Белорыбкина Анна Вячеславовна

Реферат по теме выпускной работы

Обоснование и актуальность темы

Цели и задачи исследования

Обзор существующих исследований и разработок по теме

Краткое изложение результатов магистерской работы

Заключение

Литература

При все усложняющихся горно-геологических и горнотехнических условия отработки угольных пластов для обеспечения безопасности работ в шахтах необ¬ходимо применять комплекс технических и организационных мероприятий. Одним из основных мероприятий является предупреждение образования, а также своевременное обнаружение и ликвидация местных скоплений метана в подготовительных и очистных выработках.

Это связано с тем, что местные скопления образуются даже при нормальном проветривании выработки и могут быть причиной аварий, сопровождающихся травмированием людей и материальными убытками. Из-за местных скоплений происходит более 80% случаев воспламенений метановоздушной смеси в угольных шахтах. Кроме того, местные скопления метана значительно сдерживают скорости проведения выработок, что приводит к потерям добычи угля.

Однако, в подавляющем большинстве основные причины возникновения воспламенений метана в местных скоплениях на многих шахтах Донбасса имели также и организационно-личностный характер (из-за отсутствия у руководящих работников и исполнителей четких представлений о степени метановзрывоопасности, достаточных методах борьбы с ними, должной дисциплины и ответственности).

Над способами борьбы с этим природным явлением в настоящее время трудится огромное количество специалистов в области аэрологии.

Поэтому необходимость исследования местных скоплений метана в условиях шахты им. А.Ф. Засядько и разработка мероприятий по предупреждению их возникновения и ликвидации, не вызывает сомнений. А также имеет очень важное практическое значение для угледобывающих шахт Донбасса и Украины в целом.

Цель работы — исследовать местных скоплений метана в условиях АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» и разработать мероприятий по предупреждению их возникновения и ликвидации.

Задачи, решаемые в магистерской работе:

1. Осуществить анализ образования местных (объемных и слоевых) скоплений метана в горных выработках шахты.

2. Корректировать схему вентиляции шахты с учетом отработки запасов по пластам m3 и l4 в 2012-2015 гг.

3. Выполнить прогноз метановыделения в выработки выемочных участков и подготовительные выработки при отработке запасов.

4. Провести расчеты:

• расхода воздуха для проветривания шахты при отработке запасов;

• максимально допустимой по газовому фактору нагрузки на очистной забой по пластам m3 и l4 при их отработке в 2012-2015 гг.

5. Дать обоснование необходимости применения способов и средств для предупреждения образования и ликвидации местных скоплений метана в горных выработках шахты при ведении горных работ в 2012-2015 гг.

6. Осуществить выбор и обосновать:

• применение способов и средств по предупреждению образования местных скоплений метана на выемочных участках шахты;

• параметры способов и средств предупреждения образования и ликвидации местных (объемных и слоевых) скоплений метана на выемочных участках, а также средствами вентиляции в других горных выработках шахты.

7. Описать мероприятия по обеспечению безопасности условий при эксплуатации способов и средств предупреждения образования и ликвидации местных (объемных и слоевых) скоплений метана в горных выработках шахты.

8. Подсчетать затраты на выполнение предлагаемых мероприятий по предупреждению образования и ликвидации местных (объемных и слоевых) скоплений метана.

Объект исследования — АП «Шахта им. А.Ф. Засядько», исследовать местные скопления метана.

Предмет исследований — местные (объемные и слоевые) скопления метана в горных выработках шахты.

Практическая ценность — даны практические предложения по предупреждению возникновения и ликвидации местных скоплений метана с учетом условий шахты.

Макеевским научно-исследовательским институтом были проведены исследовательские работы по выявлению условий формирования основных видов местных скоплений метана и на основе этого был разработан комплекс мероприятий по предупреждению их образования и ликвидации. [1]

Системам, способам разработки пластов угля, проветриванию шахт, осуществлению мероприятий по ПБ посвящены сотни, если не тысячи научно-исследовательских работ, книг, статей и других публикаций, в том числе фундаментальных.

Горные выработки в угольных шахтах, как правило, проветриваются турбулентными воздушными потоками. Несмотря на это, метан выделяющийся в выработке, перемешивается с воздухом не сразу. Его концентрации выравниваются лишь на некотором расстоянии от источника газовыделения.

