Статьи

ПГР 4.О взрывах на шахтах

УДК 622.86: 658.382.2
©A.M. Ермолаев,|П. В. Егоров,) А. А. Ермолаев, 2006

Определение предельной нагрузки на очистной забой по газовому фактору в сверхкатегорных шахтах.

ЕРМОЛАЕВ Алексей Михайлович Доктор техн. наук, профессор КузГТУ
ЕГОРОВ Петр Васильевич Доктор техн. наук, профессор КузГТУ
ЕРМОЛАЕВ Андрей АлексеевичГорный инженер

Сорок шахт из 49, действующих в Кузбассе, относятся к сверхкатегорииным по газу метану, т. е. с газовыделением более 15м на 1 т добычи. При определении нагрузки на очистной забой фактор газовыделения игнорируется. В статье приведен расчет предельной нагрузки на очистные забои, оборудованные 28 типами механизированных кре­пей для сверхкатегорийных шахт.
В Кузбассе из 49 действующих шахт 40 относятся к сверхкате­горииным по газовому фактору с относительной метанообиль-ностью шахты (q) свыше 15 м3/т, и все разрабатывают пласты, опасные по взрывчатости угольной пыли. В настоящее время имеется тенденция увеличения суточной нагрузки на очистной забой с 1-1,5тыс. т до 5-6тыс. т. По-существу, это волюнтаристи­ческое решение, основанное на экономических и коммерческих побуждениях, не обоснованное по газовому фактору, вопросы бе­зопасности игнорируются. В конечном счете, все это приводит к катастрофам (примеры: взрывы метана на шахтах «Ессаульская», «Апардинская» и «Тайжина»).
Как правило, очистные забои оборудуются механизированными крепями, которые имеют определенное сечение рабочего про­странства (F)- Скорость движения воздуха по очистному забою [V) регламентируется Правилами безопасности. Максимальная скорость не должна превышать 4 м/с. А это значит, что, применив какой-либо механизированный комплекс, мы уже имеем заранее определенное предельное количество воздуха (Ов), которое мож­но подать к очистному забою и пропустить его через него
Oe=FV,M3/c. (1)
Правилами безопасности регламентируется и предельное со­держание вредных газов в горных выработках. Самым распро­страненным и обязательно присутствующим в угольных шахтах газом является метан. Его содержание в очистном забое и на исходящей из него не должно превышать 1 %. Отсюда можно определить объем максимально допустимого выделения метана в очистной забой (ОсМ)
Ог(,,= 60Ов/100,мз/мин.
Природная метаноносность угольных пластов Кузбасса, по данным геологических исследований, на отдельных пластах до­стигает Х=60 мз/т и выше. Диапазон изменения газоносности пластов на некоторых новых шахтах Кузбасса по геологическим данным приведен в табл. 1 [1].
Из табл. 1 следует, что число шахтопластов и пачек достаточно представительно (206). Газоносность пластов зависит от глубины залегания до дневной поверхности. На глубинах до 150 м она мини­мальная (5-6 мз/т), а на более глубоких горизонтах (до 400 м) она достигает величин больше 15м з/т, то есть превосходит предел, когда пласты относятся к сверхкатегорииным по газу метану.

Метан в угольном пласте содержится в свободном состоянии (до 10%) и его основная часть — в сорбированном состоянии. При разрушении угля, комбайновой отбойке, естественно, метан, находящийся в свободном состоянии, и часть сорбированного попадает в воздушную струю очистного забоя. Из исследований [2] установлено, что при разрушении угля от 24 до 81 % метана выделяется непосредственно в забой за 20-25 мин. Остальная часть метана еще долго сохраняется в угле и выделяется из него очень медленно. Метан в большом количестве находят и в углах железнодорожных вагонов, куда он был загружен после длитель­ного хранения на открытых угольных складах. Поэтому конкретно по отдельному пласту и по его метановыделению для определения максимальной нагрузки на очистной забой необходимо использо­вать фактические данные конкретных условий (табл. 2).
В настоящее время на большинстве шахт очистные забои оборудуются системой автоматического газового контроля. По правилам безопасности, содержание метана на исходящей вентиляционной струе из лав, оборудованных автоматической газовой защитой, может достигать до 1,3%. Автоматизированная система при достижении концентрации метана более 1,3 % про­изводит отключение электроэнергии с забойных машин.

