книги / Проветривание подземных горнодобывающих предприятий

..оздуха. Объем высвобождающегося при погрузке захороненного газа незначителен и, как правило, на газовую обстановку в забое влияет слабо.

Неблагоприятная газовая обстановка может возникнуть при отбойке угля комбайнами: во-первых, разрушается часть пласта и, во-вторых, обнажается значительная площадь пласта. В этом случае предус­ матривается [35] следующее: "В случае образования у буровых станков, комбайнов и врубовых машин местных скоплений метана, достигающих 2 %, необходимо остановить машины и снять напряжение с питающего их кабеля. Если обнаруживается дальнейший рост концентрации метана или в течение 15 мин она не снижается, люди должны быть выведены на

свежую струю".

Выделение метана из выработанного пространства происходит в том случае, если часть вынимаемою угля остается в выработанном пространстве (отбрасывается при взрывной отбойке), когда оставляются околонггрековые целики, при подработке или надработке пластовспутников. При отработке угольного пласта пласты-спутники частично разгружаются от давления, сорбированный газ переходит в свободное состояние и по образующимся трещинам в междупластье мигрирует в выработанное пространство разрабатываемого пласта. В условиях пологого залегания пластов метан поступает в выработанное пространство отрабатываемого пласта со всех вышележащих угольных пластов, залегающих от разрабатываемого на расстоянии, равном не более 130кратной вынимаемой мощности пласта при управлении кровлей полным обрушением и не более 55-кратной - при полной закладке. Тот же эффект со стороны нижележащих пластов при расстоянии до них 35-60 м при пологом залегании и не более 70-кратной вынимаемой мощности при крутом залегании пластов. Выделение метана из выработанною пространства возрастает при уменьшении атмосферного давления.

1.4.3. Газовый баланс шахт н рудников. Мстанообильность

Газовый баланс - это абсолютная мстанообильность, представляю­ щая сумму метанообильностей источников выделения метана. Газовый баланс зависит от системы разработки, способа управления кровлей, наличия пластов-спутников, объема выработанного пространства, развития очистных и подготовительных работ, газоносности пласта, свойств угля и горно-геологических условий. Газовый баланс (в процентах от общего выделения метана) для основных угольных бассейнов характеризуется следующими данными: метанообильность отрабатывае­ мых пластов и выработанного пространства составляет соответственно для Кузбасса 20-55 и 10-70 %; для Карагандинского бассейна 40-50 и до 35 %; для Печорского бассейна (Воркута) 35 и 65 %.

Абсолютная метанообильность - это объем газа в м3, выделяющийся в шахте или руднике в единицу времени (мин, час, сутки). Однако ее величина не совсем точно характеризует опасность шахты по газу, т.к. абсолютная метанообильность, к примеру, 10 м3 в сутки на одной шахте и 100 м3 - на другой ничего не говорит, поскольку первая шахта может быть небольшой, с малой производительностью по углю и 10 м3 для нее - слишком большая величина, вторая шахта может быть огромной с большой сетью выработок и большой производительностью и выделение 100 м3 газа для нее - ничтожно малая величина. Поэтому введено понятие относительной метанообильности - количество газа в м3, приходящееся на 1 т суточной добычи (для угольных шахт). Угольные шахты в зависимости от величины относительной метанообильности и вида выделения метана разделяются на пять категорий:

К шахтам, опасным по газу, должны быть отнесены такие (имеется в виду не угольные), в которых хотя бы в одном пласте (залежи) обнаружен метан, водород или сероводород. Шахты, в которых выделяется (или выделялся), обнаруживается или прогнозируется выделение метана, водорода или сероводорода, переводятся на газовый режим [10]. Работы в таких шахтах должны осуществляться в соответствии со специальными мероприятиями, разработанными на основе ‘Типовых специальных мероприятий 1ВЗОВОГО режима на подземных рудниках и объектах горнорудной и нерудной промышленности”

В калийных рудниках, где отрабатываются несколько пластов, имеются отдельные пласты или участки, опасные по газу. В этих рудниках газовый режим распространяется только на эти пласты (участки, рабочие зоны) при условии их обособленного проветривания.

1.4.4. Борьба с метаном

Мероприятия по борьбе с метаном можно разделить на следующие группы: предотвращение скопления взрывоопасных концентраций,

недопущение воспламенения метановоздушной смеси, борьба с суфлярами и внезапными выбросами, борьба со слоевыми скоплениями, дегазация угольных пластов.

Основным мероприятием по предотвращению скопления опасных концентраций метана является вентиляция. Она является эффективной, если во всей сети действующих выработок поддерживается допустимое содержание метана (допустимая концентрация по объему), приведенное ниже:

Расход воздуха для проветривания шахт и рудников должен определяться (расчитываться) в соответствии с руководствами (инструкциями), утвержденными Госгортехнадзором России. Расход воздуха, подаваемого в горные выработки, должен соответствовать расчетному, т.е. по объемному расходу должен быть не меньше расчетного. Подача расчетного объема воздуха в выработки достигается за счет рационального распределения свежего воздуха и уменьшения его потерь (утечек).

Недопущение воспламенения метановоздушной смеси достигается за счет соблюдения пыле-газового режима, который включает следующие мероприятия:

а) недопущение применения открытого огня, запрещение курения и проноса спичек (зажигалок); б) применение электрооборудования в специальном рудничном исполнении (взрыво- и искробезопасном); в) применение предохранительных взрывчатых веществ и средств взрывания; г) производство взрывных работ при концентрации метана менее 1 %; д) применение только элекгровзрывания.

Борьба с суфлярами ведегся чаще всего увеличением подачи свежего воздуха в выработки или каптированием (улавливанием) газа. Для каптажа газа суфляра у его устья сооружается герметичная камера, из которой газ отводится по трубопроводу. Иногда производится тампонаж суфляра. Последние два специальных метода борьбы с суфляром производится только в том случае, когда известно, что суфляр просуществует долгое время, что сложно установить, и сам суфляр имеет значительное выделение газа.

Борьба с внезапными выбросами включает достаточно большое количество методов, среди которых:

а) устранение концентрации напряжения в пласте путем исключения углов в забоях, кутков и зарубочных камер и управление кровлей полным обрушением;

б) бурение опережающих скважин диаметром 250-300 мм при проходке выработок по углю;

в) бурение двух опережающих скважин длиной не менее 6 м при вскрытии квершлагом опасного по внезапным выбросам пласта (на расстоянии 10 м от пласта);

г) проходка восстающих выработок сверху вниз по предварительно пробуренным скважинам;

д) применение сотрясательного взрывания, при котором только развивается сеть трещин и уменьшается несущая способность пласта. При взрывании может провоцироваться выброс, что является безопасным для людей, которые в момент взрыва в забое отсутствуют. В последнее время практикуется камуфлетное взрывание, которое лишь увеличивает зону развития трещин и, следовательно, зону разгрузки пласта и предотвращает развитие выброса;

е) проходка выработок по почве или по кровле мощного пласта, т.к. наиболее выбросоопасным является его средняя часть;

ж) отказ от машин и механизмов ударного действия; з) подработка или надработка угрожаемых пластов путем предва­

рительной выемки защитных, т.е. залегающих ниже или выше выбросоопасных на таком расстоянии, при котором осуществляется их разгрузка. При пологом падении защитными являются пласты, залегающие выше опасных до 45 м и ниже до 100 м. При кругом падении - выше или ниже до 60 м по нормали. В том случае, если имеются защитные пласты выше и ниже опасного, то в первую очередь отрабатывается вышележащий пласт (надработка);

и) дегазация угольных пластов, т.е. искусственное уменьшение их газоносности.

