автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Повышение эффективности профилактики и локализации эндогенных пожаров в шахтах Томусинского района Кузбасса

На правах рукописи

МЕЛЬНИЧЕНКО ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ

РГ5 0&

, С г ■"■ ; "О

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛАКТИКИ

И ЛОКАЛИЗАЦИИ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ШАХТАХ ТОМУСИ КОСОГО РАЙОНА КУЗБАССА

(на примере шахты "Томская" ОАО "УК "Кузнецкуголь")

Специальность 05.26.03 - "Пожарная безопасность"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2000

г

Работа выполнена в Государственном Восточном научно- исследовательском институте по безопасности работ в горной промышленности -ВосгНИИ.

Научный руководитель - докт. техн. наук, проф. Л.П.Белавенцев

Официальные оппоненты: докт. техн. наук А.В.Сурков

канд. техн. наук, проф. В.С.Лудзиш

Ведущая организация - Российский научно-исследовательский ннсти-iyi горноспасательного дела (РосНИИГД)

Зашита диссертации состоится "tX." н°АЬрЯ 2000г. в iO часов на заседании диссертационного совета К 135.02.01 при Государственном Восточном научно- исследовательском институте по безопасности pa6oi в горной промышленности (ВостНИИ) по адресу: 650002, г.Кемерово, ул. Институтская, 3, факс 42430, электронный адрес ВостНИИ: vostnii % stbl. kuzbass. net. С диссертацией можно ознакомиться в библнеиеке ВосгНИИ.

Автореферат разослан "/7" октЯ&рЯ 2000г. Ученый секретарь

диссертационного совета, . _ -

кандидат технических наук " ^"Лч Хи Ун

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие угольной промышленности в последние годы характеризуется снижением технико-экономических показателей, что в значительной мере связано с ухудшением горно-геологических условий разрабатываемых пластов, низкими темпами обновления шахтного фонда и переходом к новым рыночным отношениям, при которых многие шахты оказались нерентабельными.

Важным внутренним резервом для модернизации шахтного фонда действующих шахт является вовлечение в разработку запасов угля, законсервированных из-за возникновения эндогенных пожаров, при обеспечении безопасности горных работ в районе пожарных участков. На шахтах Кузбасса ежегодно возникает в среднем 11 эндогенных пожаров, в результате чего выбывает из работы 9 очистных забоев, изолируется 2-3 дорогостоящих механизированных комплекса и теряется только в пожарных участках до 2 млн. т угля. Особенно большие осложнения в технологический процесс добычи угля вносят пожары при слоевой отработке мощных пологих и наклонных пластов по бесцелнковым схемам. Так, наличие эндогенного пожара № 50 на шахте "Томская" АОУК "Кузнецкуголь" сдерживает добычу подготовленных запасов коксующегося угля по пластам III, IV-V и VI в размере 17 млн. т. Аналогичная ситуация имеет место на всех шахтах Томусинского района Кузбасса.

Безопасность ведения горных работ в рассматриваемых условиях, особенно при выемке запасов в районе пожарных участков, должна устанавливаться на основе совокупной оценки факторов, влияющих как на активизацию эндогенного пожара и возможный вынос пожарных газов в горные выработки, так и на формирование очага самонагревания угля в выработанном пространстве действующего очистного забоя. Однако принципы такой оценки не определены нормативными документами, что приводит к принятию необоснованных технических решений при отработке мощных пологих пластов в районе пожарных участков.

Поэтому научное обоснование технических решений по совершенствованию способов профилактики, обнаружения и локализации эндогенных пожаров для повышения безопасности горных работ в районе пожарных участков является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное и социальное значение.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой проведения крупномасштабного научно-производственного эксперимента по уточнению параметров технологических схем отработки, профилактики и локализации эндогенных пожаров на мощных пологих пластах Кузбасса ( на примере шахты "Томская" АОУК "Кузнецкуголь"), согласованной с Госгортехнадзором России и Кузнецким округом и утвержденной б. ГК "Росуголь". Автор являлся руководителем научно-исследовательских работ, выполненных по указанной программе.

Цель работы состоит в повышении эффективности профилактики и локализации эндогенных пожаров при подземной разработке мощных пологих пластов на основе разработанных технических решений по совершенствованию способов дезактивации угля, обнаружения местоположения пожарных очагов и снижения воздухопроницаемости выработанных пространств.

Идея работы заключается в использовании механизма аэрогазотермо-динамических процессов при развитии и распространении очага самовозгорания угля в выработанном пространстве мощного пологого пласта для обоснования технических решений, обеспечивающих безопасность горных работ в районе пожарных участков.

Задачи исследований:

- изучить особенности формирования очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемыми породами кровли;

- установить численные значения теплофизических параметров атмосферы в пожарном участке в режиме естесгвенного проветривания шахты :ия оиенки состояния эндогенного пожара и зоны распространения ею »;

выработанном пространстве;

- выявить особенности протекания аэрогазотермодинамических процессов в пожарном участке в зависимости от положения очистного забоя на нижележащем пласте, подрабатывающем контур пожара, режима проветривания и метеофакторов;

- осуществить разработку и опытно-промышленные испытания нового способа предупреждения самовозгорания угля при выемке мощных пологих пластов в районе пожарных участков ;

- выполнить исследования влияния глинистых и зольных пульп на дезактивацию угля;

- разработать и испытать технологическую схему локализации эндогенного пожара в выработанном пространстве мощных пологих пластов;

- выполнить оценку эффективности и определить область применения разработанных технических решений, обеспечивающих повышение безопасности ведения горных работ в районе пожарных участков.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта профилактики и локализации очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов в районе пожарных участков, методы математической статистики, математическое описание физических явлений и процессов, протекающих при формировании очага эндогенного пожара, лабораторные и шахтные эксперименты, опытно промышленные испытания и внедрение разработанных технических решений и технико-экономический анализ их.

Научные положения, выносимые на защиту:

- установленные закономерности формирования и развития очагов самовозгорания угля составляют базу данных для прогнозирования эндогенной пожароопасности при проектировании н ведении горных работ на мощных пологах пластах с труднообрушаемой кровлей;

- эффективное торможение процесса окисления и самонагревания угольного скопления достигается на основе использования нового принци-

па интенсификации дезактивации потерь угля в проветриваемой зоне выработанного пространства путем обработки их тонкораспыленной водой с измененными свойствами;

- местоположение очага эндогенного пожара и зона распространения его по выработанному пространству устанавливаются по изменению теп-лофизических параметров атмосферы в контрольных скважинах, пробуренных с земной поверхности в пожарный участок, в режиме проветривания шахты за счет депрессии естественной тяги;

• пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в пожарном участке при подработке его нижележащим пластом зависит от характера деформирования пород междупластья, интенсивности н направления фильтрационных потоков в выработанном пространстве и метеофакторов и определяет возможность и безопасность ведения горных работ под этими зонами;

• повышение эффективности локализации эндогенного пожара за счет секционирования выработанного пространства пожарного участка путем создания в нем изолирующих полос из летучей золы можно оценить по изменению газовых аномалий в поверхностном слое, устанавливаемых по результатам съемок подпочвенного состава горючих газов.

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается:

- современными представлениями о закономерностях развития процесса самовозгорания угля, обоснованностью принятых методов исследований н обработки экспериментальных данных;

- достаточным объемом инструментальных наблюдений в 25 контрольных точках, включающих проведение анализа 4800 проб атмосферы пожарного участка, 50 измерений утечек воздуха и его тсплофизических параметров и 20 сьемок подпочвенных газов для оценки состояния эндогенного пожара и шны его распространения;

- удовлетворительной сходимостью результатов выполненных анилн-

тнческих расчетов и экспериментальных исследований (расхождение в пределах ± 15%);

- положительными результатами опытно-промышленной проверки н внедрения разработанных технических решений по безопасной выемке запасов угля под контуром эндогенного пожара.

Научное значение работы заключается в установлении особенностей протекания аэрогазотермодннамических процессов о изолированном выработанном пространстве с очагом эндогенного пожара при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей для научного обоснования технических решений, обеспечивающих повышение безопасности ведения горных работ в районе пожарных участков.

