книги из ГПНТБ / Ляхов Г.М. Основы разработки угольных месторождений подземным способом учебник

ких. Концентрация 0,05% смертельна даже при кратковремен­ ном выдыхании. Содержание SO2 в подземных выработках не должно превышать 0,0007%.

Двуокись азота (NO2) — газ без вкуса, красно-бурого цве­ та, с чесночным запахом. Очень ядовит. Содержание в воздухе подземных выработок не должно превышать 0,0002%.

Выхлопные газы образуются при работе двигателей внутрен­ него сгорания и содержат ряд ядовитых примесей: SO, SO2, SO3, Йог и др.

§3. ВЗРЫВЧАТЫЕ ГАЗОВЫЕ ПРИМЕСИ В ШАХТНОМ ВОЗДУХЕ

ИНОРМЫ ДОПУСТИМОГО ИХ СОДЕРЖАНИЯ

Из взрывчатых газов наиболее опасным для горняков яв­ ляется метан (СН4). Метан выделяется в большом количестве, сопровождая разработку нефтяных и угольных месторождений.

Метан — газ без цвета, вкуса и запаха. Его удельный вес 0,554. В небольших количествах сам по себе метан не очень вреден. Он становится опасным в смеси с воздухом, образуя сильно взрывчатую смесь. Наибольшей силы взрыв достигает при содержании в воздухе метана 9,5%. При содержании мета­ на свыше 16% взрыва не происходит. Наиболее легко воспла­ меняются смеси, содержащие 7—8% метана.

Вследствие малого удельного веса метан скапливается в восстающих выработках и у кровли горизонтальных выработок. Метано-воздушная смесь взрывается при соприкосновении ее с открытым огнем. Вследствие этого применение открытого огня в шахтах, имеющих в выработках метан, воспрещено. Электри­ ческая искра взрывает смесь. Поэтому все электрические уста­ новки выпускают во взрывобезопасном исполнении. Все места в установках, где может образоваться искра, тщательно закры­ вают, чтобы к ним не было доступа метано-воздушной смеси. Если все же взрывчатая смесь проникнет к местам искрения, то взрыв произойдет в изолированном объеме и наружу не рас­ пространится.

Взрывные работы также могут быть причиной взрыва мета­ но-воздушной смеси. Вследствие этого используют только такие ВВ, которые допущены к применению в газовых шахтах. Взрыв­ ные работы, тем не менее, разрешается производить только при условии, что содержание метана в воздухе не превышает 1%.

§ 4. МЕТАНОНОСНОСТЬ И МЕТАНОЕМКОСТЬ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ

Метаноносностью называют количество метана, содержаще­ гося в природных условиях в единице веса или в единице объема угля или породы (м3/т или м3/м3). Метаноемкостью называют количество метана в свободном и сорбированном (связанном) состоянии.

120

Метаноносность угольных месторождений зависит от их гео­ логической структуры. Пологие пласты более газоносны, чем крутые, при прочих равных условиях. Метаноносность возраста­ ет с увеличением глубины залегания и может достигать в пре­ делах изученных глубин 25—35 м3/т, хотя имеются данные о том, что по достижении некоторого максимума (около 1300 м) она начинает уменьшаться.

Метаноносиость угольных бассейнов СССР неодинакова. Наиболее метаноносны Кузнецкий, Карагандинский, Донецкий. В шахтах Подмосковного бассейна выделение метана из угля не наблюдается, зато наблюдается выделение углекислоты (СО2).

Взрывчатые газы выделяются из угля и вмещающих по­ род. Величина газовыделения характеризуется абсолютной н относительной газообнльностью.

Абсолютная газообильность — количество метана (м3), вы­ деляющееся в единицу времени (сутки).

Относительная газообильность — количество метана (м3),

выделяющееся за сутки и отнесенное на 1 т среднесуточной добычи.

По Правилам безопасности газовые шахты в зависимости от газообильности разделяют на четыре категории. К I категории относят шахты с относительной газообилыюстью до 5 м3/т, ко II — от 5 до 10 м3/т, к III — от 10 до 15 м3/т и к сверхкатегорным — шахты с относительной газообильностью 15 м3/т и выше или разрабатывающие пласты, опасные по выбросам и суфлярам.

Если при проходке стволов обнаружен метан или ожидается его выделение, то работы в стволах должны быть переведены на газовый режим (периодичность замеров, взрывобезопасное ис­ полнение электрооборудования, взрывные работы).

Категорию шахты устанавливают ежегодно в июне — июле месяце по трем замерам газообильности — в начале, середине

иконце месяца, причем каждый из замеров проводят три раза

всутки, по одному в смену.

верхности угольных пластов, из отбитого угля, из выработанно­ го пространства, с обнаженных поверхностей пород. Различают три формы выделения метана: постоянное, суфлярное и вне­ запное. Для снижения содержания метана в шахтном воздухе применяют предварительную дегазацию пластов.

