книги из ГПНТБ / Рудничная вентиляция учебное пособие для студентов горных вузов и факультетов канд. техн. наук М. Н. Бодягин.1960 - 23 Мб

При возвратноточной схеме проветривания и прямом порядке отработки (рис. 13), когда основной и вентиляционный штреки разделены выработанным пространством, утечки через послед­ нее способствуют его проветриванию, но струя свежего воздуха не прижимается к забою. При этой же схеме, но при обратном порядке отработки, когда вентиляционный и откаточный штреки находятся в целиках, положение обратное — струя прижимаете;’

к забою, но выработанное пространство проветривается слабее

(рис. 14).

Рис. 15. Прямоточная схема проветривания на вентиляцион­ ный штрек впереди лавы при прямом порядке отработки:

ботки (рис. 15) часть воздуха при движении его по откаточному

штреку просачивается в выработанное пространство и отсюда поступает в призабойное пространство. Этими струями метан,

выделяющийся в выработанное пространство, выносится в лаву. Вдоль лавы (по ходу струи) содержание метана вначале ра­ стет относительно быстро, а затем нарастание содержания ме­

тана остается постоянным и может усилиться, если газообильнсють выработанного пространства велика.

Наоборот, при прямоточной схеме проветривания на венти­ ляционный штрек, расположенный в выработанном простран­ стве (обратный порядок выемки), весь воздух, подаваемый на участок, без потерь (рис. 16) поступает в нижнюю часть лавы. При дальнейшем движении по призабойному пространству часть

39

воздуха теряется в результате просачивания его через вырабо­

танное пространство на вентиляционный штрек. Вследствие этого

метан, выделяющийся в выработанном пространстве, выносится струями утечек воздуха непосредственно на вентиляционный штрек и не может проникнуть в более или менее значительных количествах в призабойное пространство лавы.

Взависимости от того, сколько газа выделяет рабочий забой

исколько дает выработанное пространство при принятых схе-

Рис. 16. Прямоточная схема проветривания на вентиляцион­ ный штрек в выработанном пространстве при обратном по­ рядке отработки:

1 — направление движения свежего во духа; 2 — направление движения отра­ ботанного воздуха; 3 — направление движения метана в ненарушенном мас­ сиве угля; 4 — направление утечек воздуха через выработанное простран­ ство; 5 — направление движения метана в выработанном пространстве за счет диффузии

мах проветривания, будут различны условия газораспределения

вочистном забое.

Околичестве метана, выделяющегося в выработанных про­

странствах, можно судить, например, на основании изучения га-

зоссдержания воздуха вдоль вентиляционного штрека, если по­ следний расположен над выработанным пространством.

На распределение и интенсивность газовыделения в забое-

в значительной степени влияет скорость его подвигания и спо­ соб выемки.

Увеличение скорости выемки приводит к росту интенсивности, газовыделения из пласта в момент выемки и в некоторых слу­ чая?: к сосредоточенному бурному выделению метана в местеработы машин. Так, при зарубке угольных пластов с высокой

газоносностью простои врубовых машин вследствие большого газовыделения часто составляют 50% рабочего времени. Глу­ бина зарубной щели также влияет на интенсивность газовыде­ ления. Опыты показали, что в лавах при глубине зарубной щели

40

1,8 .ч остановки работы врубовой машины вследствие загазирования рабочего пространства происходили через каждые 5 мин.;

при уменьшении глубины зарубной щели до 1,1—1,3 м стало

возможным производить зарубку непрерывно.

Газовый дебит шахты не является строго постоянным во вре­ мени и подвержен колебаниям в пределах 10—15%, а для от­

дельных участков шахты и более. Эти колебания обусловлены различной газоотдачей массива пласта угля и спутников при раз­ ных технологических процессах и процессах, связанных с изме­ нением горного давления. Очевидно, что если в очистном забое

производится отбойка угля, то газа при прочих равных усло­ виях выделяется больше, чем в периоды, когда отбойка не про­ изводится. То же происходит при раздавливании угля в забое или при осадке кровли. Экстренные колебания газового дебита

шахты вызываются изменением барометрического давления. Это

связано в основном с выделением газа из выработанных про­ странств. Поэтому быстрое понижение барометрического давле­ ния может иметь следствием загазирование горных выработок за счет выхода метана главным образом из непроветриваемых пространств.

