Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя
METHOD OF FORECASTING EXPLOSION HAZARD OF MINED-OUT AREA OF A MINING FACE

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при очистной отработке опасных по газу и пыли угольных пластов очистными забоями.
Изобретение направлено на прогноз потенциальной взрывоопасности выработанного пространства лавы с учетом состава гибридной смеси (метана, водорода, сероводорода, тонкодисперсной угольной и пиритной пыли), способной взрываться в смеси с кислородом воздуха или в смеси с воздухом, метаном и другими газами. Цель достигается путем измерения компонентов гибридной смеси, расхода и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство действующего очистного забоя.
Известен способ определения аэрологических параметров призабойного пространства действующей лавы, включающий проведение газопылевых съемок в призабойном пространстве очистного забоя и утечек воздуха из лавы в выработанное пространство (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 319 с; стр. 39, 61-64, 108, 129, 156).
Недостатком способа является невозможность определения газовых компонентов, составляющих гибридную смесь, и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство.
Известен другой способ определения аэрогазодинамических параметров лавы и запыленности горных выработок, включающий измерение расхода воздуха и его запыленности путем проведения газопылевоздушных съемок при участковом комплексе обеспылевающих мероприятий с целью выбора средств по снижению запыленности рудничного воздуха до нормативной величины (Рубан А.Д. Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов. ИПКОН РАН. - М.: Наука, 2007. - 279 с; стр. 51).
К недостаткам этого способа можно отнести отсутствие операций по определению компонентов, составляющих газовую гибридную смесь, и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство.
Наиболее близким по технической сути и по достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте RU №2536544 С1, на способ прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках, включающий измерение расхода воздуха, объемов и концентрации газов гибридной смеси.
И этому способу присущи недостатки, заключающиеся в том, что 1) область его применения ограничена временным периодом снижения расхода воздуха и, следовательно, ростом концентрации газов и 2) исключено его использование для прогноза взрыве-опасности выработанного пространства во время нормального режима работы очистного забоя по добыче угля.
Цель изобретения - прогноз потенциальной взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя путем измерения аэрогазодинамических параметров призабойного пространства действующей лавы с учетом минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля, геометрических параметров призабойного пространства лавы, расхода воздуха и его компонентов, утечек воздуха в выработанное пространство.
Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя, включающем измерение расхода воздуха, концентрации газов гибридной смеси и температуры их воспламенения, по длине лавы выделяют пункты измерения газодинамических параметров лавы с интервалом их размещения кратным минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля, в полосе очистного забоя, примыкающей к выработанному пространству, измеряют расходы воздуха, протекающего по лаве в проходах между секциями (стойками) крепи, по разности потоков воздуха в выделенной полосе на поступающей и исходящей струях определяют утечки воздуха из призабойного пространства лавы в выработанное пространство, по объему утекающего из лавы воздуха и показателю опасности гибридной газовой составляющей устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства.
Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя осуществляют следующим образом.
На подготовленном к отработке участке угольного пласта, оборудованном с заданными параметрами механизированным комплексом (КМЗ), измеряют геометрические размеры крепи для прохода воздуха, включая высоту и ширину проходов для комбайна (проход 1), горнорабочих (проход 2) и полосы, примыкающей к выработанному пространству (проход 3). Определяют сечение в свету упомянутых проходов, скорость потока воздуха в них, расходы воздуха, протекающего в поперечном сечении выделенных проходов очистного забоя. Постоянными сечениями являются сечения на поступающей в лаву струе воздуха и на исходящей из нее. В основной части длины очистного забоя выделяют обычно 4-5 пунктов, в сечениях которых измеряют газодинамические параметры лавы (сечение в свету, скорость воздуха, концентрации газов, составляющих гибридную смесь, содержание в воздухе общей и тонкодисперсной угольной и пиритной пыли). Отбирают в герметичные сосуды заданного объема пробы воздуха в каждом проходе и проводят газовый анализ его состава в лабораторных условиях (концентрации и содержание компонентов гибридной смеси). При этом пункты измерения газодинамических параметров лавы размещают с интервалом, кратным минутной скорости подвигания комбайна по отбойке угля.
Измеренные показатели в проходах и в целом в поперечных сечениях лавы сопоставляют между собой и определяют долю их в сечении прохода вблизи выработанного пространства, в том числе и и по длине лавы.
3
Концентрации газов, составляющих газовую гибридную смесь, определяют на высокочувствительных лабораторных установках. По концентрации газов, содержащихся в гибридных смесях, устанавливают компоненты смеси и удельное их содержание в отобранной пробе, принимая газовую смесь в сечении лавы за 100%. При этом учитывают величину энергии связи компонентов (кДж/моль), равной для метана 420, сероводорода - 363, водорода - 433, сероводорода - 538, окиси углерода - 1076. Выделяют по температуре воспламенения наиболее опасную компоненту гибридной смеси с учетом того, что температура воспламенения метана равна 650-750°С, его период индукции - 2 мс, пределы взрывоопасных концентраций - 5,3…14% по объему. Угольная пыль воспламеняется при 575-850°С, ее период индукции - 40-120 мс, взрывоопасность по массе - 5…300 г/м.
Определяют показатель взрывоопасности как произведение содержания наиболее опасной компоненты (в газовых угольных шахтах это метан) в отобранной пробе на ее энергию связи (кДж/моль). Эта величина является показателем опасности гибридной смеси.
По объему утекающего из лавы воздуха в выработанное пространство и показателю опасности компоненты гибридной смеси устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства очистного забоя. За критерий принимают, как правило, показатель наиболее опасной газовой компоненты гибридной смеси.
Количество тонкодисперсной угольной и/или пиритной пыли в воздухе, утекающем из забоя лавы в выработанное пространство, усиливает последствие аварии, если она имела место. Измеренные объемы этой пыли в примыкающем к выработанному пространству проходу для воздуха (проход 3) суммируют и умножают на время работы комбайна в минутах в течение суток по отбойке (разрушению) угля в лаве.
Применительно к негазовым шахтам полученную величину (объем пыли) от такого произведения и по расходу воздуха, утекающего из лавы в выработанное пространство, определяют количество пыли, поступившей в течение суток в выработанное пространство очистного забоя. При этом учитывают суточное подвигание лавы, площадь обнажения почвы пласта и определяют удельное пылеотложение в выработанном пространстве лавы. Витающую (тонкодисперсную) в воздухе пыль, которая в первую очередь может взорваться в негазовой шахте, устанавливают с учетом ее доли в отобранных пылевых пробах.
Внедрение способа прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя позволит оценить фактическую газопылевую ситуацию на выемочном участке и рекомендовать эффективные технологические решения по предотвращению условий для формирования взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя.