Выброс метана в шахте как происходит

Министерство охраны здоровья

Подразделение шахт по газообильности

Допустимое содержание метана в выработках шахты

Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.

Виды выделений метана в горные выработки

Происхождение и виды связи метана с горными породами.

Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения вызываемым деятельностью бактерий.

В породах и в угле метан находится в виде свободного и сорбированного газа. На современных глубинах работ основное количество метана (около 85%) находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи (сорбции) метана твердым веществом:

Адсорбция – связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения;

Абсорбция – проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия;

Хемосорбция – химическое соединение молекул газа и твердого вещества.

Основное количество сорбированного породами газа (80-85 %) находится в адсорбированном состоянии. При разрушении угольного пласта этот газ переходит в свободное состояние и выделяется в горные выработки в течении одного двух часов. Абсорбированный метан выделяется из угля длительное время, а хемосорбированный остается в угле длительное время (десятки лет).

Различают три вида выделений метана в горные выработки:

Обыкновенное выделение метана происходит из мелких пор и трещин по всей поверхности пласта, из отбитого угля и боковых пород. Выделение происходит медленно, но непрерывно, оно сопровождается шорохом, легким потрескиванием и шипением.

Однако, динамика выделения метана из отбитого угля и обнаженной поверхности пласта различны. Дегазация отбитого угля практически заканчивается через 2-3 часа после отбойки, а обнаженной поверхности пласта через 2-3 месяца после обнажения.

Обыкновенное метановыделение неравномерно во времени и зависит от многих факторов: работы выемочных механизмов, ведения взрывных работ, посадки пород кровли, ведения работ по дегазации, режима проветривания участков и т. д.

Исследованиями МакНИИ доказано, что метановыделение в исходящей струе очистного забоя и выемочного участка является случайной во времени величиной.

Суфлярные выделения метана – это выделение метана в больших количествах с характерным шумом из видимых на глаз трещин и пустот в боковых породах и угольных пластах. Действие суфляров может быть кратковременным, но обычно длительно, даже до нескольких лет. Различают суфляры первого и второго рода. К суфлярам первого рода относятся суфляры геологического происхождения, которые, как правило, приурочены к зонам тектонических нарушений.

К суфлярам второго рода относят суфляры горно-производственного характера. Эти суфляры происходят в результате частичной разгрузки пластов и пропластков угля, залегающих в почве и кровле рабочих пластов в зоне влияния горных работ.

Опасность суфляров заключается в том, что они проявляются внезапно, при этом в короткий промежуток времени, возможно, образование взрывоопасных концентраций метано – воздушной смеси в большом объеме. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кровлей, увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярам выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герметичный киоск (из кирпича или шлакоблока), из которого газ по трубопроводу отводится либо в общую исходящую струю крыла, шахты или на поверхность.

Внезапные выделения метана происходят при различных газодинамических явлениях, к которым относят:

Внезапные выбросы угля и газа;

Внезапные высыпания, переходящие во внезапные выбросы на крутых пластах;

Внезапные прорывы газа с небольшим количеством угольной мелочи;

Горные удары с отжимом угля и попутным газовыделением;

Высыпание и обрушение угля с попутным газоваделением;

Обрушение основной кровли с интенсивным выделением газа в выработанном пространстве;

Возникающие при сотрясательном взрывании на крутых пластах высыпания угля, переходящие во внезапные выбросы угля и газа;

Возникающие при взрывании горного массива выбросы породы с попутным газовыделением.

Из перечисленных выше газодинамических явлений наиболее опасным является внезапные выбросы угля и газа. При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени (несколько секунд) выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной, а иногда и породной мелочи. В 1973 году на шахте им Гагарина в г. Горловке при выбросе выделилось до 180 тыс. м3 метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. тонн угля.

Природа и механизм внезапных выбросов до настоящего времени досконально не изучены. В настоящее время наиболее признанной является гипотеза, согласно которой внезапный выброс происходит под комплексным действием горного давления напряженного состояния угольного массива и давления газа.

Согласно Правилам безопасности, допустимыми концентрациями метана в рудничном воздухе (по объему) являются следующие:

1) исходящая струя из очистной или тупиковой выработки, камеры, выемочного участка – не более 1 %;

2) исходящая крыла или шахты – не более 0,75 %;

3) поступающая на выемочный участок в очистные и под­готовительные забои и в камеры – не более 0,5%;

4) перед производством взрывных работ – до 1 %;

5) местные скопления в очистных, подготовительных и других выработках – 2 % и более.

В случае обнаружения метана выше указанных пределов работы немедленно прекращаются (соответственно в выработке, участке, крыле или в шахте в целом), люди выводятся на свежую струю, выработки закрещиваются, а электроэнергия выключается. Об этом необходимо немедленно сообщить горному диспетчеру и принять меры по разгазированию выработок.

