Предотвращение самовозгорания угля при отработке мощных крутых пластов Кузбасса

РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

УДК 622.831

Е.В.ГЛУШЕНКОВ, А.А.СИДОРЕНКО

Горный факультет, аспиранты кафедры разработки месторождений подземным способом

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ КРУТЫХ ПЛАСТОВ КУЗБАССА

Установлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на вероятность возникновения эндогенных пожаров при отработке мощных крутых пластов Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса. Выполнена дифференциация эндогенных пожаров по пластам в условиях ООО «УК «Прокопьевскуголь». Исследовано влияние основных горно-технических факторов на вероятность самовозгорания пластов. Сделан вывод о том, что при отработке мощных крутых пластов основной причиной самовозгорания является оставление межэтажных угольных целиков, представляющих собой концентрированные скопления разрушенного угля. Сформулированы принципы проектирования технологических схем отработки пластов, склонных к самовозгоранию. Предложен способ отработки мощных крутых пластов, склонных к самовозгоранию, исключающий оставление межэтажных угольных целиков и обеспечивающий надежную изоляцию отрабатываемого участка.

Factors influencing the probability of endogenous fire risks in high steep seams mining at the Prokopievski-Kiselevski coal deposit at the Kuznetsk Basin are determined. Differentiation of endogenous fires according to seams is carried out in conditions of the OOO Prokopievskugol Company. The influence of basic mining factors on the probability of coal seam spontaneous firing is investigated. A conclusion is made that in mining of high steep seams the main cause of spontaneous firing is leaving of inter-floor coal pillars, which virtually are broken coal agglomerations. Principles of process flowchart design are formulated for mining of coal seams prone to spontaneous firing. A mining technology of high steep seams prone to spontaneous firing is offered which excludes leaving of inter-floor coal pillars and secures safe isolation of the mined section.

К числу наиболее важных проблем, стоящих перед горно-добывающими предприятиями, относится предотвращение эндогенных пожаров. Решение данной задачи наиболее актуально для шахт Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, ведущих отработку мощных крутонаклонных и крутых пластов, склонных к самовозгоранию. Возникающие эндогенные пожары приводят к потерям подготовленных запасов полезного ископаемого, размер которых достигает 400 тыс.т на один пожар, что наносит значи-

тельный экономический ущерб горнодобывающему предприятию и может являться причиной полной остановки его работы. Кроме того, необходимо отметить, что даже после ликвидации пожара возникают опасные условия для труда горнорабочих при отработке выемочных участков, смежных как по падению, так и по простиранию.

Анализ имеющихся данных о зарегистрированных эндогенных пожарах позволил провести их дифференциацию по пластам. Установлено, что наибольшее число случаев

самовозгорания угля связано с отработкой пластов Мощный (до 40 %), Горелый (до 25 %), IV Внутренний (до 25 %) и Двойной (до 15 %), на долю которых приходится более 60 % всех запасов месторождения.

Тенденция к уменьшению числа пожаров, прослеживаемая при анализе динамики зарегистрированных эндогенных пожаров, является следствием закрытия в период с 1992 по 1998 г. ряда угледобывающих предприятий, а именно 6 из 12 шахт ООО «УК «Прокопьевскуголь», и сокращения, таким образом, интенсивности эксплуатации месторождения. Однако количество пожаров на 1 млн т (рис.1) не только не уменьшилось, но с 1997 г. даже возросло.

Детальный анализ «Сведений об аварийных ситуациях, возникших на предприятиях, подконтрольных Госгортехнадзору РФ» показал, что независимо от применяемой системы разработки более чем 60 % случаев самовозгорания связаны с отступлением в процессе ведения горных работ от правил технической эксплуатации: несвоевременной и некачественной изоляцией выработанного пространства (40 %), превышением проектного времени отработки выемочных участков (связанного с инкубационным периодом самовозгорания) (15 %), подработкой участков, на которых ранее были зафиксированы эндогенные пожары (10 %).

Необходимо отметить, что пожаро-опасность каждой системы разработки зависит не только от коэффициента извлечения полезного ископаемого, но и от характера обрушения вмещающих пород и скопления потерь полезного ископаемого в выработанном пространстве.

Проведенный анализ литературы по теме исследований и фактических случаев самовозгорания позволил выделить основные горно-геологические факторы, определяющие возможность самовозгорания угля: мощность пласта (рис.2); сближенность пластов, угол падения, тектоническая нарушенность.

Главными горно-техническими факторами, влияющими на пожароопасность применяемых технологических схем, являются: способы вскрытия шахтного поля и подго-

1,5

0,5

г

1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

Рис.1. Динамика возникновения эндогенных пожаров N - число пожаров; А = 1 млн т добычи угля

N, шт

70 60 50 40 30 20 10 0

15 Щ, м

Рис.2. Дифференциация эндогенных пожаров по мощности пластов

товки выемочных полей и блоков, система разработки, схема проветривания*.

Необходимым условием возникновения эндогенного пожара является наличие разрушенного угля. При отработке мощных крутых пластов образование скоплений разрушенного угля возможно как в выработанном пространстве отрабатываемых участков вследствие потерь полезного ископаемого в процессе ведения очистных работ, так и у краевых частей межучастковых и межэтажных целиков в результате их разрушения горным давлением. Межэтажные целики являются источниками повышенной пожа-роопасности, вследствие того, что к определенному периоду ведения очистных работ

Ушаков К.З. Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело / К.З.Ушаков, Н.О.Камдина; Московский горный ин-т. М., 2002.

Сидоренко А.А. Особенности проектирования технологических схем отработки мощных крутых угольных пластов, склонных к самовозгоранию / А.А.Сидоренко, Е.В.Глушенков, Д.Ю.Никишин; Сев.-Зап. технический ун-т. СПб, 2003.

2

1

4

6

7

Рис.3. Рекомендуемая технологическая схема отработки мощных пластов угля, склонных к самовозгоранию 1 - этажный откаточный квершлаг; 2 - границы выемочного участка; 3 - наклонный этажный вентиляционный квершлаг; 4 - этажный откаточный квершлаг отработанного этажа; 5 - подэтажные квершлаги; 6 - подэтажные штреки; 7 - отрабатываемая заходка; 8 - закладочный массив; Н - высота отрабатываемого этажа; h - наклонная высота подэтажей (кроме нижнего подэтажа); Нн - наклонная высота и-го (нижнего) подэтажа; L - размер

выемочного блока по простиранию

они представляют собой концентрированные скопления разрушенного угля, через которые длительное время интенсивно просачивается воздух.

В соответствии с идеей, предложенной проф. В.П.Зубовым, разработан эффективный способ отработки мощных крутых пластов без оставления угольных межэтажных целиков, позволяющий существенно снизить вероятность возникновения эндогенных пожаров (рис.3). Сущность данного способа заключается в следующем: пласт по падению членится на этажи, которые, в свою очередь, разделяются на подэтажи. Первым в этаже отрабатывают нижний подэтаж с полным заполнением выработанного пространства закладочным материа-

лом. Закладочный массив должен отвечать следующим основным требованиям: управляемость процесса перепуска закладочного материала в выработанное пространство отрабатываемого подэтажа; надежная изоляция выработанного пространства отработанных подэтажей от проникновения в него кислорода - воздуха из отрабатываемых подэтажей. Отработку остальных подэтажей в пределах этажа ведут последовательно в нисходящем порядке.

Основные параметры рекомендуемой технологической схемы:

1. Высота этажа принимается, согласно «Технологическим схемам разработки крутых и крутонаклонных пластов», равной 70-150 м,

в зависимости от конкретных горно-геологических условий.

2. Размер выемочного блока по простиранию определяется с учетом инкубационного периода самовозгорания угля. Для основных разрабатываемых пластов, которые отнесены к весьма склонным к самовозгоранию, размер выемочного блока по простиранию составляет 100-150 м в зависимости от мощности пласта.

3. Наклонная высота нижнего подэтажа, равная высоте закладочного массива,

Ин > кт / sina,

где к - коэффициент, учитывающий мощность пласта; а - угол падения пласта.

Выполнение данного условия позволяет обеспечить эффективное управление процессом перепуска обрушившихся вмещающих пород из выработанного пространства отработанных подэтажей в выработанное пространство отрабатываемых подэтажей. Кроме того, массив, создаваемый из закладочного материала, должен исключить утечки воздуха (поступление кислорода) в выработанное пространство вышерасположенных подэтажей.

Основные научные и практические результаты работы следующие:

1. Установлены зависимости влияния эндогенных пожаров на технико-экономические показатели шахт Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса.

2. Установлены зависимости влияния основных горно-геологических и горнотехнических факторов на статистическую вероятность самовозгорания.

3. Разработана схема для отработки пластов угля, склонных к самовозгоранию, без оставления межэтажных целиков.

4. Обоснованы требования к технологическим схемам отработки мощных крутых пластов угля, склонного к самовозгоранию.

Использование разработанных рекомендаций в условиях Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса позволит обеспечить существенное уменьшение потерь угля (5-10 %), повысить эффективность перепуска обрушенных пород, снизить вероятность самовозгорания угля. Кроме того, необходимо отметить значительный социальный эффект от повышения безопасности очистных работ.

Научный руководитель д.т.н. проф. В.П.Зубов