Дпя объективной оценки опасности взрывов метана и угольной пыли в шахтах, а также средств борьбы с ними, в результате которой сводятся к минимуму моральные и материальные потери, а в перспективе обеспечивается полное исключение возможности их возникновения. МакНИИ осуществил сбор, анализ и статистическую обработку фактического материала о взрывах (вспышках) и экзогенных пожарах, происшедших на шахтах Минуглепрома СССР за последние 30 лет. Сбор этих данных осуществлялся с помощью опросных листов, направляемых непосредственно на шахты и производственные объединения, а также путем использования литературных источников и материалов различных организаций.
Анализ данных о взрывах газа и пыли в шахтах, приведенных в табл. 1.1 и 1.2, позволяет качественно оценить взрывоопасность различных выработок и выявить основные источники воспламенения.
Наиболее опасным источником воспламенения взрывчатых пылегазовых смесей в шахтах до настоящего времени остаются взрывные работы, на долю которых в очистных забоях приходится 34,2 % всех вспышек (взрывов), 74,1 %- в забоях подготовительных выработок и 46,2 % - во всех выработках шахты в целом. При этом причиной 11,1 % аварий явилось выгорание зарядов ВВ, а остальные 35,1 % вспышек (взрывов) - следствие прорыва раскаленных продуктов детонации, взрывания открытых и накладных зарядов ВВ, электродетонаторов и др. Значительное количество взрывов метана и угольной пыли (до 5,8 % всех случаев) при детонации накладных зарядов зарегистрировано главным образом на шахтах Кузбасса.
Таблица 1.1
Распределение количества вспышек (взрывов) метана и угольной пыли по основным горным выработкам, %
| Место вспышки (взрыва) | Всего вспышек | Вспышки метана | Вспышки, перешедшие во взрыв | Взрывы угольной пыли | |
|---|---|---|---|---|---|
| метана | метана и угольной пыли | ||||
| Очистные забои | 45,6 | 38 | 5,7 | 1,7 | 0,3 |
| Тупиковые забои подготовительных выработок | 36,5 | 27,4 | 7,0 | 2,0 | 0,1 |
| Действующие участковые и общешахтные выработки | 17,9 | 9,6 | 7,1 | 0,9 | 0,3 |
| Выработки шахты в целом | 100,0 | 75,0 | 19,8 | 4,5 | 0,7 |
Таблица 1.2
Распределение количества вспышек (взрывов) метана и угольной пыли по основным источникам воспламенения, %
| Место вспышки (взрыва) | Взрывные работы | Фрикционное искрение | Аварии электрооборудования | Эндогенные пожары | Курение | Сварочные работы | Прочие источники |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Очистные забои | 34,2 | 45,3 | 14,9 | 3,2 | 0,9 | 0 | 1,5 |
| Тупиковые забои подготовительных выработок | 74,1 | 10,1 | 11,8 | 1,2 | 1,4 | 0 | 1,4 |
| Действующие участковые и общешахтные выработки | 20,1 | 9,6 | 37,3 | 6,2 | 7,7 | 13,4 | 5,7 |
| Выработки шахты в целом | 46,2 | 26,1 | 17,8 | 3,0 | 2,3 | 2,4 | 2,2 |
Второе место по опасности возникновения взрывов занимает фрикционное искрение при работе выемочных, проходческих и буровых машин, а также при обрушении пород кровли в лавах как один из основных источников воспламенения, инициировавший соответственно 21,2, 1,3, 3,3 и 0,3 % (всего 26,1 %) всех зарегистрирован¬ных за рассматриваемый период случаев вспышек (взрывов) на шахтах. При этом, необходимо отметить, что если в очистных забоях в развитые взрывы переходит всего до 1,5 % локальных вспышек метана, инициированных фрикционными искрами при работе выемочных машин, то в подготовительных во взрывы метана и угольной пыли перерастает до 20 % вспышек при работе проходческих комбайнов.
Существенную опасность представляют такие источники воспламенения, как самовозгорание угля в целиках (эндогенные пожары), сварочные работы и курение.
Среди прочих источников воспламенения взрывчатых пылегазовых смесей в шахтах следует особо отметить пожары на конвейерах (загорания приводов, турбомуфт и конвейерных лент). Поэтому выработки, оборудованные конвейерным транспортом, особо опасны в отношении возникновения и распространения по ним взрывов угольной пыли.
Из приведенных в табл. 1.1 данных также следует, что большинство (до 87 %) зарегистрированных случаев взрывов угольной пыли в шахтах было инициировано взрывами метана, тогда как остальные (13 %) возникли при ведении взрывных работ, в частности при детонации открытых (в том числе и накладных) зарядов ВВ. Кроме того, следует отметить, что взрывы угольной пыли имели место на шахтах, разрабатывающих пласты угля различной стадии метаморфизма. При этом в подавляющем большинстве случаев (88 %) принимающая участие во взрыве угольная пыль имела выход летучих веществ более 20 %, а в остальных - от 14 до 20 %.
Взрывы с участием угольной пыли с выходом летучих веществ менее 14 % за рассматриваемый период не зарегистрированы.
Результаты анализа распределения вспышек (взрывов) между очистными и подготовительными забоями (в %) при различных системах разработки на шахтах Донецкого и Львовско-Волынского бассейнов приведены ниже.
| Система разработки | Очистные забои | Подготовительные забои |
|---|---|---|
| Столбовая | 5,3 | 14,4 |
| Сплошная | 14,4 | 17,8 |
| Комбинированная | 26,7 | 21,4 |
Как свидетельствуют представленные данные, при столбовой системе разработки количество вспышек (взрывов), возникших в подготовительных забоях, в 2,7 раза выше, чем в очистных, что является следствием неудовлетворительного проветривания при их проведении и при подготовке выемочного участка. При сплошной системе разработки частота вспышек (взрывов) в очистных и подготовительных забоях примерно одинакова. Однако на ее долю приходится в 1,63 раза больше вспышек (взрывов), чем на столбовую систему. Это объясняется более сложной технологией ведения горных работ при сплошной системе разработки, а также большим объемом необходимых при этом взрывных работ. Характерно, что частота вспышек (взрывов) при сплошной системе разработки практически одинакова в сильно отличающихся друг от друга условиях шахт Донбасса и Кузбасса. На долю комбинированной системы разработки приходится примерно Половина всех вспышек (взрывов), происшедших в очистных и подготовительных забоях.
Анализ возникновения вспышек и взрывов в наклонных выработках (уклонах, бремсбергах, ходках), квершлагах, а также на сопряжениях штреков с ними показал, что взрывоопасные концентрации метана в этих случаях - результат его поступления из заперемычных (непроветриваемых) тупиковых выработок или выработанного пространства из-за нарушения изоляции. Имели также место случаи загазирования таких выработок вследствие внезапного выброса газа или суфлярных выделений.
Следует также отметить существенную взрывоопасность участков с очагами эндогенных пожаров в заперемыченных выработках или в выработанном пространстве.
Для получения количественной оценки взрывоопасности различных горных выработок с учетом источников воспламенения все данные были подвергнуты детальному статистическому анализу.