Метан в силу того, что он легче воздуха, при медленном движении воздуха по горной выработке и слабом перемешивании слоев может скапливаться на значительной ее длине под кровлей (слоевое скопление) и превышать предельно допустимые концентрации (ПДК). Слоевые скопления могут образоваться при выделении газов из суфляров, с обнаженных поверхностей и из отбитого угля в высоких выработках. Они опасны тем, что их не всегда можно обнаружить. Даже если в слое содержание газа не превышает ПДК это не гарант того, что это содержание не повысится. Как показывает практика, слоевые скопления образуются при скорости воздуха в выработке менее 0,5 м/с. С целью уменьшения вероятности образования слоевых скоплений проветривание выработок должно быть восходящим, т.е. снизу вверх по пути естественного движения метана.

Допускается в газовых шахтах нисходящее проветривание очистных выработок с углом наклона не более 10° при условии дополнительной подачи свежего воздуха по выработке, примыкающей к очистному забою на нижнем горизонте, скорость движения воздуха в призабойном пространстве очистных выработок должна быть не менее 1 м/с.

На пластах, не опасных по внезапным выбросам угля и газа, допускается нисходящее движение исходящей из очистных выработок вентиляционной струи по выработкам с углом наклона более 10° при соблюдении условия, что скорость воздуха в них должна быть не менее 1 м/с. Средняя скорость воздуха в горизонтальных горных выработках (в призабойных пространствах очистных выработок всех шахт и в тупиковых выработках газовых шахт) должна быть не менее 0,25 м/с.

Дегазация угольных пластов искусственное уменьшение газоносности угольных пластов. Методы дегазации можно разделить на две группы: методы оперативной дегазации, применяемые при разработке пласта, и заблаговременной дегазации, применяемые до начала очистных работ.

К методам оперативной дегазации относятся: дегазация сближенных пластов и разрабатываемого пласта скважинами, дегазация выработанных пространств. К методам заблаговременной дегазации относятся: дегазация пласта при подработке или надработке, дегазация подготавливаемых горизонтов скважинами, гидроразрыв пласта, биохимический метод.

Дегазация сближенных пластов скважинами является одним из самых распространенных при отработке угольных пластов методов. Сущность метода заключается в том, что из выработок разрабатываемого пласта (из бурового штрека) бурят скважины на сближенные пласты, через которые с помощью трубопроводов и вакуум-насосов отсасывают метан (рис. 1.6). Чтобы обеспечить высокую эффективность дегазации, важно правильно заложить скважины. Они должны быть пробурены до подхода к ним очистного забоя в сближенном отрабатываемом пласте и пересекать дегазируемый в зоне разгрузки от горного давления, но и не попадать в зону активного обрушения. Пересечение зоны активного обрушения приводит к подсосу воздуха из выработанного пространства, уменьшению разрежения в отводящих метан трубопроводах и скважинах и, как

длительности их эффективного действия и горнотехнических условий (расстояния до сближенного пласта, его мощности, свойств пород междупластья, скорости подвигания забоев лав и др.) и колеблется от 25 до 200 м. Дегазационные скважины бурят диаметром не менее 100 мм. В их устье герметично заделываются с помощью цементного раствора металлические трубы, соединяющие скважины с магистральным газопроводом. Сам газопровод подсоединяется к вакуум-насосам, располагаемым на поверхности.

Отсасываемая смесь не утилизируется, т.е. в бытовых целях не используется.

Нагнетание воды в пласт обычно производится для искусственного увлажнения пласта с целью уменьшения пылеобразования при его дальнейшей отработке. Суть метода заключается в том, что в пласте бурят скважины, которые соединяются с высоконапорными насосами, с помощью которых в пласт закачивается вода. Как вторичное явление - это явление вытеснения в пределах длины скважин метана из микропор и микротрещин, за счет чего газы быстрее мигрируют в рабочее пространство. В то же время происходит частичная консервация части находящегося за скважинами газа.

Похожий на данный метод - метод гидроразрыва и отличающийся от нагнетания воды в пласт тем, что вода в скважины нагнетается под действием создаваемого специальным насосом пульсирующего давления. Развивающиеся за счет этого гидроудары раскрывают существующие (гидрорасчленение) и создают новые (гидроразрыв) трещины, по которым метан интенсивно мигрирует из пласта. Вода может нагнетаться по скважинам, пробуренным с поверхности, или из подземных выработок. Промышленное применение метода в Карагандинском бассейне и на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей показало его высокую эффективность, т.к. снижение газообильности выработок происходило на 80 %.

Биохимический способ дегазации основан на окислении метана в процессе жизнедеятельности некоторых видов ,бактерий. Суть его состоит в том, что в пласт нагнетается бактериальная суспензия в смеси с воздухом. Исследования практической возможности применения этого метода для борьбы с метаном в угольных шахтах, начатые в 1966 г. в Московском горном институте, показали его эысокую эффективность.

1.4.5. Водород и его свойства

Водород - легкий газ без цвета и запаха с плотностью по отношению к воздуху 0,069, т.е. он почти в 20 раз легче воздуха. Выделяется в качестве спутника метана в калийных рудниках Урала, Белоруссии, Германии, Канады и в выработках, пройденных по нефтеносным породам, в помещениях, где производится зарядка аккумуляторных батарей, в рудниках АО «Апатит», в полиметаллических рудниках Северного Кавказа, в рудниках Норильска, при разработках золотоносных месторождений Забайкалья, Урала и Западной Сибири, в железорудных рудниках Якутии (Республика Саха). Водород горит над источником высокой температуры при содержании его в воздухе менее 4.15 %; при содержании в воздухе от 4,15 до 74,2 % образует взрывчатую смесь; при концентрации более 74 % спокойно горит при подведении свежего

1.5. Контроль состава рудничной атмосферы

Контроль соответствия состава шахтного воздуха нормам, которые устанавливаются нормативными актами [10, 35], заключается в плановой проверке состава воздуха службой ВТБ (службой вентиляции и техники безопасности), для чего в шахте в установленных местах отбираются пробы воздуха с последующим их химическим анализом в лабораториях ВГСЧ. Кроме того, проверка состава воздуха может осуществляться с помощью переносных приборов. В выработках, содержащих вредные газы выше допустимых норм, проверка состава воздуха должна проводиться в респираторах.

Для профилактического контроля состава рудничной атмосферы обычно берут пробу воздуха на рабочем месте. Хотя эта проба и не будет отражать средний состав воздуха в выработке, однако она зафиксирует ту среду, в которой работает или придется работать человеку. Чаще всего рабочим местом является пространство на расстоянии 1-3 м от груди забоя, купол (забой) восстающих выработок в проходке и пр. Набор средней пробы на рабочем месте может быть осуществлен перемещением сосуда, в который набирается исследуемый воздух, или прибора зигзагообразно от почвы к кровле и обратно, как показано на рис. 1.11, а. Однако наиболее представительная проба может быть получена при перемещении сосуда по спирали (рис. 1.11, б). Объясняется это тем, что при зигзагообразном

перемещении сосуда отдель­ ные отрезки дуг в сумме всегда будут меньшей протяженности, чем дуга спирали (у потолочины или у почвы выработки). Это и обеспечивает более равно­ мерное взятие пробы там, где состав рудничного воздуха оказывается наиболее нерав­ номерным.

Для предотвращения попадания в пробу выды­ хаемого воздуха пробоот­ борщик должен в процессе

набора пробы становиться против вентиляционной струи и держать сосуд в вытянутой руке. Существует несколько принципиально отличных друг от друга способов набора газовых проб: а) способ, основанный на вытеснении воды воздухом («мокрый» способ); б) набор газовых проб продуванием; в) вакуумный и вакуумно-химический; г) набор проб закачиванием воздуха в резиновые камеры.