Научная новизна работы состоит:

- в установлении закономерностей формирования и развития очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологах пластов с труднооб-рушаемой кровлей, которые представляют собой теоретическую базу обоснования прогрессивных технических решений по совершенствованию способов обнаружения, профилактики и локализации эндогенных пожаров;

- в получении новых данных о пожарной ситуации в изолированных участках и влиянии на нее режима проветривания очистного забоя на нижележащем пласте, аэродинамики выработанного пространства и метеофакторов при выемке запасов угля под кошуром пожара;

- в обосновании нового принципа дезактивации потер, угля в проветриваемой зоне выработанного пространства действующего очистного забоя путем обработки их тонкораспыленной водой с измененными свойствами:

- в разработке концепции локализации очагов эндогенных пожаров в изолированном выработанном пространстве, учитывающей пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в пожарном участке;

- в установлении впервые технологических и вентиляционные пара-

метров безопасного ведения горных работ под контуром пожара.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты выполненных исследований позволили:

- управлять аэрогазотермодинамическими процессами в пожарном участке для безопасной отработки под ним мощных пологих пластои на основе предложенных технических решений, мероприятий и рекомендаций;

- разработать методику оценки состояния эндогенного пожара в изолированном участке, позволяющую установить пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в выработанном пространстве и возможность ведения горных работ под контуром пожара;

• обосновать и разработать новый способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующего очистного забоя, позволяющий затормозить процесс окисления и самовозгорания угля без остановки горных работ и изменения их вентиляционных параметров;

• осуществить выбор инертных материалов для эффективной дезактивации угля и возведения изолирующих полос в выработанном пространстве пожарного участка; '

• разработать технологическую схему локализации очага самовозгорания угля, позволяющую сократить зону распространения 'Эндогенного пожара и токсичных газов и выработанном пространстве за счет секционирования его путем возведения изолирующих полос;

- расширить объем ведения горных работ на мощных пологих пластах в районе пожарных участков на основе применения разработанных способов обнаружения, профилактики и локализации эндогенных пожаров.

Личный вклад автора состоит:

• в исследовании и использовании закономерностей формирования и развития очагов самовозгорания угля при отработке мощных полошх пластов с труднообрушаемой кровлей для обоснования |«хнпческих оеше-ний и мероприятий по безопасному ведению горных рабо1 в районе пожарных участков;

- в установлении особенностей а)р<наюлинамических ироиалон.

протекающих в подрабатываемом пожарном участке, и влияния на них режима проветривания горных работ на нижележащем пласте, интенснвности и направления фильтрационных потоков в выработанном пространстве и метеофактороп;

- в развитии метода обнаружения местоположения очага эндогенного пожара и зоны распространения его по изменению теплофизнческнх параметров атмосферы в пожарном участке в режиме проветривания шахты за счет депрессии естественной тяга;

- в разработке нового способа предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующего очистного забоя на принципе ннтененфикации дезактивации угля;

- в научном обосновании и разработке параметров технологической схемы локализации эндогенного пожара в выработанном пространстве с использованием для его секционирования летучей золы и золошлакового материала;

- в использовании полученных технических решений и научных обоснований при отработке мощных пологах пластов в районе пожарных участков на шахтах Томусинского района Кузбасса.

Реализация работы. Результаты исследований реализованы в виде паспортов выемочных участков и специальных мероприятий по безопасному ведению горных работ в районе пожарных участков на шахтах Томусинского района Кузбасса. Основные положения диссертационной работы использованы также при разработке "Методики прогноза эндогенной пожароопасное™ выемочных полей шахт Кузбасса для выбора достаточного объема пожарно-профнлактнческнх мероприятий" (Кемерово, ВостНИИ, 1996) и "Руководства по применению способа профилактики эндогенных пожаров на принципе интенсификации дезактивации угля в шахтах Кузбасса" (Кемерово, ВостНИИ, 1997).

Внедрение результатов диссертации на шахте "Томская" АОУК "Кузнецкуголь" позволило расконсервировать запасы угля под контуром

пожара № 50 и обеспечить эффективную и безопасную отработку их. При этом долевой экономический эффект от использования способов, методов и практических рекомендаций, предложенных в диссертационной работе, составляет 1,5 млн. руб. в год (в ценах 1999 г.).

Апробация работы. Основные научные положения и практически«.- результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности в Ш-ем тысячелетни" (Новокузнецк, 2000), на технических советах б. ГК "Росуголь" (г.Москва, 1994-1996 гг.), Госгортех-надзора России (г.Москва, 1994-2000гг.), Кузнецкого управления Госгор-технадзора России (Кемерово, 1994 - 2000гг.), шахты "Томская" (1 Междуреченск, 1994-2000 гг.), АО УК "Кузнецкуголь" (г.Новокузнецк, 1994-2000 гг.), на ученых советах институтов "ВостНИИ" (г.Кемерово, 1994-2000 гг.) и "РосНИИГД" (г.Кемерово, 1994-2000 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано о 6 научных трудах и заявке на изобретение "Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства" с положительным решением о выдаче патента РФ.

Объем н структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех 1лав и заключения, изложенных на 147 страницах, содержит 30 рисунков, 18 таблиц, список литературы из 82 наименований и одно приложение.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ эндогенной пожароопасности выемочных полей шахт Томусинского района Кузбасса и тученности вопросов борьбы с подземными пожарами от самовозгорания угля.

Установлено, что за период 1962-1995 гг. на шахтах рассма1рпвиемо| о района подавляющее количество эндогенных пожаров (93 "'..) вошикло на пластах III и IV-V, которые имеют большую мошной ь (до 12м), сохраняющуюся но всей площади месторождения. Кровля -них п.шпив iipu.ici:iu.icna

в основном монолитньм песчаником крепостью Г = 9-10, что определяет крупноблочный характер обрушения и высокую воздухопроницаемость выработанного пространства.

Очаги самовозгорания угля наиболее часто возникали в местах крупных геологических нарушений пластов, при наличии пожаров в граничных полях, а также при отработке вторых-третьих слоев и скорости подвигания очистных забоев менее 40м в месяц. Как показал анализ, с переходом горных работ на глубину 250м и более возможность снижения эндогенной по-жароопасности шахт в районе за счет управляемых горнотехнических факторов (сокращение потерь угля, регулирование вентиляционных параметров и др.) весьма ограничены.

Изучению определяющих факторов самовозгорания угля и разработке способов и средств борьбы с подземными эндогенными пожарами посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых. Значительный вклад в формирование научных представлений о физико-химических процессах, протекающих при развитии самовозгорания угля, и разработку способов управления ими внесли А.А.Скочннский, В.С.Веселовский, В.М.Маевская, В.И.Саранчук, Л.П.Белавенцев, В.Г. Игишев, О.И.Чернов, Л.П.Томашевскнй, В.А.Бонецкий, В.В.Егошин, Ю.А.Миллер, З.С.Быкова, Х.А.Баев, В.Я.Альперович, Ф.Плаше, В.Бот, Р.Мюллер и др.

Прогнозированию эндогенной пожароопасное™ горных работ посвящены работы В.М.Маевской, В.Е.Глузберга, В.Н.Вьиг гжанина, В.А.Бонецкого, В.Я.Алъперовича, Х.А.Баева и др.

Анализ литературных источников дает основание констатировать, что закономерности формирования очагов самовозгорания угля при разработке мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей в районе пожарных участков изучены крайне недостаЧгочно. Полученные аналитические решения температурного поля в нагревающемся угольном скоплешш, несмотря на оригинальность подходов и преимущественно правильное отражение физических закономерностей, не учитывают, как правило, фак-

тор влагообмена и не всегда приемлемы для решения практических задач профилактики эндогенных пожаров. Поэтому для обеспечения безопасной разработки мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей в районе пожарных участков необходимо проведение целевых исследований, предусматривающих: определение роли влаги в формировании очага самовозгорания угля; обоснование показателей для определения местоположения очага эндогенного пожара и зон распространения пожарных газов в выработанном пространстве; изыскание эффективных способов дезактивации у1ля и повышения аэродинамического сопротивления выработанного пространства.

Анализ эндогенной пожароопасности выемочных полей шахт Тому-синского района Кузбасса и изученности вопросов борьбы с подземными пожарами от самовозгорания угля позволил сформулировать приведенные выше цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены результаты исследований влияния влаги на формирование очагов самовозгорания угля и промышленных испытаний способа обнаружения и профилактики эндогенных пожаров при выемке мощного пологою пласта.

Для оценки возможности доработки лавы № 4-1-2 под контуром эндогенного пожара № 50 по пласту III на шахте "Томская" ( рис. I) проведены исследования по определению местоположения пожарного очах а в режиме проваривания шахты за счет депрессии естественной тяги. В качестве основного показателя принят вентиляционный напор (суммарная величина естественной тяги и тепловой депрессии) в контрольных скважинах, пробуренных с земной поверхности в пожарный участок.

На основании результатов исследований установлено отсутствие очагов пожара по пласту III впереди лавы № 4-1-2, о чем свило ельствуют минимальные величины вентиляционного напора (0, 4-2,6 лаПа) в скважинах и сравнительно низкие концентрации индикаторных газов (0, 2 ".. СО: О, 3 % Лз), которые в ном районе пожарно! о участка имени приносной ха-

Рис.1. СовмеденныЯ план горных работ на пластах Ш и1У-У в контуре эндогенного пожара-* 50

па шахте юмская :---зона интенсивного распространения пожарных газов;

о - скважины . .

рактер. Доказано, что району местоположения очага пожара соответствует величина вентиляционного напора 6 даПа и более относительно депрессии естественной тяги. В связи с этим сделан вывод о возможности доработки лавы № 4-1-2 по пласту 1У-У при условии локализации очага пожара № 50.

Результаты проведенных исследований явились научной основой для организации крупномасштабного научно-производственного эксперимента на шахте "Томская", в рамках которого предусматривалась доработка лавы №4-1-2 под контуром пожара № 50 по специальным мероприятиям, согласованным с институтами по безопасности (ВостНИИ, РосНИИГД) и утвержденным техническим директором АОУК "Кузнецкуголь".

Для повышения эффективности профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующего очистного забоя выполнены лабораторные и шахтные исследования влияния влаги на формирование очагов самовозгорания угля. Как показал анализ полученных результатов с увеличением влажности угля в два раза способность его поглощать кислород уменьшается в три раза, что свидетельствует о целесообразности применения профилактического увлажнения выработанного пространства для торможения в нем окислительных процессов.

На основании целевых исследований впервые установлено, что формирование и развитие очага самонагревания угля в значительной степени зависит от критерия Ребиндера (КЬ), который характеризует кинетику процесса сушки и определяется из выражения

ЯЬ = с/г • <11/(1\у, (I)

где с - удельная теплоемкость угля, Дж/(кг«К); г - удельная теплота испарения влаги, ДжУкг; ЛМум - температурный коэффициент испарения влаги, численно равный отношению прироста средней температуры угля (в К) к изменению среднего влагосодержания его (в кг/кг) за определенный промежуток времени.

Для зависимости критерия Ребиндера от влагосодержания >т ля в процессе его самонаг ревания получена функция вида

ЯЬ = Аехр[-п(\У- >УР)],

(2)

где \УР - равновесное влагосодержанне, %; А и п - коэффициенты, определяемые экспериментальным путем.

Как показали натурные наблюдения, в режимах сушки, протекающей при низкотемпературном окислении угля в шахтных условиях, указанные коэффициенты являются постоянными: А = 0, 01; п =0,96. При этом установлено, что переход процесса самонагревания угольного скопления в стадию возгорания наступает при снижении влажности угля в среднем на 60 % по сравнен.по с естественной (ЯЬ = 2,4.10-') и турбулентном режиме движения воздуха (Яе = 59).

С целью повышения эффекта дезактивации угольного скопления за счет его увлажнения выполнены по общепринятой методике лабораторные исследования влияния воды, прошедшей магнитную обработку, на скорость сорбции кислорода углем. В результате целевых исследований установлено, что омагничеиная вода более интенсивно снижает активность угля к кислороду воздуха, чем обычная. Как показали расчеты по разработанной ВостНИИ методике, угли, обработанные омагниченной водой, увеличивают продолжительность формирования очага самонагревания (до 40 ®С) по сравнению с необработанными в 2 раза, а по сравнению с обработанными шахтной водой - в 1,3 - 1,5 раза.

Полученные результаты явились научной основой для разработки новой технологической схемы предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих очистных забоев с применением аэрозолей воды, прошедшей магнитную обработку| С этой целью перед очистным забоем в участковом трубопроводе устанавливают магнитный фильтр, через который вода под давлением не ниже 0,6 МПа подается по высоконапорному шлангу на форсунку, создающую факел аэрозолей. Реализация данной схемы на шахте "Томская" с июля 1994 г. по декабрь 1995г. при отработке лав № 4-1-2 и 4-2-4 под контуром пожара № 50 позволила

определить ее оптимальные параметры: расход распыляемой омагниченной воды - 9-15 л/мин; напряженность магнитного поля - не менее 2400 Э; среднемассовый размер аэрозольных частиц - 15-25 мкм.

Оценка текущей эндогенной пожароопасности горных работ и эффективности технологической схемы предупреждения эндогенных пожаров с применением аэрозолей омагниченной воды производилась по единому показателю Rn = (!„« /dnoc» ( где dHcx, dnocr - влагосодержание воздуха соответ- . ственно в исходящей из призабойного выработанного пространства и поступающей в него струях воздуха, кг/кг). Установлено, что за период наблюдений (с июля 1994г. по октябрь 1994г.) показатель пожароопасности Rn изменялся в пределах 1,0 - 1,2, т.е. в выработанном пространстве лавы № 4-1-2 не происходило формирование пожароопасной зоны, а применяемые профилактические мероприятия обеспечивали торможение развития процесса окисления и самовозгорания угля.

В третьей главе приведены результаты исследований профилактических свойств зольных и глинистых суспензий и промышленных испытаний технологической схемы локализации эндогенного пожара при разработке мощного пологого пласта.

Сравниваемые материалы (зола и глина) близки по средней крупности (0, 147 и 0, 118 мм), величине пористости (50 н 45 %), условной вязкости (16 и 15 с) и плотности (1,03 и I, 13 г/см1), а при растворении в воде образуют одинаковую щелочную среду.

Исследованиями установлено, что зольная суспензия отличается от глинистой по содержанию твердых частиц и степени засоленности. Это различие оказывает влияние на качество пен на их основе, которое оцени-налось по показателю Y

Y = К С» мин, (3)

где К - V„ /Vp - кратность пены; С» - стойкость пены, мин; Vn - объем пены, см'; VP - объем пенообразующего раствора, см5.

Как показали расчеты по формуле (3), значение показателя Y. харак-

теризуюшего максимальный объем пены, нарабатываемый одним пеноге-нератором, для вспененной зольной пульпы в 2,5 раза ниже, чем у вспененной глинистой пульпы. Механизм этого явления обусловлен тем , что нерастворимые твердые включения, которых в золе в 2,5 раза больше, чем в глине, при распаде верхних слоев пены пробивают оболочки нижних слоев, способствуя их разрушению. Поэтому использование вспененных суспензий на основе золы для целей профилактики и тушения эндогенных пожаров нецелесообразно.

Доказано, что интенсивность отложения золы из зольной пульпы консистенции Т:Ж = 1:8 в насыпке фракции 10 мм слоем толщиной 200 мм в 1,4 раза, а аэродинамическое сопротивление в 1,5 раза выше, чем у насыпок, проиленных глинистой пульпой.

Полученные результаты явились научной основой для разработки технологической схемы локализации эндогенного пожара путем секционирования выработанного пространства с использованием летучей золы, которая реализована на шахте "Томская". Технологическая схема включает в себя цементовоз, золоотделнтель, насос и трубопроводы для подачи воды и золы. Зольная суспензия требуемой консистенции генерируется'в специальном устройстве, закрепленном на обсадной трубе скважины, пробуренном в выработанное пространство (рис. 2).

Изолирующий "пояс" состоял из десяти скважин диаметром 100 мм и I дубиной 255-285 м, которые пробурены в выработанное пространство пожарного участка по пласту III с целью защиты лав № 4-1-2 и 4-2-4 по нижележащему (в 30 м) пласту 1У-У. В ходе реализации схемы с июля 1994 г. по декабрь 1995 г. определены ее оптимальные рабочие параметры. Общий расход золы к моменту доработки лавы № 4-1-2 составил 1425 т.

Для оценки эффективности мер по локализации эндогенною пожара № 50 впервые предложено использовать метод приповерхностных газовых а,емок, разработанный РосНИИГД для локации очагов самовозгорания \|.1я. С этой целью определены газовые аномалии в приповерхностном слое

Рис. 2. Технологическая схема приготовления зольной суспензаа: I - водоем;

2 - трубопповод всасывапцлш; 3 - насос ЦНС ЗСихЗСЮ; 4 - трубопровод нагнетательный; 5 - ыанокетр; 6 - золоотделитель ЦОЛ-1; 7 - цгмеатовоз Тц-П; 8 - генератор зольной суспензии; 9 - скважина с поверхности; ГС^труба обсадная; II - герметизация затрубного пространства; 12 - ыановакуукыетр типа иш.

над горными работами в лаве № 4-1-2. Затем, по мере отработки лавы, контрольные замеры на земной поверхности повторялись. Меры считаются эффективными, если в центре аномалии уменьшаются показания прибора "Эндоэкс", определяющего концентрацию оксида углерода и водорода.

Первая съемка на экспериментальном участке была выполнена 19.05.94 г. и позволила зафиксировать четыре газовые аномалии с показаниями прибора от 580 до 1200. Лава в этот момент находилась в 300м от ' очага пожара № 50. Последующие семь приповерхност ных съемок подтвердили наличие газовых аномалий. Подача летучей золы в барьерный ряд скважин позволила резко уменьшить (к 31.08.94 г.) аэродинамическую связь лавы с очагом пожара, о чем свидетельствует "размыв" зон газовых аномалий в приповерхностном слое до фоновых значений. Этот вывод подтверждается данными наблюдений по оценке текущей эндогенной по-

1

жароопасности горных работ в лаве № 4-1-2. Утечкн воздуха через между-пластье к концу отработки этой лавы уменьшились » 4 раза, а содержание оксида углерода в контрольных скважинах с поверхности - в 2-7 раз.