Суфлярные выделения метана

В угольных месторождениях довольно часто встречаются

различного рода нарушения сплошности пород — крупные тре­ щины, участки сильнотрещиноватых пород и даже пустоты. Ино­ гда в такого рода коллекторах, особенно если они сообщаются с сильногазоносными угольными пластами, скопляются под зна­ чительным давлением большие количества газа. При вскрытии выработкой такого коллектора начинается истечение газа с ин­ тенсивностью, зависящей от его давления, продолжающееся до тех пор, пока суфляр не иссякнет. Подобные суфляры называ­ ются суфлярами I рода.

В зависимости от размера и протяженности вскрывающих суфляр отверстий и трещин и от мощности суфляра выделение газа может происходить в весьма больших количествах и про­

должаться длительное время. Так, например, суфляр Уразовского пласта (шахта «Центральная», Донбасс) действовал 10 лет и давал в течение первых 500 дней 20 000 .и3 метана в сутки.

Крупные суфляры вследствие неожиданности их вскрытия и большого дебита газа могут привести к быстрому загазированию рабочих выработок и быть причиной крупных ката­ строф.

Выделения газа типа суфляров происходят иногда также че­ рез трещины, образовавшиеся в результате эксплуатационных

работ, например при посадке кровли. Такие суфляры называ­ ются суфлярами II рода. Газовыделение этого вида обычно обус­ ловлено газоотдачей соседних с разрабатываемым пластов. Дей­

43

ствие таких суфляров не носит столь катастрофичного характера, как при крупных суфлярах I рода, однако бывает достаточно значительным, чтобы осложнить ведение горных работ или вы­

Внезапные выделения (выбросы)

Различают три вида внезапных выделений: 1) внезапный выброс угля и газа;

2) внезапное выдавливание в забое масс угля с усиленным тазовыделением;

3) внезапное высыпание угля с усиленным тазовыделением.

Основную опасность представляют собственно внезапные вы­ бросы.

Внезапному выбросу в забое предшествуют обычно преду­ предительные признаки: характерное потрескивание угля, хлопки

и удары в угольном массиве, отскакивание кусочков угля («ше­ лушение») , изменение крепости угля, изменение газовыделения,

изменение давления на крепь и некоторые другие. Определен­ ные предупредительные признаки отмечаются при приближении выброса также специальным шахтным микросейсмическим при­ бором, сконструированным МакНИИ. После появления замет­ ных для рабочего предупредительных признаков, часто непо­

средственно за ними или через очень малый промежуток вре­ мени, происходит внезапный выброс, развивающийся, как лавинно нарастающий процесс разрушения забоя и выброса угля в выработку вместе с газом. Выброс происходит в виде ряда

толчков (волнообразно) и прекращается самопроизвольно. Длительность собственно выброса составляет всего несколько

секунд. Но подготовка и развитие процесса в целом, как пока­ зали новейшие исследования, могут длиться несколько десятков минут. В результате выброса остается в угле пустота, часто овальной формы.

Вопрос о причинах и механизме внезапных выбросов нахо­ дится еще в стадии выяснения. Однако мнение большинства специалистов сводится к тому, что явление выброса обусловли­

вается наличием ряда факторов, из которых основными явля­ ются давление горных пород, энергия заключенного в угле газа, физико-механические свойства и структура угля, строение пла­

имеется область опорного давления. В этой области уголь уплот­ нен, имеет пониженную газопроницаемость и создает препятствие

свободному истечению газа в выработку — газовый барьер.

У груди забоя уголь, наоборот, частично разрушен и имеет по­ вышенную газопроницаемость.

42

По мере подвигания выработки перемещается и зона опор­ ного давления. В тех случаях, когда вследствие изменения проч­

ности пласта или характера оседания кровли или по иным при­

чинам возникают условия быстрого нарушения газового барьера,

т. е. быстрого снятия препятствия истечению газа, происходит внезапный выброс.

Пласты, опасные по внезапным выбросам, часто характери­

зуются значительной газоносностью и давлением газа, имеют уголь, обладающий малой механической прочностью при креп­ ких вмещающих породах. Обычно внезапные выбросы начи­ наются с глубины 250—300 м, но иногда со 100—150 м. Частота

иинтенсивность внезапных выбросов возрастают с увеличением глубины горных работ.

