Очаги самовозгорания угля в целиках и борьба с ними

II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

УДК 622.822.22

А.Я. Каминский

В.В. Колыхалов

П.А. Шлапаков

Е.Р. Жолудев

Очаги самовозгорания угля в целиках и борьба с ними

Приведены закономерности возникновения и развития очагов самовозгорания угля в целиках и рекомендации по их предупреждению.

Ключевые слова: ОЧАГ, САМОВОЗГОРАНИЕ УГЛЯ, ЭНДОГЕННАЯ ПОЖАРООПАСНОСТЬ, МЕЖЛАВНЫЕ ЦЕЛИКИ, ТРЕЩИНОВАТЫЕ УГОЛЬНЫЕ МАССИВЫ, ПРИЧИНЫ, МЕРОПРИЯТИЯ, УПРОЧНЕНИЕ, ТАМПОНАЖ, УКРЕПЛЯЮЩИЙ СОСТАВ

Разработка пологих и наклонных пластов угля, склонных к самовозгоранию, подземным способом в настоящее время осуществляется длинными столбами по простиранию с полным обрушением кровли. Размеры выемочных столбов составляют 200...250 м по падению и 2...3 км по простиранию. Значительная длина выемочных столбов обусловливает необходимость нарезки штреков спаренными выработками. Отработка лав производится в течение длительного периода (более года). В течение всего этого времени угольный целик находится в условиях повышенной эндогенной пожароопасности. Эндогенная пожароопасность межлавных ленточных угольных целиков аналогична как по геомеханическим, так физико-химическим факторам, характерным для целиков угля, расположенных между капитальными воздухоподающими выработками (наклонными стволами). Уровень эндогенной пожароопасности различается только перепадом давления воздуха через целики.

Так, например, эндогенная пожароопасность межлавных целиков угля определяется независимо от одностороннего или двустороннего прилегания к ним выработанного пространства наличием в нем воздухонепроницаемого ядра и перепада давления воздуха через него. При наличии

в них даже на небольших отдельных участках развитой системы трещиноватости, независимо от природы их возникновения (геологическое нарушение, воздействие опорного горного давления, взрывные работы и т.п.), весь ленточный целик будет представлять реальную опасность возникновения очага эндогенного пожара. Это подтверждается результатами исследований НЦ ВостНИИ и опытом отработки панелей системами ДСО с оставлением межлавных целиков на шахтах Кузбасса, где эндогенные пожары в выработанном пространстве как действующих, так и отработанных лав, при отсутствии других концентрированных разрыхленных масс угля, возникали в местах пересечения ленточных целиков геологическими нарушениями.

Причиной возникновения очагов самовозгорания угля в угольных целиках, кроме фильтрационных потоков воздуха через них, может быть образование токов воздуха в пристеночной области параллельно выработке.

Рассмотрим в качестве примера ООО «Шахта «Колмогоровская-2».

Шахта отрабатывает пласт Полысаевский-П. Мощность пласта колеблется в пределах от 6,40 до 7,30 м, средняя 6,85 м. Уголь пласта относится к марке ДГ и является весьма склонным к самовозгоранию.

Зона окисленных углей распространяется на глубину до 24 м от земной поверхности. Зона трещиноватости пласта Полысаевского II распространяется на глубину до 140 м от земной поверхности.

Вскрытие пласта Полысаевского II произведено тремя наклонными стволами - вентиляционным, путевым и конвейерным.

Ширина целиков угля между наклонными стволами на протяжении 356 м - по конвейерному, 394 м - по путевому и 400 м - по вентиляционному составляет по 15 м. Все эти участки стволов расположены в зоне трещиноватости и окисленных углей. В процессе строительства шахты были приняты меры, разработанные ОАО «НЦ ВостНИИ», по приведению целиков угля между стволами в пожаробезопасное состояние. Эксплуатация наклонных стволов с 2004 по 2010 гг. показала, что эти мероприятия эффективны. Случаи самонагревания угля в этих целиках за время эксплуатации отсутствовали.

Однако 23 сентября 2010 г. на шахте «Колмогоровская-2» был обнаружен очаг самонагревания угля во внешнем левом борту вентиляционного ствола, расположенного не в сторону путевого ствола, а в сторону разреза «Сартаки» за бетонной рубашкой на расстоянии = 95 м от устья (рисунок 1). Горные работы были прекращены, люди выведены на поверхность.

Был разработан оперативный план по ликвидации аварии и очага самовозгорания угля, согласно которому были произведены следующие виды работ:

- разрушена бетонная рубашка;

- удалена осыпающаяся масса нагретого угля вплоть до ненарушенного угольного массива;

- произведена пропитка нагретого угольного массива водным раствором антипирогена через шпуры.

24 сентября 2010 г. специалистами ОАО «НЦ ВостНИИ» была проведена геофизическая съемка по вентиляционному и путевому стволам, по результатам которой была выявлена зона влияния очага самонагревания протяженностью 25 м, т.е. по 12,5 м от центра очага самонагревания угля. Других аномальных зон в вентиляционном и путевом стволах выявлено не было.

Проветривание шахты на момент аварии осуществлялось вентилятором главного проветривания ВДК-8-№ 27. Свежий воздух подавался по вентиляционному стволу, далее по сбойке № 43, сбойке № 38, путевому штреку № 4. Для выдачи исходящей струи воздуха использовались фланговый и конвейерный наклонные стволы.

Система проветривания шахты единая. Способ проветривания шахты нагнетательный, схема проветривания - центрально-фланговая.