В местах работы комбайнов, буровых станков содержание метана допускается до 2 %. При содержании метана 2 % и более необходимо остановить машины и снять напряженнее питающего их кабеля. Если обнаруживается дальнейший рост концентрации метана или в течение 15 мин она не снижается, то люди должны быть выведены на свежую струю. Возобновление работы машин допускается после снижения концентрации метана до 1 %.

К шахтам, опасным по газу, относятся такие в которых хотя бы в одной выработке был обнаружен метан.

Количество метана, выделяющегося в шахте за сутки в единицу времени (обычно за сутки), называется метанообильностью шахты. Различают метанообильность относительную и абсолютную.

Абсолютной метанообильностью называется количество метана в кубических метрах, выделяющегося в шахте в течение суток.

Относительная метанообильность – количество метана выделяющегося на 1т суточной добычи.

Относительная метанообильность действующей шахты устанавливается в январе каждого года по результатам обработки замеров количества воздуха и содержании метана в пробах воздуха, производимых ежемесячно в течение года в соответствии с ПБ.

Для установления категории действующей шахты по метану принимается наибольшая относительная метанообильность участка шахтопласта или шахты в целом.

Газовые шахты в зависимости от величины относительной метанообильности и вида выделения метана разделяются на пять категорий:

І – до 5 м3/т; ІІ – от 5- 10м3/т; ІІІ – от 10-15м3/т;

Сверхкатегорные – 15 и более; шахты опасные по суфлярным выделениям;

Опасные по Шахты, ведущие работы по пластам опасным по

внезапным выбросам внезапным выбросам угля и газа, шахты с выбросами породы.

Газовым балансом шахты называется, ее абсолютная метанообильность, равная сумме метанообильности отдельных источников метановыделения. Он зависит от системы разработки, способа управления кровлей, объема выработанного пространства, развития очистных и подготовительных работ, свойств угля и вмещающих пород, горногеологических условий. В Донбассе, доля метановыделения из выработанных пространств составляет 25-35%.

Газовый режим шахты, распорядок, вводимый на шахтах, опасных по выделению метана. Если шахта опасна не только по газу, но и по взрывчатой пыли, то вводится т. н. пыле-газовый режим.

Г. р. предусматривает выполнение организационно-технических мероприятий для предупреждения скопления газа до опасных пределов и появления источников воспламенения газа. Это достигается осуществлением интенсивной вентиляции выработок и дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород; применением таких способов работ и механизмов, при которых скопление газа минимально; регулярным контролем содержания газа в воздухе горных выработок при помощи газоопределителей и аппаратуры автоматического контроля и аварийного оповещения. Вторая группа мероприятий состоит в том, чтобы не допускать в шахте открытого пламени, раскалённых предметов и искр (достигается применением предохранительных взрывчатых веществ, электрооборудования в специальном исполнении, соблюдением предохранительных мер при ведении горных работ и др.).

Крымское республиканское учебное заведение

Крымский медицинский колледж

Газовыделение – это процесс поступления газа в атмосферу шахты в результате ведения горных работ.

В угольных шахтах источниками газовыделений являются разрабатываемые, а также смежные подрабатываемые или надрабатываемые пласты угля и пропластки, вмещающие породы. Выделяются газы в горные выработки через свободную поверхность разрабатываемого пласта из отбитого угля и трещины во вмещающих породах.

− обыкновенное – происходящее из невидимых трещин и пор в угле и породах;

− суфлярное – местное концентрированное выделения газа из природных или эксплуатационных трещин с дебитом 1м3/мин и более на участке выработки протяженностью до 20м;

− внезапное – местное выделение больших объемов газа, сопровождающееся разрушением призабойной части угольного пласта.

Обыкновенное выделение метана происходит с обнаженной поверхности угольного массива через мелкие, невидимые трещины. Величина этого газовыделения тем больше, чем выше газоносность и газопроницаемость угля, а также газовое давление.

В первые моменты после вскрытия пласта газовыделение происходит весьма интенсивно. Затем быстро падает и, через 6÷10 месяцев, оно практически прекращается. Время после обнажения пласта, по истечении которого газовыделение с обнаженной поверхности практически прекращается, называется периодом дренирования. В результате выделения метана с обнаженной поверхности в массиве угля образуется зона дренирования, метаноносность угля в которой изменяется от минимальной величины на кромке обнажения пласта до природной метаноносности на некотором расстоянии от обнаженной поверхности пласта.

Выделение метана с обнаженной поверхности пласта зависит также от производственных процессов, изменяющих условия выделения газа с поверхности пласта: зарубка, отбойка угля, управление кровлей.