 

Таблица 1. Диапазон изменения газоносности пластов на шахтах Кузбасса по геологическим данным

Шахта	Число пластов	Газоносность, м з/т
		минимальная	максимальная
Кыргайская	14	38,2	42,5
Казанковская	40	32,1	43,9
Ульяновская	15	35,1	38,9
Смычка	5	19	21
Майская	21	34,9	42,1
Котинская	15	37,1	43,7
Камышанская	14	2,5	16
№7	15	37,1	43,7
им.Вахрушвва	16	29,4	41,3
Усинская	10	20	27,3
Томская	10	13	26,8
им. В.И.Ленина	10	15	25
Распадская	22	6	28,5
им. Л.Д. Шевякова	9	5,0	26
Итого пластов	206	'■■ .	-

Таблица 2 Загазирование очистных забоев четырех шахт Кузбасса в период с 1995 по 2001 г. [3]
Средняя концентрация метана при загазировании, %

Шахта	1,5	3,0	5,0	1,5	3,0 5,0
	Число загазирований за 7 лет			Среднегодовая частота загазирования
Распадская	20	28	5	2,8	4 0,71
им. Вахрушева	2	7	1	0,28	1 0,14
им. Кирова	9	19	2	1,3	2,7 0,28
Красногорская	14	39	13	2,0	5,5 1,8
Всего	45	93	21	-	-

 

Тип крепи	Вынимаемаямощность пласта, м	Результаты расчетов для известных механизированных крепей
		Площадь сечения очистного забоя, м2	Предельное коли- чество воздуха, проходящее через забой, м3/с	Максимально допустимое выделе- ние метана в забой, м3/мин	Предельно допусти- мая производитель- ность комбайна, т/мин	Предельно допусти- мая производитель- ность комбайна, т/сут
2ОКП-70	2,3-3,3	4,2-6,4	16,8-26,4	10,1-15,84	0,67-1,06	968-1520
3ОКП70Б	2,8-4,0	5,5-8,0	22-32	13,2-19,2	0,88-1,28	1267-1343
4ОКП70Б	1.6-2,2	2,5-4,0	10-16	6-9,6	0,4-0,64	576-922
1УКП	1,3-2,5	2,0-4,5	8-18	4,8-12,8	0,39-0,85	461-1227
2УКП	2,5-4,5	4,-8	16-32	9,6-19,2	0,64-1,28	922-1843
УКП4	2,4-4,1	3,8-8,1	15,2-32,4	9,12^18,44	0,608-1,4	878-2016
УКП5	2,9-4,25	5,2-8,6	20,8-34,4	12,48-20,6	0,83-13,8	1195-1981
КМ81	2-3,2	7-10,5	28-42	16,8-25,2	1,12-1,68	1613-2419
КМ88С	1,25-1,95	2,75-4,6	11-18,4	6,6-10,04	0,44-0,67	634-965
2КМ87	1,25-1,95	2,75-4,6	11-18,4	6,6-10,04	0,44-0,67	634-965
1КМ97Д	0,7-1,2	1,5-3,4	6-13,6	3,6-8,16	0,24-0,54	345-784
КМ130	2-3,65	4,5-9,7	18-38,8	10,8-23,28	0,72-1,55	1037-2232
4КМ130	2,8415	6,8-11,1	27,2-44,4	16,3-26,64	1,08-1,78	1567-2557
КМ138	1.4-3,2	2,9-5,15	11,7-20,6	7,03-12,36	0,47-0.82	677-1187
КМ142	2,7-5	6,4-11,8	25,6-47,2	15,36-28,3	1,02-1,89	1475-2719
1КМ144К	2,05-2,8	4,53-7,1	18,0-28,5	12,81-17,1	0,85-1,14	1230-1642
1МК85БТ	1,4-2,2	3,2-4,3	12,8-17,2	7,68-10,32	0,512-0,7	735-1008
2КМТ	1,35-2,0	347	12-16,8	7,2-10,08	0,48-0,67	691-965
1КМ87	1,05-1,95	2,3-4,6	9,2-18,4	5,52-10,04	0,37-0,67	229-965
МК75Б	1,6-2,2	2,8-4,7	11,2-18,8	6,72-11,28	0,45-0,75	648-1083
Joy	1,15-3,2	2,2-10,7	8,8-42,8	5,28-25,68	0,35-1,71	507-2463
Пиома	3,1-4	5,6-8	22,4-32	13,44-19,2	0,9-1,28	1240-1843
Глиник	0,9-2,6	1,4-5	5,6-20	3,36-12	0,224-0,8	243-1152
Фазос	1,4-3	2,4-5,8	9,6-23,2	5,76-13,92	0,39-0,93	553-1340
50W-09/17-Pz	1,05-1,6	1,6-2,7	6,4-10,8	3,84-6,48	0,256-0,432	369-622
50W-13/24-Pz	1,4-2,3	2,4-4,4	9,6-17,6	6,76-10,56	0,452-0,704	650-1014
1ОКП-70	1,9-2,5	3,25-4,6	13,4-18,4	8,04-11,04	0,54-0,74	772-1060
4КМТ130	2,8-4,15	6,8-11.1	27,2-44,4	16,3-26,64	1,08-1,78	1567-2557

Комбайн останавливается, содержание метана в исходящей из очистного забоя вентиляционной струе уменьшается, повторное включе­ние комбайна возможно при снижении содержания метана до 1 %. Циклы отключения и включения высокогазоносных пластов повторяются многократно. Это снижает производительность, нервирует рабочих, и они «придумывают» способы борьбы с отключениями. Первый способ — датчики метана снимаются с верхних точек и завернутые в фуфайки укладываются на поч­ву выработки, второй способ — датчики остужаются обильным поливом воды. (3)(4)

Мы же определим отдельно допустимую производительность очистного комбайна, исходя из условия, что весь метан при относительной метанообильности свыше 15 мэ/т выделится в очистной забой. Мы отдаем отчет, что это не совсем точно, так как только определенная часть (от 24 до 81 %) [2] его будет выде­ляться в очистном забое и на пути его движения по выработкам. Такое допущение даст определенный запас надежности, гаранти­рующий, что при таких нагрузках не будет загазований в очистном забое. Исходя из таких предположений, определим предельно допустимую производительность комбайна в очистных забоях сверхкатегорийных шахтах (amax Amax)
Amax=Qch4/q, т/мин,
Ama= 1440Qch4/q,т/сут.
Результаты расчетов для известных механизированных крепей представлены в табл. 3.
Из табл. 3 следует, что гарантированная безаварийная работа с нагрузкой более 2000т/сут в очистных забоях сверхкатегорийных шахт обеспечивают крепи, в которых сечение рабочего пространс­тва достигает свыше 8,1 м. Также следует отметить, что макси­мально допустимая нагрузка на очистной механизированный ком­плекс при газовыделении 15 м3 /т суточной добычи составляет для комплекса КМ — 142 2719 т в сут, или 1,89 т/мин.

Выводы

1. Существующие механизированные крепи очистных забо­ев не приспособлены для высокопроизводительной работы в газовых шахтах, работающих без предварительной дегазации пластов. Их совершенствование должно идти по пути увеличения сечения рабочего пространства.
2. Необходимо создавать средства автоматизации, учитыва­ющие газовыделение и производящие регулирование скорости подачи комбайна в зависимости от газовыделения.
3. Датчики метана должны иметь устройства, сообщающие в диспетчерскую о месте нахождения их по высоте выработки.
4. Предложенные в табл. 3 предельные нагрузки должны быть тщательно проверены и утверждены Госгортехнадзо-ром России.
5. Превышение нагрузки показателей, указанных втабл. 3, всег­да связано с тем, что в очистном забое нарушены требования Правил безопасности.
6. Безрасчетное стремление добыть из одного очистного за­боя больше, чем указано в табл. 3, недопустимо и преступнобез принятия мер по снижению газовыделения.

Список литературы

1. Подземная разработка месторождений полезных ископае­мых/Егоров П. В., Курехин В. В., Вылегжанин В. Н. и др. — Кеме­рово: Кузбассвузиздат, 2000. — 559 с.
2. Степень дегазации призабойной зоны угольного пласта гидроотжимом / ЕрмолаевА. М. , Цехин Л. В. // Способы по­вышения эндогенной пожаробезопасности угольных шахт: Тр. ВостНИИ. — Кемерово, 1990.
3. Статическое и динамическое прогнозирование вероятнос­ти загазирований шахтных выработок/ Егоров П.В., Денисен­ко С. И., Хвещук Н. М. и др. // Вестник КузГТУ. — 2005. — № 5. — С. 45-47.

НОЯБРЬ, 2006,'УГОЛЬ№11
Количество показов: 10942
rating:  3.59