Способы предотвращения фрикционного искрения и воспламенения метана в угольных шахтах России Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

4 Zabourdyaev V.S. Methods and Experience in Intensive Coalbed Methane Recovery at Coal Mines in the CIS // International Unconventional Gas Symposium (Intergas95), May 14-20.-1995.-Tuscoloosa, Alabama, U.S.A.-Pp.207-217.

5 Zabourdyaev V.S.Role of Degasification in Providing Safe Working Conditions in Gassy Mines // International Coalled Methane Symposium. May 1216/-1997/ - Tuscaloosa. Alabama USA. -Pp.249-264.

6 Zabourdyaev V.S. Results of Study of Outburst Hazard Seams Degassing at Mines in the CIS and the PRC// CCRJ- international Mining Tech. 98 Symposium/ 14-16 October 1998/-Chongquing, China - Pp/177-183.

7 Методические положения по выбору и применению новых технологий дегазации и управления метановыделением на угольных шахтах - Лю-берцы-Макеевка.- 2000. -116 с.

8 Забурдяев Г.С. Смачиваемость углей и пути повышения эффективности борьбы с угольной пылью // Науч. сообщ. ИГД им. А.А. Скочинского -М.: 1971. - № 82.

9 Саламатин А.Г., Забурдяев Г.С. Выемка пологопадающих пластов и проблемы пылеподавления и искровзрывозащиты исполнительных органов очистных комбайнов // Журн. «Уголь». - 1996. - С. 64-68.

10 Забурдяев В. С., Забурдяев Г.С., Козлов В.А., Сухоруков Г.И. Дегазация и увлажнение угольных пластов - эффективные методы повышения взрыво-безопасности и экологии метанообильных шахт // Двойные технологии. Российская академия. Секция «Инженерные проблемы стабильности и конверсии». - 1999. - № 2. - С. 36-40.

11 Инструкция по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа - М.: 1993. - 192 с.

12 Инструкция по борьбе с пылью и пылевзрывозащите к Правилам безопасности в угольных шахтах. Книга 3 - М.: 1999. - 96 с.

і— Коротко об авторах----------------------------------

Забурдяев Виктор Семенович - кандидат технических наук, Забурдяев Геннадий Семенович - кандидат технических наук,

ИПКОН РАН

---------------------------------------- © Г.С. Забурдяев, 2006

УДК 622.8:662.69

Г.С. Забурдяев

СПОСОБЫ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ФРИКЦИОННОГО ИСКРЕНИЯ И ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНА В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ*

Фрикционное искрение как источник воспламенения метана в угольных шахтах не является основной причиной. Причина заложена в комплексном негативном воздействии различных факторов. К ним относятся: повышенное содержание метана, наличие гибридных газовых смесей, выход летучих веществ, вещественно-петрографический состав углей и пород (наличие пирита и твердых включений), отсутствие единой системы и параметров дегазации и предварительного увлажнения угольного массива, конструктивные недостатки выемочных и проходческих комбайнов в части подачи орошающей жидкости непосредственно в источники ис-кро-пылеобразования и отсутствие эжекции газа и пыли в исполнительных органах и др., а также нарушение производственной дисциплины.

С интенсификацией процессов угледобычи и углублением горных работ шахты становятся все более опасными в отношении воспламенения метана и взрывов метано-и пылевоздушных смесей от фрикционного искрения. Первыми обратили внимание на этот факт англичане [1] (табл. 1).

По данным 25-го Международного конгресса, рассматривавшего вопросы безопасности работ в горной промышленности (1993 г., ЮАР), 3/4 всех взрывов метана и угольной пыли в шахтах происходят от фрикционного нагревания и ис-крообразования, при этом 75 % (т.е. снова 3/4) происходят в очистных выработках.

Статистика свидетельствует, что в процессе работы горных комбайнов в угольных шахтах фрикционное искрение о пирит Таблица 1

Фрикционное искрение (%) как источник воспламенения газопыле-воздушной среды по годам

Великобритания Бывш. СССР Россия

1936- 1960 1961- 1970 1976- 1980 1981- 1990 1991- 2000 2001- 2005

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (Проект № 05-05-65062)

Средние статистические пока-затели

фрикционного ис-кре-ния при работе выемочных и проходческих машин 17 56,8 18,2 25 40 21

в сравнении с песчаником в 4-6 раз выше. В течение 19811990 гг. среди источников зажигания метана фрикционное искрение изменялось в пределах 20-30 %, при этом среди источников взрыва в пределах 6-9 %. В течение же 1991-2000 гг. эти показатели составили соответственно 30-50 % и 14-26 %. По данным ВостНИИ в период 1990-2000 гг. воспламенения метана около выемочных комбайнов вследствие фрикционного искрения достигали 90 % всех воспламенений. Число взрывов, вызванных фрикционным искрением, за десять лет (1990-2000 гг.) составило 25, против 43 в течение 1970-2000 гг.

Температура воспламенения метана может быть ниже с увеличением температуры окружающей среды и давления. При наличии в воздухе кроме метана сероводорода, водорода, оксида углерода (так называемые гибридные смеси) воспламенение метана происходит мгновенно [2].

В процессе термического разложения пиритной пыли образуется сероводород, температура воспламенения которого 290-320 °С, т.е. ниже воспламенения метана - 650-750 °С. Основные характеристики сероводорода и др. молекул газа (нижний предел температуры воспламенения, начало термического разложения, энергия активации термического разложения, пределы взрывоопасных концентраций по объему, энергия разрыва связей) приведены в [3].

С увеличением содержания пирита в угольном пласте время достижения критической температуры окисления Т (рис. 1) снижается. Различные символы на рисунке означают шахты, пробы которых использованы при оценке влияния содержания

Рис. 1. Взаимосвязь времени достижения критической температуры окисления и содержания пирита в угольных пластах

пирита на время достижения критической температуры окисления1.

Изменение содержания петрографических компонентов, в том числе и пирита, после их воспламенения и горения представлено в табл. 2, а содержание лейптинита в углях Кузбасса и Воркутского месторождения - в табл. 3.

Данные, приведенные в таблицах, свидетельствуют о том, что большое снижение петрографических компонентов после

1 Использованы и обработаны экспериментальные данные Карагандинского отделения ВостНИИ

Таблица 3

Содержание лейптинита (Ц) в углях Кузбасса и Воркутского месторождения

Наименование шахт 1, % Примечание

Кузбасс

Южная 7,0 - 22,4 -

Северная 1,1 - 16,1 -

Физкультурник **) Н/д Пласт Коксовый

Им. Ярославского 5,5 - 17,7 -

Кольчугинская 9,6 - 15,4 -

Им С.М. Кирова 6,0 - 15,0 -

Им. 7 ноября*) Н/д Пласт Байкаимский

Комсомолец 3,7 - 9,8 -

Полысаевская 1,5 - 11,2 -

Октябрьская 4,5 - 13,0 -

Кузнецкая 6,0 - 13,0 -

Дальние горы 6,0 - 10,6 -

Киселевская^ 2,6 - 10,5 Пласт Горелый

Абашевская 3,0 - 8,0 -

Зыряновская**) 6,0 - 18,0 Пласт 14

Им. Шевякова**) Н/д Пласт III

Воркутское месторождение (западное крыло)

Центральная**1 5,5 - 6,0 Пласт Мощный

Комсомольская 2,9 - 3,0 -

Заполярная 2,0 - 7,5 -

Комсомольская*1 5,5 Пласт Четвертый

Юр-Шор 2,0 - 5,0 -

Комсомольская*1 5,0 Пласт Тройной

Юр-Шор 6,0 -

Воркутское месторождение (восточное крыло)

Воркутинская*) 3,0 - 4,5 Пласт Четвертый

Северная 2,5 - 2,6 -

Юр-Шор 5,0 -

Воркутинская 4,5 - 5,5 -

Северная 3,0 - 10,0 -

Примечания

1 *) Вспышки и взрывы метана

2 **) Взрывы метана и угольной пыли

их воспламенения и горения наблюдается у пирита и лейпти-нита, соответственно в 8 и 20 раз. Вспышки и взрывы метана и

Таблица 4

Материальный ущерб от аварий на угольных предприятиях России*

Год Материальный ущерб от вспышек и взрывов метана на шахтах и их доля в % Общий материальный ущерб по отрасли, млн. руб

Фрикционное искрение Всего по метану от общего материального ущерба

млн. руб. % млн. руб. %

2000 - - 401,0 66,3 654,4

2002 308,0 53 328,5 56,5 581,3

2003 41,2 6,7 84,5 13,5 627,5

2004 - - 426,9 65,2 654,9

XI мес. 2005 0,3 0,4 514,3 79,2 648,6

* Аварийность и противопожарная защита организаций угольной промышленности

угольной пыли (табл. 3) происходили при содержаниях лейп-тинита от 2,6 до 10,5 % со средним значением 6,4 %.

Фрикционное искрение явилось причиной неоднократных воспламенений метана на шахтах «Усинская», № 12, им. Ворошилова и др. (например, пласт Горелый), причиной взрывов метана на шахте «Воркутинская» и взрывов метана и угольной пыли на шахте «Карагайлинская». При этом искрение появлялось в процессе обрушения кровли и от трения режущих инструментов исполнительных органов выемочных и проходческих комбайнов. Взрывы на шахтах «Воркутинская» и «Карагайлинская» нанесли материальный ущерб в 308 и 647 млн руб. соответственно.