ВСССР внезапные выбросы имели место в угольных пластах

Донбасса, Кузбасса, Воркуты, Дальнего Востока и Урала. Сред­ няя интенсивность внезапного выброса, т. е. количество выбро­

шенного угля на один выброс, по П. И. Мустелю, составляет 35 пг. Однако имели место случаи выбросов угля до 1500 т и до нескольких десятков тысяч кубических метров газа.

Наибольшей частотой и интенсивностью характеризуются

внезапные выбросы на пластах крутого падения. Так, в Дон­ бассе 90% всех выбросов приходятся на крутые пласты.

Пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа, под­ разделяются на опасные и угрожаемые. К опасным относятся

пласты, на которых в пределах поля данной шахты имели место

случаи выбросов. К угрожаемым относятся пласты, на которых

впределах поля соседней шахты по простиранию на тех же го­ ризонтах были случаи выбросов.

Причинами внезапного высыпания являются: малая механи­

ческая прочность угля, малый коэффициент трения между углем

ибоковыми породами, сила тяжести угля.

Внезапное выдавливание угля связано с давлением кровли, вызывающим перенапряжения в угольном массиве.

5.Приборы для контроля содержания метана в рудничной атмосфере

Для постоянного контроля за содержанием метана в руднич­

ном воздухе в производственных условиях широко используется предохранительная индикаторная бензиновая лампа «Свет шах­ тера».

Контроль основан на использовании свойства метана гореть

при соприкосновении с источником воспламенения.

Замер метана лампой производят сначала при полном,

нормальном (высотой 25 мм) пламени. Если при этом будет замечено ослабление света лампы, удлинение пламени и копоть, производство замера прекращается и газосодержание метана фиксируется равным 4%. Если перечисленные признаки при за-

43

мере полным пламенем не обнаруживаются, то производят по­ вторный замер при пламени, уменьшенном до высоты 2 мм, так чтобы в пламени осталась светлая точка. Если в воздухе при­ сутствует метан, то вокруг пламени лампы появляется второе пламя — это пламя горящего метана голубого цвета, или так называемый метановый ореол. Форма и размеры метанового

Рис. 17. Форма и размеры (в мм) метанового ореола над прикру­ ченным пламенем бензиновой лампы в зависимости от содержания метана в воздухе

ореола при различном содержании метана в воздухе показаны

на рис. 17. Содержание газа определяется по высоте ореола в соответствии с табл. 5. В случае высокого газосодержания в лампе может произойти вспышка газа — в этом случае лампу

следует осторожно опустить на почву.

Таблица 5

Высота метанового ореола в зависимости от содержания метана в воздухе

Высота ореола (мм) от трубки

44

Нельзя долго держать лампу во взрывчатой смеси, следует осторожно опустить ее вниз, как только ореол (см. рис. 17) до­ стигнет половины высоты стекла.

Замеры газа можно производить только вполне исправной бензиновой лампой.

Точность определения содержания метана в воздухе при по­ мощи бензиновой лампы до некоторой степени зависит от инди­ видуальных качеств газомерщиков, а также еще от ряда фак­

торов.

Кроме того, лампы не полностью безопасны, использование их в качестве индикаторов на шахтах, опасных по внезапным вы­ бросам и сверхкатегорных, Правилами безопасности запре­

щено.

В настоящее время для замера наличия метана в шахте соз­ дано довольно много различных типов газоопределителей. Ниже рассматриваются некоторые из них.

Газоопределитель типа ОВ-2301. Принцип действия интер­ ферометра ОВ-2301 аналогичен принципу действия прибора ШИ-3, применяемого для определения содержания СН4 и СО?

и описанного выше (§ 2).

Так же как ШИ-3, прибор имеет: оптическую часть, обеспе­ чивающую получение определенной интерференционной картины;

воздушную и газовую камеры, при прохождении через кото­

рые когерентных лучей происходит смещение интерференцион­ ной картины, пропорциональное содержанию метана в исследуе­ мом воздухе; поглотительные патроны и фильтры для осушения и очистки воздуха. Внешний вид прибора показан на рис. 18, а, оптическая схема — на рис. 18, б.

На корпусе прибора (см. рис. 18, а) размещаются: отсчетный механизм Г, выходной штуцер 2 газовой линии с резиновой гру­ шей 3; входной штуцер газовой лйнии 7; входной 5 и выход­ ной 4 штуцеры воздушной линии; окуляр 6 зрительной трубы;

источник электропитания 8; патрон с защитным колпачком для

.лонки — первая, заполненная натронной известью для поглоще­ ния углекислого газа и сернистых соединений, и вторая, запол­

ненная хлористым кальцием для осушения смеси.