Распределение содержания метана в вентиляционных струях зависит от расположения источника метановыделения в выработке, расхода газа из источника, скорости и структуры вентиляционного потока. В связи с возможностью неравномерного распределения газа по площади поперечного сечения выработок в действующих «Правилах безопасности в угольных шахтах» предусмотрена норма содержания метана на местные его скопления. [8] Местные скопления метана — это скопления в отдельных местах выработок с концентрациями, превышающими среднюю по сечению выработки. Опасными считаются местные скопления метана с концентрацией 2% и более. Как правило, при местных скоплениях, в том числе и при опасных, средняя по сечению выработки концентрация метана не превышает норму для данной вентиляционной струи.

Все местные скопления метана, которые наиболее часто встречаются в подготовительных и очистных выработках, можно разделить на основные виды: слоевые у кровли; в пустотах за крепью; у проходческих комбайнов; у скважин; у забоев подготовительных выработок; у перемычек, изолирующих выработки и выработанные пространства; у бутовых полос в вентиляционных выработках; у сопряжений лав с погашаемыми выработками; у добычных комбайнов; в нишах очистных выработок; под передвижными скребковыми конвейерами; в углеспускных скважинах у мест их забучивания. [1]

Под слоевыми скоплениями следует понимать скопления метана у кровли выработок, концентрация которых превышает среднюю по сечению выработки на участке длиной более 2 м.

Как показали наблюдения, слоевые скопления метана у кровли образуются в выработках любого сечения с различными видами крепи при небольших скоростях движения воздуха.

Слои могут иметь протяженность несколько десятков метров, а содержание метана в них достигает взрывоопасных пределов даже при небольшом газовыделении и нормальном проветривании выработки. Толщина слоевых скоплений при концентрации метана, равной 5 %, как правило, не превышает 0,3 м (рис. 1; 2). [12]

В связи с серьезной опасностью слоевых скоплений метана у кровли горных выработок очень важно своевременно их обнаружить и ликвидировать. Учитывая это, на всех шахтах, опасных по газу, не реже одного раза в квартал начальником участка ВТБ и геологом шахты должен быть составлен перечень участков подготовительных выработок, опасных по слоевым скоплениям метана.

Этот перечень в соответствии с требованиями Правил безопасности необходимо согласовывать с участковым горнотехническим инспектором и утверждать у главного инженера шахты. [8]

Опасные по слоевым скоплениям метана участки должны быть в первую очередь установлены по всем тупиковым подготовительным выработкам, проводимым по угольным пластам и по породе, в погашаемых выработках, а также в выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии и примыкающих к очистным забоям.

Результаты исследований условий образования слоевых скоплений метана показывают, что основными признаками, по которым выработки следует относить к опасным по метановым слоям, являются следующие: средняя скорость воздуха в выработках менее 1 м/с; наличие в выработках разрывных геологических нарушений; в кровле выработок на расстоянии до 10 м залегают угольные пласты или пропластки; в выработках имеются действующие суфляры. [10]

С учетом этих признаков в таблице 1 представлен перечень участков выработок, проводимых по угольным пластам и по породе. Их следует относить к опасным по слоевым скоплениям. На этих участках необходимо производить контроль за слоевыми скоплениями.

К загазированиям относятся все случаи превышения норм концентрации метана в поперечном сечении горных выработок в свету и в открытых, не заложенных породой или другими материалами куполах.

Все случаи загазовываний горных выработок шахты, независимо от их продолжительности, начальник участка ВТБ, его заместитель, или помощник в течение суток должен регистрировать в «Книге измерений метана и учета загазовываний (повышенных концентраций углекислого газа)».

Ответственный инженерно-технический работник шахты, а при его отсутствии горный диспетчер, обязан в «Книге распоряжений по шахте» письмовим распоряжением назначить ответственных за безопасное разгазирования и расследования причин загазованности.