В четвертой главе приведен расчет фактического экономического эффекта от внедрения результатов работы.

Экономический эффект определялся в соответствии с отраслевой методикой по фактическим исходным данным, представленным финансовой службой шахты "Томская". С применением разработок автора в лавах № 4-1-2 и 4-2-4 добыто 700 тыс. т коксующегося угля, законсервированного под эндогенным пожаром № 50 по пласту Ш, без возникновения очагов самонагревания и без появления пожарных газов в действующих очистных шбоях. При этом суммарный фактический экономический эффект от внед-

I

рения результатов работы в этих лавах, вычисленный по упомянузой выше методике, составил 1,5 млн. руб. (в ценах 1999г.). В настоящее время под контуром пожара № 50 отработана лава № 4-1-3 по первому слою пласта IV-V также с применением разработок автора.

Внедрение результатов работы позволило обеслочнть очистной

фронт на шахте в условиях ограниченных инвестиций за счет расконсервации подготовленных запасов угля под контуром эндогенного пожара и создать резерв времени для подготовки выемочных столбов на других пластах. Учитывая важное практическое значение выполненной диссертационной работы, результаты ее используются в настоящее время на шахтах "Усинская" и им. Ленина АОУК "Кузнецкуголь" и АО "Шахта Распадская", на которых также имеются большие запасы коксующегося угля, законсервированные в районе пожарных участков.

Основные результаты диссертации включены в бассейновую инструкцию по предупреждению и тушению эндогенных пожаров для практического использования при разработке мощных пологих пластов в условиях шахт Кузбасса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для уголь-нон промышленности научной задачи, состоящее в установлении закономерностей протекания аэрогазотермодинамичееких процессов при развитии и распространении очага самовозгорания угля и разработке на их основе способов и средств, обеспечивающих повышение эффективности профилактики и локализации эндогенных пожаров при подземной выемке мощных пологих пластов.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

I. Установлено, что при разработке мощных пологах пластов с труд-нообрушающейся кровлей особенностью возникновения эндогенных пожаров является формирование большинства очагов их (75 %) через 12 месяцев н более после начала очистных работ в связи с медленным оседанием пород основной кровли в зонах больших концентрированных потерь угля в течение периода, когда скорость фильтрации утечек воздуха через угольное скопление достигает пожароопасных значений (0,005 - 0,007 м/с.)

2. Экспериментально доказано, что при глубине разработки 200-250м и остановленных вентиляторах главного проветривания району местоположения очага эндогенного пожара в выработанном пространстве соответствует величина вентиляционного напора в контрольных скважинах, пробуренных с земной поверхности в пожарный участок, 6 даПа и более относительно депрессии естественной тяги, а меньшие значения этого параметра характеризуют зоны распространения пожарных газов. Полученные результаты явились основой для организации крупномасштабного научно-производственного эксперимента по уточнению параметров технологических схем отработки, профилактики и локализации эндогенных пожаров на мощных пологих пластах шахт Кузбасса ( на примере шахты "Томская" АОУК "Кузнецкуголь").

3. Установлены особенности протекания аэрогазотермодинамических процессов при формировании очага эндогенного пожара в реальных условиях шахты, заключающиеся в том, что на стадии самонагревания (до 80"С) наиболее важным управляемым параметром, определяющим ее продолжительность, является влажность угля, а на стадии возгорания - концентрация кислорода.

4. Для условий отработки запасов угля под контуром эндогенного пожара интенсификация аэрогазотермодинамических процессов в пожарном участке происходит после первичной посадки основной кровли, при мощности междупластья менее 7-кратной мощности вынимаемого верхнего слоя, действующем напоре (компрессии) на нижележащем пласте 30 даПа и более, утечке воздуха через междупластье свыше 1.5м3/с и колебании барометрического давления 0,4 гПа/ч и более. Результаты этих исследований позволили разработать концепцию локализации эндогенных пожаров в изолированных выработанных пространствах, которая реализована на шахте "Томская".

5. Разработан новый способ предупреждения эндогенных пожаров в действующих очистных забоях, основанный на интенсификации дезактива-

ции потерь угля путем обработки их аэрозолями воды, прошедшей магнитную обработку. Как показала реализация данного способа на шахте "Томская", он позволяет повысить эффективность профилактики эндогенных пожаров при выемке мощных пологих пластов в сложных горнотехнических условиях шахт Кузбасса.

6. Исследованиями установлены высокая интенсивность осаждения твердых частиц и большое аэродинамическое сопротивление насыпок после обработки их зольной суспензией (в 1,5 раза выше, чем для глинистой пульпы), ч го дало основание рекомендовать применение летучей золы для секционирования выработанного пространства с целью повышения эффективности локализации очагов самовозгорания угля.

7. Разработаны технические решения по совершенствованию оборудования для приготовления зольной суспензии и испытана в условиях длительного эксперимента технологическая схема локализации эндогенного пожара № 50 на пласте III от горных работ по нижележащему пласту IV-V. Технологическая схема включает в себя: цементовоз, струйный и водяной насосы, генератор зольной суспензии и скважину с земной поверхности в выработанное пространство.

Реализация данной схемы при создании изолирующего пояса для безопасной доработки лавы № 4-1-2 показала, что средняя приемистость скважины по золе составляет 142,5 т при соотношении Т : Ж в суспензии, равном I : 2. Продолжительность разгрузки цементовоза на скважину не превышает 15 мин при расходе золы и воды соответственно 0,66 т/мин и 1.5м'/ч.

8. Впервые предложено оценивать эффективность реализации технологической схемы локализации эндогенных пожаров по изменению газовых аномалий в приповерхностном слое. Съемки подпочвенного состава горючих 1азов, выполненные при отработке лавы № 4-1-2, показали эффективность применяемых мер, в том числе и изолирующего пояса. Так, концентрация оксида углерода и водорода в аномалиях, обнаруженных в началь-

ный период наблюдений, постоянно снижалась н к моменту доработки лавы достигла фоновых значений.

Правомерность данного вывода подтверждается резким снижением (в 2-7 раз) утечек воздуха через меядупластье и концентраций индикаторных пожарных газов в контрольных скважинах.

9. Внедрение разработанных технических решений по профилактике и локализации очагов самовозгорания позволило добыть 700 тыс. т коксующегося угля, законсервированного под эндогенным пожаром № SO на шахте "Томская", получить фактический экономический эффект в размере 1,5 млн. руб. fв ценах 1999г.) и расширить область ведения горных работ на мощных пологих пластах в районе пожарных участков.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Формирование очагов самовозгорания угля в шахтах / Л.П.Бела-венцев, В.В.Мельниченко, В.О.Торро и др7/Вопросы безопасности горных работ на угольных предприятиях: Сб. научн. тр./ВостНИИ.-Кемерово, 1993,-С. 4-10.

2. Мельниченко В.В., Быкова З.С. Обеспечение безопасного ведения горных работ под контуром эндогенного пожара //Безопасность работ в угольных шахтах: Сб.научн. тр./ВостНИИ.-Кемерово, 1994.- С. 242-253.

3. Белавенцев Л.П., Мельниченко В.В. Механизм развития процесса самовозгорания угля //Безопасность работ в угольных шахтах: Сб. научн. тр./ВостНИИ.-Кемерово,1994. - С. 236-241.

4. Мельниченко В.В. Эндогенная пожароопасность шахт Междуре-ченского месторождения Кузбасса//Борьба с авариями в шахтах: Сб. научн. тр., вып. 14/ РосНИИГД.-Кемерово, 1995. - С. 41-46. ~

5. Игишева A.A., Галицкая А.И., Мельниченко В.В. Эффективность локализации и тушения эндогенных пожаров с использованием летучей золы электростанций //Борьба с авариями и шахтах: Сб. научн. тр., вып. 14 /РосНИИГД,- Кемерово, 1995.-С. 14-16.

6. Игишева А.А., Гилъденберг А.И., Мельниченко В.В. Технологические схемы нагнетания летучей золы в выработанное пространство//Борьба с авариями в шахтах: Сб.научн.тр.^ыпЛ^/РосНИИГД.-Кемерово, 1995.-С. 16-20.

ЛР №021306 от 10.08.98 Подписано в печать 08.10.2000 Тираж 100 экз. Формат 60 x 84 1/16 Печать офсетная. Печ. л, 1,0. Заказ № 15. Ротапринт ВостНИИ, 650002, Кемерово, ул.Институтская, 3

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНДОГЕННОЙ

ПОЖАРООПАСНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОЩНЫХ

ПОЛОГИХ ПЛАСТОВ.

