загрузка...

ПРОФИЛАКТИКА САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ В ЗОНАХГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ


Подземные пожары, являясь наиболее опасным видом подземных аварий, могут существенно влиять на нормальный режим работы шахт и приводить к тяжелым последствиям экономического и социального характера. Они вызывают серьезные нарушения технологического процесса, что обусловливает значительные убытки предприятия в виде потерь от сокращения добычи угля, ущерба от аварий и затраты на тушение и ликвидацию последствий пожара. Прецеденты самонагревания угля в определенных условиях происходят довольно часто и представляют значительную угрозу безопасности труда горнорабочих. Кроме того, при медленном окислении угля образуется большое количество твердых, жидких и газообразных веществ, которые загрязняют окружающую среду, поэтому эффективная профилактика самонагревания угля является и социальной задачей, позволяя улучшить экологическую обстановку.
Очаги самонагревания и самовозгорания угля в последнее время все чаще обнаруживают в местах пересечения подготовительной выработкой зон геологических нарушений пластов.
Примером может служить АП «Шахта имени А.Ф.Засядько», где только в период с 1998 по 2001 годы произошло 16 случаев самонагревания угля в подготовительных выработках западного крыла шахтопласта              m3.
Своевременная ликвидация очагов самонагревания позволила предотвратить возникновение эндогенных пожаров. Аналогичные случаи имели место на шахтах «Ольховатская» ГП «Орджоникидзеуголь», «Привольнянская», им. Г.Г. Капустина ГП «Лисичанскуголь» и других, однако в результате непринятия мер по ликвидации очагов самонагревания и самовозгорания предотвратить пожары на этих шахтах не удалось, что привело к значительным убыткам.
В таких условиях предотвращение самонагревания угля в пересекающих зоны геологических нарушений (ЗГН) выработках является актуальной производственной задачей.
Авторами установлено, что строение угольного пласта в местах пересечения геологических нарушений подготовительными выработками качественно отличается от структуры пласта в нетронутом массиве наличием в зоне влияния выработки густой сети хаотичных тектонических микротрещин с шириной раскрытия меньше длины свободного пробега молекул газа (10" - 10" м), окружающих макротрещины [1]. Особенности структурного строения пласта определяют протекание эффузивных процессов в полостях трещин, сопровождающихся разделением газовоздушной смеси на составляющие газы. Формирование пожароопасных зон в местах пересечения геологических нарушений подготовительными выработками обусловлено образованием в макротрещинах областей с повышенным содержанием кислорода.
Исходя из особенностей структуры нарушенного горного массива и динамики газов в трещиноватой среде, была теоретически обоснована гипотеза об инициирующем влиянии геомеханических и термодинамических (в частности эффузивных) процессов при параллельном воздействии на уголь химических и биогеохимических факторов, приводящих к самонагреванию и самовозгоранию угля, которая нашла подтверждение на практике [1]. На этой основе была разработана классификация способов предупреждения и ликвидации очагов самонагревания и горения угля [2] в пересеченных подготовительными выработками зонах геологических нарушений (табл. 1). Она является инструментом, который позволяет не только классифицировать известные способы профилактических работ по тушению эндогенных пожаров, но модернизировать их или разрабатывать новые.
Сущность классификационного подхода состоит в рассмотрении совокупности способов и средств воздействия на элементы формирующейся в горных выработках пожароопасной зоны, состоящей из разрыхленного угля, породы, влаги и газовоздушной смеси.
В зависимости от принятого объекта выбирают способ, тактику, место осуществления, средство и время воздействия, таким образом, ставится задача по разработке нового способа предотвращения самонагревания и самовозгорания угля в горных выработках или модернизации известного.
Установлено, что ускорение самонагревания угля в пересекаемых подготовительными выработками ЗГН обусловлено изотермическим эффузивным разделением газовоздушных смесей и появлением в сети макро- и микротрещин областей с повышенным содержанием кислорода.
Таблица 1
Классификация способов профилактики самовозгорания угля в пересеченных
подготовительными выработками зонах геологических нарушений colspan="3">
Воздух

Классификационный признак

Предмет профилактических действий

Объект

Уголь

Порода

Метан

Вода

Способ воздействия на объект

Уменьшение трещинной пустотности

Уменьшение диффузного слоя

Изменение химических свойств

Обработка антиоксидантами

Разбавление поровых растворов

Сокращение доступа кислорода

Изменение газового состава

Управление расходом и давлением

Изменение путей движения

Дегазация горного массива

Управление газоотдачей

Управление движением в полостях

Управление фильтрацией

Изменение химического состава

Изменение фазового состояния

Тактика

Дистанционно

Непосредственное воздействие

Место
осуществления

Угольный
пласт

Вмещающие
пласт
породы

Крепь выработки

Средство
воздействия

Газ

Жидкость

Твердое
вещество

Комбинации (пены, суспензии, аэрозоли)

Режим
воздействия

Краткосро
чный

Периодический

Долгосрочный

Основной задачей при разработке новых способов предупреждения самовозгорания угля в горных выработках было торможение эффузивных процессов путем ограничения доступа к углю содержащегося в воздухе кислорода.
Решений этой задачи являются разработанные на кафедре природоохранной деятельности ДонНТУ способы предотвращения самонагревания угля в зонах геологических нарушений пластов, вскрытых подготовительными выработками:              один предусматривает подавление
эффузивных процессов с помощью использования газоразделительных мембран
[3], второй - снижение химической активности угля применением антипирогена длительного действия [4, 5].
Выбор способа производится из соображений экономической эффективности. Если ширина ЗГН небольшая (аlt;1м) и имеется магистраль сжатого воздуха, то целесообразна установка газоразделительного устройства (рис.1).

Рис. 1. Способ предупреждения самонагревания угля в подземных горнах выработках, где 1- крепь горной выработки; 2- огнеупорный податливый изолирующий материал; 3- шпур; 4- угольный пласт; 5- газоразделительное устройство; 6- магистраль сжатого воздуха; 7- мембранный блок


Способ предупреждения самонагревания угля в подземных горных выработках реализуется следующим образом. При пересечении подготовительными выработками зон геологических нарушений угольного пласта 4 возводят крепь 1, а закрепное пространство заполняют податливым изолирующим огнеупорным материалом 2. Шпуры 3 бурят в стенки горных выработок на глубину до 3 м. В шпур вставляется газоразделительное устройство 5, которое подсоединяется к магистрали сжатого воздуха 6.
Сжатый воздух подается из магистрали 6 в газоразделительное устройство 5. Кислород, который содержится в воздухе, проникает при этом через стенки волокон, азот проходит по капиллярам, выходит с другой стороны мембранного блока 7 в шпур 3 и дальше по трещинам поступает в угольный пласт 4. Газоразделительное устройство обеспечивает чистоту азота 95 % при давлении газа 0,6 МПа. Таким образом, не создаются условия для появления в трещиноватом угольном массиве зон с повышенным содержанием кислорода и, как следствие этого, очагов самонагревания угля.

Подачу воздуха осуществляют периодически с интервалом не превышающем инкубационного периода самовозгорания угля, определяемого согласно [6]. Количество подаваемого азота рассчитывается по формуле:



где: Ктп- средний коэффициент трещинной пустотности; m - мощность пласта в зоне геологического нарушения, м; иб - величина бокового сдвижения стенки выработки, м;
Ьн - ширина зоны геологического нарушения, м.
Если жето более экономически выгодным является применение
антипирогена длительного действия (рис. 2).

Рис. 2. Способ предупреждения самонагревания угля в пласте: 1- крепь выработки; 2- угольный пласт; 3- заполненные антипирогеном шпуры; 4- глиняная пробка; 5- трубка; 6- контур шпура; 7- трещины в угольном пласте;
RH-RK - разница между начальным и конечным радиусом шпура


По угольному пласту бурят шпуры длиной 2,5 м. Длина шпуров равняется наибольшему расстоянию от стенки выработки Lmax. Шпуры бурят под углом а=5.. .10° с уклоном от устья к забою. Расстояние между шпурами по вертикали и горизонтали выбирают в диапазоне 0,4.0,5м.
Смесь измельченных угля и черного металла готовят в штреке. В качестве измельченного угля можно использовать штыб, который образуется при бурении шпуров, а в качестве черного металла - измельченную и обезжиренную стружку стали марки СТ-3, которая является отходом в ремонтно-механических мастерских. Частички ингредиентов должны иметь размер не более 10...20 мм. Соотношение угля и металла составляет: уголь- 15%, металл - 85%. Для заполнения одного шпура готовят смесь массой 9,5 кг, для чего берут 1,4 кг измельченного угля и 8,1 кг измельченной металлической стружки. Также предварительно готовят раствор хлорида натрия из расчета примерно 1,7 л раствора на один шпур, для этого в воде объемом 1,5л растворяют 0,5кг поваренной соли.
Готовую композицию засыпают в шпур, заполняя его на участке от забоя до 0,5 м от устья. Остальной участок шпура от устья до смеси закрывают глиняной пробкой с проложенной в ней трубкой. Длина пробки равняется минимальному расстоянию Lmin, на котором были зарегистрированы источники самонагревания угля. В заполненный смесью шпур по трубке подают раствор натрия хлорида.
В результате процесса электролиза хлорида натрия образуется хлор, который, взаимодействуя с угольной поверхностью, дезактивирует активные центры самонагревания угля.
Под действием горного давления происходят деформации шпура, его начальный периметр существенно уменьшается. Радиус шпура из начального размера RH уменьшался до RK (рис.2). Вокруг шпура появляются трещины, при этом появляются новые поверхности свежего угля, предрасположенного к самонагреванию.
За счет деформаций стенок скважины происходит сдвиг частичек угля и металла в антипирогенной смеси, появляются новые гальванопары, и выделяется хлор, который обмывает свежие угольные поверхности, нейтрализуя активные центры. Процесс длится непрерывно, что позволяет избежать отрицательного влияния горного давления и обеспечить надежную и эффективную профилактику эндогенных пожаров при возникновении новых трещин в угле под влиянием горного давления.
Однако для пластов наклонного и крутого падения применение данной технологии вызывает определенные затруднения. Основное препятствие возникает при заполнении шпуров антипирогенной смесью.
Решить эту задачу можно с помощью применения «антипирогенных патронов», представляющих собой антипирогенную смесь, помещенную в водопроницаемую оболочку. В качестве последней может быть использована обычная мешковина. Это позволит не только удержать в шпуре антипирогенную смесь, но и будет задерживать раствор электролита, подаваемый отдельно по металлической трубке, затрудняя его стекание под действием силы тяжести к основанию шпура. Для удобства заполнения шпура длина «антипирогенных патронов» в готовом виде не должна превышать 0,5 м, а диаметр 0,04 м, набивка не должна быть плотной.
С учетом вышесказанного может быть предложена следующая технология профилактики эндогенных пожаров в местах геологических нарушений угольных пластов наклонного и крутого падения (рис. 3).
Участок контура выработки 1, пересекающий угольный пласт 2, изолируют с помощью упругого эластичного материала 3, в качестве которого может быть использована вентиляционная труба или транспортерная лента. По угольному пласту 2 бурят шпуры 4 длиной 2,5 м. Длина шпуров равняется наибольшему расстоянию от стенки выработки, на котором возможно появление очагов самонагревания и самовозгорания угля Lmax. Расстояние между шпурами по вертикали и горизонтали выбирают в диапазоне 0,4.. ,0,5м.
«Антипирогенные патроны»              5 готовят предварительно. Частички
ингредиентов должны иметь размер не более 10...20 мм. Для заполнения одного шпура готовят смесь массой 9,5 кг, для чего берут 1,4 кг измельченного угля и 8,1 кг измельченной металлической стружки. Эту смесь делят на четыре равные части для заполнения оболочек «антипирогенных патронов». Также предварительно готовят раствор хлорида натрия из расчета примерно 1,7 л раствора на один шпур, для этого в воде объемом 1,5л растворяют 0,5кг поваренной соли.

В пробуренный шпур помещают трубку из легированной стали 6, затем укладывают «антипирогенные патроны» 5. Остальной участок шпура до устья закрывают глиняной пробкой 7. Длина пробки равняется минимальному расстоянию Lmin, на котором были зарегистрированы источники самонагревания угля. В заполненный шпур по трубке подают раствор натрия хлорида.
Таким образом, разработанные способы предупреждения самонагревания угля в пересекаемых горными выработками ЗГН предусматривает использование дешевых, недефицитных материалов, которые не содержат опасные и вредные компоненты.
Промежуточные продукты реакции образуются в незначительных количествах, мгновенно реагируют с углем, не выделяясь в горные выработки.