Для продувки прибора в чистой атмосфере имеется дополни­

тельный фильтр-патрон, хранящийся в футляре прибора. Напол­ нители очистительных фильтров газовой линии меняют через каждые 200 замеров. Ватные фильтры на входных штуцерах ме­ няют ежесуточно. Дополнительный фильтр меняется раз в 3 ме­ сяца.

Электрическая часть прибора включает электролампочку

МН-3, сухой элемент КСХ-3, устройства включения. Элемент и лампочка заменяются по мере надобности. Размеры прибора

540X90X65 мм, вес 2,8 кг. Прибор взрывобезопасен. Точность

45

измерения прибором +0,3%, измеряемые концентрации метана

0,3—6,0%, время замера не более минуты.

До спуска прибора в шахту для производства замеров произ­ водят обязательную проверку его исправности и устанавливают

показатель отсчетного механизма на нуль.

При замере в шахте: 1) открывают вход газа в газовую ка­ меру; 2) продувают газовую камеру исследуемым воздухом

Рис. 18. Газоопределитель ОВ-2301:

а — общий вид; б — оптическая схема

10 нажатиями груши; 3) нажав кнопку включателя и наблюдая в окуляр, вращают обойму отсчетного механизма по часовой стрелке до тех пор, пока белая полоса интерференционной кар­ тины не расположится симметрично относительно визирной ли­

нии (как и при установке прибора на нуль в чистом воздухе); 4) берут отсчет по шкале прибора.

Газоопределитель метана типа ГМТ-3 предназначается для определения содержания метана в рудничном воздухе непосред­ ственно в горных выработках.

46

Принцип действия газоопределителя ГМТ-3 состоит в элек­ трическом измерении разности теплопроводностей воздуха и смеси воздуха,с метаном, которая зависит от изменения содер­ жания метана в смеси. Если одинаковые проводники, нагретые электрическим током до одинаковой температуры, поместить в различные газовые среды, например в чистый воздух и метано­ воздушную смесь, то температура проводников, а следовательно, и их сопротивления, изменятся в зависимости от теплопроводно­ сти сред. Величина разности сопротивлений проводников опре­ делит разность теплопроводностей сред, а следовательно, и раз­ ницу в их газосодержании, В Данном случае — в содержании ме­

тана.

Газоопределитель (рис. 19) состоит из следующих основных частей: насос 1 для просасывания воздуха через камеру; погло­ тителя 2 углекислого газа и водяных паров; металлического блока <3; гальванометра (микроамперметра) Г; реостата R с рео­ хордом г; переключателя П, сухих элементов Е.

В литом блоке имеется четыре камеры, в двух из них, гер­ метичных, заполненных воздухом, помещены нерабочие термо-

сопротивления R\ и Rs — платиновые спирали; в двух других,

сообщающихся с наружной средой, помещены рабочие термо­ сопротивления R2 и R^

Газовая смесь поступает в прибор через фильтр 2 при по­

мощи насоса.

Источник питания прибора Е — шесть сухих элемен­ тов.

Измерение сопротивления производится при помощи мостика Уитстона; измерительным прибором в мостике служит гальвано­ метр Г, шкала которого проградуирована непосредственно в про­ центах метана. Переключение гальванометра осуществляется переключателем /7; в положении К он измеряет падение напря­ жения на сопротивлении /?ш; в положении И измеритель вклю­ чается в диагональ моста. Сопротивление RK,U равно сопротивле­

нию Rm. Для уравновешивания моста служит реохорд г. Регули­ ровка силы тока осуществляется реостатом R.

Техническая характеристика газоопределителя ГМТ-3

47

Метаноизмеритель МакНИ И типа МТ-1. Аналогичен по

устройству и действию прибору ГМТ-3, но компактнее его. Раз­ меры прибора 180Х 100X40 мм. Внутри корпуса располагаются

Рис. 19. Газоопределитель метана ГМТ-3:

а — общий вид; б — принципиальная схема устройства

четыре сухих элемента для питания мостовой схемы, приемник с четырьмя каналами, поглотительная колонка, поршневой насос. Прибор предназначен для взрывников и имеет шкалу с деле­ ниями 0; 1; 2 и 3% СН4, что достаточно для проверки газосодержания в забое при производстве взрывных работ.

48