1.1. Горнотехнические условия ведения горных работ на шахтах Томусинского района Кузбасса.

1.2. Эндогенная пожароопасность выемочных полей шахт Томусинского района Кузбасса.

1.3. Анализ эффективности способов профилактики и локализации очагов самовозгорания угля.

1.3.1. Анализ эффективности горнотехнических мероприятий по предупреждению самовозгорания угля.

1.3.2. Анализ эффективности специальных мероприятий по предупреждению и локализации очагов эндогенных пожаров.

1.4. Постановка задач исследований.

2. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ СПОСОБОВ

ОБНАРУЖЕНИЯ И ПРОФИЛАКТИКИ ЭНДОГЕННЫХ

ПОЖАРОВ ПРИ ВЫЕМКЕ МОЩНОГО ПОЛОГОГО

ПЛАСТА.

2.1. Оценка роли влаги в формировании очагов самовозгорания угля.

2.2. Определение контура и местоположения очага эндогенного пожара в выработанном пространстве.

2.3. Разработка и внедрение технических решений по профилактике самовозгорания угля при выемке пласта в районе пожарного участка.

3. РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ

СХЕМЫ ЛОКАЛИЗАЦИИ ОЧАГА САМОВОЗГОРАНИЯ

УГЛЯ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ МОЩНОГО

ПОЛОГОГО ПЛАСТА.

3.1. Исследование дезактивации угля при обработке его суспензиями глины и золы.

3.2. Разработка технических решений по совершенствованию оборудования для приготовления зольной суспензии.

3.3. Разработка технологической схемы секционирования выработанного пространства пожарного участка с использованием летучей золы.

3.4. Оценка эффективности разработанной технологической схемы локализации очага самовозгорания угля в выработанном пространстве.

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТЫ.

4.1. Факторы экономической эффективности от внедрения результатов работы.

4.2. Экономическая эффективность от внедрения результатов работы

Актуальность работы. Развитие угольной промышленности в последние годы характеризуется снижением технико-экономических показателей, что в значительной мере связано с ухудшением горно-геологических условий разрабатываемых пластов, низкими темпами обновления шахтного фонда и переходом к новым рыночным отношениям, при которых многие шахты оказались нерентабельными.

Важным внутренним резервом для модернизации шахтного фонда действующих шахт является вовлечение в разработку запасов угля, законсервированных из-за возникновения эндогенных пожаров, при обеспечении безопасности горных работ в районе пожарных участков. На шахтах Кузбасса ежегодно возникает в среднем 11 эндогенных пожаров, в результате чего выбывает из работы 9 очистных забоев, изолируется 2-3 дорогостоящих механизированных комплекса и теряется только в пожарных участках до 2 млн. т угля. Особенно большие осложнения в технологический процесс добычи угля вносят пожары при слоевой отработке мощных пологих и наклонных пластов по бесцеликовым схемам. Так, наличие эндогенного пожара № 50 на шахте "Томская" АОУК "Кузнецкуголь" сдерживает добычу подготовленных запасов коксующегося угля по пластам III, 1У-У и VI в размере 17 млн. т. Аналогичная ситуация имеет место на всех шахтах Томусинского района Кузбасса.

Безопасность ведения горных работ в рассматриваемых условиях, особенно при выемке запасов в районе пожарных участков, должна устанавливаться на основе совокупной оценки факторов, влияющих как на активизацию эндогенного пожара и возможный вынос пожарных газов в горные выработки, так и на формирование очага самонагревания угля в выработанном пространстве действующего очистного забоя. Однако принципы такой оценки не определены нормативными документами, что приводит к принятию необоснованных технических решений при отработке мощных пологих пластов в районе пожарных участков. 5

Поэтому научное обоснование технических решений по совершенствованию способов профилактики, обнаружения и локализации эндогенных пожаров для повышения безопасности горных работ в районе пожарных участков является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное и социальное значение.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой проведения крупномасштабного научно-производственного эксперимента по уточнению параметров технологических схем отработки, профилактики и локализации эндогенных пожаров на мощных пологих пластах Кузбасса (на примере шахты "Томская" АОУК "Кузнецкуголь"), согласованной с Госгортехнадзором России и Кузнецким округом и утвержденной б. ГК "Росуголь". Автор являлся руководителем научно-исследовательских работ, выполненных по указанной программе.

Цель работы состоит в повышении эффективности профилактики и локализации эндогенных пожаров при подземной разработке мощных пологих пластов на основе разработанных технических решений по совершенствованию способов дезактивации угля, обнаружения местоположения пожарных очагов и снижения воздухопроницаемости выработанных пространств.

Идея работы заключается в использовании механизма аэрогазотермо-динамических процессов при развитии и распространении очага самовозгорания угля в выработанном пространстве мощного пологого пласта для обоснования технических решений, обеспечивающих безопасность горных работ в районе пожарных участков.

Задачи исследований:

- изучить особенности формирования очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемыми породами кровли;

- установить численные значения теплофизических параметров атмосферы в пожарном участке в режиме естественного проветривания шахты для оценки состояния эндогенного пожара и зоны распространения его в 6 выработанном пространстве;

- выявить особенности протекания аэрогазотермодинамических процессов в пожарном участке в зависимости от положения очистного забоя на нижележащем пласте, подрабатывающем контур пожара, режима проветривания и метеофакторов;

- осуществить разработку и опытно-промышленные испытания нового способа предупреждения самовозгорания угля при выемке мощных пологих пластов в районе пожарных участков ;

- выполнить исследования влияния глинистых и зольных пульп на дезактивацию угля;

- разработать и испытать технологическую схему локализации эндогенного пожара в выработанном пространстве мощных пологих пластов;

- выполнить оценку эффективности и определить область применения разработанных технических решений, обеспечивающих повышение безопасности ведения горных работ в районе пожарных участков.

Методы исследований. В работе использован комплекс методов исследований, включающий научное обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта профилактики и локализации очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов в районе пожарных участков, методы математической статистики, математическое описание физических явлений и процессов, протекающих при формировании очага эндогенного пожара, лабораторные и шахтные эксперименты, опытно-промышленные испытания и внедрение разработанных технических решений и технико-экономический анализ их.

Научные положения, выносимые на защиту:

- установленные закономерности формирования и развития очагов самовозгорания угля составляют базу данных для прогнозирования эндогенной пожароопасности при проектировании и ведении горных работ на мощных пологих пластах с труднообрушаемой кровлей;

- эффективное торможение процесса окисления и самонагревания угольного скопления достигается на основе использования нового принци7 па интенсификации дезактивации потерь угля в проветриваемой зоне выработанного пространства путем обработки их тонкораспыленной водой с измененными свойствами;

- местоположение очага эндогенного пожара и зона распространения его по выработанному пространству устанавливаются по изменению теп-лофизических параметров атмосферы в контрольных скважинах, пробуренных с земной поверхности в пожарный участок, в режиме проветривания шахты за счет депрессии естественной тяги;

- пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в пожарном участке при подработке его нижележащим пластом зависит от характера деформирования пород междупластья, интенсивности и направления фильтрационных потоков в выработанном пространстве и метеофакторов и определяет возможность и безопасность ведения горных работ под этими зонами;

- повышение эффективности локализации эндогенного пожара за счет секционирования выработанного пространства пожарного участка путем создания в нем изолирующих полос из летучей золы можно оценить по изменению газовых аномалий в поверхностном слое, устанавливаемых по результатам съемок подпочвенного состава горючих газов.

Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается:

- современными представлениями о закономерностях развития процесса самовозгорания угля, обоснованностью принятых методов исследований и обработки экспериментальных данных;

- достаточным объемом инструментальных наблюдений в 25 контрольных точках, включающих проведение анализа 4800 проб атмосферы пожарного участка, 50 измерений утечек воздуха и его теплофизических параметров и 20 съемок подпочвенных газов для оценки состояния эндогенного пожара и зоны его распространения;

- удовлетворительной сходимостью результатов выполненных анали8 тических расчетов и экспериментальных исследований (расхождение в пределах ± 15 % );

- положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработанных технических решений по безопасной выемке запасов угля под контуром эндогенного пожара.

Научное значение работы заключается в установлении особенностей протекания аэрогазотермодинамических процессов в изолированном выработанном пространстве с очагом эндогенного пожара при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей для научного обоснования технических решений, обеспечивающих повышение безопасности ведения горных работ в районе пожарных участков.

Научная новизна работы состоит:

- в установлении закономерностей формирования и развития очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей, которые представляют собой теоретическую базу обоснования прогрессивных технических решений по совершенствованию способов обнаружения, профилактики и локализации эндогенных пожаров;

- в получении новых данных о пожарной ситуации в изолированных участках и влиянии на нее режима проветривания очистного забоя на нижележащем пласте, аэродинамики выработанного пространства и метеофакторов при выемке запасов угля под контуром пожара;

- в обосновании нового принципа дезактивации потерь угля в проветриваемой зоне выработанного пространства действующего очистного забоя путем обработки их тонкораспыленной водой с измененными свойствами:

- в разработке концепции локализации очагов эндогенных пожаров в изолированном выработанном пространстве, учитывающей пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в пожарном участке;

- в установлении впервые технологических и вентиляционных пара9 метров безопасного ведения горных работ под контуром пожара.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты выполненных исследований позволили:

- управлять аэрогазотермодинамическими процессами в пожарном участке для безопасной отработки под ним мощных пологих пластов на основе предложенных технических решений, мероприятий и рекомендаций;

- разработать методику оценки состояния эндогенного пожара в изолированном участке, позволяющую установить пространственное формирование зон повышенных концентраций токсичных газов в выработанном пространстве и возможность ведения горных работ под контуром пожара;

- обосновать и разработать новый способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующего очистного забоя, позволяющий затормозить процесс окисления и самовозгорания угля без остановки горных работ и изменения их вентиляционных параметров;

- осуществить выбор инертных материалов для эффективной дезактивации угля и возведения изолирующих полос в выработанном пространстве пожарного участка;

- разработать технологическую схему локализации очага самовозгорания угля, позволяющую сократить зону распространения эндогенного пожара и токсичных газов в выработанном пространстве за счет секционирования его путем возведения изолирующих полос;

- расширить объем ведения горных работ на мощных пологих пластах в районе пожарных участков на основе применения разработанных способов обнаружения, профилактики и локализации эндогенных пожаров.

Личный вклад автора состоит:

- в исследовании и использовании закономерностей формирования и развития очагов самовозгорания угля при отработке мощных пологих пластов с труднообрушаемой кровлей для обоснования технических решений и мероприятий по безопасному ведению горных работ в районе пожарных участков;

- в установлении особенностей аэрогазодинамических процессов,

10 протекающих в подрабатываемом пожарном участке, и влияния на них режима проветривания горных работ на нижележащем пласте, интенсивности и направления фильтрационных потоков в выработанном пространстве и метеофакторов;

- в развитии метода обнаружения местоположения очага эндогенного пожара и зоны распространения его по изменению теплофизических параметров атмосферы в пожарном участке в режиме проветривания шахты за счет депрессии естественной тяги;

- в разработке нового способа предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующего очистного забоя на принципе интенсификации дезактивации угля;

- в научном обосновании и разработке параметров технологической схемы локализации эндогенного пожара в выработанном пространстве с использованием для его секционирования летучей золы и золошлакового материала;

- в использовании полученных технических решений и научных обоснований при отработке мощных пологих пластов в районе пожарных участков на шахтах Томусинского района Кузбасса.

Реализация работы. Результаты исследований реализованы в виде паспортов выемочных участков и специальных мероприятий по безопасному ведению горных работ в районе пожарных участков на шахтах Томусинского района Кузбасса. Основные положения диссертационной работы использованы также при разработке "Методики прогноза эндогенной пожароопасное™ выемочных полей шахт Кузбасса для выбора достаточного объема пожарно-профилактических мероприятий" (Кемерово, ВостНИИ, 1996) и "Руководства по применению способа профилактики эндогенных пожаров на принципе интенсификации дезактивации угля в шахтах Кузбасса" (Кемерово, ВостНИИ, 1997).

Внедрение результатов диссертации на шахте "Томская" АОУК "Кузнецкуголь" позволило расконсервировать запасы угля под контуром

11 пожара № 50 и обеспечить эффективную и безопасную отработку их. При этом долевой экономический эффект от использования способов, методов и практических рекомендаций, предложенных в диссертационной работе, составляет 1,5 млн. руб. в год (в ценах 1999 г.).

Апробация работы. Основные научные положения и практические результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на международной конференции "Перспективы развития горнодобывающей промышленности в Ш-ем тысячелетии" (Новокузнецк, 2000), на технических советах б. ГК "Росуголь" (г.Москва, 1994-1996 гг.), Госгортех-надзора России (г.Москва, 1994-2000гг.), Кузнецкого управления Госгор-технадзора России (Кемерово, 1994 - 2000гг.), шахты "Томская" (г.Междуреченск, 1994-2000 гг.), АО УК "Кузнецкуголь" (г.Новокузнецк, 1994-2000 гг.), на ученых советах институтов ВостНИИ (г.Кемерово, 1994-2000 гг.) и РосНИИГД (г.Кемерово, 1994-2000 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 6 научных трудах и заявке на изобретение "Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства" с положительным решением о выдаче патента РФ.

Автор выражает глубокую благодарность работникам шахты "Томская", институтов ВостНИИ и РосНИИГД за помощь в проведении научных исследований и при внедрении результатов работы в производство.

12

ВЫВОДЫ

1. Основными факторами экономической эффективности от внедрения разработанных технических решений являются снижение капитальных вложений на добычу угля и сокращение затрат на профилактическую обработку выработанного пространства действующих очистных забоев при уменьшении вероятности возникновения самовозгорания в сложных горнотехнических условиях разработки мощных пологих пластов с труднообру-шаемыми породами кровли.

2. Внедрение предложенных технических решений позволило расширить область ведения горных работ в районе пожарных участков, регламентированную §§ 585-587 ПБ, обеспечить безопасную и эффективную работу комплексно-механизированных забоев под контуром эндогенного пожара и получить фактический экономический эффект в размере 1,5 млн. руб. (в ценах 1999 года).

131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для угольной промышленности научной задачи, состоящее в установлении закономерностей протекания аэрогазотермодинамических процессов при развитии и распространении очага самовозгорания угля и разработке на их основе способов и средств, обеспечивающих повышение эффективности профилактики и локализации эндогенных пожаров при подземной выемке мощных пологих пластов.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что при разработке мощных пологих пластов с труд-нообрушающейся кровлей особенностью возникновения эндогенных пожаров является формирование большинства очагов их (75%) через 12 месяцев и более после начала очистных работ в связи с медленным оседанием пород основной кровли в зонах больших концентрированных потерь угля в течение периода, когда скорость фильтрации утечек воздуха через угольное скопление достигает пожароопасных значений (0,005 - 0, 007 м/с.)

2. Экспериментально доказано, что при глубине разработки 200-250м и остановленных вентиляторах главного проветривания району местоположения очага эндогенного пожара в выработанном пространстве соответствует величина вентиляционного напора в контрольных скважинах, пробуренных с земной поверхности в пожарный участок, 6 даПа и более относительно депрессии естественной тяги, а меньшие значения этого параметра характеризуют зоны распространения пожарных газов. Полученные результаты явились основой для организации крупномасштабного научно-производственного эксперимента по уточнению параметров технологических схем отработки, профилактики и локализации эндогенных пожаров на мощных пологих пластах шахт Кузбасса ( на примере шахты "Томская" АОУК "Кузнецкуголь").

132

3. Установлены особенности протекания аэрогазотермодинамических процессов при формировании очага эндогенного пожара в реальных условиях шахты, заключающиеся в том, что на стадии самонагревания (до 80°С) наиболее важным управляемым параметром, определяющим ее продолжительность, является влажность угля, а на стадии возгорания - концентрация кислорода.

4. Для условий отработки запасов угля под контуром эндогенного пожара интенсификация аэрогазотермодинамических процессов в пожарном участке происходит после первичной посадки основной кровли, при мощности междупластья менее 7-кратной мощности вынимаемого верхнего слоя, действующем напоре (компрессии) на нижележащем пласте 30 даПа и более, утечке воздуха через междупластье свыше 1,5м3/с и колебании барометрического давления 0,4 гПа/ч и более. Результаты этих исследований позволили разработать концепцию локализации эндогенных пожаров в изолированных выработанных пространствах, которая реализована на шахте "Томская".

5. Разработан новый способ предупреждения эндогенных пожаров в действующих очистных забоях, основанный на интенсификации дезактивации потерь угля путем обработки их аэрозолями воды, прошедшей магнитную обработку. Как показала реализация данного способа на шахте "Томская", он позволяет повысить эффективность профилактики эндогенных пожаров при выемке мощных пологих пластов в сложных горнотехнических условиях шахт Кузбасса.

6. Исследованиями установлены высокая интенсивность осаждения твердых частиц и большое аэродинамическое сопротивление насыпок после обработки их зольной суспензией (в 1,5 раза выше, чем для глинистой пульпы), что дало основание рекомендовать применение летучей золы для секционирования выработанного пространства с целью повышения эффективности локализации очагов самовозгорания угля.

