Регулирование распределения воздуха в вентиляционной сети шахты.
1 марта 2007 г. на угольных предприятиях введены в действие «Методические рекомендации о порядке дегазации угольных шахт», где в п. 5 сказано: «Дегазация разрабатываемых пластов должна применяться во всех случаях, когда на участках ведения очистных и подготовительных работ метаноносность пласта составляет 10 м3/т и более».
Но чем обоснована эта рекомендация? Почему именно 10 м3/т, а не, скажем, 5 или 15? Какая в принципе разница?
Попробуем разобраться. При расследовании причин взрывов метана на шахтах «Тайжина» (2004 г.) и «Юбилейная» (2007 г.) экспертами отмечено, что перед авариями датчики аппаратуры контроля метана ни разу не зафиксировали какое-либо превышение концентрации метана более допустимых норм, т.е. газовая обстановка перед взрывами (по крайней мере в местах установки датчиков) не менялась, оставаясь стабильной. Что касается шахты «Ульяновская», пострадавшей на месяц раньше «Юбилейной», на ней дело обстояло сложнее. Там умышленно искажались показания аппаратуры контроля метана. Комиссия установила, что объемная доля метана составляла около 2 % и в условиях растущей опасности горняки работали длительное время, однако аппаратура не фиксировала каких-либо скачков содержания метана.
Метан, как известно, взрывается при достижении объемной доли в атмосфере забоя 4,5 %. Он и взорвался, когда достиг...
О причинах взрывов и состоянии газовой ситуации перед авариями эксперты дали свои заключения. Они отметили повышение интенсивности метановыделения, увеличение и формирование концентрации газа в лаве 50-11 бис (шахта «Ульяновская»), образование ограниченного объема взрывоопасной концентрации метана в лаве 16-15 (шахта «Юбилейная»), накопление метана в отработанном пространстве лавы 1 -1 -5-5 (бывшая «Тайжина», ныне «Осинниковская»). Но это и так было ясно: пока газ не накопится — взрыва не будет.
Вопрос в другом: почему вдруг происходит образование такого количества метана, а накопление его не «замечено» датчиками?
Почему современная аппаратура не подает сигнала тревоги? Но выводы явно поверхностные, потому что ситуация с датчиками, не среагировавшими на изменение газовой обстановки, осталась «за бортом» расследований.
Между тем расчеты проветривания и допустимые нагрузки на очистной забой по газовому фактору проверены и согласованы со специалистами НЦ ВостНИИ и экспертной организацией. Цель согласования — недопущение загазованности очистных забоев. Однако, как мы видим, загазование произошло, и, хуже того, концентрация метана достигла взрывоопасного предела.
В 2008 г. произошла крупнейшая авария на украинской шахте им. Засядько — взрыв метана с огромными человеческими жертвами. А ведь там техническая служба, несомненно, пользуется такими же нормативными документами по проветриванию, что и мы.
В последние годы в шахтах Кузбасса появились мощные современные механизированные комплексы. При их эксплуатации нагрузки на очистные забои возросли в несколько раз. Соответственно увеличилась и скорость подвигания лав, что не мог-
ло не изменить гео- и газодинамику горных пород. Есть все основания полагать, что принцип расчета нагрузки на очистной забой явно устарел, потому как он построен по прямой математической зависимости и применим только для пластов с небольшой газоносностью. В условиях высокой газоносности (а она, скорее всего, будет расти и далее — по мере увеличения скорости подвигания очистных забоев, объемов добычи угля и глубины шахт) он полностью исчерпал себя. Нужны другие подходы к расчетам. Возможно, принцип расчета должен быть параболическим. Но для него надо использовать какие-то коэффициенты. Какие? Неизвестно, необходимы исследования.
Видимо, надо сказать еще и о комбинированном способе проветривания лав с высокой газообильностью. Его действенность почти не отражается в расчетах. Зато применяются коэффициенты, учитывающие дегазацию, эффективность которой фактически равна нулю, поскольку на самом деле ее на шахтах практически нет.
Короче говоря, необходимо вмешательство науки. Требуются глубокое исследование процессов газовыделения в очистных забоях, оборудованных высокопроизводительной горнодобывающей техникой, и изменение подхода к расчету нагрузки на очистной забой.
А пока попробуем смоделировать ситуацию процесса газовыделения метана при работе очистного комбайна.
Из различных источников известно, что при разрушении угольного массива рабочим органом комбайна в первоначальный момент выделяется в рудничную атмосферу от 15 до 30 % природного метана, находящегося в пласте. Для нормальной работы горняков этот газ необходимо разжижить до требуемой объемной доли, равной, согласно правилам безопасности (ПБ), 1 %. Например, газоносность пласта составляет 20 м3/т угля. Значит, чтобы ее «разбавить», надо подать в лаву к работающему комбайну 300-600 м3/мин чистого воздуха — при условии, что добыча составляет 1 т/мин. Но на самом деле нагрузки в действующих лавах превышают 10 т/мин и более. Как показывают расчеты, в лаву с подобной газообильностью и при миллионной, ставшей сегодня рядовой, нагрузке, надо подавать 5-10 тыс. м3/мин воздуха, а это не всегда возможно. В ПБ есть ограничения по скорости воздушной струи в лаве. Получается, что проветривание становится сдерживающим фактором. Тогда надо снижать нагрузку на очистной забой, А как обычно это делается? При технической возможности ограничить скорость подачи комбайна, проблем нет. А если такая возможность отсутствует или человек, что часто бывает, умышленно нарушает установленные блокировки и пломбы в схемах управления комбайном? Тогда надо ждать искры. И ее появление неминуемо.
В призабойном пространстве при вращении шнеков происходит хаотичное движение воздуха и метана, выделяющегося из разрушенного угля. Метановоздушная смесь приобретает такое турбулентное движение, когда концентрация метана в различных точках призабойного пространства разная и постоянно меняется. Горняки хорошо знают: при недостаточном проветривании это газовое «варево» может стать взрывчатым.
Можно лишь догадываться, какая газовая атмосфера образуется возле работающих комбайнов, если датчики фиксируют объемную долю метана в исходящих струях около 1 % (а ведь таких лав в Кузбассе множество). Газоотсасывающие вентиляторы не в состоянии оттянуть метановоздушную смесь во время образования ее у комбайнов. Процесс разделения (разрыва) исходящей струи происходит постепенно, когда воздушный поток исходящей струи принимает ламинарное движение по лаве, а пик разрыва приходится на верхнюю часть лавы. По этой причине первый датчик аппаратуры газового контроля, установленный по ходу вентиляционной струи, выдает искаженную информацию о фактической концентрации метана в районе очистного комбайна и тем самым вводит в заблуждение как трудящихся шахты, так и работников Ростехнадзора и экспертов.
Потом, когда в забое вспыхнет метан, специалисты только разведут руками. И опять отметят повышение интенсивности метановыделения, увеличение и формирование концентрации газа, накопление метана в отработанном пространстве лавы, будут искать признаки газодинамического явления — суфляр, внезапный выброс и пр. Такой вот круговорот «метаноборьбы». От взрыва до взрыва. И логика подсказывает: после гибели шахтеров на шахте им. Засядько следующий взрыв надо ждать в Кузбассе, так как технология добычи и отношение к безопасности горняцкого труда и у нас, и у них — одинаковые.
Кстати, на шахте им. Засядько датчики метана перед взрывом показывали объемную долю газа не более 3,9%.
В регионе слабо ведется пропаганда технологий дегазационных работ. Лишь на двух-трех шахтах Кузбасса созданы участки дегазации, а ведь это обязательное требование новой методики. Редко на какой шахте имеются проекты дегазации, а там, где таковые есть, они существуют только на бумаге. Реально никакой дегазации не ведется. Более того, под это бездействие даже подводится «научная» база: мол, угольные пласты в Кузбассе не пригодны для пластовой дегазации. Значит, давайте взрываться?
Конечно, можно согласиться с тем, что пласты у нас низкой газопроницаемости — ну и что? Во-первых, только опытным путем можно подтвердить или опровергнуть эту позицию. А во-вторых, предварительную дегазацию пластов проводить все равно надо. Но ни на одной шахте Кузбасса специалисты не могут с полной уверенностью сказать, что использовали все рекомендации по дегазации пластов, включая мировой опыт. Между тем почти на каждой второй шахте горнодобывающая техника и горное оборудование находятся на уровне мировых стандартов.
Соответственно и нагрузки также приближаются к мировым.
Например, к тем, каких добились в Австралии.
Кто знаком с организацией работ по дегазации пластов угля на этом континенте, наверное, обратил внимание не только на объемы, но и на эффективность пластовой дегазации. Кажется, почти буквально вдоль и поперек пласт пронизан сетью скважин, которые бурят станками направленного бурения прямо с поверхности. И результаты просто феноменальны: на тамошних шахтах природная газоносность снижается в несколько раз — до 5 и даже 1 м3/т. В данном случае нет нужды говорить ни об улучшении экологии, ни о требовании соблюдения Киотского соглашения: весь извлекаемый из пластов метан используется в промышленных целях.
