Статья, подготовленная к публикации, авторы: доц. А.П. Тельной, ст. Л.П.Короткова
Надлежащее проветривание горных выработок является основным усилием для создания комфортной и безопасной работы шахтеров. Особое значение оно приобретает на газовых шахтах, в которых, несмотря на принимаемые меры по усилению надзора вентиляционной службы, совершенствования контрольно-измерительной аппаратуры и инженерных методов расчета, все еще наблюдаются случаи скопления метана свыше допустимых норм, нередко приводящие его к воспламенению или взрыву с тяжелыми, трагическими последствиями.
Примерно до середины прошлого столетия в основу расчетов вентиляции газовых шахт принималось предположение о наличии прямо пропорциональной связи между объемом выделившегося метана за определенный промежуток времени (I, м3) и количеством добытого угля за тот же период (Т, т). Математически эта зависимость выражается уравнением:.
I=q*T,
где q – относительная метанообильность шахты, м3/т.
По числовому значению q все газовые шахты разделены на 4 категории.
Из приведенного уравнения следует, что если Т=0, то I=0, то есть в основу обсуждаемого метода расчета принято допущение, что выделение метана в горных выработках имеет дискретный характер. Оно происходит только во время ведения в забоях горных работ и прекращается после их остановки. При небольших размерах шахтных полей и незначительных нагрузках на очистные и подготовительные выработки это предположение не вызывало особых нареканий. Строительство новых, более крупных и глубоких шахт, переход на нижележащие горизонты, внедрение высокопроизводительной узкозахватной техники, выемочных комплексов и проходческих комбайнов значительно повысили требование к расчету вентиляции газовых шахт.
По результатам дополнительных исследований, проведенных ИГД им. Скочинского и отраслевыми бассейновыми институтами, было рекомендовано принять за основу расчетов вентиляции газовых шахт функциональную зависимость:
Iобщ=In(f)+Ig(j).
Первое слагаемое общего объема выделения газа - In(f) включает метан, выделяемый из выработанного пространства и обнаженных поверхностей забоя, а также метан, поступающий со свежей струей воздуха и из других менее значительных источников. Дебит метана из перечисленных вше поступлений относительно постоянен и может быть определен анализом проб воздуха, отбираемых спустя – мин после прекращения работ в забое.
Второе слагаемое общего дебита метана - Ig(j) представляет собой дополнительный прирост объема газовыделения, обусловленный горными работами по выемке угля в очистных и подготовительных забоях. Наблюдениями автора, проведенными в 17 лавах на 5 шахтах Донбасса, было установлено что Ig(j) в зависимости от выемки угля изменяется по экспоненте, которую в интервале нагрузок от 1,0 до 5,5 т/мин можно аппроксимировать прямой, уравнение которой
Ig=j*k, м3/мин,
где j – производительность выемочной машины, т/мин;
k – дополнительное количество метана, выделившегося во время работы машины, отнесенное к объему добытого угля, м3/т.
Значение k изменяется в широких пределах в зависимости от газоносности пласта и типа выемочной машины.
Основными преимуществами нового (второго) метода расчета являются его более высокая точность и установление нижнего предела подачи воздуха для разбавления метана, выделяющегося во время прекращения работ по выемке угля или проведения выработки.
Недостатками его являются необходимость дополнительных измерительных работ по определению In и зависимости k и j , а также относительно узкий диапазон условий результатов полученных измерений на другие горно-геологические и технические условия работы.
Преимуществами первого метода расчета являются его простота, незначительное количество инструментальных измерений, необходимых для определения исходных параметров. И более широкий диапазон условий его применения ввиду упомянутого выше фактического избытка воздуха. Эти причины обуславливают его применение в практике расчетов вентиляции газовых шахт и сохраняют принятое их деление на категории. Однако большим недостатком первого метода является его основополагающее допущение о наличии прямо пропорциональной связи между объемом выделившегося газа и размером добычи угля. Несмотря на то, что и горный надзор, и шахтеры знают, что с остановкой работ в забое выделение метана не прекращается, почти никто не представляет насколько оно опасно.
При проведении подготовительных выработок в сменах, в которых не ведутся работы по выемке или отбойке угля, In является единственным источником выделения метана. Приведенное заблуждение притупляет бдительность шахтеров и инженерно-технических работников и, по нашему убеждению, является одной из основных причин происходящих трагедий, так как известно, что чаще всего они происходят во время возобновления работ в забоях с недостаточным или отсутствующим проветриванием.
Общепринятым также является мнение, что шахты 3 категории по газу и сверхкатегорийные опаснее шахт предшествующих категорий. В них ведется строгий вентиляционный надзор за состоянием вентиляции и выполняется ряд других мероприятий по повышению безопасности работ. Эти высокие требования являются постоянными напоминанием рабочим и ИТР об окружающей их опасности и подсознательно заставляют их быть осторожными на работе. Шахты 1 и 2 категорий считаются менее опасными, «несерьезными» по метану. В них ведется «щадящий» вентиляционный режим и соблюдается пониженные требования по обеспечению безопасности труда. Все это расхолаживает рабочих, делая их более беспечными и неосмотрительными. А между тем взрывы и воспламенение метана в рассматриваемых шахтах – нередкое явление. Из приведенных соображений следует, что показатель относительной метанообильности q, характеризующий интенсивность выделения метана, не может служить критерием для объективной оценки опасности газовых шахт. К большому сожалению, ни наукой, ни производством не ставился вопрос о его нахождении и обосновании.
По предварительным расчетам автора, требующим дополнительного подтверждения, взрывная концентрация метана в забоях шахт 1 категории наступает не более чем за 12 ч после прекращения в них подачи свежего воздуха, 2 категории – не более чем за 6 ч, 3 категории – не более чем за 4 ч и сверхкатегорийных – не менее чем за 4 ч. Использование приведенного критерия на практике позволяет объективно оценивать газовую обстановку в забоях шахт и ранжировать их по степени опасности. Кроме того, критерий будет служить постоянным напоминанием рабочим о грозящей опасности по истечении указанного срока.
Исходя из изложенных соображений необходимо, на наш взгляд, внести в действующие нормативные документы и «Правила безопасности…» следующие дополнения и изменения: