Требования к технологии безопасной отработки пластов, склонных к самовозгоранию Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ РНЫ1Х РАБОТ

© Н.О. Каледина, В.А. Горбатов, 2000

УЛК 622.822:551.2

Н.О. Каледина, В.А. Горбатов

ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ БЕЗОПАСНОЙ ОТРАБОТКИ ПЛАСТОВ, СКЛОННЫХ К САМОВОЗГОРАНИЮ

Подземные пожары в шахтах относятся к числу наиболее опасных аварий, приводящим к значительным материальным потерям. Наибольшую сложность, как с точки зрения ликвидации, так и угрозы жизни и здоровью рабочих, представляют эндогенные пожары. Анализ аварийности за последние 5 лет показывает, что эндогенные пожары составляют 30,3 % от общего числа аварий, официально принятых к учету в отрасли. Несмотря на колоссальный ущерб, причиняемый такими пожарами, приводящими порой к полной остановке работ на достаточно длительные сроки, исчисляющиеся годами, состояние дел в вопросе их профилактики из года в год практически не улучшается (табл. 1).

Важнейшими факторами, определяющими эндогенную пожароопасность при отработке угольных пластов, являются толщина слоя угля, через который фильтруется воздух, и интенсивность теплообмена между

углем и воздухом [1]. Последняя зависит от скорости фильтрации, а при фиксированной скорости

фильтрации - от гранулометрического состава угля в скоплении и от его пустотности.

Характер угольных скоплений в выработанном пространстве зависит, главным образом, от угла падения пласта. При углах падения до 25-30° обрушенные пачки угля ложатся на почву более или менее ровным слоем, толщина которого зависит от мощности обрушаемых пород. При многослойной выемке обрушенные пачки верхнего слоя после выемки и разрушения нижнего слоя попадают в выработанное пространство последнего, увеличивая тем самым мощность слоевого скопления угля. В то же время происходит перемешивание угля и обрушенной породы, которое усиливается при наличии в обрушенных пачках породных пропластков. Таким образом, важными горнотехническими факторами, влияющими на

Таблица 1

СВЕДЕНИЯ ОБ АВАРИЙНОСТИ ПОДЗЕМНОЙ УГЛЕДОБЫЧИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ЗА 1994-99 ГОДЫ

Показатели Годы

1994 1995 1996 1997 1998 1999

Объем добычи угля, млн. т 112,3 105,1 94,8 86,9 82,5 87,8

Всего аварий 111 119 85 89 61 62

в том числе: пожары, всего 72 71 56 43 38 29

из них: экзогенные эндогенные 36 36 36 35 20 36 27 16 16 22 18 11

Количество аварий на 1 млн. т добычи угля 0,98 1,13 0,9 1,02 0,74 0,70

Количество пожаров на 1 млн. т добычи угля 0,64 0,68 0,59 0,49 0,46 0,33

процесс самонагревания угля и породы в выработанном пространстве, являются также вынимаемая мощность пласта и мощность угля в потерях, определяющие толщину угольного слоя.

Из других горнотехнических факторов следует отметить скорость под-вигания очистного забоя, которая в значительной мере определяет фильтрационные характеристики зоны обрушения. Установлено, что для реальных мощностей скопления угля в горных выработках при низкотемпературном окислении пожароопасные скорости фильтрации весьма малы и находятся в пределах 0,1-0,9 м/мин, что соответствует утечкам в 0,001-0,06 м3/мин-м2 [2].

Все эти факторы наряду с физикохимическими свойствами угля и особенностями аэродинамики выработанных пространств, определяемые схемами проветривания и способами изоляции, предопределяют пожароопасность выработанных пространств.

Нормативными документами по предупреждению и тушению подземных пожаров предусматривается ряд требований, которые практически могут быть выполнены только применительно к новым шахтам: пожаробезопасные схемы вскрытия и подготовки полей - с блочной отработкой; схемы проветривания, позволяющие «выключать» выемочные поля из общей вентиляционной сети; исключение оставления скоплений угля в выработанном пространстве; обязательное оставление межгоризонтных, межблочных, бремсберговых и других профилактических (барьерных) целиков и совмещение их с геологическими нарушениями. Но проблему эндогенной пожаробезопасности необходимо решать, в первую очередь, для действующих шахтных полей. К тому же перечисленные меры направлены, главным образом, на эффективную локализацию возможного пожара, а не на профилактику самовозгорания.

При разработке пластов, склонных к самовозгоранию, важнейшей задачей является обеспечение условий, исключающих возможность возникновения эндогенных пожаров. Основная роль в этом принадлежит методам, влияющим на аэродинамический режим вы-

Рис. 1. Рекомендуемая схема отработки пожароопасного газоносного пласта

______^ свежая струя воздуха;

-------► исходящая струя воздуха

прочих равных условиях может быть существенно изменена с помощью профилактических мероприятий. Причем, эти мероприятия должны предусматриваться уже на стадии выбора технологической схемы.

Важнейшими требованиями, которым должна отвечать технологическая схема шахты, являются достаточная ее производительность и безопасность. Чрезвычайная важность последнего требования объясняется особой спецификой подземной добычи угля, связанной с опасными проявлениями горного давления, (обрушения пород, разрушение крепи, горные удары), опасностью взрывов пыли и метана, внезапных выбросов угля и газа, опасностью самовозгорания угля в выработанных пространствах, вредным влиянием запыленности и загазо-

ванности атмосферы, а также неблагоприятного микроклимата на здоровье рабочих. Безопасное ведение горных работ может быть обеспечено за счет повышения надежности технологической схемы, достигаемого использованием таких ее элементов, при которых возможность реализации аварийных ситуаций становится маловероятной.

Повышение надежности технологической схемы в плане решения проблемы предотвращения эндогенных пожаров должно решаться за счет элементов, обеспечивающих минимальную ширину проветриваемой зоны выработанного пространства и, одновременно, технологичность ведения работ по профилактической обработке выработанных пространств

и, при необходимости, - активному тушению возможного пожара. К таким элементам относятся способ подготовки выемочных столбов и порядок их отработки в пределах выемочного блока. Кроме того, необходимо обеспечить пожаробезопасный аэродинамический режим. При отработке высокогазоносных пластов эта задача должна решаться одновременно в управлением газо-выделением.

С учетом вышеперечисленных требований, при отработке пластов,

этих методов заключается в том, чтобы в зоны с источниками самовозгорания поступление воздуха было бы либо полностью прекращено, либо осуществлялось в пожаробезопасных режимах.

В этом плане способы количественной оценки степени пожароопасности режимов фильтрации утечек в выработанных пространствах приобретают важное значение. Достоверная информация о пожароопасности тех или иных участков может быть получена лишь на основе изучения распределения концентрации кислорода в выработанном пространстве в сочетании с учетом ряда горнотехнических факторов, влияющих на эндогенную пожароопасность.

При оценке пожароопасности выработанных пространств необходимо исходить из того, что опасность возникновения и развития пожара определяется наличием в обрушенном массиве ограниченных локальных зон фильтрации воздуха в режимах, которые могут вызывать самовозгорание угля. Размеры таких зон и время их существования предопределяют

большую или меньшую вероятность возникновения пожара в выработанном пространстве. В процессе развития горных работ динамика распределения пожароопасных зон определяется совокупностью горнотехнических (скоростью подвигания забоя, системой разработки и схемой вентиляции) и аэродинамических факторов (общим расходом воздуха на выемочном участке, аэродинамическими сопротивлениями выработанных пространств, структурой скоростного поля фильтрационного потока).

Следует отметить, что вентиляционный режим определяется совокупностью факторов, среди которых аэродинамическая пожароопасность играет важную, но не всегда определяющую роль. В газообильных угольных шахтах при разработке пластов, склонных к самовозгоранию, при выборе режима проветривания во внимание принимаются два фактора: ме-тановыделение и пожароопасность. Но последний чаще используется как дополнительный, то есть режим вен-

тиляции определяется по газу, а пожароопасность снижают путем применения различного рода параллельных мероприятий - снижением утечек воздуха, изоляцией выработанных пространств, снижением потерь угля и т.п.