Рисунок 1 - Местонахождение очага самонагревания в вентиляционном стволе

шахты «Колмогоровская-2»

Расчетный расход воздуха для проветривания шахты во время возникновения аварии согласно представленному «Расчету необходимого количества воздуха для проветривания ООО «Шахта Колмогоровская-2» ООО УК «Промуглесбыт» на сентябрь 2010 г.» составлял 9061 м3/мин. Расчетная производительность вентилятора главного проветривания составляет 9556 м /мин при фактической его подаче, согласно данным вентиляционного журнала формы № 2, - 11180 м /мин.

Фактически в шахту подавалось 10530 м /мин.

Согласно акту технического расследования причинами самовозгорания угля во внешнем борту выработки явились повышенная трещиноватость угольного массива и некачественное возведение бетонной рубашки, которые обусловили возникновение фильтрационных потоков воздуха вдоль выработки в пристеночной области угольного целика.

Для предупреждения возникновения подобных случаев ОАО «НЦ ВостНИИ» были разработаны мероприятия, которые включали в себя:

- тампонаж почвы выработки вдоль борта твердеющими составами через шпуры, пробуренные в один ряд на расстоянии от борта не более 0,5 м, с периодичностью не более 2,0 м и глубиной не менее 1,5 м;

- периодический визуальный осмотр состояния выработки с целью выявления образований промоин вблизи бортов. При выявлении промоин следует их устранить путем возведения отмос-тков с предварительной зачисткой почвы на глубину не менее 100 мм;

- в зимний период при температуре наружного воздуха ниже -20 оС произвести корректировку работы установки увлажнения воздуха. При влагосодержании воздуха менее 2,5 г/кг на отметке гор. +100 м оборудовать установку дополнительными туманообразователями типа ФСТ-90 до достижения необходимого уровня влагосодержания;

- для повышения надежности контроля температуры угольного массива в почве и бортах выработки за бетонной рубашкой не реже одного раза в 45 дней производить геофизическое обследование участка ствола от устья до гор. +100 м;

- на участке ствола без бетонной рубашки производить ежемесячный контроль температуры бортов и почвы выработки с помощью пирометров.

Эти мероприятия шахтой были приняты. Очаг самовозгорания угля списан. В настоящее время шахта работает в штатном режиме.

Следует отметить, что возникновение локальных очагов самовозгорания угля в трещиноватых угольных массивах возникает независимо от вида и типа крепи.

Так, например, на этой же шахте 3 октября 2006 г. в борту флангового ствола, пройденного под кровлю по пласту Полысаевскому-П с оставлением в почве выработки пачки угля мощностью до 4 м, на глубине 30 м от земной поверхности был обнаружен локальный очаг самовозгорания угля.

Фланговый ствол служил для выдачи воздуха на земную поверхность и как запасный выход.

Из результатов анализа технической документации следовало, что количество воздуха, выдаваемого по фланговому стволу на земную поверхность, было увеличено с 2000 до 3700 м /мин. Повышенная трещиноватость на выходах пласта и недостаточная величина поперечного сечения флангового ствола обусловили появление фильтрационных токов воздуха в бортах и почве выработки. В результате возникший очаг самонагревания угля развился и вышел навстречу по-

ступающей струе свежего воздуха на борт, где был обнаружен визуально по выпавшему из борта нагретому до красного цвета куску угля размером 0,25-0,30 м. Образовавшаяся полость имела форму извилистой трубы диаметром до 0,25 м, уходящей в глубь массива под небольшим углом к борту выработки. В качестве мер по ликвидации локального очага самовозгорания угля были приняты следующие:

- подача воды в образовавшуюся полость;

- пропитка угольного массива через шпуры на участке 30 м (по 15 м выше и ниже выхода локального очага самовозгорания угля);

- упрочнение массива в почве и борту выработки твердеющими составами;

- снижение количества воздуха, выдаваемого по фланговому стволу на земную поверхность, до 2900 м3/мин.

Возникновение локальных очагов самовозгорания угля в межлавных целиках действующих и отработанных изолированных выемочных участков сопряжено с возможностью инициирования взрыва метановоздушной смеси.

Так, например, по заключению технической экспертизы причинами вспышки и взрыва метановоздушной смеси 24 июля 2010 г. в ООО «Шахта «Красногорская» ООО УК «Прокопьевскуголь» и 03 июля 2010 г. в филиале «Шахта «Алардинская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» явились локальные очаги самовозгорания угля в нарушенных угольных целиках.

Наиболее радикальной мерой по предупреждению самовозгорания угля в трещиноватых целиках является их упрочнение путем тампонажа укрепляющими составами через сеть шпуров.

Из вышесказанного следует, что профилактика локальных очагов самовозгорания угля в целиках угля является одной из актуальных задач борьбы с эндогенными пожарами в шахтах.

COAL SELF-IGNITION SPOTS IN PILLARS AND THEIR SUPPRESSION

A.Ya. Kaminsky, V.V. Kolykhalov, P.A. Shlapakov, Ye.R. Zholudev

Objective laws of coal self-ignition spots appearance and development in the pillars and recommendations for their prevention.

Key words: SPOT, COAL SELF-IGNITION, ENDOGENOUS FIRE HAZARD, PILLARS BETWEEN THE LONGWALLS, FISSURED COAL MASSIF, CAUSES, MEASURES, STRENGTHEN-ING,REFILLING,STRENGTHENNING COMPOSITION

Каминский Анатолий Янович

Tел.(3842)64-26-65

Колыхалов Виктор Валентинович

Tел.(3842)64-26-65

Шлапаков Павел Александрович

Tел.(3842)64-26-65

Жолудев Евгений Романович

Тел. (3842) 58-34-11