CC BY
8
ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(2—1):5-17 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER
УДК 622.831 001: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-5-17
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА АЭРОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ НА ДЕЙСТВУЮЩИХ УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
С.В. Баловцев
НИТУ «МИСиС»
Аннотация: Интенсификация горного производства, его концентрация, усложнение горно-геологических условий разработки угольных месторождений, связанных с увеличением глубины ведения горных работ, вызывают необходимость создания эффективной многофункциональной системы безопасности (МФСБ) угольных шахт, важнейшим структурным элементом которой является аэрологическая безопасность. Оценка, управление и снижение аэрологических рисков на выемочных участках является составной частью аэрологической безопасности шахт и представляет собой актуальную научную проблему. Автором выполнен анализ условий ведения работ в угольных шахтах в настоящее время, приведены статистические данные по основным опасностям разрабатываемых шахтопластов, установлено, что доля шахтопластов, опасных по врывчатости угольной пыли, составляет 91,3 %. Статистически установлено среднее значение абсолютной мета-нообильности по отрасли, равное 60,5 м3/мин (достигает 251 м3/мин), среднее значение относительной метанообильности по отрасли, равное 20,2 м3/т (достигает 108,35 м3/т). Установлено, что более чем на половине из 75 выемочных участков применяется комбинированная схема вентиляции (с управлением газовыделением за счет общешахтной депрессии, в том числе с применением газоотсасывающих установок), на 27 % выемочных участков применяется возвратноточная схема вентиляции и на 23 % выемочных участков применяют прямоточную схему вентиляции. Выполнена сравнительная оценка аэрологических рисков на выемочных участках, для чего рассчитывались показатели прогнозного значения аэрологических рисков для трех схем вентиляции: прямоточной, возвратноточной и комбинированной. Расчеты велись для шахт пяти категорий, разрабатывающих пласты с удельным пылевыделением от 250 до 1200 г/т для видов опасностей шахтопластов: склонных к самовозгоранию, склонных к горным ударам и склонных к совместному проявлению самовозгорания и горных ударов. Виды опасностей шахтопластов рассматривались для схем вентиляции без диагонального соединения и схем, включающих неустойчивое диагональное соединение. Были выполнены расчеты по снижению аэрологического риска за счет применения мероприятий системы управления газовыделением. Получен диапазон изменения значений аэрологического риска на выемочных участках, выполнено их сравнение.
Ключевые слова: аэрологическая безопасность, аэрологический риск аварий, уязвимость схемы вентиляции, проектирование вентиляции, самовозгорание пластов, горные удары, внезапные выбросы, прогнозирование рисков, управление газовыделением.
Для цитирования: Баловцев С.В. Сравнительная оценка аэрологических рисков на действующих угольных шахтах // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. - № 2—1. — С. 5-17. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-0-5-17.
© С.В. Баловцев. 2021 5
Comparative assessment of aerological risks at operating coal mines
S.V. Balovtsev
NUST «MISiS», Moscow, Russia
Abstract: The intensification of mining production, its concentration, the complication of mining and geological conditions for the development of coal deposits associated with an increase in the depth of mining operations, necessitate the creation of an effective multifunctional safety system (MFSS) for coal mines, the most important structural element of which is aerological safety. Assessment, management and reduction of aerological risks in excavated areas is an integral part of the upper-air safety of mines and is an urgent scientific problem. The author analyzed the conditions of work in coal mines at the present time, provided statistical data on the main hazards of the mines being developed, it was found that the share of mine layers hazardous in terms of the explosiveness of coal dust is 91.3%. The average value of the absolute methane content in the industry was statistically established, equal to 60.5 m3 / min (reaches 251 m3 / min), the average value of the relative methane content in the industry, equal to 20.2 m3 / t (reaches 108.3 5 m3 / t). It was found that more than half of the 75 excavation areas use a combined ventilation scheme (with gas release control due to general depression, including the use of gas suction units), 27% of the excavation areas use a return-flow ventilation system and 23% of the excavation areas use a direct-flow ventilation ventilation scheme. A comparative assessment of upper-air risks in the excavation areas was carried out, for which the indicators of the predicted value of upper-air risks were calculated for three ventilation schemes: direct-flow, return-flow and combined. The calculations were carried out for mines of five categories, developing seams with a specific dust release from 250 to 1200 g / t for the types of hazards of mines: prone to spontaneous combustion, prone to rock bursts and prone to joint manifestation of spontaneous combustion and rock bursts. Mining hazards were considered for ventilation schemes without a diagonal connection and schemes that include an unstable diagonal connection. Calculations were made to reduce the aerological risk through the use of measures of the gas emission control system. The range of changes in the values of upper-air risk in the excavated areas was obtained, and their comparison was performed.
Key words: upper-air safety, upper-air risk of accidents, vulnerability of the ventilation scheme, ventilation design, spontaneous combustion of formations, rock bursts, sudden outbursts, risk prediction, gas emission control.
For citation: Balovtsev S.V. Comparative assessment of aerological risks at operating coal mines. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(2—1):5-17. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-21-05-17.
Введение
В соответствии с «Программой развития угольной промышленности России на период до 2030 г.» в угольной отрасли нашей страны за последние 10 летнаблюдается положительная динамика ее развития: растут объемы добычи и поставок угля на внутреннем рынке РФ и на экспорт, вводятся новые центры угледобычи, обновляются производственные мощности. И хотя доля
в объеме угля, получаемого дорогостоящим и опасным способом, сокращается, угольная отрасль в России по-прежнему остается одной из самых опасных.
С одной стороны, объективными причинами такой опасности является проявление негативных природных факторов, сопутствующих подземной добыче угля. С другой стороны, рост глубины ведения горных работ, интенсификация и концентрация про-
изводственных процессов по добыче угля усугубляют и без того опасность проявления негативных факторов подземной угледобычи [1 — 5]. Кроме того, большинство опасных факторов имеют синергетический характер их проявления, т. е. действие одного опасного фактора усиливает действие другого опасного фактора, что, например, для газа и угольной пыли проявляется в том, что даже незначительные концентрации метана снижают нижний предел взрываемости угольной пыли [6 — 8].
Все вышесказанное вызывает необходимость создания эффективной многофункциональной системы безопасности (МФСБ) угольных шахт, такой, чтобы структурные элементы такой системы имели синергетиче-ский характер предупреждения аварий и защиты угольной шахты в аварийных ситуациях. Для эффективного функционирования МФСБ необходим тщательный анализ горно-геологических и горнотехнических условий угледобычи, анализ и оценка риска аварий, а также оценка эффективности мероприятий по снижению риска аварий на угольных шахтах [2, 9 — 12].
Среди многих структурных элементов системы МФСБ первостепенное значение имеет аэрологическая безопасность как с точки зрения обеспечения жизнедеятельности горнорабочих, находящихся в шахте, так и с точки зрения безопасности самой шахты, поскольку аварии, возникающие в результате взрыва газа и пыли, эндогенных пожаров развиваются в считанные секунды, неконтролируемы, могут иметь катастрофические последствия и ликвидируются в течение больших периодов времени. В связи с этим роль и важность оценки и снижения аэрологических рисков угольных шахт [12] трудно переоценить, и очевидна необходимость развития данной стороны
аэрологической безопасности и совершенствования инструментов и механизмов применения оценки рисков на горных предприятиях.
Анализ условий ведения работ
в шахтах
В настоящее время в России действуют 57 угольных шахт, объем добычи на которых подземным способом составил 108,3 млн т (статистическая информация организаций угольной промышленности по форме № 2-ТБ (уголь)). Годовая добыча угля наиболее производительных шахт составляет 8,5 млн т (ПЕ «Шахта им. В.Д. Явлев-ского» АО «Суэк-Кузбасс»), 6,5 млн т (ПЕ «Шахта им. А.Д. Рубана» АО «Суэк-Кузбасс»), 5,4 млн т (ПЕ «Шахта им. С.М. Кирова» АО «Суэк-Кузбасс»).
На 57 угольных шахтах разрабатывается 92 шахтопласта, характеризующихся проявлением опасных природных факторов, отмеченных в табл. 1. Из анализа данных этой таблицы следует, что все пласты являются опасными хотя бы по одному фактору, и большинство пластов опасны по двум и более факторам одновременно. Вызывает особую обеспокоенность то, что доля шахтопластов, опасных по врывчато-сти угольной пыли, составляет 91,3 %, т. е. почти все шахтопласты опасны по взрывчатости угольной пыли.
Из действующих 57 угольных шахт (в том числе 5 шахт — негазовые) 21 шахта отнесена к сверхкатегорийным, 12 — к опасным по выбросам, 4 — к шахтам 3-й категории, что составляет 65 % от общего количества шахт (табл. 2), поэтому при анализе и оценке риска аварий в дальнейшем все расчеты будут вестись для этих 65 % шахт. Несмотря на высокую категорийность шахт, добыча угля на них составляет 75,4 млн т, что достигает 70 % всей добычи угля подземным способом.
Виды опасности Количество шахтопластов (%)
2016 г. 2017 г. 2018 г.
Опасные по взрывчатости пыли 95 (96,6 %) 94 (92,12 %) 84 (91,3 %)
Склонные к самовозгоранию 60 (58,8 %) 61 (62,2 %) 56 (60,9 %)
Склонные к горным ударам 38 (37,3 %) 32 (32,7 %) 29 (31,5 %)
Опасные и угрожаемые по внезапным выбросам 44 (43,1 %) 44 (44,9 %) 42 (45,7 %)
Всего 102 98 92
Таблица 2
Распределение газовых шахт по категориям газовой опасности в 2016-2018 гг. (негазовые шахты в таблице не учитываются)
Distribution of gas mines by gas hazard categories in 2016—2018 (non-gas mines are not included in the table)
Категории газовой опасности Количество шахт (%)
2016 г. 2017 г. 2018 г.
I категория 13 (22,8 %) 13 (24,1 %) 9 (17,3 %)
II категория 4 (7 %) 2 (3,7 %) 6 (11,5 %)
III категория 6 (10,5 %) 5 (9,3 %) 4 (7,7 %)
Сверхкатегорные 22 (38,6 %) 22 (40,7 %) 21 (40,4 %)
Опасные по внезапным выбросам угля (породы) и газа 12 (21,1 %) 12 (22,2 %) 12 (23,1 %)
Всего 57 54 52
Таблица 3
Распределение схем вентиляции выемочных участков в 2018 г. Distribution of ventilation schemes of excavation areas in 2018
Схемы вентиляции Количество Значения аэрологического риска
Прямоточная схема вентиляции 17 0,0396/0,198^0,2848/0,712*
Возвратноточная схема вентиляции 20 0,1056/0,264^0,4628/0,89
Комбинированная схема вентиляции 38 0,08262/0,5508^0,2592/0,81
Всего 75
Из них с управлением газовыделением 29 0,0396/0,198^0,4628/0,89
за счет общешахтной депрессии
В том числе с применением газоотса- 16 0,08748/0,5832^0,3456/1
сывающих установок
Примечание. *В числителе приведены значения риска, учитывающие полное разбавление вредностей, в знаменателе приведены значения риска, учитывающие последовательное разбавление вредностей.
Среднее значение абсолютной в ПАО «Распадская»), среднее значе-метанообильности по отрасли соста- ние относительной метанообильности вило 60,5 м3/мин (достигая 251 м3/мин по отрасли равно 20,2 м3/т (достигая
108,35 м3/т в СП «Шахта Воркутин-ская» АО «Воркутауголь»).
На 57 работающих шахтах задействовано 75 выемочных участков. На более чем половине выемочных участков применяется комбинированная схема вентиляции (с управлением газовыделением за счет общешахтной депрессии, в том числе с применением газоотсасывающих установок), на 27 % выемочных участков применяется возвратноточная схема вентиляции и на 23 % выемочных участков применяют прямоточную схему вентиляции (табл. 3).
Таким образом, численность уязвимых схем вентиляции выемочных участков с точки зрения их загазирова-ния составляет не более 30 %.
Результаты оценки
аэрологических рисков
Автором разработана методика оценки аэрологического риска аварий на выемочных участках и в подготовительных выработках угольных шахт, основанная на количественной оценке совокупности опасных факторов и совокупности факторов уязвимости схем вентиляции [12]. Методика также позволяет устанавливать прогнозные значения аэрологического риска и риска загазирования (как одного из показателей аэрологического риска), учитывающего влияние аэродинамического старения выработок, частоту и интенсивность отказов, результаты аэрогазового контроля.
Расчет показателей прогнозного значения аэрологического риска (@пр) на выемочном участке угольной шахты позволяет выявить опасные схемы вентиляции выемочных участков, применение которых в конкретных горногеологических и горнотехнических условиях [12 — 15] влечет за собой аварийную ситуацию.
В табл. 4 — 7 приведены результаты расчета показателей прогнозного значения аэрологического риска на выемочном участке угольной шахты для трех схем вентиляции: прямоточной, воз-вратноточной и комбинированной. Расчеты велись для шахт всех пяти категорий, разрабатывающих пласты с удельным пылевыделением от 250 до 1200 г/т для шахтопластов: склонных к самовозгоранию, к горным ударам и к совместному проявлению самовозгорания и горных ударов.
Последние три вида опасностей шахтопластов рассматривались для схем вентиляции без диагонального соединения и схем, включающих неустойчивое диагональное соединение. Как для схем без диагоналей, так и для схем с диагоналями были выполнены расчеты по снижению аэрологического риска за счет применения мероприятий системы управления газовыделением. Диапазон изменения значений аэрологического риска представлен в табл. 3.
Анализ расчетных значений аэрологического риска показывает, что наименьшее значение риска аварий на выемочных участках с комбинированными схемами вентиляции, равное 0,2592, при применении схем вентиляции с прямоточным движением воздуха — 0,2848, при применении схем с возвратноточным движением воздуха — 0,4628 (в этом случае риск почти в 2 раза больше, чем при прямоточных и комбинированных схемах). Приведенные значения риска получены за счет применения мероприятий по управлению газовыделением, таких, как дегазация, газодренаж, газоот-сасывающие установки. Но даже в этом случае значение аэрологического риска для возвратноточных схем близко к аварийной ситуации.