Известно, что возникновение пожара в выработанном пространстве возможно при наличии трех факторов: угля, склонного к самовозгоранию, достаточного притока кислорода и соответствующего инкубационного периода. Значит, общая вероятность пожара Рп может быть рассмотрена как совокупность вероятностей воздействия отдельных факторов на процесс его возникновения и развития [3]:

Pn=Py-Pan-Pt, (1)

где Ру - вероятность наличия достаточного количества угля, склонного к самовозгоранию; Рап - вероятность благоприятного аэродинамического режима, определяющего приток кислорода к углю и накопление тепла; Pi - вероятность нахождения угля в опасной зоне в пределах инкубационного периода.

В отличие от вероятностей Ру и Рt в формуле (1), трудноопределимых практически и в меньшей степени поддающихся изменению путем различных технически осуществимых воздействий, вероятность аэродинамической пожароопасности Pa, при

склонных к самовозгоранию, предпочтение должно отдаваться системе разработки с подготовкой спаренными штреками и выемкой меж-лавного целика при восходящем порядке отработки (рис. 1).

При таком варианте создаются наиболее благоприятные условия для управления газовыделением: обеспечивается полностью обособленное разбавление метана по источникам его поступления при восходящем направлении движения воздуха в лаве, верхний параллельный штрек может использоваться в качестве дренажного или для дегазации выработанного пространства. Это позволит обеспечить высокую скорость подвигания забоя, что спо-

собствует снижению вероятности самовзгорания.

Создаются благоприятные условия для надежной изоляции выработанного пространства по мере отработки выемочного поля, для его эффективной обработки антипирогенами, увлажнения и т. п. - независимо от ведения очистных работ. Облегчается также активное воздействие на очаг самовозгорания при его возникновении: проведение этих работ можно осуществлять из параллельного штрека без перемонтажа основного оборудования. Аэродинамика выработанного пространства при такой схеме отработки препятствует перепуску пожара в старые выработанные пространства ранее

отработанных лав.

Сравнительные расчеты, проведенные для двух вариантов порядка отработки выемочного поля, на основе трехмерной математической модели, позволяющей определять температурное поле в объеме выработанного пространства [4], показали что аэродинамическая пожароопасность при восходящем порядке отработки существенно ниже. Выбор схемы проветривания и определение оптимального аэродинамического режима необходимо осуществлять на основе аналогичных расчетов для каждого конкретного участка с учетом его горно-геологических и горнотехнических условий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глузберг Е.И., Гращенков Н.Ф., Шалаев B.C. Комплексная профилактика газовой и пожарной опасности в угольных шахтах. М.: Недра, 1988.

2. Маевская В.М., Линденау НИ., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. М.: Недра, 1977.

3. Пучков Л.А. Аэродинамика подземных выработанных нро-

странств. М.: Изд-во МГГУ, 1993.

4. Горбатов В.А., Чеховских А.М., Немкин Г.А. и др. Математическое моделирование процессов теплонакопления в выработанном пространстве при бесцеликовой отработке угольных пластов. Карагандинское отделение НИИГД. Караганда, 1988. -12 с. Деп. в ЦНИЭИуголь, 28.11.88, № 4761/2-уп.

Каледина Нина Олеговна кафедра «Лэро.клия и охрана 1руда» Московский тсу-дарственный горный университет.

Горбатов Владимир Алексеевич- Центральный штаб ВГСЧ.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

СТОВ,

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

КАЛЕДИНА

в:\С диска по работе в универе\01АВ_20\01АБ4_00\ВСЕ С:\и8еге\Таня\ЛррБа1а\Коат1^\М1сго80й\ШаблоныШогта1Ло1т ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ БЕЗОПАСНОЙ ОТРАБОТКИ ПЛА-

Гитис Л.Х.

18.04.2000 16:14:00 11

04.12.2008 15:46:00 Таня

33 мин.

04.12.2008 16:34:00

3

1 728 (прибл.)

9 852 (прибл.)