Бєлорибкіна Ганна В'ячеславівнa

Гірничий факультет

Кафедра аерології та охорони праці

Специальность «Безпека трудової діяльності»

Дослідження місцевих скупчень метану в гірничих виробках АП «Шахта ім. О. Ф. Засядька» та розробка заходів щодо запобігання їх виникненню та ліквідації

Науковий керівник: к.т.н., проф. Стукало Віталій Антонович

Обгрунтування та актуальність теми

Цілі і завдання дослідження

Огляд існуючих досліджень і розробок по темі

Короткий виклад результатів магістерської роботи

Висновок

Література

Все більш ускладнюються гірничо-геологічні та гірничо-технічні умови відпрацювання вугільних пластів, отже для забезпечення безпеки робіт у шахтах необхідно застосовувати комплекс технічних і організаційних заходів. Одним з основних заходів є попередження утворення, а також своєчасне виявлення та ліквідація місцевих скупчень метану в підготовчих і очисних виробках.

Це пов'язано з тим, що місцеві скупчення утворюються навіть при нормальному провітрюванні виробок і можуть бути причиною аварій, що супроводжуються травмуванням людей і матеріальними збитками. Через місцевих скупчень відбувається більше 80% випадків загорянь метаноповітряної суміші у вугільних шахтах. Крім того, місцеві скупчення метану значно стримують швидкість проведення виробок, що призводить до втрат видобутку вугілля.

Проте, в переважній більшості основні причини виникнення загорянь метану в місцевих скупченнях на багатьох шахтах Донбасу мали також і організаційно-особистісний характер (через відсутність у керівників і виконавців чітких уявлень про ступінь метановзривоопасності, достатніх методах боротьби з ними, належної дисципліни і відповідальності).

Над способами боротьби з цим природним явищем в даний час працює величезна кількість фахівців в області аерології. Тому необхідність дослідження місцевих скупчень метану в умовах шахти ім. О.Ф. Засядько і розробка заходів щодо запобігання їх виникненню та ліквідації, не викликає сумнівів. А також має дуже важливе практичне значення для вугледобувних шахт Донбасу і України в цілому.

Мета роботи — дослідити місцеві скупчення метану в умовах АП «Шахта ім. О.Ф. Засядько» і розробити заходи щодо запобігання їх виникненню та ліквідації.

Завдання, які вирішуються в магістерській роботі:

1. Здійснити аналіз утворення місцевих (об'ємних і шарових) скупчень метану в гірничих виробках шахти.

2. Коригувати схему вентиляції шахти з урахуванням відпрацювання запасів по пластах m3 і l4 в 2012-2015 рр..

3. Виконати прогноз метановиділення у виробки виїмкових дільниць та підготовчі виробки при відпрацюванні запасів.

4. Провести розрахунки:

• витрати повітря для провітрювання шахти при відпрацюванні запасів;

•максимально допустимої за газовим фактором навантаження на очисний забій по пластах m3 і l4 при їх відпрацювання в 2012-2015 рр..

5. Дати обгрунтування необхідності застосування способів і засобів для попередження утворення та ліквідації місцевих скупчень метану в гірничих виробках шахти при веденні гірничих робіт у 2012-2015 рр..

6. Здійснити вибір і обгрунтувати:

• застосування способів і засобів щодо попередження утворення місцевих скупчень метану на виїмкових дільницях шахти;

• параметри способів і засобів попередження утворення та ліквідації місцевих (об'ємних і шарових) скупчень метану на виїмкових дільницях, а також засобами вентиляції в інших гірських виробках шахти.

7. Описати заходи щодо забезпечення безпеки умов при експлуатації способів та засобів попередження утворення та ліквідації місцевих (об'ємних і шарових) скупчень метану в гірничих виробках шахти.

8. Подсчетать витрати на виконання пропонованих заходів щодо попередження утворення та ліквідації місцевих (об'ємних і шарових) скупчень метану.

Об'єкт дослідження — АП «Шахта ім. О.Ф. Засядько», досліджувати місцеві скупчення метану.

Предмет досліджень — місцеві (об'ємні та шарові) скупчення метану в гірничих виробках шахти.

Практична цінність — надані практичні пропозиції щодо попередження виникнення та ліквідації місцевих скупчень метану з урахуванням умов шахти.