§ 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА ДЛЯ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Подсчет количества воздуха, необходимого для проветри­ вания, производится в соответствии с Временной инструкцией

121

по расчету количества воздуха, необходимого для проветрива­ ния угольных шахт. Это количество необходимо рассчитывать по углекислому газу, метану, газам, образующимся при взрыв­ ных работах, пылевому фактору и по числу занятых одновре­ менно на работе людей. К учету принимается наибольшее ко­ личество воздуха из полученных по пяти указанным факторам.

Количество воздуха, рассчитываемое по людям, должно быть не менее 6 м3/мин на каждого человека, считая по наи­ большему числу людей, одновременно работающих в смене.

Количество воздуха по углекислому газу должно рассчиты­ ваться так, чтобы содержание его в общей исходящей струе шахты не превышало 0,75%, но при этом количество воздуха должно быть не менее 1,5 м3/мин на 1 т среднесуточной добычи угля.

§ 7. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА ПО ВЫРАБОТКАМ

Воздух по горным выработкам перемещается от мест с более высоким давлением к местам с более низким давлением. Чем больше разность давлений (депрессии), тем больше воздуха пройдет по выработкам, соединяющим стволы с поступающей и исходящей вентиляционными струями. Для измерения вели­ чины депрессии (в кгс/м2) применяют приборы, называемые депрессиометрами. Большое значение имеет скорость воздушной струи, которая регламентируется Правилами безопасности.

Так, скорость движения воздуха в очистных забоях при температуре до 20° С должна быть не ниже 0,25 м/с, а в подго­ товительных выработках —• не ниже 0,15 м/с.

Вместе с тем скорость воздушной струи не должна превы­ шать следующих норм: в очистных и подготовительных выра­ ботках — 4 м/с; в квершлагах, главных откаточных и вентиля­ ционных штреках, капитальных бремсбергах и уклонах — 8 м/с; в остальных выработках — 6 м/с; в вентиляционных мо­ стах (кроссингах) — 10 м/с; в стволах, по которым производит­ ся спуск и подъем людей и грузов, — 8 м/с; в стволах, служа­ щих только для подъема и спуска грузов, — 12 м/с; в венти­ ляционных стволах, не оборудованных подъемами, а также в вентиляционных каналах — 15 м/с.

Скорость воздушной струи проверяется приборами, называе­ мыми анемометрами (рис. 55).

§ 8. КОНТРОЛЬ ЗА КАЧЕСТВОМ ШАХТНОГО ВОЗДУХА

Контроль за состоянием шахтного воздуха осуществляется разными способами. Наиболее старым является способ опреде­ ления метана бензиновой лампой по величине и характеру пла-

122

мени внутри лампы. Контроль осуществляется и химическим путем в лаборатории.

В настоящее время разработан ряд приборов, позволяющих быстро определять содержание метана и других вредных приме­ сей в атмосфере выработок.

Выпускаются также стационарный анализатор метана АМТ-2, переносный сигнализатор метана СМП-1, переносный сигнализатор метана СШ-2.

Переносный сигнализатор метана СМП-1 (рис. 56, а) пред­ назначен для непрерывного определения процентного содержа­ ния метана в шахтной атмосфере и автоматической (звуковой и световой) сигнализации при достижении концентрации мета­ на 2%. Прибор используется .в шахтах, опасных по газу или пыли. Питание прибора автономное. Длительность непрерывной работы прибора без перезарядки аккумуляторов 10 ч. Масса сигнализатора 2,5 кг.

Переносный сигнализатор метана СШ-2 (рис. 56, б) также предназначен для непрерывного определения процентного со­ держания метана в шахтной атмосфере и автоматической (зву­ ковой и световой) сигнализации при достижении концентрации метана 2%. Прибор предназначен, так же как и сигнализатор СМП-1, для использования в шахтах, опасных по газу или пы­ ли. Масса прибора 2,5 кг.

Замер метана предохранительной лампой основан на том, что при содержании его в воздухе меньше 5,5% над пламенем лампы появляется бледно-голубой ореол горящего метана, при содержании 5,5% происходит вспышка метана.

Замер метана бензиновой лампой производится в два прие­ ма. Вначале следует убедиться, содержится ли вообще в возду­ хе метан. Для этого горящую лампу с нормальным пламенем надо медленно поднимать от почвы выработки к ее кровле. Если при этом будет замечено ослабление света лампы, удли­ нение пламени и копоть, то дальнейший замер газа должен быть прекращен, ибо в этом случае содержание метана превы­ шает 4%. При содержании метана 5—6% пламя колеблется, скручивается и тухнет.