7. Разработаны технические решения по совершенствованию обору

133 дования для приготовления зольной суспензии и испытана в условиях длительного эксперимента технологическая схема локализации эндогенного пожара № 50 на пласте III от горных работ по нижележащему пласту IV-V. Технологическая схема включает в себя: цементовоз, струйный и водяной насосы, генератор зольной суспензии и скважину с земной поверхности в выработанное пространство.

Реализация данной схемы при создании изолирующего пояса для безопасной доработки лавы № 4-1-2 показала, что средняя приемистость скважины по золе составляет 142,5 т при соотношении Т : Ж в суспензии, равном 1 : 2. Продолжительность разгрузки цементовоза на скважину не превышает 15 мин при расходе золы и воды соответственно 0,66 т/мин и 1,5м3/ч.

8. Впервые предложено оценивать эффективность реализации технологической схемы локализации эндогенных пожаров по изменению газовых аномалий в приповерхностном слое. Съемки подпочвенного состава горючих газов, выполненные при отработке лавы № 4-1-2, показали эффективность применяемых мер, в том числе и изолирующего пояса. Так, концентрация оксида углерода и водорода в аномалиях, обнаруженных в начальный период наблюдений, постоянно снижалась и к моменту доработки лавы достигла фоновых значений.

Правомерность данного вывода подтверждается резким снижением (в 2-7 раз) утечек воздуха через междупластье и концентраций индикаторных пожарных газов в контрольных скважинах.

9. Внедрение разработанных технических решений по профилактике и локализации очагов самовозгорания позволило добыть 700 тыс.т коксующегося угля, законсервированного под эндогенным пожаром № 50 на шахте "Томская", получить фактический экономический эффект в размере 1,5 млн. руб. (в ценах 1999г.) и расширить область ведения горных работ на мощных пологих пластах в районе пожарных участков.

134

1. Абрамов Ф.А, Горб В.Ю,Калюсский А.Е. Распределение утечек азота через выработанное пространство // Безопасность труда в промышленности.-1972.- №4.-С.45-46.

2. Алексеева Н.Д. Действие воды и антипирогенов на кинетику низкотемпературного окисления каменных углей // Химия твердого топлива. -1968.-№1.-С.48-54.

3. Алексеев И.С. Подавление самонагревания угля в целике путем нагнетания в него раствора извести //Уголь.-1964.-№ 10.-С.46-48.

4. Анализ эффективности способов обнаружения эндогенных пожаров на шахтах Кузбасса // В.М.Маевская, Ю.А.Миллер, Л.П.Белавенцев и др. // Уголь Украины.-1972.-№4.-С.43-45.

5. A.C. 765511СССР,МКИ Е 21F 5/00. Способ определения местонахождения очага эндогенного пожара / В.А.Болдин, Л.П.Белавенцев, З.С.Быкова и др. -№2624318/22-03; Заявлено 06.06.78; 0публ.23.09.80, Бюл. №35 // Открытия.Изобретения.-1980.-№35.-С. 197.

6. A.C. 1267005 СССР,МКИ E21F 5/00 . Способ предупреждения эндогенных пожаров в шахтах /Л.П.Белавенцев, В.А. Скрицкий, Ю.И.Донсков и др. № 3942152 /22-03; Заявлено 24.06.85; Опубл. 30.10.86, Бюл. №40 // Открытия. Изобретения. -1986.- №40.-С.95.

7. Баймухамедов С.К. Основные проблемы разработки мощных пологих пластов // Тез.докл. территориальной научно-технической конференции "Проблемы разработки мощных пологих пластов". -Караганда, 1987.- С. 3-4.

8. Белавенцев Л.П,,Болдин В.А. Снижение пожароопасности участков при слоевой выемке пластов угля //Уголь,-1973.-№8.-С.60-63.

9. Белавенцев Л.П, Скрицкий В.А. Предупреждение эндогенных пожаров при бесцеликовой отработке выемочных полей //Уголь.-1979.-№11.-С.47-50.

10. Белавенцев Л.П. Применение антипирогенов в виде аэрозолей для135профилактики эндогенных пожаров //Борьба с эндогенными пожарами в шахтах: Сб.научн.тр. /ВостНИИ.-Кемерово, 1984.-С.36-45.

11. Белавенцев Л.П,?Миллер Ю.А.,Эйнер Ф.Ф. Способы обнаружения эндогенных пожаров на шахтах Кузбасса.-М;ЦНИЭИуголь,1975.-29с.:ил.

12. Белавенцев Л.П|; Скрицкий В.А., Сазонов А.Е. Предупреждение эндогенных пожаров при гидродобыче //Уголь.-1983.-№8.-С.46-48.

13. Белавенцев Л.П. Аэрозольная профилактика эндогенных пожаров в угольных шахтах: Авторефер.дис.докт.техн.наук.-Кемерово, 1988.-48с.

14. Белавенцев Л.П., Мельниченко В.В. Механизм развития процесса самовозгорания угля // Безопасность работ в угольных шахтах: Сб.научн.тр./ВостНИИ.-Кемерово,1994.-С.236-241.

15. Веселовский B.C. Руководство для обоснования противопожарных профилактических мероприятий.-ИГД им A.A. Скочинского.-М.,1967.-50с. :ил.

16. Влияние влаги на развитие самовозгорания угля / О.И.Чернов, Л.П.Белавенцев, В.А.Скрицкий и др.//Безопасность труда в промышленности.- 1982.-№5.-С.34-36.

17. Воропаев А.Ф. Тепловое кондиционирование рудничного воздуха в глубоких шахтах.- М.:Недра,1977.-192с.:ил.

18. Временная методика температурно-газового контроля при разработке самовозгорающихся угольных пластов в шахтах восточных районов СССР /Н.И.Линденау, Ю.А.Миллер, Л.П.Белавенцев и др. -Кемерово: ВостНИИ, 1980.-106с.: ил.

19. Временные рекомендации по снижению газообильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин.Утв. 15 июня 1988г/ ВостНИИ.-Кемерово, 1988.-30с.:ил.

20. Гапанович Л.Н, Мильман Э.Н., Чернов И.Е. Влияние горного давления на условия профилактического заиливания выработанного пространства//Уголь.-1981.-№5.-С. 14-16.136

21. Голик A.C., Чуриков Ю.В., Троян Н.П. Разработка самовозгорающихся пластов угля с автоматическим регулированием давления воздуха в выемочном поле //Уголь.-1980.-№1.-С.34-36.

22. Дацков В.И., Савченко П.Ф. Отработка пластов с выпуском угля подкровельной толщи //Тез.докл. территориальной научно-технической конференции "Проблемы разработки мощных пологих пластов".-Караганда, 1987.-С.73-74.

23. Егошин В.В. Перспективные направления снижения эндогенной пожароопасности //Уголь.-1988.-№4.-С.45-47.

24. Захаров А.Б.,Игишев В.Г.,Эйнер Ф.Ф. О применении антипироге-нов для предупреждения эндогенных пожаров в целиках // Безопасность труда в промышленности.-1965.-№12.-С.35-37.

25. Игишев В.Г., Зайцев А.П. Тушение эндогенного пожара жидким азотом // Уголь.-1981 .-№3.-С.49-51.

26. Игишев В.Г., Суханов Г.В., Кравцов А.Г. Опыт применения водо-воздушной пены для предупреждения и тушения эндогенных пожаров //Уголь.-1976.-№8.-С.59-62.

27. Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах.-М.: Недра,1987.-176с.:ил.

28. Изыскание антипирогенов для предупреждения самовозгорания угля на разрезах /В.Н.Долганов, Ю.Н.Коростылев, З.И.Клебанова и др.// Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.-1970.-№11/12.-С.30-31.

29. Индикатор тепловых излучений для обнаружения эндогенных пожаров /Г.И.Чунту, Г.В. Дендюк, В.П. Чемерик и др.//Безопасность труда в промышленности.-1979.-№4.-С.27-28.

30. Инкубационный период самовозгорания углей/ В.Я.Альперович, Г.И.Чунту,П.С.Пашковский и др.// Безопасность труда в промышленности.- 1973.-№9.-С.43-44.137

31. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. Утв. 14 февраля 1989г./ВостНИИ, ВГСЧ Кузбасса, ВО ВНИИГД.-Кемерово,1989.-52с.

32. Использование летучей золы для борьбы с подземными пожарами (США)./ Coalage.-1970,75.-№ 8.- С. 79-80.

33. Кадыржанов К.К., Лихарев Ю.Д., Журавлев В.П. Изменение температурного и газового режимов выработанного пространства при отработке массива угля антипирогенами// Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.-1968.-№7,- С. 57-59.

34. Козлов М.К. Исследование физико-химических свойств воздуха с целью обнаружения подземных эндогенных пожаров в ранней стадии их развития: Автореф. дис. канд.техн. наук.-Кемерово, 1973.-20с.: ил.