Макіївським науково-дослідним інститутом були проведені дослідницькі роботи з виявлення умов формування основних видів місцевих скупчень метану і на основі цього був розроблен комплекс заходів щодо попередження їх утворення і ліквідації. [1]

Системам, способам розробки пластів вугілля, провітрювання шахт, здійснення заходів по правилом безпеки (ПБ) присвячено сотні, якщо не тисячі науково-дослідних робіт, книг, статей та інших публікацій, у тому числі фундаментальних.

Гірничі виробки у вугільних шахтах, як правило, провітрюються турбулентними повітряними потоками. Незважаючи на це, метан, що виділяється у виробці, перемішується з повітрям не відразу. Його концентрації вирівнюються лише на деякій відстані від джерела газовиділення.

Розподіл вмісту метану в вентиляційних струменях залежить від розташування джерела метановиділення у виробці, витрати газу з джерела, швидкості і структури вентиляційного потоку. У зв'язку з можливістю нерівномірного розподілу газу по площі поперечного перерізу виробок у діючих «Правилах безпеки у вугільних шахтах» передбачена норма вмісту метану на місцеві його скупчення. [8]

Місцеві скупчення метану – це скупчення в окремих місцях виробок з концентраціями, що перевищують середню по перерізу виробки. Небезпечними вважаються місцеві скупчення метану з концентрацією 2% і більше. Як правило, при місцевих скупченнях, в тому числі і при небезпечних, середня по перерізу виробки концентрація метану не перевищує норму для даного вентиляційного струменя.

Всі місцеві скупчення метану, які найбільш часто зустрічаються в підготовчих і очисних виробках, можна розділити на основні види: шарові у покрівлі; в порожнинах за кріпленням; у прохідницьких комбайнів; у свердловин; у забоїв підготовчих виробок; у перемичок, що ізолюють виробки і вироблені простори; у бутових смуг у вентиляційних виробках; у сполучень лав з віробками, які погашаються; у видобувних комбайнів; в нішах очисних виробок; під пересувними скребковими конвеєрами; в вуглеспускних скважінах біля місць їх забучіванія. [1]

Під шаровими скупченнями слід розуміти скупчення метану у покрівлі виробок, концентрація яких перевищує середню по перерізу виробки на ділянці довжиною понад 2 м.

Як показали спостереження, шарові скупчення метану у покрівлі утворюються у виробках будь-якого перетину з різними видами кріплення при невеликих швидкостях руху повітря.

Шари можуть мати протяжність кілька десятків метрів, а вміст метану в них досягає вибухонебезпечних меж навіть при невеликому газовиділенні і нормальному провітрюванні виробітки. Товщина шарових скупчень при концентрації метану, що дорівнює 5%, як правило, не перевищує 0,3 м (рис. 1, 2). [12]

У зв'язку з серйозною небезпекою шарових скупчень метану у покрівлі гірських виробок дуже важливо своєчасно їх виявити і ліквідувати. З огляду на це, на всіх шахтах, небезпечних щодо газу, не рідше одного разу на квартал начальником дільниці ВТБ і геологом шахти повинен бути складен перелік ділянок підготовчих виробок, небезпечних за шаровим скупчень метану.

Цей перелік відповідно до вимог Правил безпеки необхідно узгоджувати з дільничним гірничотехнічним інспектором і затверджувати у головного інженера шахти. [8]

Небезпечні по шаровим скупченям метану дільниці повинні бути в першу чергу встановлені по всіх тупиковим підготовчим виробкам, що проводяться по вугільних пластів і по породі, в виробках, які погашаються, а також у виробках, що провітрюються за рахунок загальношахтної депресії і прилеглих до очисних вибоїв.

Результати досліджень умов утворення шарових скупчень метану показують, що основними ознаками, за якими виробки слід відносити до небезпечних щодо метановим шарам, являются такі: середня швидкість повітря у виробках менше 1 м/с; наявність у виробках розривних геологічних порушень; в покрівлі виробок на відстані до 10 м залягають вугільні пласти або пропластки; у виробках є діючі суфляри. [10]

З урахуванням цих ознак у таблиці 1 надан перелік ділянок виробок, що проводяться по вугільних пластів і по породі. Їх слід відносити до небезпечних за шаровим скупчень. На цих ділянках необхідно проводити контроль за шаровими скупченнями.

Таблица 1.–Перелік ділянок виробок, небезпечних за шаровим скупченям метану, шахти ім. О.Ф. Засядько на 4 квартал 2010 р

До загазування відносяться всі випадки перевищення норм концентрації метану в поперечному перерізі гірських виробок у світлі й у відкритих, не закладених породою або іншими матеріалами куполах.

Всі випадки загазувань гірничих виробок шахти, незалежно від їх тривалості, начальник дільниці ВТБ, його заступник, або помічник протягом доби повинен реєструвати у «Книзі вимірів метану та обліку загазувань (підвищених концентрацій вуглекислого газу)».

Відповідальний інженерно-технічний працівник шахти, а при його відсутності гірничий диспетчер, зобов'язан в «Книзі розпоряджень по шахті» письмовим розпорядженням призначити відповідальних за безпечне розгазування та розслідування причин загазованості.

Зміст «Книги вимірів метану та обліку загазування» складається з таких пунктів:

• дата і час виявлення загазованості (година, хвилини); найменування пласта, ділянки, виробки;

• вміст метану в місці загазування,%;

• місце вимірювання, максимальна концентрація, крім того вказується вид загазування (місцевий, шарове або загальне) і місце загазування (призабійний простір, куточок), купол за кріпленням, поєднання лаві з вентиляційним штреком;

• причина загазованості (технологічна, аварійна);

• тривалість загазування (годин, хвилин), крім того визначається час, що минув з моменту виявлення загазованості (визначається в ході розслідування причин загазованості) до повного розгазування;

• втрати через загазування: у проведенні виробок (м), видобутку (т);

• підписи відповідальних осіб за: розгазування; розслідування, заходи щодо запобігання загазувань;

• підписи начальників технологічної ділянки та ділянки ВТБ; підпис головного інженера шахти. [10]

На підставі даних «Книги вимірів метану та обліку загазування» шахти ім. О.Ф. Засядько було проведено аналіз причин загазувань виробок, поданий у таблиці 2.

При аналізі загазування були встановлені:

сумарна кількість загазування, що відбулися за аналізований період на виїмкових дільницях, на конвеєрних штреках і на сполуках очисних виробок з вентиляційними штреками і окремо з причин технологічними та аварійними;

сумарна кількість випадків загазування, що відбулися за аналізований період у тупикових виробленнях, і окремо з причин технологічними та аварійними;

середня тривалість загазування кожної групи по об'єктах (виїмкових дільниць, тупикових виробок);

кількість аварійних загазування за видами (місцевих, шарових, загальних);

частота аварійних і технологічних загазування виїмкових дільниць та тупикових виробок. [7]

Всі випадки аварійних загазування повинні розслідуватися протягом доби. [10]

При високому метановиділенню на ділянках шахти ім. О.Ф. Засядько основним способом боротьби з місцевими скупченнями метану в тупиках вентиляційних виробок, які погашаються є ізольоване відведення метану з вироблених просторів за допомогою газовідсасуваючих установок.

Сутність способу полягає в тому, що метаноповітряна суміш по жорстких вентиляційних трубах або неподдержіваемих виробках відводиться за межі ділянки, де в камері змішувача розбавляється до безпечної концентрації. Усунення скупчень газу забезпечується за рахунок відсмоктування метаноповітряної суміші з вмістом метану, що не перевищує нижньої межі вибуховості, за допомогою високопродуктивних джерел тяги – відцентрових газовідсасуваючих вентиляторів. Основні схеми відведення метану наведено на рис. 3 та рис. 4. [9]

1 - вентилятор; 2 - трубопровід, 3 - камера змішувача; 4 - всмоктувальний патрубок; 5 - дощата перемичка.

1 - вентилятор; 2 - трубопровід, 3 - змішувач 4 - газовідвідна виробка; 5 - чуракова або бетонітова перемичка.

Схема відведення метану з використанням трубопроводу великого діаметра (див. рис. 3) забезпечує високу ефективність, а також можливість контролювати і підтримувати необхідний стан газовідвідного трубопроводу. Така схема може застосовуватися на пластах, схильних до самозаймання, тому що робота газовідсасуваючої вентиляторної установки впливає тільки на інтенсивно провітрювану частину виробленого простору, не посередньо прилеглу до привибійного простору.

У тих випадках, коли відсутня можливість прокладки трубопроводу необхідного діаметра в діючих виробках, можуть застосовуватися схеми відводу газу по непідтримувані, у виробленому просторі виробках, що залишають (див. рис. 4). У результаті відведення метану по непідтримуваним виробках забезпечується при невеликих витратах усунення небезпечних скоплень газу на сполученні лави з вентиляційним штреком. [9]

Види схем газовідводу для шахти ім. А.Ф. Засядька представлені на рис. 5.

а - в початковому періоді відпрацювання поверху по пласту l1; б - при зниженні пропускної здатності відрізка вентиляційного штреку між лавою і фланговим вентиляційним хідником (даний відрізок штреку вже не підтримується); в - у початковий період відпрацювання поверху по пласту m3; г - в основний період відпрацювання поверху по пласту m3, коли ще можливе надходження метаноповітряної суміші від лави до проміжного вентиляційному ходку; д - на завершальній стадії відпрацювання поверху по пласту m3, коли рух повітря від лави в бік проміжного ходка, практично, неможлив.

В результате научных исследований :

- обгрунтована технологія ведення дегазаційних робіт у високонавантаженої лаві, відпрацьованої зворотним ходом у складних гірничо-геологічних умовах. Основним способом дегазації очисних вибоїв у цьому випадку слід вважати ізольований відвід метаноповітряної суміші з погашеної частини вентиляційного штреку. [ 5 ]

- наведено результати досліджень зміни коефіцієнта витоків повітря в залежності від зміни витрати повітря через лаву. Дослідження проведені у виробках двох виїмкових дільниць шахти ім. О.Ф. Засядько. [ 3 ]

- обгрунтована доцільність використання зворотноточної системи провітрювання з відводом метану на фланг по непідтримуваній виробці при розробці пласта l1, а така схема на пласті m3 допоможе зняти проблему з метаном за рахунок сприятливих умов для ізольованого газовідводу. [ 4 ]

- наведено розрахунок граничних навантажень на забої по метановиділенню в очисні виробки. Показано, що навантаження забезпечують економічну ефективність роботи лави, можуть бути забезпечені за газовим фактором за умови збільшення швидкості повітря в очисних виробках до 6 м/с. Також даний метод розрахунку аеродинамічного опіру неконтрольованих виробок, що дозволяє проектувати ізольоване відведення метану з вироблених просторів по цих виробках. [ 2 ]

Професія гірника у всьому світі вважається однією з найнебезпечніших. Найсерйозніша в незалежній України аварія сталася на шахті ім. О.Ф. Засядько. Внаслідок трьох вибухів метано-повітряної суміші, що сталися 18 листопада, 1 і 2 грудня, 2007року загинули 106 людей (101 гірник і 5 рятувальників)… [11]

На багатьох шахтах процеси вентиляції визначають навантаження на очисні вибої і темпи проведення виробок. Особливістю гірничого виробництва є постійно мінливі умови робіт. Гірський інженер повинен уміти передбачати ці зміни і в короткі строки приймати правильні рішення по забезпечню робочих місць необхідною кількістю чистого повітря і організації ефективного видалення шкідливих газів і пилу. В умовах виникнення таких аварійних ситуацій, як вибухи метану, прийнятий вентиляційний режим повинен забезпечити порятунок захоплених аварією в шахті людей і її якнайшвидшу ліквідацію. [13]

При написанні даного реферату магістерська робота ще не закінчена. Остаточне завершення: грудень 2011 Повний текст роботи та матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

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. 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. 4. Бокий Б.В. Оценка эфективности схем проветривания добычных участков шахты им. А.Ф. Засядько // Проблемы экологии, 2000. – №1. – С. 68–71.
5. 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. 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. 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. 8. Правила безопасности в угольных шахтах.– К.: 2010. – 398с.
9. 9. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – К., 1994г.
10. 10. Сборник инструкций к «Правилам безопасности в угольных шахтах». – К.: 2003, том 1. – 478с.
11. 11. Статья «Стали известны причины аварии на шахте им. Засядько» http://delo.ua/ukraine/stali-izvestny-prichiny-avarii-62525/
12. 12. Учебное пособие. Способы борьбы с местными скоплениями метана в подготовительных выработках угольных шахтах. Донецк, Донбасс, 2002, 67 с.
13. 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.