Материальный ущерб от аварий на угольных предприятиях России в течение 2000-2005 гг. мало изменяется и колеблется в пределах 580-655 млн руб. в год (табл. 4), при этом материальный ущерб от вспышек и взрывов метана из-

меняется от 13 до 66 % общих расходов, в том числе от фрикционного искрения - от 0,4 до 53 %.

Согласно хронологическому перечню аварий, проис-

Рис. 2. Режущие инструменты с подачей орошающей жидкости в источники фрикционного искрения и разрушения горного массива с эжекцией метанопы-левоздушных смесей: а) устройство с радиальным резцом; б) устройство с тангенциальным резцом

шедших в январе-декабре 2001 года, было 4 взрыва метана (шахты «Распадская», «Ко-тинская», «Антоновская», им.Ворошилова) и две вспышки метана (шахты «Краснокаменская», «Зиминка»). В отношении материального ущерба, причиненного авариями, данных нет.

а)

б)

Предотвращение фрикционного искрения и воспламенения метана должно осуществляться заблаговременно путем

предварительного увлажнения угольного массива. Увеличение фрикционного искрения как источника воспламенения и взрыва метана, описанное выше, является одним из существенных следствий сокращения объемов применения предварительного увлажнения угольного массива за период 19912000 гг., а при выемке угля - путем подачи жидкости в компактном виде в источники разрушения угольного массива режущими инструментами исполнительных органов выемочных и проходческих горных машин преимущественно с эжекцией метанопылевоздушной смеси от мест разрушения (предпочтительно при выемке мощных угольных пластов (рис. 2, а, б).

Компактная (не диспергированная) вода должна подаваться в автоматическом режиме работы резца, т.е. только в процессе его соприкосновения с разрушаемым горным массивом [3, 4, 6, 7]. Такая подача воды охлаждает резцы, эффективнее снижает объемы выделения пыли.

Подача воды в компактном виде имеет преимущества не только в техническом аспекте, но и в медицинском, например, с позиции раковых заболеваний [5]. Повышенные дозы радона и продуктов его распада (актиона и торона) получают шахтеры, добывающие уголь, когда для борьбы с пылью используют воду из зумпфа шахтного ствола. Традиционное использование оросителей при высоком давлении воды приводит к образованию тонкодиспергированных капель, которые быстро испаряются. Пары, насыщенные радоном и продуктами его распада, попадают в легкие вместе с вдыхаемым воздухом. Малые дозы облучения не всегда, но могут способствовать развитию раковых заболеваний [5, 4].

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Harley, Hoyle G. Coal mine explosion hazard. «Colliery Guardian», vol. 219, 1971, № 8.

2. Анцифиров А.В., Тиркель М.Г., Хохлов М.Т. и др. Газоносность угольных месторождений Донбасса. - Киев, Наукова Думка, 2004. - 232 с.

3. Забурдяев, Г.С. Фрикционное искрение как источник воспламенения метана и способы его предотвращения // Горный информационноаналитический бюллетень. Тематическое приложение АЭРОЛОГИЯ. - М.: МГГУ. - 2005. - С. 204-211.

4. Забурдяев, Г.С. О предупреждении взрывов метано-и пылевоздушных смесей в угольных шахтах. - М.: Уголь, 2003, № 10. - С. 36-41.

5. Алексеев З. Радон в вашем доме. - М.: Охрана труда и социальное страхование, 2001. - № 2. - С. 63-65.

6. Рубан А.Д., Забурдяев Г.С., Забурдяев В.С. Исследования газоди-нами-ческого состояния угольного пласта при его дегазации и увлажнении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - Новосибирск, 2005, № 2. - С. 86-96.

7. Забурдяев, Г.С. Снижение запыленности воздуха в процессе работы горных комбайнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2000. - С. 100-104.

і— Коротко об авторах-------------------------------------

Забурдяев Геннадий Семенович - кандидат технических наук, ИПКОН РАН.

------------------------------- © Ю.В. Шувалов, А.П. Веселов,

Н.А. Гаспарьян, 2006

УДК 622.8.807.2

Ю.В. Шувалов, А.П. Веселов, Н.А. Гаспарьян

ПАРОКОНДЕНСАЦИОННЫЙ СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЗРЫВОВ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ И ГАЗА

Лэрозоли и аэрогели угольной пыли в выработках и ыработанном пространстве представляют серьезную угрозу безопасности и эффективности ведения работ. Это связано, в первую очередь, с вероятностью взрывов самих аэрозолей или их смесей с метаном, а также вероятностью участия во взрывах сухих аэрогелей при переходе их во взвешенное (аэрозоли) состояние и, во-вторых, с вредным воздействием аэрозолей пыли на организм человека. Таким образом новые технологические решения по обеспыливанию выработок и выработанного пространства по прежнему остаются весьма актуальными.

Очистка воздуха, исходящего из очистных и подготовительных забоев приобретает большое значение в связи с ростом нагрузки на забой, высокими темпами проходки выработок, в том числе и буровзрывным способом. Особенно