Контроль за состоянием окружающей среды по вопросу неорганизованного выхода газов на опасных участках ликвидируемой шахты, должен осуществляться ведением непрерывного автоматического замера. Для отвода газа из ликвидируемых шахт, невозможно применение более распространенных типовых схем.
         Как показывает опыт таких угледобывающих стран, как Англия, Германия, Франция и Бельгия, интенсивность и объемы извлечения газа метана из выработанных пространств ликвидируемых (закрываемых) шахт настолько велики, что использование его в качестве источника энергии экономически оправдано.
         На угольных шахтах в Донбассе же извлечение и использование газа метана целесообразно только в определенных условиях – где расположение горных выработок на антиклиналях и куполах с высокой трещиноватостью горных пород, большие объемы незатапливаемых выработок, высокая газообильность шахты в последний год ее эксплуатации (более 20 м3/мин). Но такие горно-геологические условия имеют не более 10% угольных шахт, планируемых к ликвидации в ближайшие годы [1].
         Анализ таких горно-геологических условий показал, что при проведении пробных (работы велись несколько десятилетий назад) дегазационных работ по добыче газа метана обнаружилась новая проблема. Из-за недостоверности планов горных выработок проводимые работы показали, что значительное количество пробуренных скважин не попало на подготовительные выработки и не могло быть использовано для дегазации. Несмотря на то, что число скважин пробуривалось с запасом. А эти работы требовали значительных финансовых затрат. Эти недостатки были вызванные весьма достоверной геолого-макшейдерской документацией, а в некоторых случаях – отсутствием архивов горной документации, которая должна быть всегда надежно хранимой. На сегодняшний день такие работы не проводятся из-за отсутствия проектов и финансирования на их выполнение и проведение дегазационных работ.
         Совершенно очевидно, что периодичность и длительность дегазации в каждом отдельном случае требует упрощений. Необходимы и соответствующие технико-экономические обоснования. Хотя уже сейчас имеются данные о том, что откачка газа метана из горных выработок и использование его в хозяйственных целях экономически целесообразна в течение 5-7 лет, а затем по мере уменьшения газа становится убыточной, но необходимой по условиям безопасности и охраны окружающей среды.
         Но проблема газовыделения осталась актуальной и на сегодняшний день, а особенно при ликвидации (закрытии) угольных шахт. Так, при завершении выемки угля газоотдача из горного массива, которая находится под влиянием ведения очистных работ, постепенно уменьшается, но еще остается довольно высокой в течение нескольких десятилетий. Так, например, спустя более 20 лет после закрытия шахт «Томашевская-Северная», «Томашевская-Южная» в п. Новодруженск Луганской области происходит загазирование земной поверхности через незатампонированные скважины и трещины в горных породах. Подобное явление наблюдается и на полях ликвидированных угольных шахт, расположенных в г. Первомайске [2]. Ученые и специалисты занимаются этой проблемой и сегодня.
         Так, казахские специалисты-грняки установили динамику изменения процесса газовыделения из массива и выработанного пространства во времени. Ими было доказано, что поступление газа метана на дневную поверхность с дебитом 5-10 м³/мин из выработанных пространств одной ликвидируемой шахты может продолжаться 10-20 лет, а с меньшим дебитом еще больше.
         По степени опасности выделения газа метана земная поверхность горных отводов газовых угольных шахт должна разделяться на неопасные, угрожаемые и опасные участки (зоны).
         К неопасным участкам относятся площади, в пределах которых нет, и не ожидается выделение газа метана.
         К угрожаемым участкам по выделению газа метана на дневную поверхность относятся зоны над выходами пород, залегающих над выработанным пространством угольных пластов в замковых частях антиклиналей, и в радиусе 20-25 м над устьями погашенных горных выработок, имеющих выход на дневную поверхность.