35. Козлюк А.И. Противопожарная защита угольных шахт.- Киев: Техника, 1980.-157с.: ил.

36. Колышенко М.В., Макаренко В.П. Высокопроизводительный генератор инертных газов для тушения пожаров в шахтах // Уголь.-№11.- С. 50-51.

37. Кремнев О.А.,Журавленко В.Я. Тепло- и массообмен в горном массиве и подземных сооружениях.-Киев:Наук.Думка. !980.-384с.:ил.

38. Крикунов Г.Н., Александров В.А.,Полянская Л.Я. Воздействие водных растворов жидкого стекла на угольное вещество // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.-1969.-№6.-С.38-39.

39. Кузьминский С.П. Научные основы профилактики эндогенных пожаров на угольных шахтах Средней Азии.-Фрунзе: Изд-во Илим,1977.-219с.:ил.

40. Курбатский О.М. Водоструйные аппараты в пожарном деле.-М.:МКХ РСФСР, 1963.-104с.:ил.

41. Левинтант Р.Г., Гапанович Л.Н., Златкин В.И. Слоевая разработка мощных пологих пластов.- М.:ЦНИЭИуголь,1984.-38с.:ил.

42. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение,138профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах.-М.: Недра, 1977.-320с.: ил.

43. Маевская В.М., Белавенцев В.П. Аэрогазодинамический метод обнаружения начальных стадий самовозгорания угля в шахтах// Безопасность труда в промышленности.-1968.-№10.-С. 41-42.

44. Маевская В.М. Изыскание антипирогенов для профилактики и тушения эндогенных пожаров //Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело.-1968.-№7.- С. 43-44.

45. Маевская В.М. Исследования действия пульпы и антипирогенов на изменение степени самовозгорания угля // Вопросы безопасности в угольных шахтах: Сб. научн. тр./ ВостНИИ.-М.,1962.-Т.2.- С. 264-277.

46. Мельниченко В.В., Быкова З.С. Обеспечение безопасного ведения горных работ под контуром эндогенного пожара // Безопасность работ в угольных шахтах: Сб.научн. тр./ВостНИИ.-Кемерово,1994.- С. 242-253.

47. Миллер Ю.А., Белавенцев Ю.П., Хващевский B.C. Средства борьбы с эндогенными пожарами //Безопасность труда в промышленности.-1973.-№7,- С. 19-20.

48. Миненко В.И., Петров В.М., Миц М.А. Магнитная обработка во-ды.-В кн.: Магнитная обработка воды.-Харьков, 1962.- С. 50-54.

49. Методика прогноза эндогенной пожароопасности выемочных шахт Кузбасса для выбора достаточного объема пожарно-профилакти-ческих мероприятий / Л.П.Белавенцев, С.П.Ворошилов, В.А.Болдин идр.-Кемерово: ВостНИИ, 1996.-26с.: ил.

50. Мясников А.А.,Быкова З.С. Предупреждение эндогенных пожаров на шахтах Кузбасса (экспресс-информация).-М.:ЦНИЭИуголь, 1976.-37с.: ил.

51. Осипов С.Н. Пути повышения эффективности антипирогенов, применяемых для предупреждения эндогенных пожаров //Уголь Украины.-1966г№9.-С.39-40.

52. Печук И.М. Установление стадии самонагревания угля в шахтах139

53. Прокопьевского района.-М.: Углетехиздат, 1949.-80с.: ил.

54. Плаше Ф. Рудничная вентиляция и борьба с пожарами (пер. с нем.).-М.: Углетехиздат, 1959.-312с.: ил.

55. Полянская П.Я. Исследования эффективности антипирогенов //Химия твердого топлива.-1977.-№ 6.- С. 82-85.

56. Правила безопасности в угольных шахтах.-Самара: Самар. Дом печати, 1995.- 242с.

57. Разработка мощных пологих угольных пластов на полную мощность / В.П.Аладышев, Д.Т. Горбачев, Ю.Н.Малышев и др. //Технология разработки мощных пластов Кузбасса.- Новосибирск, 1985.-С.75-79.

58. Руководство по применению гелеобразующих составов для предупреждения самовозгорания угля в шахтах. Утв. 23.04.90 /ВостНИИ.-Кемерово, 1990.-66с.:ил.

59. Руководство по применению способа выравнивания давлений воздуха для борьбы с подземными пожарами и газами в условиях шахт Про-копьевско-Киселевского района Кузбасса. Утв. 28.11.78 /ВостНИИ.-Кемерово, 1979.-109с. :ил.

60. Руководство по локализации и тушению эндогенных пожаров воздушно-механической пеной и вспененной глинистой пульпой. Утв. 05.07.88 /ВОВНИИГД.-Кемерово, 1988.-52с.:ил.

61. Руководство по применению способов торможения развития самонагревания угля в выработанных пространствах выемочных полей шахт.Утв. 02.12.85 /ВостНИИ.-Кемерово,1986.- 60с.:ил.

62. Руководство по обнаружению самонагревания угля в условиях многолетней мерзлоты. Утв. 02.08.78 /ВОВНИИГД.-Прокопьевск, 1978.-38с.:ил.

63. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Утв. 15.08.89.-Макеевка-Донбасс, 1989.-319с. :ил.140

64. Руководство по применению пен и вспененных суспензий для борьбы с эндогенными пожарами в шахтах.Утв. 20.05.86 /ВОВНИИГД.-Прокопьевск, 1986.-152с. :ил.

65. Руководство по локации эндогенных пожаров (нагреваний) с поверхности шахтного поля. Утв. 10.03.90 / РосНИИГД.-Кемерово,1980.-88с.:ил.

66. Самовозгорание промышленных материалов /В.С.Веселовский, Н.Д.Алексеева, Л.П. Виноградова и др.- М.:Недра,1964.-246с.:ил.

67. Саранчук В.И. Окисление и самовозгорание угля.-Киев: Наук. Думка, 1982.-168с.:ил.

68. Скочинский A.A., Огиевский В.М. Рудничные пожары.-М.:Углетехиздат,1954.-387с.:ил.

69. Скочинский A.A., Макаров С.З. Исследования о применении ан-типирогенов при борьбе с рудничными пожарами.-М.,Л.:Изд-во АН СССР, 1947.-240с.:ил.

70. Солодников Б.А., Медникова A.B. Изыскание новых антипироге-нов для бурых углей Подмосковного бассейна: Обзор.-М.:Недра, 1966.-24с.: ил.

71. Терпогосова Е.А. Ингибиторы низкотемпературного окисления углей // Изв.АН СССР.ОТН.-1954.-№4.-С. 147-151.

72. Технологические схемы подготовки и отработки мощных пологих и наклонных пластов с применением гибких перекрытий: Утв.5.10.87. /КузНИУИ.-Прокопьевск,1988.-22с.:ил„

73. Увлажнение угольных пластов растворами для снижения пылеоб-разования, ослабления угля, управления газовыделением и профилактики эндогенных пожаров /В.П.Журавлев, В.Н.Шиленков, Л.И.Рыжик и др. // Уголь,-1965.-№8.-С.65-68.

74. Формирование очагов самовозгорания угля в шахтах /Л.П.Белавенцев, В.В.Мельниченко, В.О. Торро и др. //Вопросы безопас141ности горных работ на угольных предприятиях: Сб.научн.тр.ВостНИИ.-Кемерово, 1993.-С.4-10.

75. Чернов О.И., Черкасов B.C.,Горбачев А.Т. Движение жидкостей в угольных пластах.-Новосибирска Наука, 1981.-128с.:ил.

76. Чернов И.Е., Мильман Э.Н., Сытников H.H. Опыт слоевой разработки мощного пологого пласта с применением устройств для уплотнения обрушенных пород//Уголь.-1990.-№4.-С. 18-19.

77. Щербань А.Н., Кремнев O.A., Журавленко О.Я. Руководство по регулированию теплового режима шахт.-М.:Недра, 1977.-359с.:ил.

78. Эстербринк В., Левер Г. Снижение опасности самовозгорания угля благодаря применению порошкообразного хлористого кальция (пер. с нем.) // Глюкауф,-1971 .-№17.-С.31-34.

79. Эттингер И.Л., Еремин И.В. Диффузионно-кинетическая классификация пустот в ископаемых углях //Химия твердого топлива.-1973.-№1.-С.457-461.

80. Affre R. Новая установка для заиливания на шахте "Conriot". //Publs. techn.charbonn France.-1967.-№1.-С.З-9.

81. Muller R. Bekämpfung eines verdekten Grubenbrandes durch Ynertisierung mit Stickstoff//Gluckauf.- 1976.-№14.-S. 810-816.

82. Both W., . Muller R. Grubenbrandbekampfung mit Stickstoff in deutschen Steinkohlenbergbau // Gluckauf. -1979.-№19.- S. 944-949.