Суфлярное метановыделениепроисходитиз крупных, видимых на глаз трещин и пустот в угле и породах или из эксплуатационных трещин. Дебит их может быть до десятков тысяч кубических метров в сутки, продолжительность действия от нескольких часов до нескольких лет. Суфляры представляют опасность вследствие неожиданности их проявления и сопутствующего им увеличения концентрации газа в выработке. Суфляры бывают природного и эксплуатационного происхождения. Природные суфляры (первого рода) обычно встречаются в зонах геологических нарушений. Суфляры эксплуатационного происхождения (второго рода) появляются вследствие нарушения целостности боковых пород при выемке угля.

Борьба с суфлярами ведется путем дегазации массива (для этого применяется передовое бурение скважин, опережающая отработка защитных пластов, соответствующий способ управления кровлей) и увеличением подачи воздуха в выработки.

При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени может выделиться большое количество газа вместе со значительным количеством угольной мелочи. В пласте угля образуются характерные пустоты, а выработка заполняется углем и газом на десятки и сотни метров от забоя.

Количество метана, выделяющегося при выбросе, находится в пределах от нескольких сотен до 500 тыс.м3 и более, горной массы – от 1÷2 до 15000 т.

Внезапные выбросы обычно происходят в забоях подготовительных и очистных выработок, при вскрытии опасных пластов, при пересечении зон геологических нарушений.

Внезапным выбросам обычно предшествуют предупредительные признаки: удары, толчки, гул в массиве угля, осыпание забоя, отскакивание кусочков угля (стреляние), выжимание угля, повышенное газовыделение.

Основными факторами, влияющими на возникновение внезапного выброса, являются горное давление, энергия заключенного в угле газа, физико-механические свойства угольного пласта и вмещающих пород.

Весь комплекс мер борьбы с метаном в шахтах преследует следующие цели:

− недопущение опасных скоплений метана в выработках;

− предупреждение воспламенения метана;

− ограничение последствий взрывов;

− борьба с суфлярными и внезапными выбросами.

Основной мерой предотвращения опасных скоплений метана является вентиляция, которая считается эффективной, если по всей сети действующих выработок шахты поддерживаются допустимые концентрации газа.

Поступление необходимого количества воздуха в газовую шахту и на отдельные ее участки достигается уменьшением аэродинамического сопротивления шахты и распределением воздуха по выработкам в соответствии с их газовым балансом.

Реализация мероприятий по сокращению утечек воздуха в шахте приводит к увеличению поступления его к местам основного потребления (очистным и подготовительным забоям).

Однако, наряду с обеспечением выработок достаточным количеством воздуха, необходимо выполнять и ряд дополнительных требований.

Так, при слоевых скоплениях метана часто средняя концентрация его на выходе из выработки находится в допустимых пределах, в то время как в слое на некотором участке выработки содержание газа может превышать безопасные нормы. Чтобы избежать такую ситуацию, применяют меры по усилению перемешивания воздушного потока в пределах слоя.

При проветривании тупиковых выработок возможны случаи, когда вентилятор будет засасывать загрязненный метаном воздух и вновь подавать его в забой (рециркуляция воздуха). При этом в забое будет накапливаться метан, и содержание его может превышать допустимые концентрации. Чтобы не допустить рециркуляцию воздуха, необходимо надежно отделять свежую струю от исходящей, в частности – располагать вентилятор (или конец всасывающего трубопровода) только на свежей струе. Это же требование распространяется и на сквозные выработки: движущийся по ним загрязненный воздух не должен попадать в свежие струи, поступающие к местам ведения работ.

В большинстве случаев метан имеет тенденцию скапливаться в верхних частях выработок, особенно при недостаточно интенсивном перемешивании воздушного потока.

Интенсивное перемешивание метана в вентиляционном потоке возможно лишь при скоростях движения воздуха в выработке не ниже 1 м/сек.

Даже кратковременная остановка вентиляторов в газовой шахте недопустима.

При высокой газообильности пластов часто только средствами вентиляции невозможно обеспечить допустимые концентрации метана в горных выработках. Это требует проведения специальных мероприятий по борьбе с метаном. Основным из них является применение дегазации, которая предусматривает изолированный отвод газовоздушной смеси с высоким содержанием метана на поверхность или в выработки, в которых возможно разбавление газовой смеси воздухом до безопасных норм.

Опасные по газу шахты переводятся на, так называемый газовый режим. Этот режим предусматривает проведение комплекса мероприятий по предупреждению воспламенения метана, в частности – применения взрыво- и искробезопасного электрооборудования, предохранительных ВВ и определенных правил ведения взрывных работ, запрещения пользования открытым огнем.

Откатка контактными электровозами разрешается только в шахтах I и II категорий по метану лишь в главных откаточных выработках со свежей струей воздуха.

