СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЗРЫВООПАСНОСТИ МЕТАНОПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ ПРИ РАЗРУШЕНИИ УГЛЯ
METHOD OF FORECAST OF EXPLOSION HAZARD OF METHANE DUST MIXES DURING COAL DESTRUCTION

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза взрывоопасное метанопылевоздушных смесей при разрушении угля исполнительными органами комбайнов.
Известен способ прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей, включающий измерение выхода пылевых фракций при различных углеразрушающих шнеках угольных комбайнов, определение удельного пылевыделения в зависимости от выхода летучих веществ и метаноносности угольных пластов. (Проблемы обеспечения высокой производительности очистных забоев в метанообильных шахтах / А.Д. Рубан, В.Б. Артемьев, B.C. Забурдяев и др. - М.: УРАН ИПКОН РАН, 2009. - 396 с.).
Недостатком этого способа является то, что в нем не учитывают содержание петрографических разностей в угольных пластах и минеральных примесей, установление нижнего предела взрываемости угольной пыли и влияние пиритной пыли на снижение температуры взрываемости рудничной пыли.
Известен способ прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей в угольных шахтах, включающий определение метаноносности угольных пластов, выхода летучих веществ, микрокомпонентов петрографического состава угля и минеральных в нем примесейизмерение удельного пылевыделения при работе угольного комбайна и установление критерия взрываемости пыли. (Методические основы проектирования дегазации на действующих и ликвидируемых шахтах / B.C. Забурдяев, А.Д. Рубан, Г.С. Забурдяев и др. - М.: ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, 2002. - 316 с.).
Недостатком данного способа является то, что не выявляются участки угольного пласта, содержащие включения пирита, не определяют содержание материнской пыли в порах угля как наиболее тонкодисперсной и способной при определенных температурных условиях взрываться.
Наиболее близким способом прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей при разрушении угля является известный способ, включающий определение метаноносности угольного массива, выхода летучих веществ, микрокомпонентов петрографического состава угля и минеральных в нем примесей, измерение удельного пылевыделения и установление влияния тонкодисперсной пыли пирита на взрываемость угольной пыли (Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов / А.Д. Рубан, Г.С. Забурдяев, B.C. Забурдяев. Институт проблем комплексного освоения недр РАН. - М.: Наука, 2007. - 279 с., прототип).
Недостатки данного способа заключаются в том, что в нем не учитывают наиболее опасные участки угольного пласта с включениями пирита, содержание материнской пыли в порах угля и объемы свободных угольных частиц пыли, способных при разрушении угля переходить во взвешенное состояние в рудничном воздухе.
Целью изобретения является повышение достоверности прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей в особо опасных по метану и пыли угольных шахтах, где в пластах угля на выемочных участках присутствуют включения пирита, который при термическом разложении выделяет сероводород и снижает температуру воспламенения гибридных смесей из метана, угольной и пиритной пыли, что осложняет безопасность выделения горных работ по факторам газа и пыли.
Поставленная цель достигается тем, что способ прогноза взрывоопасности метанопылевоздушных смесей при разрушении угля в шахтах включает выделение в угольных пластах шахтного поля участков с включениями пирита, определение метаноносности угольного массива, выхода количества летучих веществ, микрокомпонентов петрографического состава угля и минеральных в нем примесей, определение содержания материнской пыли в порах угля и объемов свободных угольных частиц пыли, способных при разрушении угля переходить во взвешенное состояние в рудничном воздухе, измерение удельного пылевыделения и установление критерия взрываемости пыли.
При этом устанавливают количественную взаимосвязь между метаноносностью угольного массива и удельным пылевыделением в зоне разрушения угля исполнительным органом машины. В зоне разрушения угля определяют концентрацию метана и содержание тонкодисперсной пыли угля и пирита, снижающих температуру воспламенения гибридных смесей. Устанавливают количественную взаимосвязь между нижним пределом взрываемости пыли и петрографическими разностями угольного пласта.
Способ осуществляют следующим образом.
На шахтном поле выделяют участки угольного пласта с включениями пирита, определяют метаноносность угольного массива, минерально-петрографический состав угля и количество летучих веществ, измеряют удельное пылевыделение при работе углеразрушающего исполнительного органа комбайна, определяют содержание материнской пыли в порах и трещинах угля и содержание объемов свободных угольных частиц пыли, способных при разрушении угля переходить во взвешенное состояние в рудничном воздухе.
Кроме того, устанавливают взаимосвязь между метаноносностью массива угля и удельным пылевыделением в зоне разрушения угля, где определяют концентрацию метана и содержание тонкодисперсной пыли угля и пирита, присутствие которого при термическом разложении способствует выделению сероводорода и снижению температуры воспламенения гибридных газовых смесей. Устанавливают также количественную связь между нижним пределом взрываемости пыли и петрографическими разностями угольного пласта.
Все упомянутые выше измерения и определения параметров метанопылевоздушных смесей, условий взрываемости гибридных смесей, выхода летучих веществ и минерально-петрографического состава угля, включая его метаноносность и удельное пылевыделение, выполняют в соответствии с рекомендациями нормативно-методических документов в области рудничной аэрологии и петрографии.
Опытные данные по исследованию влияния выхода летучих веществ из углей и петрографических разностей (микрокомпонентов) пластов Кузбасса свидетельствуют о том, что критерий взрывоопасности пылевоздушных смесей при отработке пластов угля с различным вещественно-петрографическим составом определяют по формуле
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>р</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msup><mi>V</mi><mrow><mi>d</mi><mi>a</mi><mi>f</mi></mrow></msup><mo stretchy="false">(</mo><msub><mi>v</mi><mi>t</mi></msub><mo>+</mo><mi>L</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow><mrow><msup><mi>A</mi><mi>c</mi></msup><mo stretchy="false">(</mo><mi>F</mi><mo>+</mo><mi>M</mi><mo stretchy="false">)</mo></mrow></mfrac></mrow>
,
р
где П - критерий (показатель) опасности воспламенения метанопылевоздушных смесей в угольных шахтах при разрушении угля исполнительным органом комбайна;
daf
V - выход летучих веществ из угля, %;
t
V - содержание в угле микрокомпонентов группы витринита, %;
L - содержание в угле микрокомпонентов лейптинита, %;
F - содержание в угле микрокомпонентов групп фюзинита, %;
М - содержание в угле минеральных примесей, %;
с
А - зольность пластов угля, %.
р
Показатель П в изученных условиях изменяется в пределах от 2 до 7.
Установлено, что содержание пыли в отбитом угле во взаимосвязи с метаноносностью угольного пласта линейное, причем с увеличением метаноносности пласта увеличивается содержание пыли в разрушаемом угле, а взрывам угольной пыли обычно предшествуют вспышки и взрывы метана.