Источник:Журнал «Безопасность труда в промышленности, № 1 за 2011 г. www.safety.ru
Приведены результаты работ по поиску закономерностей изменения (динамики) максимальной концентрации метана, которые стали основой способа прогноза газодинамических явлений при строительстве подземных сооружений.. Показана перспективность данного направления для проведения пластовых и полевых подготовительных выработок сотрясательным взрыванием.
Одним из перспективных направлений совершенствования прогноза газодинамических явлений при проведении подготовительных выработок является использование в качестве информативного показателя изменение максимальной концентрации газа (далее динамики концентрации газа).
Систематических исследований динамики концентрации метана в выработках шахт Донбасса до 1970 года не велось, так как измерение концентрации метана осуществлялось переносными приборами эпизодического действия. Были выполнены только отдельные исследования динамики нарастания концентрации (фронта движения газового облака) метана, необходимые для разработки аппаратуры непрерывного контроля и регистрации концентрации содержания метана. После создания и широкого внедрения аппаратуры телеметрического контроля метана (АКМ), результаты регистрации стали использовать для поиска закономерностей динамики концентрации газа, которые послужили бы основой для прогноза газодинамических явлений.
Первые попытки создания таких способов прогноза (МакНИИ, ИГТМ АН Украины) базировались на оценке газоносности угля и пород (песчаников) в выбросоопасных и неопасных по выбросам зонах по концентрации метана после взрывных работ. Основным результатом этих исследований является вывод, что рост концентрации метана в выработке после взрывных работ в выбросоопасных зонах может быть использован в качестве информативного показателя для создания способов прогноза выбросоопасности пород осадочного генезиса.
Несколько иной поход был использован при разработке (МакНИИ, ДонНТУ) способа прогноза выбросоопасности порфиритов при проведения тоннеля Арпа-Севан в Армении. На основании изучения динамики концентрации диоксида углерода в процессе проведения тоннеля было установлено закономерное увеличение концентрации К при приближении к выбросоопасным зонам порфиритов. Указанная закономерность удовлетворительно описывается зависимостью
Результаты этих исследований послужили основой для разработки способа прогноза выбросоопасности изверженных горных пород, который стал нормативным для тоннелестроения [2]. В этом нормативном документе впервые в практике проведения выработок для прогноза выбросоопасности призабойной зоны изверженных горных пород использована динамика концентрации газа и предупредительные признаки выбросоопасности.
Положительные результаты внедрения этого способа послужили основанием к проведению дальнейших исследований динамики концентрации метана с использованием приборов телеметрического контроля метана [3,4,5].
Один из таких способов разработан МакНИИ на основании результатов телеметрического контроля метана в выработках, проводимых по особо выбросоопасным угольным пластам на шахтах имени 60-летия Советской Украины и “Заперевальная-2” ПО Донецкуголь [3]. Прогнозный критерий газодинамической опасности, положенный в основу способа, отличается от нормативного для тоннелей [2]. Сущность прогнозного критерия заключается в том, что при приближении к выбросоопасной зоне наблюдается увеличение максимальной концентрации метана в атмосфере выработки не менее чем на 30%, а затем происходит ее снижение на 50% и более относительно возросшего уровня, что свидетельствует о выбросоопасности зоны в следующем цикле.
В связи с необходимостью обеспечения безопасности строительства подземного комплекса Ирганайской ГЭС (в породах осадочного происхождения на глубинах более 1000 м) были выполнены исследования возможности использования известных способов прогноза выбросоопасности, основанных на динамике концентрации метана. При этом были использованы диаграммные записи концентрации метана в выработках, проводимых по выбросоопасным песчаникам и угольным пластам (песчаники , угольные пласты h4, h2, h61 и h10), на которых наблюдались газодинамические явления.
Анализ динамики концентрации метана перед выбросами песчаника показал, что не всегда непосредственно за цикл перед выбросом регистрируется вначале возрастание, а затем снижение концентрации метана.
Сделан также вывод, что для повышения надежности диаграммной записи необходима установка нескольких датчиков и устройство замерных станций. При этом дублирующие датчики должны устанавливаться на разном расстоянии от датчика, установленного в забое выработки. Расстояние между датчиками должно быть определено экспериментально. В этом случае можно достигнуть точности записи менее 0,1%. Часть датчиков должны располагаться на расстоянии меньшем, чем расстояние от забоя, на котором происходит разжижение газа до безопасной концентрации.
Учесть специфику проветривания выработок по углю и породе, а также тоннелей, в забои которых подается воздуха больше, чем в забои породных выработок на шахтах Донбасса (6 м3/сек) можно путем изменения конструкции приборов и установкой максимального регистрируемого значения метана не 2,5%, как это сделано на шахтах Донбасса, а 0,5% путем переключения масштаба измерений автоматически с 2,5 до 1% и ниже.
Автоматизация регистрации концентрации газа при проведении тоннелей с учетом данных требований была изучена дополнительно. В основу информативного показателя были положены факты нарастания концентрации газа в призабойном пространстве по мере проведения выработки.
С учетом изложенного разработана методика оценки газодинамической опасности по динамике концентрации газа при проведении выработок подземного комплекса Ирганайской ГЭС. Сущность методики заключается в том, что зона считается опасной если в течение 2-3-х циклов проходческих работ концентрация возрастает более чем на 20% (при неизменной скорости вентиляционной струи). Зона считается также опасной, если на расстоянии от забоя lкр концентрация газа при ведении взрывных работ не снижается до значения предельно допустимого (при нормальном проветривании).Значение lкр определяется из выражения
где lо - размер зоны отброса основной массы породы при взрывных работах, м.
Оценка газодинамической опасности пересекаемых пород по указанной методике позволили обеспечить безопасность работ при проведения тоннелей Ирганайской ГЭС. Основные положения методики могут быть использованы при разработке способов (методов) прогнозирования газодинамических явлений при проведении пластовых и полевых подготовительных выработок сотрясательным взрыванием.