Для ограничения возможных последствий взрыва метана вентиляционная сеть шахты должна состоять из возможно большего числа независимых участков, а свежие и исходящие струи должны быть надежно разделены. Необходимо также выполнять ряд организационных мер, связанных со своевременным отключением электроэнергии и выводом людей при загазировании выработок, соблюдая выполнения требований плана ликвидации аварий. План ликвидации аварий составляется заблаговременно и с ним ознакамливают всех работающих.

Борьба с суфлярами ведется либо увеличением подачи воздуха в выработки (при небольших суфлярах), либо каптированием газа.

Для каптажа суфляра сооружают герметичную камеру у его устья и из нее отводят газ по трубопроводу.

Мероприятия по предупреждению внезапных выбросов угля и газа в основном сводятся к мерам по дегазации пласта, снижению концентрации напряжений в пласте, укреплению забоя и к специальным организационно-техническим мероприятиям.

Снижение концентрации напряжений достигается устранением острых углов в забоях, применением управления кровлей полным обрушением, сотрясательного взрывания, торпедирования пласта.

Организационно-технические мероприятия по борьбе с внезапными выбросами связаны с механизацией добычи на опасных пластах, дистанционным управлением машинами, применением выемки без постоянного присутствия людей в забое, обеспечением рабочих изолирующими самоспасателями, оборудование пунктов с респираторами и др.

Основным газом, который постоянно и в достаточно больших количествах выделяется в шахтных пространствах, является метан. Также на некоторых предприятиях отрасли появляется и другой газовый компонент – это двуокись углерода. Специалисты оба этих вещества называют «рудничными газами». Их адсорбция в большей своеq части происходит во внутренних поверхностях угольных пластов. В свободном виде и не в очень большом количестве эти газы находятся непосредственно в порах угольного продукта и самих породах. В одной тонне угля может накапливать свыше 20,0 м. куб. опасного газа. Причем давление в этом случае достигает 4 Мпа. Количественные характеристики этих показателей зависят от глубины шахты или рудника. Количество газа увеличивается с глубиной проведения горных работ.

Достигнув некой сверхнормативной концентрации, газ приобретает удушающие для человека свойства и может спровоцировать взрыв. Это периодически происходит, причем с ужасными последствиями. Так, например, можно вспомнить аварии, происшедшие недавно в США (Upper Big Branch), Китае (Sijiazhuang) и Новой Зеландии (Pike River).

При этом опасный газ метан может также и послужить человечеству. Его, особенно в экономически развитых странах, достаточно широко используют в различных технологиях для получения тепловой и электрической энергии. А вот если его не утилизировать, то он превращается в опаснейший для нашей планеты парниковый газ, чья высокая концентрация в атмосфере даже может повлиять на потепление климата. Экологи утверждают, что метан по своей опасности в 21 раз превосходит СО2. Утилизация подобных газов в конечном итоге (пусть даже и в отдаленной перспективе) с любой точки зрения, как экономически, так и экологически, выгодней, нежели его неконтролируемый выброс в атмосферу.

Сам процесс выделения рудниковых газов является достаточно сложным. На него влияют следующие факторы:

• Объем газа в конкретном угольном пласте.
• Степень проницаемости угольного продукта.
• Напряжённость пласта.
• Изменения тектонического характера.
• Пластные свиты.
• Структурная основа угольного продукта.
• Прочие.

Выделение газа – процесс перманентный. Оно происходит, как на подготовительных производственных стадиях, так и непосредственно в момент очистки или продвижения забоя. Наибольшее количество газа выделяется непосредственно из самого угольного продукта, уже добытого, или почвы. Причем это происходит тогда, когда концентрация напряжения снижается.

Метан при соприкосновении с воздухом проникает в участки, наиболее подверженные взрывам. Именно поэтому важно снижение его концентрации (посредством разбавления) и моментальное перемещение этих фракций вентиляционными установками далее по системе. Воздух может поглотить определенное количество метанового и углекислого газа – он по этим показателям имеет свои предельные значения. Также ограничена и скорость вентиляционного напора. Таким образом, становится ясно, что наиболее оптимальным является вариант, при котором опасный газ помощью специального устройства (отсоса) направляется к месту, где уже начинается процесс непосредственной эвакуации веществ вентиляционной струей.

Но совокупность факторов может быть таковой, что газ приобретет свою динамическую внезапность. Опасность подобного выброса заключается, прежде всего, в том, что газ и угольная пыль появившаяся на отдельном участке шахты, смешивается с воздухом, что делает невозможным пребывание на этой территории человека. Более того, это может привести к трагическим последствиям, в том числе связанных с гибелью людей. Но на этом опасности не заканчиваются. При внезапном выбросе происходит процесс образования метанопылевоздушной смеси, которая является взрывоопасной.

Проблемы внезапных выбросов и следующий за ними процесс обильного газовыделения в настоящее время имеют и международный аспект. По борьбе с ними во многих странах используются различные методологические подходы. В большей части это зависит от нормативного регламента и технологических возможностей в этой области, действующих в том или ином регионе земного шара. Также большое значение имеют и геологические условия. Так, например, в таких странах, как Австралия и Шотландия, добыча угля осуществляется на глубине не более 500 м. Это, как правило, однопластовые угольные пласты. Сырье в этих шахтах обладает средней или высокой проницаемостью.

Но есть совершенно иные условия добычи подобных углеводородов. В республиках «постсоветского» пространства, в том числе и России, а также европейских странах и Китае разработке подвергаются многопластовые угольные массивы, причем на глубине свыше 500 м. Проницаемость же углей на этих шахтных выработках существенно меньше 0,1 мД.

Степень проницаемости угля влияет на уровень выделения газа. Чем этот показатель ниже, тем меньше метана или углекислого газа выделяется в шахтное пространство. Но стоит только снизится напряжению пласта- сразу же активизируется и выброс опасных горючих веществ.

Но, тем не менее получается следующая достаточно противоречивая ситуация. Даже при использовании современных технологий, как это делается на европейских шахтах, при которых осуществляется предварительный отсос этих веществ посредством скважин, расположенных горизонтально, объем газа если и уменьшается, то незначительно. А с другой стороны высокая проницаемость угля на австралийских шахтных выработках не создает им особенных проблем. Получается, что более низкая газоносность угольного пласта, не особенно влияет на безопасность производственного объекта. Эксперты заявляют, что, например, не удалённые в результате проветривания газовые потоки могут привести к серьезным последствиям. Но технологии при горных работах, используемых в Германии, позволяют обеспечить безопасную эксплуатацию выработки даже без проведения предварительной процедуры по отсосу газа.

Таким образом основными причинами выбросов опасных газов в горных выработках являются следующие факторы: высокое давление метанового и углекислого газа, крайне низкая прочность угля, а также высокая тектоническая напряженность угольных пластов.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Метан – это один из самых опасных химических компонентов, который всегда присутствует в горных выработках. От строго и неукоснительного соблюдения правил безопасности с этим веществом зависят человеческие жизни и здоровье персонала шахты (рудника), горных спасателей и жителей региона.

Периодически мы слышим об авариях на шахтах, связанных со взрывами, и которые, как правило, сопряжены с гибелью людей. Основной причиной подобных чрезвычайных ситуаций является образование взрывной смеси, полученной в результате смешивания опасных горючих смесей с воздухом. К ним относится, прежде всего, метан, а также водород, этан, окись углерода, ацетилен и др. У каждого вещества свои пропорции содержания кислорода, ведущие к взрыву. Тот же ацетилен, например, имеет эти границы в размере от 3 до 65%.

Основной причиной аварии является формирование взрывной смеси из 5-15% метана и воздуха. В случае если содержание метана достигает 9,5%, то взрыв приобретает наибольшую разрушительную силу, так как при горении расходуется весь кислород. Температура в закрытом помещении доходит до 2650С, а с выходом на открытое пространство – 1850С.

Опасность метана заключается в том, что он, будучи значительно (в 2 раза) легче воздуха поднимается вверх и скапливается там, проникая во все пустые конструкции. Его распространение происходит из всевозможных, невидимых глазу, отверстий и трещин. Объем газа на каждой шахте разный – все зависит от количества его присутствия в пласте.

Если на шахте обнаружен метан, то этот объект является взрывоопасным и принимаются отдельные решения по его эксплуатации с точки зрения обеспечения безопасности.

При анализе ситуации необходимо разобраться в истинных причинах образования взрывной смеси. Ими могут быть:

• полное отсутствие работы вентиляционных систем, вызванных техническими или организационными обстоятельствами;
• предаварийное состояние системы воздушно-вентиляционных трубопроводов;
• ошибки в расчетных данных о потребностях необходимого воздуха;
• объем метана в воздухе;
• расхождение вентиляционной конструкции с проектными решениями;
• нарушение технологии разбавления метана (разгазирование).

Для того, чтобы предотвратить возможности возгорания опасной воздушно-метановой смеси, необходимо обеспечить соблюдение правил безопасности при эксплуатации объекта и знать причины, приводящие к этому процессу. Их можно подразделить на следующие:

• плановые взрывные работы;
• дефекты и недостатки в электросети и оборудовании;
• процессы технологического трения;
• искрение (фрикционное), вызванное контактом между горными породами и соответствующего инструмента;
• нарушение правил безопасности, связанных с курением и обращением с огнем;
• сварочные работы;
• самостоятельное возгорание;
• угольное самовозгорание (эндогенное).