Если удлинение пламени при первичном замере будет незна­ чительным, необходимо замерить газ при уменьшенном пламени. Лампу при втором замере следует также поднимать от почвы к кровле. Если в лампе произойдет вспышка или пространство внутри сетки заполнится пламенем, ее надо осторожно опустить вниз. В этом случае необходимо всем работающим покинуть забой и принять меры к его проветриванию. В настоящее время на шахтах СССР внедряется система автоматической газовой защиты и телеавтоматического централизованного контроля содержания метана в шахтной атмосфере на базе применения приборов АМТ-3.

124

§ 9. МЕРЫ БОРЬБЫ С МЕТАНОМ В ШАХТАХ

Весь комплекс мер борьбы с метаном в шахтах сводится к недопущению опасных скоплений метана в выработках, преду­ преждению воспламенения метана, ограничению последствий взрывов, борьбе с суфлярными выделениями, а также к преду­ преждению внезапных выбросов угля или газа. Важным меро­ приятием является дегазация угольных пластов. Сюда следует отнести: дегазацию сближенных пластов скважинами; дегаза­ цию сближенных пластов выработками; дегазацию разрабаты­ ваемого пласта скважинами; дегазацию разрабатываемого пла­ ста выработками; дегазацию выработанного пространства; на­ гнетание воды в пласт; дегазацию пластов подработкой; дегазацию пластов гидроразрывом.

Следует отметить проводимые в Московском горном инсти­ туте исследования по многостадийной обработке пласта, вклю­ чающей применение биохимического метода борьбы с метаном в шахтах. Суть этого метода заключается во введении в горные выработки соответствующих культур метанопоглощающих бак­ терий. Поисковые исследования дают основания возлагать на этот метод большие надежды.

§ 10 УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ

Большую опасность в шахтах представляет угольная пыль. Длительное вдыхание пыли вызывает тяжелое заболевание — пневмокониоз. Кроме того, установлено, что:

пыль может взорваться при полном отсутствии метана; пыль может превратить взрыв небольшого количества мета­

на во взрыв большой силы; присутствие в воздухе тонкой и сухой угольной пыли сни­

жает нижний предел взрывчатости смеси метана с воздухом, смесь становится взрывчатой при содержании метана менее 5%; при участии угольной пыли во взрыве продукты его всегда содержат большое количество окиси углерода, которая может явиться причиной гибели людей, поскольку она очень ядовита; облако угольной пыли способно самозаряжаться статиче­ ским электричеством вследствие трения пылинок друг о друга, а при благоприятных условиях разряжаться с появлением искр,

которые могут воспламенить пыль.

Установлено, что нижний предел взрывчатости сильновзрывчатой пыли равен 17—18 г/м3, а в присутствии 2,5% метана он понижается до 5—6 г/м3. Для слабовзрывчатой пыли этот пре­ дел равен 50 г/м3. Верхний предел взрывчатости составляет 300—400 г/м3. Температура воспламенения угольной пыли 700—800° С, а метано-воздушной смеси 650—750° С.

Проверка запыленности шахтного воздуха производится ве­ совым способом. Для этого определенный объем шахтного воз­

125

духа пропускают через фильтр. Разность веса чистого и загряз­ ненного фильтра определяет вес осевшей пыли. При небольшой запыленности применяют счетный метод и метод поточной уль­ трамикроскопии.

Взрывчатость угольной пыли растет с увеличением степени ее измельчения, и поэтому в шахте по мере удаления от источ­ ника запыления пыль становится более взрывоопасной. Влага действует как инертная добавка, уменьшая взрывчатость пыли. Также действует и зола. Поскольку инертная пыль всегда тя­ желее угольной, присутствие ее затрудняет переход пыли во взвешенное состояние и способствует предупреждению взрыва. В связи с этим применяют искусственное озоление пыли в вы­ работках — осланцевание.

§ 11. СПОСОБЫ И СХЕМЫ ПРОВЕТРИВАНИЯ

Для обеспечения движения воздуха по горным выработкам применяют в зависимости от условий три способа проветрива­ ния: нагнетательный, всасывающий и комбинированный, или нагнетателыю-всасывающий.

При нагнетательном способе проветривания воздух подают в шахту при помощи вентилятора, а отработанный воздух вы­ ходит на поверхность (рис. 57,а).

Рис. 57. Способы общего проветривания шахты

При всасывающем способе отработанный воздух высасыва­ ют вентилятором из шахты, а свежий воздух поступает в шах­ ту в результате разности давлений (рис, 57,6).

При комбинированном способе проветривания свежий воз­ дух вентилятором подают в шахту, а отработанный воздух вы­ сасывают вентилятором из шахты.

Схема проветривания шахты зависит от расположения ство­ лов в шахтном поле. В связи с этим различают: центральную,

126

диагональную (фланговую) и комбинированную схемы провет­ ривания.