Говоря о нагрузках на забой в Австралии, убеждаешься воочию: если фактор проветривания здесь не является тормозом в работе, то сколько с использованием техники можно добыть угля, столько и добывают. И никаких тебе загораний и взрывов метана.
В тех странах, где действует государственное требование о запрещении отработки пластов с природной газоносностью более 9 м3/т, сначала проводят глубокие исследования вопросов надежного проветривания очистных забоев и приходят к выводу: проветривать очистные забои и на газоносных пластах за счет общешахтной депрессии, обеспечивать нормальную, в пределах требований ПБ, концентрацию метана в исходящих струях, в лаве у работающего комбайна или струга технологически невозможно. Необходимо сначала снизить природную газоносность с помощью пластовой дегазации и лишь потом отрабатывать пласт.
В настоящее время основные объемы добычи угля в России приходятся на шахты Кузбасса. Так, в 2006 г. здесь добыто более 180 млн. т угля. Только за два последних года доля кузбасского угля, добываемого подземным способом, возросла, по отношению к шахтам России, с 64 до 80 %, и эта тенденция продолжает увеличиваться. В 2005 г. начато строительство 12 угольных предприятий. По прогнозам специалистов, к 2010 г. прирост добычи за счет ввода в эксплуатацию новых мощностей, внедрения производительной техники и новых технологий может увеличиться до 230 млн. т/год, а численность трудящихся, занятых в угольной отрасли, — на 25-30 тыс. чел. и составит 145-150 тыс. человек.
Анализ причин аварий и несчастных случаев, происшедших на шахтах Кузбасса в последнее время, показывает, что главные из них — человеческий фактор и слабое научно-техническое сопровождение развития угольной отрасли. Так, основными причинами взрывов и вспышек метана в 2004-2007 гг. на шахтах «Есаульская», «Ульяновская», «Юбилейная» послужили: современная высокопроизводительная очистная техника и новые технологии, которые привели к увеличению длины выемочных полей и лав, а также скорости подвигания очистных забоев. В данных условиях изменились геомеханические процессы сдвижения горных пород и объемы выделения метана. Все это требует изучения и научного обоснования.
На шахтах Кузбасса ежегодно увеличивается глубина ведения горных работ, в связи с чем повышается газообильность, ухудшается состояние проветривания и пылегазового режима в подземных горных выработках. Применяемые на шахтах комбинированные схемы проветривания с изолированным отводом метана с использованием газоотсасывающих вентиляторных установок практически исчерпали свои возможности, особенно в лавах, где используется высокопроизводительная техника.
В этих условиях единственным правильным решением для обеспечения безопасности и соблюдения газового режима является дегазация.
В Кузбассе 63 действующие шахты, 10 строящихся и 46 ликвидируемых. Из числа действующих; 23 отнесены к III категории и выше по метану и 16 — к опасным по внезапным выбросам.
В настоящее время пять шахт Кузбасса имеют абсолютную газообильность более 100 м3/мин (им. СМ. Кирова, «Чертинская», «Абашевская», «Есаульская», «Распадская»).
Средствами проветривания, дегазации на дневную поверхность выбрасывается ежегодно более 1200 млн. м3 метана. При этом эксплуатируются 100 вентиляторов главного проветривания, разных по типу и аэродинамическим характеристикам, 26 газоотсасывающих вентиляторных установок.
В Кузбассе 44 дегазационные установки, 23 из них находятся в работе. За последние годы сданы в эксплуатацию дегазационные установки на шахтах «Есаульская», «Осинниковская», «Алардинская», № 12, «Первомайская», «Коксовая», «Зиминка», им. К.Е. Ворошилова.
На шахтах «Есаульская» и им. СМ. Кирова внедрена прогрессивная схема дегазации через скважины, пробуренные в купол обрушения с прилегающих к очистным забоям штреков. Для бурения таких скважин шахтами Кузбасса за последние два года приобретено более 30 высокопроизводительных станков СБУ-200М. В работе находятся 8 стационарных, 4 временные и 11 поверхностных передвижных дегазационных установок.
Глубина отработки метанообильныхугольных пластов с каждым годом возрастает, а на 6 шахтах она уже достигла 600 м и более; длина подготавливаемых и готовых к выемке выемочных столбов составляет 2-3 км. Ежегодное увеличение объемов добычи угля в Кузбассе за последние 5 лет привело к увеличению нагрузки на очистной забой в 3 раза, а в отдельных случаях — в 8-10 раз; более 20 очистных бригад работают в миллионном и двухмиллионном режимах.
В последние годы коэффициент извлечения метана из угольных месторождений Российской Федерации не превышает 0,25. В Кузбассе он составляет в среднем 0,15-0,17, а на шахтах с дегазацией — 0,23-0,26. Объемы извлечения метана средствами дегазации на добычных участках составляют 250 млн. м3/год (9,5 м3/т) и даже при существующей технике и технологиях могут быть повышены в 1,5-1,7 раза, что позволит довести объемы каптируемого его в очистных забоях до 170 м3/мин.
В перспективе в Кузбассе возможно трехкратное увеличение съема метана средствами дегазации, коэффициент извлечения его на шахтах с дегазацией может быть повышен до 0,40
Дебит каптированного метана на выемочных участках Кузбасса составляет 365 м3/мин. Газоотсасывающими вентиляторными установками здесь отводится 395 м3/мин метана. Интенсивность извлечения метана на выемочных участках средствами дегазации и газоотсоса достигает 760 м3/мин, или 54 % общей их метанообильности. На долю дегазации приходится 26 % и газоотсоса — 28 %.
На шахтах Кузбасса доля дегазации составляет 24 % всего метана, извлеченного средствами дегазации и газоотсоса. Дегазационными установками на российских шахтах извлекалось 1747 м3/мин ме-тановоздушной смеси при средней объемной доле метана в ней 27 %.
Объемная доля метана менее 3,5 % отмечена на 6 вакуум-насосных станциях, от 3,5 до 25 % — на 11 и свыше 25 % — на 17.
Из числа ликвидируемых шахт извлечение и использование метана целесообразно только на шахтах, закрытие которых предусмотрено «сухим» или «комбинированным» способом. К ним можно отнести, прежде всего, шахты «Капитальная», «Зыряновская», «Байдаевская», «Полысаевская» и «Западная». Однако опыта извлечения и утилизации метана закрываемых шахт в России пока нет.
Экспериментальные работы проведены на шахте «Кольчугинская».
Технология извлечения метана средствами дегазации базируется на вакуумировании скважин, пробуренных с дневной поверхности или из горных выработок. Технологические схемы и параметры дегазации выбирают, исходя из источников и объемов метановыделения, особенностей разработки угольных пластов и состояния земной поверхности.
Наилучшие показатели дегазации среди регионов России достигнуты на Воркутском месторождении, где дегазация разгружаемых от горного давления подрабатываемых и надрабатываемых угольных пластов ведется скважинами, пробуренными из горных выработок. Однако в Воркуте показатели извлечения метана за последние 10 лет снизились.
В Кузбассе показатели дегазации тоже ухудшились. Дебит каптированного средствами дегазации и извлеченного с помощью ВМЦГ-7 метана с 216 млн. м3в 1990 г. снизился до 113 млн. м3в 1998 г. и до 104 млн. м3 метана в 2002 г. На выемочных участках извлекается 7-18 м3/мин. Широко применяются способы дегазации сближенных пластов и выработанного пространства через скважины, пробуренные с земной поверхности и сообщенные с вакуумным насосом или вентиляторной установкой ВМЦГ-7.
В Кузнецком бассейне каптируемый в шахтах метан в промышленных масштабах почти не используется. Однако по фактору метановыделения имеются условия для перевода котельных на шахтный метан или для выработки электроэнергии и тепла. Экспериментальные работы, выполняемые на шахте «Чертинская», тому подтверждение.
Реальными в настоящее время являются следующие технологии использования шахтных метано-воздушных смесей (МВС): совместное сжигание в топках котлов разнородных видов топлива (МВС — твердое топливо, МВС — жидкое топливо); сжигание МВС в газовых турбинах, газомоторных и газодизельных установках в целях получения электрической и тепловой энергии; получение моторного топлива на базе каптированного метана; производство химических веществ.
К основным причинам, тормозящим расширение области использования метана на шахтах Российской Федерации, относятся:
1)неустойчивые, а порой и низкие дебиты метана в каптируемых газовоздушных смесях, которые существенно зависят от параметров и режимов работы дегазационных скважин;
2) отсутствие современных средств бурения и интенсификации газоотдачи;
3) отсутствие организационного и инвестиционного механизмов, стимулирующих дегазацию углепородного массива и утилизацию метана.
На шахтах России применяется дегазация следующих источников метановыделения:
- неразгруженных от горного давления угольных пластов (разрабатываемые пласты);
- разгружаемых сближенных угольных пластов (подрабатываемые и надрабатываемые пласты);
выработанных пространств на действующих и ранее отработанных участках.
Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 1437;