Представленные результаты научных исследований позволяют осуществлять прогнозирование аэрологических
Относительная метано-обиль-ность, м3/т Удельное пылевы-деление, г/т Qnp (склонные к самовозгоранию) Qnp (склонные к горным ударам) Qnp (склонные к горным ударам, самовозгоранию Qnp max при управлении газовыделением Qnp (склонные к самовозгоранию) Qnp (склонные к горным ударам) Qnp (склонные к горным ударам, самовозгоранию Qnp max при управлении газовыделением
Диагональное соединение отсутствует Неустойчивое диагональное соединение
до 5 250-400 0.0396 0,198 0.03816 0,1908 0.04176 0,2088 0.04176 0,2088 0.1056 0,264 0,10176 0,2544 0.11136 0,2784 0.11136 0,2784
400-700 0.0429 0,2145 0.04134 0,2067 0.04524 0,2262 0.04524 0,2262 0.1144 0,286 0.11024 0,2756 0,12064 0,3016 0.12064 0,3016
700-1200 0.0462 0,231 0.04452 0,2226 0.04872 0,2436 0.04872 0,2436 0.1232 0,308 0.11872 0,2968 0.12992 0,3248 0,12992 0,3248
более 1200 0.0495 0,2475 0.0477 0,2385 0.0522 0,261 0.0522 0,261 0,132 0,33 0.1272 0,318 0.1392 0,348 0.1392 0,348
от 5 до 10 250-400 0.0561 0,2805 0.05406 0,2703 0.05916 0,2958 0.05916 0,2958 0.1496 0,374 0.14416 0,3604 0.15776 0,3944 0.15776 0,3944
400-700 0,0594 0,297 0.05724 0,2862 0.06264 0,3132 0.06264 0,3132 0.1584 0,396 0.15264 0,3816 0.16704 0,4176 0.16704 0,4176
700-1200 0.0627 0,3135 0,06042 0,3021 0.06612 0,3306 0.06612 0,3306 0.1672 0,418 0.16112 0,4028 0.17632 0,4408 0.17632 0,4408
более 1200 0,066 0,33 0,0636 0,318 0,0696 0,348 0,0696 0,348 0,176 0,44 0,1696 0,424 0,1856 0,464 0,1856 0,464
от 10 до 15 250-400 0,0891 0,4455 0,08586 0,4293 0,09396 0,4698 0,07209 0,36045 0,2376 0,594 0,22896 0,5724 0,25056 0,6264 0,19224 0,4806
400-700 0,0924 0,462 0,08904 0,4452 0,09744 0,4872 0,07476 0,3738 0,2464 0,616 0,23744 0,5936 0,25984 0,6496 0,19936 0,4984
700-1200 0.0957 0,4785 0.09222 0,4611 0.10092 0,5046 0.07743 0,38715 0.2552 0,638 0,24592 0,6148 0.26912 0,6728 0.20648 0,5162
более 1200 0,099 0,495 0.0954 0,477 0.1044 0,522 0.0801 0,4005 0,264 0,66 0.2544 0,636 0,2784 0,696 0.2136 0,534
Относительная Удельное пылевы- Опр (склонные Опр (склонные Опр (склонные ^пр тах при Опр (склонные Опр (склонные Опр (склонные @пр тах при
метано-обиль- деление, г/т к самовозгоранию) к горным ударам) к горным ударам, управлении к самовозгоранию) к горным ударам) к горным ударам, управлении
ность, самовоз- газовыде- самовоз- газовыде-
м3/т горанию лением горанию лением
Диагональное соединение отсутствует Неустойчивое диагональное соединение
>15, 250-400 0.1056 0.10176 0.11136 0.08544 0.2816 0.27136 0.29696 0,22784
суфлярные 0,528 0,5088 0,5568 0,4272 0,704 0,6784 0,7424 0,5696
выделения 400-700 0.1089 0.10494 0.11484 0.08811 0.2904 0.27984 0.30624 0.23496
метана 0,5445 0,5247 0,5742 0,44055 0,726 0,6996 0,7656 0,5874
700-1200 0.1122 0.10812 0.11832 0.09078 0.2992 0.28832 0.31552 0.24208
0,561 0,5406 0,5916 0,4539 0,748 0,7208 0,7888 0,6052
более 1200 0,1155 0.1113 0.1218 0.09345 0.308 0.2968 0.3248 0.2492
0,5775 0,5565 0,609 0,46725 0,77 0,742 0,812 0,623
наличие 250-400 0,1221 0,11766 0,12876 0,09879 0,3256 0,31376 0,34336 0,26344
опасности 0,6105 0,5883 0,6438 0,49395 0,814 0,7844 0,8584 0,6586
внезапных 400-700 0,1254 0,12084 0,13224 0,10146 0,3344 0,32224 0,35264 0,27056
выбросов 0,627 0,6042 0,6612 0,5073 0,836 0,8056 0,8816 0,6764
угля и газа 700-1200 0,1287 0,12402 0,13572 0,10413 0,3432 0,33072 0,36192 0,27768
0,6435 0,6201 0,6786 0,52065 0,858 0,8268 0,9048 0,6942
более 1200 0.132 0.1272 0.1392 0.1068 0.352 0.3392 0.3712 0.2848
0,66 0,636 0,696 0,534 0,88 0,848 0,978 0,712
Примечание: в числителе приведены значения риска, учитывающие полное разбавление вредностей, в знаменателе приведены значе-
ния риска, учитывающие последовательное разбавление вредностей.