         Основными частями миграции газа метана к поверхности могут быть водоносные трещиноватые горные породы, прежде всего на тех участках, где мощность наносов не превышает 10м; трещины тектонических нарушений в зонах всех выходящих на поверхность надвигов; ликвидированные выработки, имевшие выход на дневную поверхность, незатампонированные или плохо затампонированные дегазационные скважины. Все эти зоны уточняются МакНИИ и наносятся на геологическую карту участка шахтного поля ликвидируемой шахты. Часто к этим зонам относятся участки в районе жилых домов, которые расположены на территории подработанной горными работами ликвидированной шахты [3].
         К опасным зонам земной поверхности относятся территории, в пределах которых обнаружены выделения газа метана.
         Проведение участков земной поверхности ликвидируемых угольных шахт по степени опасности выделения метана проводится по специальной методике, но не реже одного раза в три года, а при наличии угрожаемых или опасных зон выделения метана такая оценка приводится каждый год.
         Установление границ зон и степень их опасности по выделению газа метана проводится летом (до 1 сентября) специально созданной комиссией. Об установленных границах опасных зон в десятидневный срок ставятся в известность районные и городские Советы народных депутатов, где находятся ликвидируемые шахты.
         Неорганизованный выход газа метана на дневную поверхность в основном происходит при прекращении проветривания горных выработок, засыпки стволов и затоплении горных выработок, что способствует повышению давления газа в замкнутых объемах и стремление его найти выход на дневную поверхность. Такая опасность особенно возрастает в дни падения атмосферного давления в зимнее время, когда газопроницаемый почвенный слой сохраняется только под зданиями, где он не промерзает.
         Выходя на поверхность, газ метан может скапливаться в подвалах жилых домов и других помещениях, что неоднократно было причиной возникновения пожаров, взрывов и травмирования при этом людей.
         На основе проведенного анализа горно-геологических и горнотехнических условий территории ликвидируемой шахты определяются условия возможного проникновения газа метана на земную поверхность через вскрывающие горные выработки, тектонические или другие геологические нарушения, выходящие на дневную поверхность. После чего устанавливаются наиболее вероятные места возможного проникновения газа метана и степень их опасности. Места возможного проникновения газа метана на дневную поверхность определяется в соответствии с «Инструкцией по защите зданий и сооружений от проникновения метана». Инструкция является обязательной для шахт второй категории по газу метану и выше [4].
         В соответствии с требованиями «Инструкцией по защите зданий и сооружений от проникновения метана» контроль за выделением газа метана на территории, ликвидируемой угольной шахты должен осуществлять правопреемник. Опыт ликвидации шахт Стахановского региона, свидетельствует, что систематический контроль за выделением метана на угрожаемых территориях необходимо вести не менее 6 лет со времени прекращения проветривания шахты. А вот вопрос контроля выделения метана на затопленных ликвидируемых шахтах остается еще недостаточно изученным.
         Особую опасность при ликвидации угольных шахт представляет метан при их затоплении, вытесняемый к земной поверхности водой. В этих условиях увеличивается число опасных зон. Обследования территорий горных отводов ликвидируемых (закрытых) шахт Стахановского региона Луганской области специалистами МакНИИ и замерами, произведенными службами шахт, доказано, что количество опасных и угрожаемых зон по выделению метана на поверхность значительно превысило определенное ранее проектами, а их границы постоянно расширяются. В угрожаемых и опасных зонах шахт «Центральное Ирмино», «Замковская», «Брянковская» оказалось около 2000 жилых и 300 административных зданий. В заглубленных частях этих зданий выявлены взрывоопасные концентрации метана, а в почвенном воздухе они составляют 15-25%, достигая в отдельных случаях 40-60% [2, 5].
         Предотвращение неконтролируемого выхода шахтных газов на дневную поверхность, поступления их в подземные сооружения, подвалы жилых домов, погреба частного сектора осуществляется организованный их отвод через установленные дегазационные трубопроводы, закладываемые при ликвидации стволов, а также через специально пробуренные дегазационные скважины в опасных и угрожаемых зонах. Для отвода газа из ликвидируемых шахт применяются наиболее распространенные типовые схемы, которые показаны на рис. 1

Рисунок 1 – Примерные схемы организованного выпуска газа

         Сущность такой схемы заключается в том, что в верхней части вскрывающих горных выработок в закладочном материале размещают газоотводящую трубу. Ну, а те выработки, которые имеют выход на дневную поверхность, по возможности подлежат дополнительной изоляции в виде тампонирования, включающую выход газа на дневную поверхность [6]. Дополнительными мерами для предотвращения неорганизованного выхода метана на дневную поверхность возможно бурение (см. рисунок 1) скважин до пересечения с выработками верхнего горизонта. Эффективность подобной меры экспериментально доказана. Дегазация выработанного пространства ликвидируемой шахты осуществлялась с помощью передвижной вакуум-насосной установки ВВН-12 с автономным приводом. Содержание метана в смеси газов составляло 30-33%. Уровень давления газа в выработанном пространстве было снижено до уровня, близкого к атмосферному, и выделение его на дневную поверхность прекратилось. Замеры содержания СН₄ и СО₂ в почвенном воздухе показали, что их концентрация постепенно снизилась до фоновых значений (было 22,3% и 21,1% соответственно). После проведения дегазации, менее чем через полгода все нормализовалось.
         При ограничении контроля воздействия на окружающую среду необходимо учитывать тол обстоятельство, что в результате организации газодинамического мониторинга в зоне проводимых работ был выявлен скачкообразный динамический характер процесса неконтролируемого выделения газа на земную поверхность. Это объяснялось колебаниями атмосферного давления и обрушениями пород в выработанных пространствах шахты [7].
         Безусловным является выполнение требований вышеназванной «Инструкции …» по организации ежемесячного контроля содержания метана переносными приборами и ежеквартального анализа проб воздуха работниками ГВ ГСС на территориях возможного выделения газа, где находится большое число одноэтажных домов с подвалами и хозяйственными постройками. Жителям под расписку вручаются «Памятки об основных мерах предупреждения скопления метана в жилых и подсобных помещениях».
         В этой памятке производится описание признаков, сопутствующие выделению газа метана. Так, выделению метана на дневную поверхность зачастую предшествует уход воды из колодцев, а в местах выделения метана на поверхность наблюдаются полосы «окисленной почвы», где она становится слипшейся, серой, а растительность погибает. Зимой в этих местах образуются проталины.
         Кроме того, проникающий в здания и жилые помещения газ метан может быть причиной постоянных головных болей, особенно, после сна в слабо проветриваемых комнатах. Наблюдается также необычное беспокойное поведение домашних животных, которые содержатся также в плохо проветриваемых помещениях. Во избежание этого в памятке даются общие рекомендации по проветриванию подвалов и подполов жилых домов. Для жителей первых этажей, проживающие в угрожаемых и опасных зонах выделения газа метана, производится обеспечение переносными приборами контроля содержания метана, организовываются пункты обмена и проверки исправности этих приборов.
         Кроме газа метана реальную опасность представляет и углекислый газ, вытесняемый из горных выработок при их затоплении. Были зарегистрированы случаи гибели людей от отравления углекислым газом. В связи с этим необходима методика защиты поверхности горных отводов ликвидируемых шахт от скопления углекислого газа, подобно защите от проникновения метана.
         Необходимо иметь ввиду, что контроль за наличием газа в жилых помещениях затруднен из-за социально-бытовых обстоятельств.
         Опыт работ по предотвращению неорганизованного проникновения газа на дневную поверхность показывает, что появление метана в почвенном воздухе значительно опережает загазирование помещений. Поэтому специалисты считают, что можно, во всяком случае в летний период, ограничиться изменением СН₄ и СО₂ в почве и что это положение следует узаконить путем внесения соответствующих изменений в «Инструкцию …».
         Таким образом, контроль за состоянием окружающей среды по вопросу неорганизованного выхода газов из ликвидируемой угольной шахты в здания, жилые дома, подземные или углубленные сооружения, расположенные на опасных участках ликвидируемой шахты, должен осуществляться ведение непрерывного автоматического замера. Такие замеры производятся посредством стационарных автоматических приборов контроля по содержанию метана и углекислого газа в атмосфере, т.е. должен осуществляться постоянный мониторинг на длительное время.

Библиографический список

1. Касимов О.И., Касьянов В.В., Радченко В.В. опыт и перспективы использования метана, выделяющегося из закрытых шахт // Уголь Украины – 2001 - № 4 – С. 38-40.
2. Ермаков В.Н., Петренко С.Я., Касимов О.И., Кочерга В.Н. О предотвращении выделения газов из ликвидируемых шахт Стахановского региона // Уголь Украины – 1999 - № 5 – С. 15-17.
3. Кузьмин Д.В., Силаев Н.Н., Михайлов В.И. О метановыделении за пределами выемочных участков из старых ранее отработанных горизонтов. (Борьба с газом, пылью и выбросами в угольных шахтах.) – МакНИИ, 1972 – вып. 8.
4. Инструкция по защите зданий и сооружений от проникновений метана: МакНИИ, 1986 – 60 с.
5. Семенов А.П., Петренко С.Я., Касимов О.И., Кочерга В.Н. Метановыделении из остановленных выемочных участков и ликвидированных шахт // Уголь Украины – 2001 - № 2-3 – С. 24-27.
6. Технология закрытия (ликвидации) угольных шахт: Учеб. Пособие вузов / Под редакцией докт. техн. Наук проф. Ярембаша И.Ф. – Донецк: Норд-Пресс, 2004. – 238с.
7. Циганек И., Ярембаш И.Ф., Ворхлик И.Г., Нестеренко Б.И., Пилюгин В.И. О мерах по предотвращению скоплений метана при ликвидации шахт // Проблемы экологии – 1998 - № 1 – С. 42-44.

© ДонНТУ 2008 Нелепа Е.Ю.