Содержание «Книги измерений метана и учета загазирований» состоит из таких пунктов:

• дата и время обнаружения загазированности (час, минуты); наименование пласта, участка, выработки;

• содержание метана в месте загазирования,%;

• место измерения, максимальная концентрация, кроме того указывается вид загазирования (местное, послойное или общее) и место загазирования (призабойное пространство, уголок), купол за креплением, сочетание скамье с вентиляционным штреком;

• причина загазированности (технологическое, аварийное);

• продолжительность загазирования (часов, минут), кроме того отмечается время, прошедшее с момента обнаружения загазированности (определяется в ходе расследования причин загазированности) до полного разгазирования;

• потери из-за загазирования: в проведении выработок (м), добыче (т);

• подписи ответственных лиц за: разгазирования; расследование, меры по предотвращению загазовываний;

• подписи начальников технологической участка и участка ВТБ; подпись главного инженера шахты. [10]

На основании данных «Книги измерений метана и учета загазирований» шахты им. А.Ф. Засядько был проведен анализ причин загазовываний выработок, представленный в таблице 2.

При анализе загазирований было установленно:

суммарное количество загазирований, произошедших за анализируемый период на выемочных участках, на конвейерных штреках и на сообщениях очистных выработок с вентиляционными штреками и отдельно по причинам технологическими и аварийными;

суммарное количество случаев загазирований, произошедших за анализируемый период в тупиковых выработках, и отдельно по причинам технологическими и аварийными;

средняя продолжительность загазирований каждой группы по объектам (выемочных участков, тупиковых выработок);

количество аварийных загазирований по видам (местных, слоевых, общих);

частота аварийных и технологических загазирований выемочных участков и тупиковых выработок.[7]

Все случаи аварийных загазирований должны расследоваться в течение суток. [10]

При высоком метановыделение на участках шахты им. А.Ф. Засядько основным способом борьбы с местными скоплениями метана в погашаемых тупиках вентиляционных выработок является изолированный отвод метана из выработанных пространств с помощью газоотсасыващих установок.

Сущность способа заключается в том, что метановоздушна смесь по жестким вентиляционным трубам или неподдерживаемы выработкам отводится за пределы участка, где в смесительной камере разбавляется до безопасной концентрации. Устранение скоплений газа обеспечивается за счет отсасывания метановоздушно смеси с содержанием метана, не превышающим нижнего предела взрываемости, при помощи высокопроизводительных источников тяги — центробежных газоотсасывающих вентиляторов. Основные схемы отвода метана приведены на рис. 3 и рис. 4. [9]

1 — вентилятор; 2— трубопровод; 3— смесительная камера; 4— всасывающий патрубок; 5 — дощатая перемычка, обитая прорезиненной тканью.

1 — вентилятор; 2 — трубопровод; 3 — смеситель 4 — газоотводящая выработка; 5 — чураковая или бетонитовая перемычка.

Схема отвода метана с использованием трубопровода большого диаметра (см. рис. 3) обеспечивает высокую эффективность, а также возможность контролировать и поддерживать необходимое состояние газоотводящего трубопровода. Такая схема может применяться на пластах, склонных к самовозгоранию, так как работа газоотсасывающей вентиляторной установки влияет только на интенсивно проветриваемую часть выработанного пространства, непосредственно прилегающую к призабойному пространству.

В тех случаях, когда отсутствует возможность прокладки трубопровода требуемого диаметра в действующих выработках, могут применяться схемы отвода газа по неподдерживаемым, оставляемым в выработанном пространстве выработкам (см. рис. 4). В результате отвода метана по неподдерживаемым выработкам обеспечивается при небольших затратах устранение опасных скоплений газа на сопряжении лавы с вентиляционным штреком. [9]

Виды схем газоотвода для шахты им. А.Ф. Засядько представлены на рис. 5.

а — в начальном периоде отработки этажа по пласту l1; б — при снижении пропускной способности отрезка вентиляционного штрека между лавой и фланговым вентиляционным ходком (данный отрезок штрека уже не поддерживается); в — в начальный период отработки этажа по пласту m3; г — в основной период отработки этажа по пласту m3, когда еще возможно поступление метановоздушной смеси от лавы к промежуточному вентиляционному ходку; д — на завершающей стадии отработки этажа по пласту m3, когда движение воздуха от лавы в сторону промежуточного ходка, практически, невозможно. [6]

В результате научных исследований :

- обоснована технология ведения дегазационных работ в высоконагруженной лаве, отработанной обратным ходом в сложных горно-геологических условиях. Основным способом дегазации очистных забоев в этом случае следует считать изолированный отвод метановоздушной смеси из погашенной части вентиляционного штрека.[5]

