CC BY
9
УДК 622.273.25 +622.82 ^ 622.812.2 DOI: 10.18303/2618-981X-2018-5-211-215
ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ И ВЗРЫВОВ МЕТАНА В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ
Владимир Аркадьевич Скрицкий
Институт горного дела им. Н. А. Чинакала СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный пр., 54, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (913)766-24-53, e-mail: [email protected]
В последние годы в высокопроизводительных шахтах России одним из основных видов аварий стали взрывы метана, которые происходят внезапно и, поэтому с катастрофическими последствиями. Причина таких аварий обусловлена переходом на многоштрековую технологию подготовки выемочных столбов, при отработке которых возникающие очаги самонагревания и самовозгорания угля обычно не обнаруживаются, а проявляются взрывами метана, либо (реже) продуктами горении угля, выделяющимися из выработанного пространства.
Ключевые слова: угольный пласт, выемочный столб, технологические схемы отработки, проветривание, опорное горное давление, выработанное пространство, механодеструк-ция, самонагревание, самовозгорание, взрыв метана.
EMERGENCY OF PLACES OF THE COAL SPONTANEOUS COMBUSTION
AND METHANE EXPLOSION IN THE MINED-OUT ZONE OF THE EXTRACTION AREA
Vladimir A. Skritsky
Chinakal Institute of Mining SB RAS, 54, Krasny Prospect St., Novosibirsk, 630091, Russia, D. Sc., Leading Researcher, phone: (913)766-24-53, e-mail: [email protected]
Recently, one of the main types of accident in high-performance mines of Russia has been methane explosions, which occur suddenly and, therefore, with catastrophic consequences. The accidents are caused by the transition to multi-drive technology for the preparation of extraction panels, during which the places of the coal spontaneous heating and combustion are not detected, but are manifested by methane explosions or (rarely) coal combustion products emerging from the mined-out area.
Key words: coal seam, extraction panel, technological design of mining, ventilation, bearing pressure, mined-out area, mechanical destruction, spontaneous heating, spontaneous combustion, methane explosion.
В последние годы в высокопроизводительных шахтах, отрабатывающих пологие угольные пласты, доминирующим видом аварий превратились взрывы метана [1]. Отработка выемочных участков на пологих пластах производится длинными столбами по простиранию пластов с обрушением пород кровли (ДСО), подготавливаемым по многоштрековой технологии [2]. Скорость подви-гания очистных забоев (лавы) превышает 100 м в месяц, что соответствует требованиям инструкции по пожаробезопасной отработке выемочных участков [3], и тем ни менее, при отработке пологих пластов возникают эндогенные пожары и происходят взрывы метана. Для определения наиболее вероятных мест возникновения очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве рас-
смотрим технологическую схему многоштрековой подготовки и отработки пологих пластов, представленную на рис. 1 [2].
вентляционный (воздухоотодягций) штрек
Рис. 1. Схема отработки выемочного участка системой ДСО
При многоштрековых технологических схемах подготовки и отработки выемочных столбов целики, отделяющие отрабатываемый выемочный столб от выработанного пространства ранее отработанных лав, прорезаны вентиляционными сбойками. Свежая струя воздуха для проветривания действующей лавы поступает по вентиляционному штреку вдоль междулавного целика, прорезанного вентиляционными сбойками и отделяющего действующий выемочный участок от выработанного пространства ранее отработанной лавы. Поэтому движение воздуха по лаве нисходящее. На сопряжении вентиляционного штрека с лавой поступивший к лаве воздух разделяется на 2 потока. Один поток движется по лаве, а второй, от 20 до 40 % от всего поступающего по вентштре-ку воздуха, перепускается через выработанное пространство в направлении конвейерного штрека для удаления метана из выработанного пространства. На подходе к конвейерному штреку большая часть этого воздуха (с метаном) через заднюю вентиляционную сбойку поступает в камеру смешивания, расположенную на вентиляционном штреке подготавливаемого к отработке следующего выемочного столба. А оставшаяся часть воздуха из выработанного пространства через сопряжение лавы с конвейерным штреком поступает в исходящую струю воздуха из лавы.
Вследствие явления зональной дезинтеграции углепородный массив по контуру горных выработок расслаивается [4]. А в местах сопряжения двух пересекающихся выработок - вентиляционных сбоек со штреками две различно ориентированные зоны дезинтеграции пород накладываются друг на друга. В результате в местах сопряжений пересекающихся выработок углепородный массив становится разупрочненным и воздухопроницаемым. В результате изоляция выработанного пространства ранее отработанной лавы от поступления в него воздуха нарушается, что видно на рис. 2 (см. узел Б на рис. 1). Поэтому в выработанное пространство ранее отработанной лавы через вентиляционные
сбойки, прорезающие междулавный целик, поступление воздуха происходит в течение всего времени, пока по вентиляционному штреку подается воздух для проветривания очистного забоя. По мере подвигания очистного забоя лавы междулавный целик вдоль вентиляционного штрека подвергается повторному воздействию сил опорного горного давления, но уже со стороны отрабатываемого выемочного столба. В результате по обе стороны междулавного целика, на контакте его с выработанными пространствами, возникают зоны разрушения и дезинтеграции в краевых частях междулавного целика. Зоны хрупкого разрушения краевой части целика и упругопластической деформации угля показаны на рис. 3 (см. сечение А-А на рис. 1).
Узел Б
Рис. 2. Воздухопроницаемость углепородного массива в месте возведения изолирующих сооружений
А-А
Выработанное пространство лав
Рис. 3. Процесс деформации и разрушения междулавного целика на контакте с выработанным пространством
В зоне упругопластической деформации угля в процессе механической работы, совершаемой силами опорного горного давления, по разрушению и смещению относительно друг друга угольных пачек, температура угля повышается на 25-30 оС и более. Обычно зона упругопластической деформации угля в краевой части пласта удалена от плоскости его обнажения на 2,5-5,0 м. Поэтому на протяжении междулавного целика нагретый уголь в зоне упругопла-стических деформаций перекрыт от поступления к нему воздуха не нагретым разрушенным углем, образовавшемся при отжиме и хрупком разрушении внешнего края целика. Однако, в местах сопряжения вентиляционных сбоек со штрекам (с выработанным пространством), краевая часть целика с возникшим в ней очагом самонагревания, становится проницаемой для поступления воздуха к нагретому углю, что показано на рис. 4 (см. узел В на рис. 1).
Рис. 4. Очаг самовозгорания угля внутри краевой части междулавного целика
В результате поступления воздуха к нагретому и раздавленному углю внутри краевой части междулавного целика возникает очаг самонагревания угля. По мере поступления воздуха очаг самонагревания угля может развиться до стадии самовозгорания. От горящего угля воспламенится метан, а при взрывоопасной концентрации метана в выработанном пространстве произойдет и взрыв, который может распространиться по очистному забою и примыкающим горным выработкам, в которых во взрывах принимает участие и угольная пыль.
Причиной возникновения таких аварий является то, что при отработке пологих пластов по многоштрековым технологическим схемам ни очаги самонагревания, ни очаги самовозгорания угля, возникающие в выработанном пространстве, как правило, не обнаруживаются. В большом количестве воздуха, перепускаемом через выработанное пространство, концентрация оксида углерода (СО) снижается на столько, что в отбираемых пробах воздуха СО обычно не выявляется. К тому же нормативными документами регламентировано, что при скоростях подвигания очистных забоев более 90 м в месяц эндогенные пожары не успевают возникать. Все это вводит в заблуждение и шахтеров, и гор-
ный надзор, а в итоге в высокопроизводительных выемочных участках шахт периодически неожиданно происходят взрывы метана.
Для предотвращения эндогенных пожаров и взрывов метана необходимо отказаться от многоштрековой подготовки выемочных столбов и от комбинированного способа проветривания выемочных участков [5]. Кроме того необходимо начать учитывать участие опорного горного давления в возникновении очагов самонагревания угля.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Опарин В. Н., Скрицкий В. А. Причины и возможности предотвращения взрывов метана и эндогенных пожаров в угольных шахтах Кузбасса // Горная промышленность. -2010. - № 3. - С. 50-56.
2. Об утверждении Технологических схем многоштрековой подготовки выемочных столбов для отработки высокогазоносных и самовозгорающихся пологих угольных пластов, обеспечивающих высокопроизводительную и безопасную работу комплексно-механизированных забоев : приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 22 декабря 2011 г. № 735. - М., 2011.
3. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово : ВостНИИ, 2007. - С. 82.
4. Опарин В. Н., Скрицкий В. А. О зонально-дезинтеграционных процессах в углепо-родных массивах и проблеме изоляции выработанного пространства от поступления воздуха // Сб. трудов конференции (28.06-2.07.2010 г.) «Фундаментальные проблемы формирования техногенной среды». Т. II. Геотехнология. - Новосибирск : ИГД СО РАН, 2010. - С. 19-23.
5. Скрицкий В. А. Роль горного давления в возникновении эндогенных пожаров в угольных шахтах // СПАССИБ-СИББЕЗОПАСНОСТЬ-2009. Междунар. науч. конгр. : сб. материалов (Новосибирск, 15-17 сентября 2009 г.). - Новосибирск : СГГА, 2009. -С.162-164.
© В. А. Скрицкий, 2018
