating sources in mined-out areas in steeply pitching coal formations and justifies practicality of hydraulic coal mining by sublevel hydraulic breakdown method without pillars left.
Существенным недостатком технологических схем отработки крутых пластов, наряду с их высокой эндогенной пожароопасностью, являются большие и безвозвратные потери запасов угля в целиках, оставляемых в выработанном пространстве. В каждом шахтном поле (горизонте) до 20% от вскрытых запасов угля, только за счет оставляемых в выработанном пространстве профилактических межблоковых целиков, переходят в категорию безвозвратных потерь. С учетом же угля, содержащегося в межгоризонтных целиках, безвозвратные потери возрастают до 30^35%.
Делением выемочных полей на блоки, отделенные друг от друга профилактическими целиками, преследуется цель, чтобы срок отработки каждого выемочного блока, включая время на его изоляцию, не превышал 3 месяцев - инкубационного периода самовозгорания угля [1]. Однако, не смотря на секционирование выемочных блоков, при отработке крутых пластов имеют место многочисленные случаи, когда в выработанном пространстве как действующих, так и отработанных выемочных участков возникают, или обнаруживаются очаги самовозгорания угля. В таких случаях аварийный блок изолируют и приступают к тушению эндогенного пожара, а очистные работы переводят в следующий выемочный блок, отделенный от аварийного участка
профилактическим угольным целиком. В выработанном пространстве точное местонахождение очага самовозгорания угля обычно неизвестно, поэтому процесс тушения пожара растягивается на длительный срок, исчисляемый месяцами.
Очаги самовозгорания угля в выработанном пространстве возникают в зонах повышенной воздухопроницаемости - на контакте выработанного пространства с угольным массивом или целиком угля. Опорным горным давлением при воздействии на краевую часть угольного целика (массива) совершается механическая работа по разрушению и деформации пласта, которая протекает с преодолением сил трения. В процессе этой работы температура раздавленного и перемятого угля в краевой части целика повышается, его температура становится на 15^25 и более градусов выше температуры окружающего угле породного массива и утечек воздуха, поступающих в выработанное пространство [2]. При поступлении воздуха к такому разрыхленному и нагретому в процессе механодеструкции углю в нем возникают очаги самонагревания, которые, по мере роста температуры за счет окислительных процессов, развиваются до стадии самовозгорания угля [3].
Из всех систем отработки крутых пластов с обрушением пород кровли наименее пожароопасной является гидравлическая технология (ПГО), при которой отбойка угля в подэтажных штреках производится гидромониторами -высоконапорными струями воды. Однако, и при отработке крутых пластов системой ПГО, вдоль оставляемых в выработанном пространстве межблочных целиков, в том числе профилактических, формируются, представленные на рис. 1, пожароопасные зоны, в которых и возникают очаги самовозгорания угля.
Рис. 1. Пожароопасные зоны и места возникновения очагов самовозгорания угля при принятом на шахтах порядке отработке крутых пластов системой ПГО,
где:
1 - очистной забой с гидромонитором на I первом подэтажном штреке отрабатываемого выемочного блока; 2 - проходка II подэтажного штрека; 3, 4 -межблочные, профилактические целики, в т.ч. с ходовыми, вентиляционными и
пульпопечами; 5 - зоны в выработанном пространстве, опасные по фактору эндогенной пожароопасностн: 6 - значками @ обозначены очаги самовозгорания
угля
Межблочные угольные целики, оставляемые в выработанном пространстве в качестве профилактических, располагают соосно с аналогичными целиками, оставленными ранее на отработанном выше залегающем горизонте. В результате этого вдоль соосно-расположенных межблоковых угольных целиков эндогенные пожары зачастую перепускаются в действующие выемочные блоки с верхних, ранее отработанных, горизонтов. Поэтому, с целью предотвращения перепуска пожаров с вышележащих отработанных горизонтов в действующие выемочные блоки, на шахтах практикуют увеличение межгоризонтных угольных целиков, что ведет только к дополнительным безвозвратным потерям запасов угля. Так как после подработки межгоризонтного угольного целика и его разрушения не исключается не только перепуск огня с верхних отработанных горизонтов, но и поступление в выработанное пространство нагретых масс угля из раздавленного горным давлением межгоризонтного целика.
Так как источниками формирования в выработанном пространстве разрыхленных и нагретых масс угля, в которых возникают и развиваются очаги самонагревания угля, являются краевые части угольных целиков, то делением выемочных полей на отдельные выемочные блоки проблема с эндогенными пожарами при отработке крутых пластов усугубляется. Этот вывод в частности подтверждается данными по в шахте «Коксовая» (г. Прокопьевск), где за период с 1931 по 2006 годы возникло 163 эндогенных пожара (см. таблицу) [4].
Таблица
Всего пожаро в Число пожаров в период с 1931 по 2006 годы при системах разработки
с обрушением кровли: с закладкой выработанного пространства:
С полным обрушением: КО, ГСО, ДСО, ЩО, НСО, ПШО, КГП, КНК-70, Комбиниров анные -обрушение с зонами закладки: КО, КЗ Гидро добыч а: ПГО Пневматическ ая и самотечная закладка: ГСПЗ, НСЗ, ОЗГП, НСГЗ(П) Гидравлич еская закладка: ДСГЗ, НСГЗ, ПНСГЗ, КГСЗ Твердеющая и литая закладки: МГСЛТЗ, НСЛЗ, КПЛТЗ, НСЛТЗ, КПЛЗ
163 114 11 2 13 23 -
Максимальное количество пожаров (114) возникло при традиционных системах разработки с обрушением кровли, при которых в выработанном пространстве оставалось большое количество угольных целиков, из краевых частей которых под действием опорного горного давления формировались скопления разрыхленного угля с повышенной температурой.
К 2006 году гидравлической технологией угледобычи системой ПГО отработано 25 выемочных блоков. При этом было зафиксировано 2 эндогенных пожара. Один из них (2005г., пожар № 858) был идентифицирован по взрыву метана в глубине выработанного пространства выемочного блока № 1 с квершлага № 31 гор. - 135м, пласт Лутугинский.
Из приведенных данных по шахте «Коксовая» и результатов исследований влияния горного давления на формирование очагов самонагревания угля [2, 3] следует, что оставление в выработанном пространстве межблоковых угольных целиков существенно повышает опасность возникновения эндогенных пожаров. Соответственно, чтобы предотвратить возникновение эндогенных пожаров, необходимо отработку крутых пластов производить без оставления в выработанном пространстве угольных целиков, т.е. перейти к бесцеликовой отработке. Из всех технологических систем отработки крутых пластов с обрушением пород кровли только гидравлической технологией, из-за ее гибкости и универсальности, обеспечивается возможность производить бесцеликовую отработку пластов в сложных горно-гелогических условиях.
Принципиальная схема бесцеликовой отработки крутых пластов системой ПГО представлена на рис. 2 [5].
Рис. 2. Способ разработки крутых пластов системой ПГО по бесцеликовой
технологии:
2а) - схема отработки первого выемочного блока от границы выемочного столба; 2б) - схема отработки второго и последующих выемочных блоков без оставления между ними межблоковых профилактических целиков
Вскрытие выемочного столба осуществляют на фланге вентиляционным и аккумулирующим квершлагами, из которых системой отработки с закладкой выработанного пространства твердеющим закладочным материалом производят выемку угля из целика, служащего охранным для этих квершлагов, формируя барьерный целик, обозначенный цифрой 1 на рис. 2. Отработку выемочных блоков в пределах выемочного столба производят последовательно, начиная от I выемочного блока, примыкающего к сформированному барьерному целику. На всем протяжении выемочного столба межблоковые угольные целики,
обозначенные на рис. 2 цифрой 2, отрабатывают совместно с подэтажами смежного отрабатываемого выемочного блока. В отработку включаются также ранее оставляемые в выработанном пространстве межгоризонтные угольные целики.
Таким образом, за счет совместной отработки межблоковых угольных целиков с подэтажами смежных отрабатываемых выемочных блоков на всем протяжении выемочного столба образуется единое выработанное пространство (на рис. 2 обозначено цифрой 3), состоящее из обрушенных пород.
В процессе отработки выемочных блоков для предотвращения возникновения очагов самонагревания угля, предусматривается обработка краевой части выработанного пространства высоконапорными струями воды [6, 7].
Практическая реализация способа отработки крутых пластов без оставления в выработанном пространстве угольных целиков позволит повысить безопасность труда шахтеров за счет предотвращения аварий, обусловленных возникновением эндогенных пожаров, и одновременно обеспечит повышение эффективности горных работ за счет дополнительного объема добытого угля.
Работа выполнена при финансовой поддержке интеграционного проекта № 60 СО РАН с участием НАНУ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса / Кемерово, ВостНИИ, 2007. - 82 с.
2. Попов В.Б. Новые представления о природе начального теплового импульса при возникновении очагов самовозгорания угля в шахтах / Попов В.Б., Скрицкий В.А., Храмцов В.И., Обидов С.В. // Безопасность труда в промышленности, № 3, 2002г. - С. 36 - 38.
3. Скрицкий В.А. Роль горного давления в возникновении эндогенных пожаров в угольных шахтах [Текст] / В.А. Скрицкий // Материалы научн. конгресса (15-17.10.2009 г.): «Совершенствование системы управления, предотвращения и демпфирования последствий чрезвычайных ситуаций регионов и проблемы безопасности жизнедеятельности населения». -Новосибирск. - СГГА. - 2009. - С. 162 - 164.
4. Скрицкий В.А. Об эндогенной пожароопасности ведения горных работ в филиале ООО «Шахтоуправление Прокопьевское» шахта «Коксовая» [Текст] / В.А Скрицкий, В.А. Заречнев // В сб. тр. конф. (07-11.07.2008.) «Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды». - Том «Геотехнология». - Новосибирск. - ИГД СО РАН. - 2008. - С. 265 - 274.
5. Патент РФ на изобретение № 2390633 МПК Е2№ 15/00, Е 21С 41/18. Способ разработки крутых пластов угля / Скрицкий В.А., Тапсиев А.П.// Заявлено 05.02.2009. - Опубл. 27.05.2010. - Б.И. - № 15. - 7с.: 2 ил.
6. Руководство по профилактике эндогенных пожаров с применением высоконапорных струй воды в гидрошахтах Кузбасса /Л.П. Белавенцев, А.Е.
Сазонов, В.А. Скрицкий и др.: Утв. 17.06.1962г. ВПО «Кузбассуголь»; ВостНИИ - Кемерово, 1982. - 22 с.
7. А.с. СССР № 972144, МКИ Е 21 Б5/02. Способ профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке крутых пластов угля системами подэтажного обрушения с гидроотбойкой [Текст] / Л.П. Белавенцев, В.А. Скрицкий, Ю.И. Донсков, А.Г. Степанов, А.Е. Сазонов, Б.В. Фадеев, В.Б. Клещев, Ю.П. Арбатский (СССР) // Заявлено 03.10.80. - Опубл. 07.11.82. - Бюл. № 41.
© В.А. Скрицкий, 2011
