Оценка уровня безопасности схем подготовки выемочных участков шахт ОАО «Воркутауголь» по фактору риска Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© О.И. Казанин, Г.И. Коршунов, Е.Г. Булдакова, 2004

УДК 622.014.3:502.76

О.И. Казанин, Г.И. Коршунов, Е.Г. Булдакова

ОЦЕНКА УРОВНЯ БЕЗОПАСНОСТИ СХЕМ ПОДГОТОВКИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ШАХТ ОАО «ВОРКУТАУГОЛЬ» ПО ФАКТОРУ РИСКА

Семинар № 10

Уровень безопасности схем подготовки и отработки выемочных участков угольных шахт является одним из главных показателей, определяющих область их применения. В условиях Воркутского месторождения, характеризующегося высокой газоносностью, склонностью пластов к динамическим явлениям, глубиной разработки 600-1100 м, корректный выбор схемы подготовки выемочных участков, обеспечивающий реализацию возможностей современной выемочной техники при требуемом уровне безопасности горных работ приобретает особую актуальность.

Наибольшее распространение на шахтах ОАО «Воркутауголь» при разработке пологих и наклонных угрожаемых или опасных по горным ударам высокогазоносных пластов получили бесцеликовые схемы подготовки выемочных участков с охраной выемочных выработок на границе с выработанным пространством органными рядами. Управление кровлей производится полным обрушением (рис. 1).

Длина лавы колеблется при этом от 120 до 250 м; выемочных участков -до 1500 м. Проветривание выемочных участков осуществляется, как правило, по прямоточной схеме с подсвежением З-Н-В-н-пт.

Такие системы разработки рекомендуются действующими в отрасли нормативными документами. Вместе с тем, многолетний опыт применения данных схем выявил ряд недостатков, основными из которых являются:

- сложность поддержания выработки на границе с выработанным пространством, что предопределяет необходимость выполнения трудоемких работ по ремонту выработок в течение срока их службы;

- наличие только двух подготовительных выработок в пределах выемочного участка, обслуживающих очистной забой, резко ограничивает количество воздуха, которое можно подать на выемочный участок;

- для проветривания проводимой тупиковым забоем для подготовки следующего выемочного столба выработки необходимо проведение вентиляционной сбойки (рис. 1), которая впоследствии создает дополнительные сложности при ее переходе механизированным комплексом;

- отсутствие межлавных целиков (в выемочных блоках иногда отрабатываются более 10 столбов) при загорании метана приводит к тому, что пламя «уходит» в выработанное пространство и становится недоступным для активного тушения.

Последние три фактора особенно остро проявляются в условиях высокой газоносности отрабатываемых пластов. Применение предварительной дегазации не всегда позволяет снять ограничения по газовому фактору по нагрузке на очистной забой на таких пластах и обеспечить требуемый уровень безопасности горных работ.

Таким образом, возникает ситуация когда с точки зрения управления газовыделением необходимо подавать на выемочный участок большое количество воздуха, а сделать это весьма затруднительно вследствие высокого аэродинамического сопротивления конвейерной выработки, поддерживаемой на границе с выработанным пространством. Причиной этого

Рис. 1. Схема подготовки и система разработки угольных пластов на шахтах ОАО «Воркутауголь»

Рис. 2. Зависимость коэффициента частоты травматизма от глубины разработки

является как недостаточное поперечное сечение выемочных выработок (10-12 м2), так и значительная конвергенция пород по контуру выработок, особенно на больших глубинах разработки.

Проведение спаренных выработок для подготовки выемочных участков позволяет увеличить количество подаваемого на участок воздуха и улучшить условия поддержания выработок, но возникающие при этом целики входят в противоречие с отмеченными выше основными принципами разработки удароопасных пластов. Инструкцией [1] допускается оставление целиков на удароопасных пластах, если ширина целика не превышает одной десятой от ширины зоны опорного давления, однако это обстоятельство практически не использовалось в практике отработки таких пластов.

В настоящее время схемы подготовки выемочных участков с использованием спаренных выработок с податливым целиком между ними являются наиболее реальной альтернативой бесцеликовым схемам. Проведенные ранее исследования [2] показали возможность существенного увеличения нагрузок на очистные забои при внедрении таких схем. Также улучшаются условия управления газовы-делением и поддержания выработок. Вместе с тем, вопросы безопасности требуют серьезной проработки.

Для оценки уровня безопасности схем подготовки выемочных участков по фактору риска были проведены исследования случаев травмирования в очистных забоях шахт Воркутин-ская, Комсомольская, Северная, Заполярная, Октябрьская, Аяч-Яга и Воргашорская за период 1995-2001 гг. Всего рассмотрено 457 случаев. Все случаи приурочены к бесцеликовым схемам подготовки, но по некоторым параметрам возможно распространение выводов и на схемы с использованием спаренных выработок. Для оценки риска использовались такие показатели, как коэффициент частоты травматизма и вероятность травмирования в очистном забое в течение года.

На рис. 2 показана зависимость коэффициента частоты травматизма в очистных забоях от глубины разработки.

Как видно из рис. 2, зависимость с достаточной степенью точности аппроксимируется

у * 6Е-07Х3 - 0.001х2 + 0,553х - 66,586 К К2 = 0,9482

300 400 500 600 700 800 900 1000

полиномом третьей степени. Снижение коэффициента частоты травматизма на отрезке глубин 500-750 м вызвано, по мнению авторов, переходом на первоочередную отработку пласта «Четвертый» по отношению к вышележащему опасному по внезапным выбросам пласту «Тройной», а также повсеместному внедрению бесцеликовых схем подготовки выемочных участков с прямоточными схемами проветривания. Увеличение коэффициента частоты травматизма на отрезке глубин 750-950 метров реально отражает факт исчерпания возможностей бесцеликовых схем, в том числе и по фактору безопасности.

На рис. 3 приведены зависимости вероятности травмирования людей в очистных забоях в течение года от глубины ведения работ при различных скоростях подвигания очистных забоев. Как видно из рис.З, увеличение скорости подвигания очистных забоев способствует резкому снижению вероятности травмирования. Так, вероятность получения травмы в течение года в очистном забое при скорости его подвигания 1,6 м/сут более чем в 7 раз превышает вероятность травмирования при скорости подвигания 4,6 м/сут.

В настоящее время нагрузка и, соответственно, скорости подвигания очистных забоев по пласту «Четвертый» ограничивается по фактору вентиляции на уровне 1300 т/сут (подви-гание до 3,6 м/сут). При внедрении схем подготовки с использованием спаренных выработок с податливым целиком между ними ожидается повышение нагрузки на забои по фактору вентиляции до 2000 т/сут. и более и, соответственно, повышение скоростей подвигания до 5 м/сут. и более, что повлечет за собой, в том числе, снижение вероятности травматизма. Снижение вероятности травматизма при увеличении скорости подвигания очистных забоев объясняется, главным образом, сокращением продолжительности обнажения кровли в очистных забоях и на сопряжениях и соответствующим снижением интенсивности отжима

Рис. 3. Зависимость вероятности травмирования в течение года от глубины разработки

угля и вывалов кровли в призабойное пространство.

Глубина ведения горных работ на шахтах ОАО «Воркутауголь» постоянно увеличивается, большая часть оставшихся запасов сосредоточена на глубинах 1000-1200 м. Таким образом, переход на схемы подготовки выемочных участков с применением спаренных выработок с податливым целиком между ними, обеспечивающие в условиях усложняющихся горно-

геологических условий повышение скоростей подвигания очистных забоев и снижение вероятности травмирования людей в очистных забоях приобретает особую актуальность и значимость.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Предупреждение газодинамических явлений в угольных шахтах (Сборник документов) / Колл. авт. -М.: Государственное предприятие НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. - 320 с.

2. Веселое А.П., Казанин О.И. Пути совершенствования технологии отработки удароопасных газоносных угольных пластов Воркутского месторождения // Уголь. - 1998. - № 6. - с. 23-25.

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

Казанин Олег Иванович - декан горного факультета, доцент кафедры горного дела, кандидат технических наук, Коршунов Геннадий Иванович - доктор технических наук, профессор, проректор СПГГИ (ТУ) по работе ВГИ, зав. кафедрой горного дела,

Булдакова Елена Геннадьевна —старший преподаватель кафедры прикладной механики и математики,

филиал Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета), «Воркутинский

горный институт».

------------------------------------------------- © К.Б. Несин 2004

УДК 622.013.34 К. Б. Несин

ПОДГОТОВКА ЗАПАСОВ УГЛЯ КАЖДОЙ КАТЕГОРИИ ГОТОВНОСТИ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ С УЧЕТОМ ФАКТОРА РЫНОЧНОЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ

Семинар № 10

Ш / ланирование горных работ осуществляется с учетом рыночного и технологического факторов. Одной из важных задач планирования и управления горными работами

является управление запасами угля. Для стабильной работы шахты необходимо поддерживать в шахтном поле оптимальные соотношения запасов угля разной степени готовности: