128

8. УПРАВЛЕНИЕ ТЕРМОФИЗИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

   ПРИ ВЕДЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ

8.1. Общие сведения о термофизических процессах

К термофизическим процессам относятся подземные пожары, которые являются одними из наиболее опасных аварий, происходящих в угольных шахтах. По причине возникновения подземные пожары делятся на экзогенные и эндогенные.

Экзогенные пожары вызываются воспламенением горючего материала вследствие нагревания его от внешних источников тепла и относятся к наиболее тяжким авариям по величине наносимого материального ущерба и опасности для жизни горнорабочих.

Основные причины экзогенных пожаров следующие:

• нарушение правил технической эксплуатации электрооборудования и кабельных сетей;

• нарушение паспортов ведения буровзрывных работ;

• эксплуатация неисправного маслозаполненного оборудования и ленточных конвейеров.

При подземной разработке угольных месторождений наибольшую сложность представляют эндогенные пожары, возникающие от самовозгорания угля.

Самовозгорание угля - воспламенение угля в результате непрерывно развивающихся окислительных реакций.

Под склонностью угля к самовозгоранию понимается свойство угля вступать во взаимодействие с кислородом воздуха при естественной температуре в угольном массиве.

При окислении угля повышается температура и происходит самонагревание угля. При достижении критического значения температуры самонагревание переходит в самовозгорание.

На самовозгорание угля оказывают влияние следующие геологические особенности месторождения:

• мощность пласта (до 2 м - малоопасно, 2-3,5 м - умеренная опасность, более 3,5 м - опасно);

• угол падения пласта (до 25^о - малоопасно, 25-50^о - умеренная опасность, более 50^о - опасно).

Эндогенные пожары возникают в выработанных пространствах, угольных целиках, нарушенных участках пластов, отвалах шахт.

К факторам, обусловливающим повышенную эндогенную пожароопасность выемочных полей, относятся:

• отработка угольного пласта в два и более слоя;

• оставление целиков угля в выработанном пространстве;

• оставление между слоями или в кровле пласта пачки угля мощностью более 0,4 м;

• залегание в зоне обрушения кровли отрабатываемого пласта нерабочих пластов мощностью более 0,4 м;

• наличие разрывных геологических нарушений с амплитудой более 1 м;

• низкая скорость подвигания очистного забоя (менее 40 м/мес).

Наиболее опасными по самовозгоранию угля являются слоевая, камерно-столбовая и щитовая системы разработки. Для этих систем характерны значительные потери угля при отработке выемочных полей. Так, при слоевой и щитовой системах разработки потери угля достигают 30%, при камерно-столбовой - 70%.

Основным признаком эндогенного пожара является устойчивое присутствие окиси углерода в пробах воздуха в количестве 0,01% и более.

Дополнительными признаками эндогенного пожара являются:

• повышение температуры воздуха и воды до 25^о и более;

• увеличение влагосодержания воздуха в два раза по сравнению с первоначальным значением;

• совместное присутствие водорода и углеводородов в концентрациях выше фоновых значений в пробах воздуха.

Прогноз склонности углей Кузбасса к самовозгоранию осуществляется по показателю химической активности угля по методике ВостНИИ и определяется лабораторным путем.

2. Особенности технологии ведения горных работ на пластах, склонных к самовозгоранию угля

Основные требования к технологии ведения горных работ на пластах, склонных к самовозгоранию угля, состоят в следующем:

• при разработке свит сближенных пластов угля, склонного к самовозгоранию, применятся полевая подготовка;

• блоковые квершлаги, уклоны и бремсберги при разработке свит сближенных пластов должны располагаться в створе с аналогичными выработками на вышерасположенных пластах и этажах;

• расстояние между промежуточными квершлагами на пластах крутого падения для систем разработки с обрушением кровли принимается 300-450 м (уменьшение размеров выемочных полей и их деление на блоки позволяет значительно снизить потенциальную пожароопасность);

• пологие пласты мощностью до 4,5 м должны отрабатываться длинными столбами по простиранию механизированными комплексами по бесцеликовой технологии без разделения на слои;

• запрещается оставлять в выработанном пространстве целики угля, не предусмотренные проектом;

• при оставлении в кровле пласта угольной пачки мощностью более 0,4 м подготовка выемочных полей с проведением фланговой выработки по углю запрещается;

• при бесцеликовой технологии на пластах мощностью свыше 3,5 м предусматривается оставление по простиранию (через два-три столба) профилактических целиков угля размером 60-120 м, которые в последующем подлежат отработке;

• запрещается прорезка околоквершлажных и профилактических целиков между выемочными полями;

• скорость подвигания очистного забоя должна быть не менее 40 м/мес;

• способы и схемы проветривания шахтных полей должны обеспечивать отсутствие утечек воздуха через выработанное пространство (утечки воздуха являются главным фактором самовозгорания угля);

• при слоевой выемке мощных пологих и наклонных пластов с неслеживающимися породами кровли необходимо предусматривать одновременную выемку всех слоев в выемочном столбе. Очистные работы во втором слое начинаются после первичной посадки в первом слое, сохраняя в последующем опережение между первым и вторым слоями, равное половине первичного шага обрушения пород основной кровли (это требование распространяется и на последующие нижележащие слои);

• при слоевой выемке мощных пологих и наклонных пластов с хорошо слеживающимися породами кровли предусматривается одновременная или последовательная отработка слоев по схеме "слой - пласт". Разрыв во времени отработки слоев должен быть не менее года. Запрещается в пределах крыла выемочного поля одновременная работа очистных забоев в смежных слоях.

3. Меры предупреждения эндогенных пожаров при ведении горных работ

Для предупреждения самовозгорания угля, в зависимости от горнотехнических условий разработки, применяются следующие средства профилактики.

На пластах крутого падения:

• изолирующие сооружения, гелеобразующие составы для ограничения прососов воздуха через выработанное пространство;

• глинистая пульпа для обработки выработанного пространства и разрушенных целиков угля;

• порошковые антипирогены для обработки межгоризонтных целиков угля при щитовой, комбинированной с гибким перекрытием и нетиповых системах разработки;

• высоконапорные струи воды при системах с гидромеханизацией;

• инертные газы для обработки выработанных пространств.

На пластах пологого и наклонного падения:

• аэрозоли водных растворов антипирогенов для обработки выработанного пространства (где оставлены пачки угля мощностью 0,4 м) или скоплений угля в геологических нарушениях;

• гелеобразующие составы для заполнения монтажных и демонтажных камер, обработки скоплений угля в зонах разрывных нарушений, тампонажа целиков угля и усиления изоляции выработанного пространства;

• водные растворы антипирогенов, глинистая пульпа, инертная пена для обработки скоплений угля в зонах геологических нарушений и целиков, оставленных в выработанном пространстве;

• изолирующие сооружения;

• инъекционные составы (глинистая паста, гипсовые, песчано-цементные растворы и др.) для заполнения куполов и закрепного пространства в выработках, создания изолирующих поясов и барьеров в выработанном пространстве.

Для профилактики самовозгорания угля в отработанных выемочных полях используются изолирующие сооружения. Изолирующие перемычки возводятся в породном массиве на заездах и в квершлагах. При наличии противопожарных арок перемычки сооружаются в их проемах.

Выемочные блоки и столбы за исключением столбов по падению на крутых пластах изолируются двойными перемычками с расстоянием между ними не менее 2 м. Пространство между перемычками заполняется инертным материалом (осадок пульпы, гипс, гель и др.). При изоляции выемочных полей, столбов, вскрытых выработками по углю, расстояние между перемычками должно быть не менее 3 м.

В штреках выемочных полей и столбов возводится по одной противопожарной арке. Арки возводятся в процессе проведения выработок. На заездах основных штреков вентиляционного и откаточного горизонтов возводятся двойные арки, причем одна из них должна быть в породе.

Постоянные (со сроком службы более 2 лет) изолирующие сооружения выполняются из несгораемого материала.

На участках, изолированных от действующих выработок и имеющих обособленный выход исходящей струи, может применяться обработка инертными газами (углекислый газ, азот). Обработка инертными газами основана на принципе медленного окисления угля кислородом воздуха. При постепенном увеличении содержания кислорода уголь насыщается до химического выветривания и теряет способность к самовозгоранию. Способ обработки инертными газами позволяет ликвидировать очаг самонагревания и быстро возобновить работы на участке.

Основным способом предупреждения и тушения эндогенных пожаров на шахтах является заиливание.

При профилактических работах производится равномерное проиливание обрушенных пород и разрыхленного угля в целях изоляции отработанного участка и ликвидации очагов самонагревания угля. Если в действующем выемочном участке обнаружено нагревание угля, то работы по выемке прекращаются и в выработанное пространство подается пульпа с целью ликвидации очага самонагревания угля.