CC BY
15
УДК 622.822.22
А.Я. Каминский, П.В. Потапов, Н.В. Макаров
ОАО НЦ ВостНИИ
Оценка эндогенной пожароопасности изолированных отработанных выемочных участков на пологих и наклонных пластах угля
Приведена методика оценки эндогенной пожароопасности изолированных отработанных выемочных участков на пологих и наклонных пластах угля, склонного к самовозгоранию
Опыт отработки пологих и наклонных пластов с применением современных технологий показывает, что подготовка выемочных участков все чаще производится спаренными выработками. Это обусловлено как увеличением протяженности подготовительных выработок, так и необходимостью борьбы с газом. Краевые части ленточных целиков угля, расположенных вдоль выемочных столбов, в процессе ведения очистных работ подвергаются воздействию опорного горного давления и частично разрушаются с образованием развитой системы макро- и микротрещин в глубине массива. При этом могут образовываться участки, на которых воздухонепроницаемое ядро в целиках будет нарушено. Такая ситуация возникает при недостаточных размерах целика, его повышенной природной трещиноватости или аномальном повышении опорного горного давления.
В соответствии с исследованиями НЦ ВостНИИ ширина зоны влияния опорного горного давления Ь1 с учетом фактора времени составляет:
Ь1 = А1 ■ хСр2/3 м, (1)
где А1 - размерный коэффициент, равный 11 м1/3;
хСр - расстояние от кромки целика до области максимальных напряжений с учетом фактора времени:
Хср = Хтах (1 - е *) м, (2)
где хтах - наибольшее расстояние от кромки целика до области максимальных напряжений:
х1ШК = m [0,85/(Kу/(Y И) + 0,1) - 0,33] м, (3)
(здесь т - мощность пласта, м; у - плотность пород, МПа (1т/м3 = 0,0098 МПа/м); И - глубина разработки, м; Ку - предельное напряжение на линии кромки целика:
Ку = А2 / [1+ ехр(-7,28(Гпл - 0,75))] МПа, (4)
А2 =3,6 МПа - размерный коэффициент; Гпл - средневзвешенный коэффициент крепости угольного пласта);
а- реологический параметр, равный - 0,081 ч-1 ; 1 - время между циклами выемки пласта, ч;
1 = В2 / (1 • V), (5)
(здесь В2 - размерный параметр, равный 15,1 ч • м2/сут; 1 - величина вынимаемой полосы угля, м; V - скорость подвигания очистного забоя, м/сут).
При этом следует отметить, что независимо от размера ленточного целика под влиянием
опорного горного давления будет происходить отслоение угля от борта целика на ширину, определяемую из выражения:
хотсл хтах - хср • (6)
Изоляция выработанного пространства отработанной лавы со стороны смежной лавы осуществляется путем возведения взрывоустойчивых перемычек в технологических сбойках, пройденных в межлавном (ленточном) целике, а также самим целиком.
При отжиме краевой части ленточного целика его ширина уменьшается, а область влияния опорного горного давления смещается в глубь целика. Последнее может привести к развитию системы трещин, пронизывающих целик на всю его ширину и, следовательно, к фильтрации воздуха из действующих выработок в выработанное пространство отработанной и изолированной лавы.
Эндогенная пожароопасность выработанных пространств отработанных и изолированных лав определяется двумя основными факторами - количеством разрыхленных потерь угля и концентрацией кислорода в нем. Количество потерь угля в выработанном пространстве, даже при выемке пласта на полную мощность, всегда превышает пожароопасное значение. Концентрация кислорода лимитируется п. 2.5.15 бассейновой «Инструкции ...» [1] и в изолированном отработанном пространстве не должна превышать 10 %.
На качество изоляции выработанного пространства от действующих выработок влияет тип перемычек и используемых для их возведения материалов, места их установки и воздухопроницаемость ленточных (барьерных, межлавных и др.) целиков, оконтуривающих выработанное пространство [2].
Согласно п. 2.5.4 «Инструкции ...» [1] при изоляции выемочных полей и столбов, вскрытых выработками по углю, перемычки необходимо возводить вне зоны влияния опорного горного давления.
При наличии геологических нарушений или зон ПГД, пересекающих целик, его воздухопроницаемость может повыситься и оказывать доминирующее влияние на приток свежего воздуха в изолированное пространство. Более того, при скоростях фильтрации воздуха через трещиноватый целик, близких по величине к пожароопасным значениям (и 0,002 м/с), очаги самовозгорания могут возникнуть в самом целике.
В связи с этим при изоляции отработанных пространств, кроме качественного возведения изолирующих (взрывоустойчивых, водоупорных и др.) перемычек, необходимо производить оценку геомеханического состояния целиков угля, оконтуривающих отработанное пространство, геофизическими методами электроразведки - дипольного электрозондирования (ДЭЗ) и дипольного электропрофилирования (ДЭП).
В результате исследований геомеханического состояния ленточных целиков с использованием геофизических методов и инструментальных замеров скоростей фильтрации воздуха через целики было установлено, что расчетную (прогнозную) скорость фильтрации воздуха можно определять по полуэмпирической зависимости вида:
( ктт V2 П2
^прогн к1 х
ли
^Шфон J Ь х Р х
(р - р22)
V 1 2 ; (7)
( ли , .ли л
--+ к3 х 1п-
уЛифон 3 лифон J
где кь к2 и кз - эмпирические коэффициенты, равные соответственно 0,00078; 2,45 и 0,155;
Ли и ЛЦфон - текущая и фоновая разности потенциалов на участке ленточного целика, замеряемые аппаратурой типа «СЭР-1»;
Ро, Р1 и Р2 - атмосферное давление воздуха на земной поверхности и барометрическое давление воздуха с двух сторон ленточного целика, мм рт. ст.; Ь - ширина ленточного целика, м.
Таким образом, определяя расчетную (прогнозную) скорость фильтрации воздуха в угольных целиках по результатам электроразведки с учетом вентиляционных параметров шахтной сети, размеров целика и ширины зоны влияния опорного горного давления, можно оценить уровень опасности возникновения и развития в трещиноватом угольном массиве очагов самовозгорания угля.
Классификация по категориям эндогенной пожароопасности угольного целика производится следующим образом:
• при Упрогн < 0,001 м/с - опасность возникновения и развития очагов самонагревания угля в ленточном целике отсутствует («неопасно»);
• при 0,001 < Упрогн < 0,002 м/с - имеется опасность возникновения очагов самонагревания угля («опасно»);
• при Упрогн > 0,002 м/с - имеется реальная опасность самовозгорания угля («весьма опасно»).
Таким образом, по воздухопроницаемости изолирующих отработанное пространство лавы перемычек и ленточных целиков можно получить прогнозную оценку уровня их эндогенной пожароопасности. Это позволит разработать оптимальный комплекс мер по предупреждению самовозгорания угля как в ленточном целике, так и в выработанном пространстве изолированной лавы.
Опыт применения данной методики прогнозной оценки эндогенной пожароопасности ленточных угольных целиков и изолируемых ими отработанных пространств на шахтах «Колмогоров-ская-2», «Талдинская-Западная-2» и «Владимирская» показал ее высокую эффективность и работоспособность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Методика прогнозирования с использованием геофизических методов исследований и выбора мер по снижению эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту. - Кемерово: НЦ ВостНИИ, 2007.
2 Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово, 2007.