- приведены результаты исследований изменения коэффициента утечек воздуха в зависимости от изменения расхода воздуха через лаву. Исследования проведены в выработках двух выемочных участков шахты им. А.Ф. Засядько. [3]

- обоснована целесообразность использования возвратноточной системы проветривания с отводом метана на фланг по неподдерживаемой выработке при разработке пласта l1 , а такая схема на пласте m3 поможет снять проблему с метаном за счет благоприятных условий для изолированного газоотвода. [4]

- приведен расчет предельных нагрузок на забои по метановыделению в очистны выработки. Показано, что нагрузки обеспечивающие экономическую эффективность работы лавы, могут быть обеспечены по газовому фактору при условии увеличения скорости воздуха в очистных выработках до 6 м/с. Также дан метод расчета аэродинамического сопротивления неконтролируемых выработок, позволяющий проектировать изолированный отвод метана из выработанных пространств по этим выработкам. [2]

Профессия горняка во всём мире считается одной из самых опасных. Самая серьёзная в независимой Украине авария произошла на шахте им. А.Ф. Засядько. Вследствие трех взрывов метано-воздушной смеси, произошедших 18 ноября, 1 и 2 декабря, 2007года погибли 106 человек (101 горняк и 5 спасателей)… [11]

На многих шахтах процессы вентиляции определяют нагрузки на очистные забои и темпы проведения выработок. Особенностью горного производства являются постоянно меняющиеся условия работ. Горный инженер должен уметь предвидеть эти изменения и в короткие сроки принимать правильные решения по обеспечению рабочих мест требуемым количеством чистого воздуха и организации эффективного удаления вредных газов и пыли. В условиях возникновения таких аварийных ситуаций, как взрывы метана, принятый вентиляционный режим должен обеспечить спасение застигнутых аварией в шахте людей и ее быстрейшую ликвидацию.[13]

При написании данного реферата магистерская работа еще не закончена. Окончательное завершение: декабрь 2011 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

1. Бобров А.И. Борьба с местными скоплениями метана в угольных шахтах. – М.: Недра, 1988. – 148 с.
2. Бокий Б.В., Белый В.А., Касимов О.И. Управление газоведелением в высокопроизводительных лавах. С. 16–27.
3. Бокий Б.В. Исследование коэффициента утечек воздуха в условиях прямоточной и возвратноточной схемы проветривания // Геотехнологии и управление производством XXI века. Монография. – Донецк, ДонНТУ, 2006, том 1. – С. 154–161.
4. Бокий Б.В. Оценка эфективности схем проветривания добычных участков шахты им. А.Ф. Засядько // Проблемы экологии, 2000. – №1. – С. 68–71.
5. Грязнов В.С., Бокой Б.В., Ирисов С.Г. Опыт дегазации добычных участков пласта m3 в поле шахты им. А.Ф. Засядько // Известия горного института, 2002. – №1. – С. 63–66.
6. Ефремов И.А., Бкий Б.В., Ирисов С.Г. Снижение газообильности поддерживаемых веработок добычных участков при высокой нагрузке на лаву // Вісті Донецького гірничого інстітуту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю / Гол. Ред. Александров С.М. – Донецьк: ДонНТУ. 2004. – С. 3–11.
7. Методичні вказівки до оцінки небезпечних загазувань гірничих виробок вугільних шахт при виконанні НДРС і дипломних робіт студентами спеціалізації "Охорона праці у гірничому виробництві"/Складачі: В.А.Стукало, О.В.Барановская: ДонНТУ, 2003,- 11 с.
8. Правила безопасности в угольных шахтах.– К.: 2010. – 398с.
9. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – К., 1994г.
10. Сборник инструкций к «Правилам безопасности в угольных шахтах». – К.: 2003, том 1. – 478с.
11. Статья «Стали известны причины аварии на шахте им. Засядько» http://delo.ua/ukraine/stali-izvestny-prichiny-avarii-62525/
12. Учебное пособие. Способы борьбы с местными скоплениями метана в подготовительных выработках угольных шахтах. Донецк, Донбасс, 2002, 67 с.
13. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Пучков Л.А., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий: Учебник для вузов. – 3 - е изд., перераб. И доп. – М.:Недра, 1987. – 421 с.