CC BY
44
------------------------------- © Н.О. Каледина, А.В. Карпухин,
2007
УДК 622.411
Н.О. Каледина, А.В. Карпухин
ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕМ НА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ГАЗООБИЛЬНЫХ ШАХТАХ
Метановыделение при разработке газоносных угольных пластов существенно ограничивает нагрузки на очистное и проходческое оборудование, а также приводит к удорожанию добычи угля вследствие необходимости проведения дополнительных мероприятий по управлению газовыделением.
На подземной добыче средняя нагрузка на очистной забой в 1991г. составляла 366 т/сут, но на лучших участках с комплексной механизацией процессов средняя нагрузка достигала 2-2,6 тыс. т/сут, а в отдельных случаях при благоприятных горногеологических условиях - до 5-8 тыс. т/сут. С 1999 г. в угольной отрасли России началась реструктуризация, итогами которой, с одной стороны, стало существенное увеличение объемов добычи угля, полученное за счет внедрения новой высокопроизводительной техники, и значительное сокращение численности персонала отрасли. С другой стороны, возросло количество аварий, связанных с взрывами и вспышками пылеметановоздушной смеси произошло 52 взрыва и возгорания метановоздушной смеси (см. таблицу).
В целом, даже в наиболее благоприятных случаях, в связи с увеличением глубины ведения работ происходит объективное ухудшение условий разработки и увеличение газоносности, что приводит к росту числа шахт, опасных по метану: если в 2000 г. их количество составляло - 70 % от общего числа российских шахт, то к 2005 г., несмотря на ликвидацию шахт с неблагоприятными горногеологическими и горнотехническими условиями, число метано-бильных шахт возросло до 78 % общего числа российских шахт. В период с 1999 по 2005 г. во всех угледобывающих бассейнах России произошло 52 взрыва и возгорания метановоздушной смеси.
Авария и место ее возник- Всего Число аварий по регионам
новения в Рос- Куз- басс Печорс-кий бассейн Даль- ний Урал Восточ-ный Донбасс
сии Восток
Взрывы метановоздушной смеси в выработанном пространстве лав 9 4 2 - 1 2
Взрывы и метановоздушной смеси в забое выработки 25 22 1 1 1 -
Взрывы метановоздушной смеси в выработке 12 10 1 - 1 -
Взрывы метановоздушной смеси при частичном газо-отсосе через скважины или газодренажные выработки 6 6 - - - -
Всего 52 42 4 1 3 2
140 - Динамика смертельного травматизма на угольных шахтах Кузбасса
20 ■
0 - і і
1981-1990 1991-2000 2001-2005
□ Доля смертельных травм от взрывов в общем смертельном травматизме, % □ Среднегодовые значения количества смертельных травм, связанных со взрывами на угольных шахтах, случаев □ Среднегодовые значения количества смертельных травм на угольных шахтах, случаев
Рис. 1. Динамика смертельного травматизма на угольных шахтах Кузбасса
Исходя из того, что наибольшее число взрывов (42) пришлось на шахты Кузбасса, на рисунке приведена диаграмма, характеризующая динамику смертельного травматизма на угольных шахтах Кузбасса.
Из приведенных данных видно, что наряду со снижением общего смертельного травматизма на угольных шахтах, количество смертельных случаев в результате взрывов возросло, что заставляет
искать новые и совершенствовать старые способы решения проблем управления метановыделением на угольных шахтах России, особенно на высокопроизводительных газообильных шахтах.
Основной причиной взрывов и возгорания метана в шахтах является неконтролируемое формирование локальных скоплений метановоздушной смеси опасной концентрации в подземном пространстве. Это происходит в результате:
- отсутствия достоверного прогноза газообильности основных источников метановыделения,
- применения нерациональных схем проветривания выемочного участка,
- отсутствием эффективной дегазации угольных пластов и выработанных пространств.
Действующее «Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт» содержит методики прогноза газовыделения, базирующиеся на эмпирических зависимостях, полученных при нагрузках на очистной забой 300-500 т/сут., что соответствует скорости подвигания забоя до 3 м/сут. Поэтому для современных темпов очистной выемки применение указанных методик неправомерно, не случайно и результаты расчетов могут раниться с фактическими значениями на порядки.
Применение рациональных схем проветривания с управлением газовыделением через выработанные пространства так-же ограничивается отсутствием методик расчета параметров проветривания выемочных участков для данных типов схем.
Для разработки соответствующих методик необходимы широкомасштабные исследования динамики газовыделения при высоких нагрузках на лаву и аналитическое обобщение полученных результатов. Это вполне реально при современной оснащенности шахт автоматизированными системами контроля и управления.
Кроме того, для расчета вентиляционных сетей шахт, что необходимо для определения возможности подачи требуемого расхода воздуха в проектируемый забой, требуется определение аэродинамических сопротивлений современных горных выработок. Имеющиеся таблицы сопротивлений в нормативных документах давно устарели, т.к. сегодня увеличились сечения, изменились типы используемых крепей, габариты применяемого оборудования.
Однако ни сами предприятия, ни государственные органы надзора не занимаются решением этих задач.
В целом несовершенство нормативной базы в области вентиляции шахт является актуальной проблемой. Многие инструкции и руководства создавались в годы, когда высокопроизводительные шахты добывали в среднем 1000 т/сут., в настоящее время они уже устарели: в руководстве по проектированию вентиляции в угольных шахтах не учитываются закономерности выделения метана из выработанных пространств; в инструкции по безопасному ведению горных работ на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа не учитываются показатели, которые дают представление о возможных локальных скоплениях метана. Зачастую одни методики и инструкции не стыкуются с другими, смежными с ними по профилю. Так, согласно Правилам безопасности в угольных шахтах, добыча угля на газоносных пластах должна сопровождаться проведением предварительной дегазации угольного массива с последующим увлажнением пласта (главное назначение этих мероприятий - искусственное снижение метаноносности пласта к моменту выемки угля и снижение запыленности выработки для профилактики взрывов газа и пыли). Многолетним опытом доказано, что эффективная дегазация разрабатываемого пласта возможна, например, в “тысячных лавах”, при расстояниях между скважинами 5-10 м. Согласно “Инструкции по борьбе с пылью и пылевзры-возащите к Правилам безопасности в угольных_шахтах”(1997г.) скважины для увлажнения пласта должны быть пробурены не ближе 20 м.
Обеспечение высоких нагрузок на газообильные очистные забои до 5-10 тыс. т/сутки можно достигнуть только в результате проведения эффективных работ по извлечению метана из разрабатываемых и сближенных угольных пластов, однако, на шахтах РФ данные работы применяется в ограниченных объемах. При нагрузках на очистной забой более 4-5 тыс. т/сутки практически исчерпываются возможности всех применяемых способов дегазации, кроме заблаговременной дегазации угольных пластов с поверхности. Подземная пластовая дегазация на современных глубинах разработки в условиях ограниченности во времени может обеспечить съем метана в среднем до 3 м3/т, чего при названных выше нагрузках уже недостаточно. Однако, применение заблаговременной дегазации, связанной с дополнительными затратами и требующей значительного опережения работ по извлечению метана по отношению к добыче угля, не приветствуется работодателями. Поэтому требуется законодательно обязать шахтовладельцев обеспечивать снижение природной газоносности пластов до начала ведения горных работ.
Таким образом, для обеспечения метанобезопасности подземной угледобычи необходимо совершенствование нормативнометодической базы проектирования вентиляции высокопроизводительных угольных шахт (при скоростях подвигания очистных забоев более 5 м/сут) в части прогноза метановыделения и расчета распределения воздуха в пределах выемочного участка при использовании эффективных схем проветривания с управлением газовыде-лением, а также законодательное ограничение допустимой метано-носности пластов в зоне выемки до значений, обеспечивающих приемлемый уровень опасности.
----------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колесниченко Е.А., Колесниченко И.Е. Взрывы метана в шахтах: первопричина и следствия// Уголь. - 2005. - №5. - С. 46-48.
2. Рубан А.Д., Забурдяев В.С. Опасность взрывов метанопылевоздушных смесей в шахтах и пути ее снижения// Уголь. - 2000. - №5. - С. 61-63.
3. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Решение проблем угольного метана: метано-безопасность, промышленная добыча газа, экология// Уголь. - 2005. - №2. - С. 5-7.
4. Килимник В.Г., Радионовский В.Л. Травматизм в угольном производстве России// Горная промышленность. - 2006. - №4.-С. 15-17.
5. Шундулиди И.А. Особенности метановыделения в очистном забое при отработке верхнего слоя мощного пологого пласта// Безопасность труда в промышленности. - 2002. - №5.-С. 42-44.
6. Забурдяев В.С. Способы извлечения метана на шахтах России//Безопасность труда в промышленности. - 2005. - №9. - С. 45-49.
7. Трубицын А.А., Ищук И.Г., Трубицына Н.В., Подображин С.Н. Оценка опасности горных пород по фрикционному воспламенению метановоздушной смеси// Безопасность труда в промышленности. - 2004. - №1. - С. 25-26.
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Каледина Нина Олеговна - профессор, доктор технических наук, зав.
кафедрой «Аэрология и охрана труда»,
Карпухин А.В. - студент,
Московский государственный горный университет.
---------------------------------------- © Б. В. Вацковский, А.В.Харченко,
2007
УДК 622.831.333
Б.В. Вацковский, А.В.Харченко
