СПОСОБ ПРОГНОЗА ВЗРЫВООПАСНОСТИ МЕТАНОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В ШАХТАХ
FORECASTING OF EXPLOSIVE RISKS FOR METHANE-AIR MIXES IN MINES

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано для прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в шахтах.
Известен способ прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей, включающий измерение метаноносности пластов угля, определение метанообильности шахты, регистрацию вспышек и взрывов метана на шахтах России и установление частоты аварийных по метану ситуаций на пологих и крутых месторождениях угля. (Оценка ресурсов и объемов извлечения метана при подземной разработке угольных месторождений России / А.Д. Рубан, B.C. Забурдяев и Г.С. Забурдяев. - М.: Институт проблем комплексного освоения недр РАН, 2005. - 152 с.).
Недостатком этого способа является то, что оценку взрывоопасности метановоздушных смесей осуществляют в целом по угольным месторождениям без учета особенностей отдельных наиболее опасных по метану газовых шахт.
Известен способ прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в угольных шахтах, включающий измерение метаноносности пластов угля, определение метанообильности выработок угольных шахт, регистрацию вспышек и взрывов метановоздушных смесей на угольных шахтах и частоты аварийных по метану ситуаций в шахтах при отработке месторождений угля (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 этого способа является то, что данные о вспышках и взрывах метановоздушных смесей на шахтах угольного месторождения приведены без учета особенностей наиболее опасных метанообильных шахт, то есть не учитывают совместное влияние факторов газа и пыли, их объемы и содержание на условия взрываемости.
Наиболее близким способом прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей является способ, включающий измерение метаноносности пластов угля, определение метанообильности угольных шахт, регистрацию вспышек и взрывов метана и установление частоты аварийных по метану ситуаций, происходивших на шахтах России (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., прототип).
Недостаток данного способа заключается в том, что оценку взрывоопасности метановоздушных смесей осуществляют в целом по угольным месторождениям государства без учета особенностей отдельных наиболее опасных по метану угольных шахт, в частности при наличии опасных скоплений свободного метана на выемочных полях и участках горного отвода шахты, что не способствует повышению безопасности ведения подземных работ по газовому фактору.
Целью изобретения является повышение достоверности прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в особо опасных по метану газовых шахтах, на выемочных участках которых присутствуют скопления свободного метана с интенсивным его выделением в выработки выемочных участков.
Согласно изобретению поставленную цель достигают тем, что в способе прогноза взрывоопасности метановоздушных смесей в угольных шахтах, включающем измерение метаноносности пластов угля, определение метанообильности выемочных участков, регистрацию вспышек и взрывов метана на шахтах углегазовых месторождений в течение времени их работы и установление частоты аварийных по метану ситуаций, на шахтных полях выделяют выемочные участки с различными горнотехническими условиями разработки, метанообильность участков определяют по метаноносности угольных пластов и объемам выделяющегося свободного метана и устанавливают показатель вырывоопасности метановоздушных смесей.
Показатель взрывоопасности метановоздушных смесей в шахтах углегазового месторождения определяют по формуле
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>м</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mi>T</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>м</mi></msub></mrow>
где
- показатель взрывоопасности метановоздушных смесей;
<mrow><msub><mi>N</mi><mi>в</mi></msub></mrow>
- число взрывов и вспышек метана за период времени T;
<mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub></mrow>
- число отработанных выемочных участков.
Показатель взрывоопасности метановоздушных смесей на выемочных участках метанообильных шахт определяют с учетом объемов выделяющегося свободного метана.
Частоту аварийных по метану ситуаций на выемочных участках, содержащих скопления свободного метана, определяют по наибольшей ее величине в интервалах исследованной метанообильности шахт углегазового месторождения.
Способ осуществляют следующим образом.
На горном отводе угольной шахты выделяют выемочные участки с различными горнотехническими условиями разработки, включая геологические нарушения (взбросы, сбросы, пликативные и дизъюнктивные нарушения, геологические пустоты с метаном и прочие скопления метана в угольных пластах и породах), измеряют метаноносность пластов угля, определяют метанообильность выемочных участков по измеренной метаноносности пластов угля и объемам выделяющегося на участке свободного метана. При этом регистрируют количество вспышек и взрывов метана на шахтах углегазового месторождения в течение времени их работы и устанавливают частоту аварийных по метану ситуаций, то есть определяют показатель взрывоопасности метановоздушных смесей.
Метаноносность пластов угля определяют на действующих шахтах путем проведения газовоздушных съемок в проводимых подготовительных выработках, либо по метаносодержанию в кернах угля, отобранных из пласта в шахтах. Допускается использование ее величин, измеренных в процессе геологической разведки месторождения в соответствии с рекомендациями нормативного документа путем отбора образцов угля в виде кернов и определения в них содержания метана в лабораторных условиях.
Метанообильность выемочных участков устанавливают по фактическим данным путем проведения газовоздушных съемок, либо прогнозом в соответствии с положениями нормативных документов по измеренной метаноносности разрабатываемого и сближенных пластов угля. Объемы выделения метана из угля и пород вблизи закрытых или открытых геологических нарушений и геологических пустот определяют прогнозом с учетом их геометрических параметров, газового давления и степени возможной дегазации горного массива вблизи нарушений. Объемы свободного метана в угольных пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа, определяют по фактическим данным ранее произошедших газодинамических явлений, либо по результатам измерения газового давления, исследования структуры угольного вещества и определения показателей содержания метана в нем по константам уравнения Лэнгмюра.
Показатель взрывоопасности метановоздушных смесей в угольных шахтах в целом по углегазовым месторождениям устанавливают по фактическим случаям зарегистрированных вспышек и взрывов метана в процессе работы шахт и числу отработанных выемочных участков за весь период работы шахт на разрабатываемом месторождении угля.
Показатель взрывоопасности метановых смесей на выемочных участках высокометанообильных шахт в сложных условиях залегания пластов угля и скоплений свободного метана в углепородном массиве устанавливают с целью прогноза наиболее опасных ситуаций по взрывоопасности метана в угольных шахтах по формуле
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>м</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>N</mi><mi>в</mi></msub></mrow><mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub><mi>T</mi></mrow></mfrac><mo>,</mo></mrow>
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>м</mi></msub></mrow>
где
- показатель взрывоопасности метановоздушных смесей;
<mrow><msub><mi>N</mi><mi>в</mi></msub></mrow>
- число взрывов и вспышек метана за период времени T;
<mrow><msub><mi>N</mi><mrow><mi>у</mi><mi>ч</mi></mrow></msub></mrow>
- число отработанных выемочных участков.
<mrow><msub><mi>П</mi><mi>м</mi></msub></mrow>
Таким образом, показатель
необходим для своевременного принятия технико-технологических решений по обеспечению безопасности ведения горных работ по газовому фактору, то есть своевременного исключения предпосылок к вспышкам и взрывам метановоздушных смесей в газовых шахтах.