Относит, метано- Удельное пылевы- Qnp (склонные Qnp (склонные Qnp (склонные % max при Qnp (склонные Qnp (склонные Qnp (склонные % max при
обиль-ность, деление, г/т к самовозгоранию) к горным ударам) к горным ударам, управлении к самовозгоранию) к горным ударам) к горным ударам, управлении
м3/т самовозгоранию газовыделением самовозгоранию газовыделением
Диагональное соединение отсутствует Неустойчивое диагональное соединение
до 5 250-400 0,1056 0,10176 0,11136 0,11136 0,15756 0,16536 0,18096 0,18096
0,264 0,2544 0,2784 0,2784 0,33 0,318 0,348 0,348
400-700 0.1144 0.11024 0.12064 0.12064 0.17069 0.17914 0.19604 0.19604
0,286 0,2756 0,3016 0,3016 0,3575 0,3445 0,377 0,377
700-1200 0.1232 0.11872 0.12992 0.12992 0.18382 0.19292 0.21112 0.21112
0,308 0,2968 0,3248 0,3248 0,385 0,371 0,406 0,406
более 1200 0.132 0.1272 0.1392 0.1392 0.19695 0.2067 0.2262 0.2262
0,33 0,318 0,348 0,348 0,4125 0,3975 0,435 0,435
от 5 до 10 250-400 0.1496 0.14416 0.15776 0.15776 0.22321 0.23426 0.25636 0.25636
0,374 0,3604 0,3944 0,3944 0,4675 0,4505 0,493 0,493
400-700 0.1584 0.15264 0.16704 0.16704 0.23634 0.24804 0.27144 0.27144
0,396 0,3816 0,4176 0,4176 0,495 0,477 0,522 0,522
700-1200 0.1672 0.16112 0.17632 0.17632 0.24947 0.26182 0.28652 0.28652
0,418 0,4028 0,4408 0,4408 0,5225 0,5035 0,551 0,551
более 1200 0.176 0.1696 0.1856 0.1856 0.2626 0.2756 0.3016 0.3016
0,44 0,424 0,464 0,464 0,55 0,53 0,58 0,58
от 10 до 15 250-400 0,2376 0,22896 0,25056 0,19224 0,35451 0,37206 0,40716 0,31239
0,594 0,5724 0,6264 0,4806 0,7425 0,7155 0,783 0,60075
400-700 0,2464 0,23744 0,25984 0,19936 0,36764 0,38584 0,42224 0,32396
0,616 0,5936 0,6496 0,4984 0,77 0,742 0,812 0,623
700-1200 0,2552 0,24592 0,26912 0,20648 0,38077 0,39962 0,43732 0,33553
0,638 0,6148 0,6728 0,5162 0,7975 0,7685 0,841 0,64525
более 1200 0.264 0.2544 0.2784 0.2136 0.3939 0.4134 0.4524 0.3471
0,66 0,636 0,696 0,534 0,825 0,795 0,87 0,6675
Относит, метано-обиль-ность, м3/т Удельное пылевы-деление, г/т Опр (склонные к самовозгоранию) Опр (склонные к горным ударам) Опр (склонные к горным ударам, самовозгоранию ^пр тах при управлении газовыделением Опр (склонные к самовозгоранию) Опр (склонные к горным ударам) Опр (склонные к горным ударам, самовозгоранию @пр тах при управлении газовыделением
Диагональное соединение отсутствует Неустойчивое диагональное соединение
>15, суфлярные выделения метана 250-400 0.2816 0,704 0.27136 0,6784 0.29696 0,7424 0.22784 0,5696 0.42016 0,88 0.44096 0,848 0.48256 0,928 0.37024 0,712
400-700 0.2904 0,726 0.27984 0,6996 0.30624 0,7656 0.23496 0,5874 0.43329 0,9075 0.45474 0,8745 0.49764 0,957 0.38181 0,73425
700-1200 0.2992 0,748 0.28832 0,7208 0.31552 0,7888 0.24208 0,6052 0.44642 0,935 0.46852 0,901 0.51272 0,986 0.39338 0,7565
более 1200 0,308 0,77 0.2968 0,742 0.3248 0,812 0.2492 0,623 0.45955 0,9625 0.4823 0,9275 0.5278 1 0.40495 0,77875
наличие опасности внезапных выбросов угля и газа 250-400 0,3256 0,814 0,31376 0,7844 0,34336 0,8584 0,26344 0,6586 0,48581 1 0,50986 1 0,55796 1 0,42809 0,82325
400-700 0,3344 0,836 0,32224 0,8056 0,35264 0,8816 0,27056 0,6764 0,49894 1 0,52364 1 0,57304 1 0,43966 0,8455
700-1200 0,3432 0,858 0,33072 0,8268 0,36192 0,9048 0,27768 0,6942 0,51207 1 0,53742 1 0,58812 1 0,45123 0,86775
более 1200 0,352 0,88 0.3392 0,848 0.3712 0,928 0,2848 0,712 0.5252 1 0.5512 1 0.6032 1 0.4628 0,89
Примечание: в числителе приведены значения риска, учитывающие полное разбавление вредностей, в знаменателе приведены значения риска, учитывающие последовательное разбавление вредностей.
