Анализ показывает, что приблизительно 70 % аварий на угольных шахтах происходит в пределах выемочных участков, где сосредоточено наибольшее количество людей и горной техники. Из-за пожаров, взрывов метана и угольной пыли возникают обруше¬ния пород кровли, в результате образуются искусственные тупиковые выработки, которые аэродинамически связаны с отработанным пространством - основным источником поступления метана. Длина искусственных тупиковых выработок может достигать 1,5 км, а метановыделение в них - 30 м /мин. В обычных (создавшихся естественным путем) тупиковых выработках такого большого газовыделения не бывает.
На практике искусственные тупиковые выработки проветривают как и обычные. Примером может служить авария на выемочном участке 11-й южной лавы шахты "Краснолиманская". В результате взрыва, обрушения пород и затопления части выработок образовались тупиковые, связанные с выработанным пространством. По одной из них горноспасатели пытались добраться до пострадавших. Она проветривалась общепринятым нагнетательным способом, подача вентилятора местного проветривания 1000 м /мин. Зафиксированное выделение метана составило 25 -28 м3/мин, концентрация его в устье тупиковой выработки была 3 %, на расстоянии 800 м от устья - 8,5 %.
Из расчетов следовало, что для нормализации проветривания рассматриваемой тупиковой выработки необходимо проложить пять - шесть трубопроводов диаметром 1 - 1,2 м, однако в близрасположенных выработках нет для этого места. Недостаток нагнетательного способа состоит также в том, что загрязненная продуктами горения струя движется по выработке, а по трубопроводу - свежий воздух. Люди, пребывая в критической ситуации, нередко нарушают герметичность трубопровода для получения доступа к свежему воздуху.
В НИИГД "Респиратор" разработана специальная система проветривания тупиковых выработок с высокой газообильностью (рис. 1). Она включает вентилятор местного проветривания, гибкий и жесткий (металлический) трубопроводы, отсекающую перемычку 3 и запирающий шлюз, состоящий из перемычек 7 и 1. Назначение перемычки 3 из плотной ткани или пленки - предотвратить поступление метана и продуктов горения в рабочее пространство за счет гашения конвективных потоков. Перемычки 7 и 8 - это обычные шахтные перемычки с дверью для прохода людей, в каждой из которых есть вентиляционное окно для движения воздуха.
Рис. 1. Система проветривания тупиковых выработок метановыделением более 5 м3/мин: 1 и 2 - нагнетательный вентилятор и трубопровод; 3 - отсекающая перемычка; 4 - направления движения вредных компонентов и воздуха в тупиковой выработке; 5 - газоотводный трубопровод; 7 и 8 - перемычки с дверями дублирующая и запирающая; 9 - направление движения воздуха в месте установки |нагнетательного вентицятора.
Система функционирует следующим образом. Свежий воздух поступает в выработку по трубопроводу 2. Поскольку ее устье перекрыто запирающими перемычками, в ней образуется зона повышенного давления воздуха. Из этой зоны воздух выводится двумя путями: через вентиляционное окно в запирающих перемычках и по жесткому газоотводящему трубопроводу.
Депрессию запирающего шлюза и, как следствие, давление воздуха в тупиковой выработке регулируют путем перекрытия части вентиляционного окна. Депрессию рекомендуется принимать примерно 25 % депрессии вентилятора местного проветривания. Как показали исследования, поступление воздуха в тупиковую выработку в этом случае уменьшается на 8 - 10 %. При достаточной пропускной способности газоотводящего трубопровода метан и продукты горения не будут попадать в проветриваемую зону.
Критерием эффективности работы системы проветривания служит неравенство
где к - коэффициент, учитывающий неплотности на стыках звеньев трубопровода; в зависимости от длины трубопровода принимается: 1,2 - при длине 600 м, 1,5 - при длине 1 км и 2,1 - при длине 1,5 км; q- количество метаносодержащей смеси, подходящей к отсекающей перемычке, м3/мин; &eta - доля указанной смеси, которую планируют отводить по жесткому трубопроводу; Qг.т - расход смеси в газоотводном трубопроводе, м3/мин,
hш - депрессия запирающего шлюза, даПа; Rт - аэродинамическое сопротивление газоотводного тру-бопровода, определяется в соответствии с Руководством.
Диаметр газоотводного трубопровода зависит от его длины, расхода в нем газовоздушной смеси и депрессии запирающего шлюза. Расчеты показали, что при депрессии шлюза 200 даПа и расходе смеси 30 м3/мин диаметр трубопровода может быть принят 0,4 м при его длине 600 м, диаметр 0,5 м - при 1 км и 0,6 м - при 1,5 км.
Создание в тупиковой выработке зоны повышенной: давления воздуха позволяет существенно обезопасить веде¬ние аварийно-спасательных работ, что достигается за счет следующих факторов:
Таким образом, с помощью разработанной системы проветривания газообильных тупиковых выработок можно снизить содержание метана до допустимо го уровня и повысить безопасность и эффективность ведения аварийно-спасательных работ в угольны шахтах.