При центральной схеме проветривания свежий воздух посту­ пает через один ствол, а выходит через другой. При диаго­ нальной схеме проветривания свежий воздух поступает через центральный ствол, а выходит через фланговые стволы.

При комбинированной центрально-фланговой схеме воздух подается в шахту по центральному стволу и распределяется на рабочие участки, находящиеся на флангах и в центре шахтного поля. Исходящие струи участков на флангах направляются в вентиляционные фланговые стволы, а исходящие струи участков, расположенных в центре шахтного поля, направляются на по­ верхность через второй центральный ствол. В результате этого участки в центральной и фланговой частях шахтного поля про­ ветриваются раздельно.

В тех случаях, когда шахтное поле целесообразно по усло­ виям проветривания разделить на ряд участков (секций), при­ меняют комбинированную секционную схему проветривания.

При этом в центре шахтного поля располагают воздухоподаю­ щие и воздухоотводящие стволы, а па флангах для выдачи из шахты воздуха используют шурфы.

При проветривании выработок имеют место утечки воздуха. Утечками называют такое движение воздуха свежей струи в ис­ ходящую, при которой воздух не проходит через места его на­ значения.

Утечки снижают поступление воздуха к основным местам его потребления — забоям очистных и подготовительных вырабо­ ток. Для ликвидации вредных последствий утечек в шахту при­ ходится подавать больше воздуха. Это приводит к увеличению расходов электроэнергии на вентиляцию. Различают следующие виды утечек воздуха в шахтах: через вентиляционные сооруже­ ния, через выработанные пространства, в параллельных выра­ ботках через перемычки и целики угля.

§ 12. ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА

Поступающий в шахту воздух необходимо распределить по выработкам таким образом, чтобы все забои омывались дея­ тельной струей, достаточной для разбавления вредных приме­ сей до безопасных концентраций и для поддержания дыхания людей. Для правильного распределения воздуха по выработкам в шахте ставят перемычки, устраивают вентиляционные окна и двери, вентиляционные мосты (кроссинги) и т. д.

Если необходимо прекратить доступ воздуха в какую-либо действующую выработку, то ее закрывают перемычкой с две­ рями. Глухими перемычками закрывают оставление выработки или сбойки между действующими выработками, где движение людей нежелательно.

127

Взависимости от назначения перемычки могут быть дере­ вянными одинарными, обмазанными глиной для воздухонепро­ ницаемости, двойными — из двух стенок с затрамбованной между ними глиной. Если перемычка должна служить долгое время, то ее делают кирпичной.

Вкирпичных или чураковых перемычках устанавливают вентиляционные двери. Открываться они должны против струи воздуха. В целях предупреждения возникновения короткого за­ мыкания воздушных струй, при котором часть шахты может оказаться без проветривания, необходимо при устройстве воз­ душных дверей соблюдать следующие условия:

при откатке грузов число дверей должно быть не менее двух, причем расстояние между дверями должно быть больше макси­ мальной длины поезда;

при наличии в выработке рельсовых путей должны быть приняты меры к устранению утечек воздуха через порог дверей.

Двери, устанавливаемые на главных откаточных путях с ин­ тенсивной откаткой, должны автоматически открываться и за­ крываться или же их должны обслуживать специальные дверовые. Во время маневров с подвижным составом одна из дверей всегда должна быть закрыта.

В тех случаях, когда требуется уменьшить поступление воздуха по той или другой выработке, устраивают вентиляцион­ ные окна. С этой целью в выработке устанавливают глухую перемычку или дверь, снабженные вентиляционным окном с задвижкой, которой регулируется подача необходимого количе­ ства воздуха.

В тех местах, где пересекаются выработки, по которым дви­ жутся различные струи воздуха, устраиваются вентиляционные мосты или кроссинги (рис. 58). По одной выработке движется свежая (входящая) струя, по другой — исходящая (отработан­ ная) струя воздуха.

§ 13. ВЕНТИЛЯТОРЫ ОБЩЕГО ПРОВЕТРИВАНИЯ

Проветривание подземных выработок шахты производится при помощи непрерывно действующих вентиляторов, установлен­ ных на поверхности. Эти вентиляторы разделяют на главные и вспомогательные. Первые обслуживают всю шахту в целом или одно ее крыло. Вторые — один или группу участков. Главный вентилятор располагают у устья герметически закрытого вен­ тиляционного ствола. На негазовых шахтах и на первом гори­ зонте шахт всех категорий по газу допускается нагнетательное проветривание, на газовых же шахтах вентилятор должен рабо­ тать на всасывание.

Главные вентиляторные установки состоят из двух самосто­ ятельных вентиляторных агрегатов, причем один из них являет­ ся резервным. На негазовых шахтах допускается установка од-

128

Q

Рис. 58. Кросинги:

a _ трубчатый; б — перекидной

9—5S3