Относит, метано-обиль-ность, м3/т Удельное пылевы-деление, г/т QnP (склонные к самовозгоранию) Qnp (склонные к горным ударам) Qnp (склонные к горным ударам, самовозгоранию Qnp max при управлении газовыделением Qnp (склонные к самовозгоранию) Qnp (склонные к горным ударам) Qnp (склонные к горным ударам, самовозгоранию ^np max при управлении газовыделением
Диагональное соединение отсутствует Неустойчивое диагональное соединение
от 10 250-400 0.08262 0.07938 0,08748 0.06561 0.22032 0.21168 0.23328 0.17496
ДО 15 0,5508 0,5292 0,5832 0,4374 0,6885 0,6615 0,729 0,54675
400-700 0,08568 0,08232 0,09072 0,06804 0,22848 0,21952 0,24192 0,18144
0,5712 0,5488 0,6048 0,4536 0,714 0,686 0,756 0,567
700-1200 0.08874 0.08526 0.09396 0.07047 0,23664 0.22736 0.25056 0.18792
0,5916 0,5684 0,6264 0,4698 0,7395 0,7105 0,783 0,58725
более 1200 0.0918 0.0882 0.0972 0.0729 0.2448 0,2352 0.2592 0.1944
0,612 0,518 0,648 0,486 0,765 0,735 0,81 0,6075
> 15, суф- 250-400 0.09792 0.09408 0.10368 0.07776 0.26112 0.25088 0,27648 0.20736
лярные 0,6528 0,6272 0,6912 0,5184 0,816 0,784 0,864 0,648
выделе- 400-700 0.10098 0.09702 0.10692 0.08019 0.26928 0.25872 0.28512 0,21384
ния 0,6732 0,6468 0,7128 0,5346 0,8415 0,8085 0,891 0,66825
метана 700-1200 0,10404 0,09996 0,11016 0,08262 0,27744 0,26656 0,29376 0,22032
0,6936 0,6664 0,7344 0,5508 0,867 0,833 0,918 0,6885
более 1200 0.1071 0.1029 0.1134 0.08505 0.2856 0.2744 0.3024 0.2268
0,714 0,686 0,756 0,567 0,8925 0,8575 0,945 0,70875
наличие 250-400 0,11322 0,10878 0,11988 0,08991 0,30192 0,29008 0,31968 0,23976
опасности 0,7548 0,7252 0,7992 0,5994 0,9435 0,9065 0,99 0,74925
внезапных 400-700 0.11628 0,11172 0.12312 0.09234 0.31008 0.29792 0.32832 0.24624
выбросов 0,7752 0,7448 0,8208 0,6156 0,969 0,931 1 0,7695
угля и газа 700-1200 0.11934 0.11466 0,12636 0.09477 0.31824 0.30576 0.33696 0.25272
0,7956 0,7644 0,8424 0,6318 0,9945 0,9555 1 0,78975
более 1200 0,1224 0,1176 0,1296 0,0972 0,3264 0,3136 0,3456 0,2592
0,816 0,784 0,864 0,648 1 0,98 1 0,81
Примечание: в числителе приведены значения риска, учитывающие полное разбавление вредностей, в знаменателе приведены значе-
ния риска, учитывающие последовательное разбавлен ие вредностей.
рисков при проектировании, эксплуатации, ликвидации и консервации шахт, а также обосновывать выбор и принятие решений по снижению аэрологического риска аварий на выемочных участках угольных шахт.
Выводы
1. Объем добычи подземным способом на 57 действующих угольных шахтах России составил 108,3 млн т. Годовая добыча угля наиболее производительных шахт составляет 8,5 млн т.
2. На угольных шахтах разрабатывается 92 шахтопласта. Все пласты являются опасными хотя бы по одному опасному фактору, и большинство из пластов опасны по двум и более факторам одновременно. Доля шах-топластов, опасных по врывчатости угольной пыли, составляет 91,3 %.
3. Среднее значение абсолютной метанообильности по отрасли составило 60,5 м3/мин (достигая 251 м3/мин в ПАО «Распадская»), среднее значение относительной метанообильности
по отрасли равно 20,2 м3/т (достигая 108,35 м3/т в СП «Шахта Воркутин-ская» АО «Воркутауголь»).
4. Более чем на половине из 75 выемочных участков применяется комбинированная схема вентиляции (с управлением газовыделением за счет общещатной депрессии, в том числе с применением газоотсасываю-щих установок), на 27 % выемочных участков применяется возвратноточная схема вентиляции и на 23 % выемочных участков применяют прямоточную схему вентиляции.
5. На основании проведенной сравнительной оценки аэрологического риска для действующих угольных шахт для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий можно сделать вывод, что наименьшее значение риска имеют комбинированные схемы вентиляции выемочных участков. При применении схемы с возврат-ноточным движением воздуха риск почти в 2 раза больше, чем для прямоточных и комбинированных схем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Забурдяев В.С. Газовая опасность в угольных шахтах: условия, причины, экспертиза безопасности // Безопасность труда в промышленности. — 2018. — № 11. — С. 15 — 18. DOI: 10.24000/0409-2961-2018-11-15-18.
2. Korshunov G.I., Rudakov M.L., Kabanov E.I. The use of a risk-based approach in safety issues of coal, mines / Journal of Environmental Management and Tourism, 9(1), 2018, pp. 181 — 186. DOI: https://doi.org/L0.14505//jemtv9.1(25).23.
3. Filin A.E., Zinovieva O.M., Kolesnikova L.A., Merkulova A.M. Prospects of safety control in combination of mining and metallurgy industries. Eurasian Mining. 2018, no 1, pp. 31-34. DOI: 10.17580/em.2018.01.07.
4. Гришин В.Ю., Удалова Н.П., Маневич П.П. Взаимодействие риск-ориентированного подхода и наилучших доступных технологий в системе экологического надзора при подземной разработке угля // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 6 — 1. — С. 46-54. DOI: 10.25018/02361493-2020-61-0-46-54.
5. Kolikov K.S., Mazina I.E., Manevich A.I. Stress-strain analysis in coal and rock mass under traditional mining with full caving and in technology with backfilling. Eurasian Mining. 2018, no 2, pp. 15 — 17. DOI: 10.17580/em.2018.02.04.
6. Филин А.Э., Овчинникова Т.И., Зиновьева О.М., Меркулова А.М. Развитие пульсирующей вентиляции в горном производстве // Горный журнал. — 2020. — № 3. — С. 67—71. DOI: 10.17580/gzh.2020.03.13.
7. Павленко М.В., Скопинцева О.В. О роли капиллярных сил при вибровоздействии на гидравлически обработанный газонасыщенный угольный массив //Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2019. — № 3. — С. 43—50. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-03-0-43-50.
8. Ганова С.Д., Скопинцева О.В., Исаев О.Н. К вопросу исследования состава углеводородных газов угольных пластов и пыли с целью возможного прогнозирования их потенциальной опасности // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2019. — Т. 330. — № 6. — С. 109 — 115.
9. Pleshko M., Kulikova E., Nasonov A. Assessment of the technical condition of deep mine shafts. MATEC Web of Conferences, 2018, 239, 01021. https://doi.org/L0.105y matecconf/201823901021.
10. Куликова Е.Ю., Виноградова О.В. Риски как причина снижения промышленной безопасности при строительстве подземных сооружений // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 146-154. DOI: 10.25018/0236 — 1493—2020—7-0—146 — 154.
11. Kulikova E. Yu. Assessment of operating environment of concrete lining of sewage collector tunnels. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687, 044035, doi:10.1088/1757—899X/687/4/044035, pp. 1—7.
12. Баловцев С.В. Разработка метода оценки и управления аэрологическим риском аварий на выемочных участках угольных шахт. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н., 2013. — 149 с.
13. Batugin A.S. Reactivation of major faults during strong rock bursts as realization of tectonic process. Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure Development — Full Papers: Proceedings of the 14th International Congress on Rock Mechanics and Rock Engineering. Ed. by S.A. B. da Fontoura, R.J. Rossa, J.P. Mendoza. CRC Press/Balkema, 2020. Vol. 6. pp. 1261-1268.
14. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Zakharova A.A., Mazanik E.V. Selection of an effective technology for the degasification of coal beds. Solid Fuel Chemistry. 2015. Т. 49. No 6. Pp. 381—386.