Рис. 3. Способ предупреждения самонагревания угля в пластах наклонного и крутого падения: 1- крепь выработки; 2- угольный пласт; 3- гидроизоляция;
4- шпуры; 5- «антипирогенные патроны»; 6- трубка; 7- глиняная пробка;
8- оболочка «антипирогенного патрона»; 9- трещины в угольном пласте;
RH-RK - разница между начальным и конечным радиусом шпура


Полученные результаты теоретических исследований позволили обосновать следующие технологические параметры: длина шпура lw=Lmaoc; глубина забойки l3= Lmin; угол наклона шпуров а= 5...10°. Это необходимо при применении антипирогена длительного действия для более полного заполнения шпуров электролитом, причем, если бурение последних под наклоном невозможно, то используют газоразделительные устройства; максимальное расстояние между шпурами в ЗГН, имеющим ширину больше, чем ак. Следует обеспечивать профилактическую обработку этих
56

нарушений, таким образом, чтобы в них не оставалось необработанных участков, имеющих размеры более ak. Следовательно, максимальное расстояние между шпурами рекомендуется принимать Ьшlt;ак, с учетом гарантированной обработки всей ЗГН;
- общее количество шпуров п= а/Ьш.
Литература Костенко В.К, Завьялова Е.Л. Особенности самонагревания угля вблизи контура горной выработки в зонах геологических нарушений // «Форум прниюв - 2005», Матерiали мiжнарод. конф. Т.3, -Дншропетровськ. 2005. - С. 40 - 47. Костенко В.К., Завьялова Е.Л. Классификация способов подавления самонагревания угля в пересекаемых подготовительными выработками зонах геологических нарушений пластов // Науковий вюник УкрНДШБ: Наук. журнал. - К.,2006.- №2(14). - С. 34- 39. Декларацшний пат. на корисну модель № 16674 Украша, МПК E21F 5/00.СпоЫб попередження самона^вання вугшля у шдземних прничих виробках / В.К.Костенко, О.Л.Зав’ялова; заявник i власник ДонНТУ. - №200602370; заявл.03.03.2006; опубл. 15.08.2006, Бюл. №8. Пат. на винахщ №83925 Украша, МПК E21F 5/00. СпоЫб попередження самона^вання вугшля у пласт / В.К.Костенко, О.Л.Зав’ялова,
О.Г. Зав’ялова; заявник i власник ДонНТУ. - №200612444; заявл. 27.11.2006; опубл. 26.08. 2008, Бюл. №16. Завьялова Е.Л. Технология предотвращения самонагревания угля в зонах геологических нарушений пластов / Е.Л.Завьялова // Науковий вюник УкрНДШБ. - 2007. - №2(16).- С. 28-34.
УДК 622.28.042

<< | >>
Источник: Неизвестный. Проблемы горного дела и экологии горного производства: Матер. IV междунар. науч.-практ. конф. (14-15 мая 2009 г., г. Антрацит) - Донецк. 2009

Еще по теме ПРОФИЛАКТИКА САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ В ЗОНАХГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ:

  1. 2.3.5.2.4. Как право собственности, так и другие нарушенные вещные права защищаются путем либо истребования имущества из чужого незаконного владения (виндикационный иск), либо требования по суду устранения нарушений прав собственников, даже если эти нарушения и не были соединены с лишением владения (негаторный иск)
  2. Профилактика паразитарных болезней
  3. Профилактика маниакально-депрессивного психоза
  4. Современные представления о профилактике наркомании
  5. ПРОФИЛАКТИКА ЗАБОЛЕВАНИЙ ГЛАЗ
  6. Профилактика в социальной работе110
  7. ПРОФИЛАКТИКА И ЗАЩИТА
  8. ПРОФИЛАКТИКА БЕЗОПАСНОСТИ
  9. Профилактика зависимости от психоактивных веществ
  10. Профилактика психогений в экстремальных условиях.
  11. Профилактика и коррекция подростковой преступности
  12. Раздел III. Профилактика и терапия больных с пограничными психическими расстройствами.
  13. 1.2. Физиологические основы труда и профилактика утомления
  14. 1.4. ПРОФИЛАКТИКА НЕБЛАГОПРИЯТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ МИКРОКЛИМАТА
  15. 2.6. Профилактика несчастных случаев   Обморожения.