15. Скопинцева О.В., Вертинский А.С., Иляхин С.В., Савельев Д.И., Прокопович А.Ю. Обоснование рациональных параметров обеспыливающей обработки угольного массива в шахтах // Горный журнал. — 2014. — № 5. — С. 17—20. и^
REFERENCES
1. Zaburdayev V.S. Gas Hazard in the Coal Mines: Conditions, Reasons, Safety Expertise. Bezopasnost' truda v promyshlennosti. 2018, no. 11, pp. 15 — 18. DOI: 10.24000/04092961-2018-11-15-18. [In Russ].
2. Korshunov G.I., Rudakov M.L., Kabanov E.I. The use of a risk-based approach in safety issues of coal mines. Journal of Environmental Management and Tourism, 9(1), 2018, pp. 181 — 186. DOI: https://doi.org/10.14505//jemt.v9.1(25).23.
3. Filin A.E., Zinovieva O.M., Kolesnikova L.A., Merkulova A.M. Prospects of safety control in combination of mining and metallurgy industries. Eurasian Mining. 2018, no. 1, pp. 31-34. DOI: 10.17580/em.2018.01.07.
4. Grishin V. Yu., Udalova N.P., Manevich P.P. Interaction of risk-based approach and best available technologies in the environmental supervision system for underground coal mining. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(6 — 1):46—54. [In Russ]. DOI: 10.25018/02361493-2020-61-0-46-54.
5. Kolikov K.S., Mazina I.E., Manevich A.I. Stress-strain analysis in coal and rock mass under traditional mining with full caving and in technology with backfilling. Eurasian Mining. 2018, no. 2, pp. 15 — 17. DOI: 10.17580/em.2018.02.04.
6. Filin A.E., Ovchinnikova T.I., Zinovieva O.M., Merkulova A.M. Advance of pulsating ventilation in mining. Gornyi Zhurnal, 2020, no. 3, pp. 67—71. DOI: 10.17580/ gzh.2020.03.13. [In Russ].
7. Pavlenko M.V., Skopintseva O.V. Role of capillary forces in vibratory action on hydraulically treated gas-saturated coal. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2019, no. 3, pp. 43-50. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-03-0-43-50. [In Russ].
8. Ganova S.D., Skopintseva O.V., Isaev O.N. On the issue of studying the composition of hydrocarbon gases of coals and dust to predict their potential hazard. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, Geo Assets Engineering. 2019, t. 330, no. 6, pp. 109—115. [In Russ].
9. Pleshko M., Kulikova E., Nasonov A. Assessment of the technical condition of deep mine shafts. MATEC Web of Conferences, 2018, 239, 01021. https://doi.org/10.1051/matec-conf/201823901021.
10. Kulikova E. Yu., Vinogradova O.V. Risks as a cause of industrial safety inhibition in underground construction. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020;(7):146 — 154. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-146-154.
11. Kulikova E. Yu. Assessment of operating environment of concrete lining of sewage collector tunnels. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 687, 044035, doi:10.1088/1757—899X/687/4/044035, pp. 1—7.
12. Balovtsev S.V. Razrabotka metoda otsenki i upravleniya aerologicheskim riskom avariy na vyyemochnykh uchastkakh ugol'nykh shakht. Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni k.t.n. [Development of a method for assessing and managing the aerological risk of accidents in coal mines. Dissertation for the degree of candidate of technical sciences]. 2013, 149 p. [In Russ].
13. Batugin A.S. Reactivation of major faults during strong rock bursts as realization of tectonic process. Rock Mechanics for Natural Resources and Infrastructure Development — Full Papers: Proceedings of the 14th International Congress on Rock Mechanics and Rock Engineering. Ed. by S.A. B. da Fontoura, R.J. Rossa, J.P. Mendoza. CRC Press/Balkema, 2020. Vol. 6. pp. 1261-1268.
14. Slastunov S.V., Kolikov K.S., Zakharova A.A., Mazanik E.V. Selection of an effective technology for the degasification of coal beds. Solid Fuel Chemistry. 2015. Т. 49. no. 6. Pp. 381 — 386.
15. Skopintseva O.V., Vertinskiy A.S., Ilyakhin S.V., Savelev D.I., Prokopovich A. Yu., Substantiation of efficient parameters of dust-controlling processing of coal massif in mines. Gornyi Zhurnal. 2014, no. 5, pp. 17—20. [In Russ].
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРE
Баловцев Сергей Владимирович — кандидат технических наук, доцент, доцент, НИТУ «МИСиС», е-mail: [email protected].
INFORMATION ABOUT THE AUTHOR
BalovtsevS.V., Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Assistant Professor, NUST «MISiS», Moscow, Russia, е-mail: [email protected].
Получена редакцией 08.12.2020; получена после рецензии 18.01.2021; принята к печати 01.02.2021. Received by the editors 08.12.2020; received after the review 18.01.2021; accepted for printing 01.02.2021.
A