Повышенной взрывоопасностью обладает и угольная пыль. Все зависит от ее состава, количества, ну и конечно размеров пыльных веществ. Факторами, провоцирующими возгорание угольной пыли, являются: присутствие опасных газов в воздухе, активность летучих газов во время нагревания, коэффициент влажности воздуха и самой пыли, а также степень концентрации кислорода в атмосфере. Если выход летучих веществ в пыли составляет более 10%, а наличие в ней инертных частиц и непосредственно золы меньше 60%, то угроза возгорания и взрыва в шахте резко повышается.

Смеси из опасного газа и пыли более взрывоопасны, чем воздушногазовые смеси. Причина этого в температуре возгорания. Так, например, этот процесс из пыли бурого угля начинается с 200-230С, а из веществ угля другого состава – 300-365С. Воздушнометановая смесь начинает гореть с температуры в 500С.

Самая опасный состав угольной пыли имеет влажность в пределах 2-3%. Что пылегазовая смесь, что метановоздушная – обе, имея в своем составе 16% и выше кислорода, уже являются взрывоопасными.

Техника безопасности в целях предотвращения аварий на угольных шахтах должна соблюдаться практически везде, но существуют места возгорания пылегазовых смесей, особенно опасные, где требуется дополнительные меры предосторожности. Это:

• поверхность угольного пласта для последующего его отделения и передачи наверх (очистной забой);
• проходки подготовительные (подготовительный забой);
• прочие выработки;
• территория после выработки.

Наибольше количество аварий, более половины, происходит в подготовительных забоях.

Чем выше хрупкость и твердость горных пород, тем выше вероятность образования опасного пылевоздушного вещества. В случае повышенной смачиваемости и впитываемости угольной пыли риск взрыва увеличивается. В угольных забоях также не рекомендуется сильное проветривание. Оно должно осуществляться в соответствии с порядком, четко установленным мерами безопасности. При проектировании и эксплуатации вентиляционных систем нельзя допустить самостоятельного укорачивания и создания опрокидывающего момента для струевых потоков вентиляции. Также необходимо свести к минимуму пересечение воздушных потоков.

На любой шахте, где обнаружена опасность в виде горючих газовых смесей, вводятся особые меры безопасности. Эти объекты переводятся на газовый регламент. На пылевой же регламент переходят в случае, если в забое обнаружена взрывоопасная пыль.

Эти режимы предполагают комплекс правил и норм безопасности, которые необходимо соблюдать при эксплуатации рудника или шахтного предприятия. Главное в них это недопущение образования газовых и пылевых смесей, а также невозможность создание на территории объекта источника температуры, которая может спровоцировать их возгорание. Главным и необходимым условием отсутствия аварий на подобных объектах является постоянный и четкий надзор за этими показателями.

Чтобы оценить качество состояния атмосферного воздуха, а также безопасное его распределение, специалисты, эксплуатирующие объект, проводят систему замеров и экспертиз по его расходованию на всех участках рудника и шахты.

Не менее важным для обеспечения безопасности на шахте или руднике является дегазация, заключающаяся в отводе по специальным трубам газово-воздушных смесей. После осуществления этого процесса проводятся работы по увлажнению угольных пластов в целях уменьшения пылеобразования и блокировки метана.

Нарушение требований безопасности при эксплуатации подобных объектов чревато опасными и необратимыми потерями, в том числе человеческих жизней. Именно поэтому их выполнение является необходимым и обязательным условием.

Внезапный выброс — газодинамическое явление, возникающее вследствие быстрого изменения напряжённого состояния краевой части газоносного пласта вблизи горной выработки, как правило, при вскрытии пласта/пропластка, из груди подготовительного или очистного забоя. Различают внезапные выбросы угля и газа, породы и газа. Сопровождается частичным или полным разрушением забоя, бурным выделением газа и образованием потока угля или породы, взвешенного в газе. Причём, осмотр забоев после выброса показал, что взвесь имеет такой тонкий “помол”, что наводит на мысль, что горный массив разрушился не только от напряжения горного массива, но и по причине выброса внутримолекулярного, прежде связанного, газа. Стоит отметить, что природа внезапных выбросов до сих пор не понятна до конца, а существующие теории горного давления в массиве, не могут объяснить суть явления.

Во многих странах мира на шахтах происходят внезапные выбросы угля и газа, песчаников и газа, калийных солей и газа, а при сооружении тоннеля Арпа-Севан в Армении имели место выбросы порфиритов и газа. Уголь, песчаники, калийные соли и порфириты существенно различаются по своим физико-механическим свойствам. Общим для всех взрывоопасных пород и угля являются высокие упругие свойства и наличие газа в поровом пространстве.

Характеристикой внезапного выброса является его интенсивность, измеряемая количеством выброшенной горной массы и дальностью его отброса. Количество выбрасываемой горной массы внезапным выбросом составляет от нескольких тонн до тысяч тонн, а объём выделяющегося газа — от нескольких м³ до сотен тысяч м³. Горные выработки при этом заваливаются горной массой на десятки метров и заполняются газом, а в массиве образуется полость или каверна, которая на крутых пластах часто имеет грушевидную форму. При наиболее крупных выбросах выделялось 0,6—1,2 млн. м³ газа и выбрасывалось до 12—14 тысяч тонн угля. Они сопровождались ударной воздушной волной, особенно сильной при выбросах, вызванных сотрясательным взрыванием. Воздушная волна усиливала, останавливала или опрокидывала вентиляционную струю, а также нарушала крепь в призабойной части части выработки, повреждала рельсовые пути и оборудование.

Угли пластов, опасных по внезапным выбросам, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью в отдельных сильно нарушенных пачках, перемятостью, отсутствием ясно выраженного кливажа и развитием трещин тектонического происхождения. Выбросы угля и газа чаще всего происходят у зон мелкой нарушенности угольных пластов (разрывные формы микротектоники, мелкая пликативная складчатость). Разработка опасных по внезапным выбросам угольных пластов связана с высокой степенью опасности для шахтёров, так как крупные внезапные выбросы газа нередко переходят в подземные взрывы газа с большим числом погибших. Выброшенный газ, обычно представлен метаном (CH4), реже — двуокисью углерода (CO2), смесью CH4 и CO2, может содержать примеси тяжёлых углеводородов.

Первый выброс угля и газа произошел на шахте «Исаак» во Франции в бассейне Лауры. В дальнейшем выбросы происходили на шахтах Бельгии, Германии, Англии.
В Донбассе первый внезапный выброс произошел на шахте «Новая Смолянка» на горизонте 706 м при вскрытии пласта h7 «Смоляниновский» квершлагом, проводимого с помощью буровзрывных работ. Этот выброс был описан в книге пионера горноспасательного дела России Н.Н. Черницына, вышедшей из печати за несколько дней до трагической гибели автора во время горноспасательных работ на шахте №1 в г. Горловка. Самый крупный выброс угля и газа в мировой практике при подземной разработке угольных пластов подземным произошел в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина ПО «Артемуголь» при вскрытии квершлагом угольного пласта 13 «Мазурка» на горизонте 710 м. При этом было выброшено 14 тыс. т угля и выделилось по различным данным от 7500 до 250 тыс. м3 метана
Выбросы угля и газа имеют место в России, Польше, Китае, Казахстане, Чехии и других странах. Минимальная глубина, на которой происходили выбросы угля и газа составляет 120—150 метров.

Наиболее крупные выбросы угля и газа на угольных шахтах.

Выбросы угля и газа могут происходить при выемке угля и пород в выработках любого, самого различного назначения: от стволов до очистных забоев (лав) при всех существующих способах выемки: обушками, отбойными молотками, комбайнами (добычными или проходческими), стругами, при бурении скважин и шпуров, при продувке шпуров сжатым воздухом, при разрушении углепородного массива буровзрывным способом, при оборке забоя, при разрушении угольного пласта водяными струями.

Предупредительные признаки внезапного выбросаПравить

• усиленное давление на крепь
• усиленное газовыделение
• шелушение угля
• запотевание забоя
• удары и треск в массиве
• заклинивание бура в шпуре

Однако выброс может произойти и неожиданно. С увеличением глубины разработки угольных пластов растёт давление горных пород и газа, увеличиваются частота и сила внезапных выбросов. Разработан комплекс мероприятий по прогнозу и предупреждению внезапных выбросов. Различают несколько видов прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры угля и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).

Наиболее надёжными способами предупреждения внезапного выброса являются:

• опережающая разработка защитных пластов,
• бурение дегазационных и увлажнительных скважин из штреков для заблаговременного снижения давления газа и увлажнения участка пласта, намеченного к выемке.

Метан, или «рудничный газ», природный газ без цвета и без запаха. Химическая формула — CH4. В ноябре 2011 года метан угольных пластов признан самостоятельным полезным ископаемым и внесен в Общероссийский классификатор полезных ископаемых и подземных вод.

ПроявленияПравить

В шахтах метан скапливается в пустотах среди пород, в основном, под кровлей выработок и может создавать взрывоопасные метановоздушные смеси. Для взрыва необходимо, чтобы концентрация метана в рудничной атмосфере была от 5 до 16 %; самая взрывоопасная концентрация — 9,5 %. При концентрации более 16 % метан просто горит, без взрыва (при наличии притока кислорода); до 5-6 % — горит в присутствии источника тепла. При наличии в воздухе взвешенной угольной пыли может рвануть и при меньшей, чем 4-5 %, концентрации.

Причиной взрыва может стать открытый огонь, горячая искра. В старину шахтёры брали с собой в шахту клетку с канарейкой, и пока слышалось пение птицы можно было работать спокойно: в шахте нет метана. Если же канарейка замолкала на долгое время, а еще хуже — навсегда, значит — рядом смерть. В начале XIX века известный химик Х. Дэви изобрел безопасную шахтерскую лампу, затем на смену ей пришло электричество, но взрывы на угольных шахтах продолжались.

В настоящее время концентрация метана в рудничной атмосфере контролируется автоматическими системами газовой защиты. На газоносных пластах предпринимаются меры по дегазации и изолированному газоотводу.

Биологическая опасностьПравить

В СМИ часто оперируют фразами «шахтеры отравились метаном» и т. п. Налицо неграмотная интерпретация фактов удушения, вызванных уменьшением концентрации кислорода в насыщенной метаном атмосфере. Сам же метан — нетоксичен.

Ошибочное названиеПравить

Метан горюч, что обуславливает возможность его применения в качестве топлива. Возможно использование метана для заправки автомобильного транспорта, а также на тепловых электростанциях. В химической промышленности метан применяется как углеводородное сырьё.

Большинство отечественных шахт выбрасывают метан в атмосферу и только некоторые внедрили или внедряют установки для его утилизации. За рубежом ситуация обратная. Более того, активно внедряются проекты скважинной добычи пластового метана, в том числе в рамках предварительной дегазации шахтных полей.

• относительное метановыделение является критерием отнесения шахт к различным категориям по опасности.
• «Гремучий газ» метан. Справка
• Владимир Мухин. Внезапный выброс: Роман, 2-е изд. М. Профиздат, 1982

ВНЕЗАПНЫЙ ВЫБРОС (а. sudden outburst; н. plotzlicher Ausbruch; ф. degagement instantane; и. desprendimiento instantaneo, irrupcion instantanea) — самопроизвольный выброс газа, твёрдого полезного ископаемого (уголь, соль) или вмещающей породы в подземную горную выработку из забоя или призабойной зоны массива; продолжительность внезапного выброса — до нескольких секунд.

Первый внезапный выброс (угля и газа) зарегистрирован в 1834 во Франции на шахте “Исаак” бассейны Луара, затем в Бельгии в 1847, к концу 19 в. отмечались в бассейнах Pypa, Нижней Силезии, Южного Уэльса, а также в Венгрии и Канаде. На территории CCCP первый внезапный выброс угля и газа отмечен в 1906 на шахте “Новая Смолянка” (Донбасс; пласт “Смоляниновский”, глубина 711 м), первый внезапный выброс породы — в 1955 на шахте № 1-5 “Кочегарка” (Донбасс) при проходке главного квершлага на горизонте 750 м. С увеличением глубины разработки возрастают частота и сила внезапного выброса, которые происходят часто через несколько минут после прекращения работ в забое горной выработки (в случае взрывной отбойки запаздывание после взрыва — несколько секунд, реже — несколько десятков минут). В процессе внезапного выброса в пласте полезных ископаемых или в массиве горных пород образуется полость обычно грушевидной (рис.) или кавернообразной (иногда более сложной) формы объёмом до несколько тысяч м (например, при проходке тоннеля Арпа — Севан свыше 2500 м3); между полостью выброса в угольном пласте и плоскостью забоя иногда остаётся целик толщиной 2-4 м. Горная выработка заполняется раздробленной массой полезных ископаемых или породы, природным газом. При этом часто происходит разрушение призабойной крепи, шахтного оборудования.

Реклама

Предвестники внезапного выброса: значительное повышение акустической или сейсмоакустической активности массива; задержка отжима пласта и сближения боковых пород впереди движущегося забоя; шелушение и “стреляние” пород на поверхности выработки; увеличение интенсивности начального газовыделения и выхода штыба при бурении шпуров, деление выбуриваемых кернов на диски выпукло-вогнутой формы.

Наибольшая часть выброшенной массы — частицы размером от нескольких мм до десятков мм; среди раздробленной массы встречаются отдельные крупные глыбы породы или полезные ископаемые. Для внезапного выброса в угольных пластах характерно также образование весьма тонкой угольной пыли, так называемой бешеной муки, которая покрывает основную массу выброшенного угля; для внезапного выброса в массиве горных пород частиц чешуйчатой, пластинчатой формы.

Характеристика внезапного выброса — его интенсивность, измеряемая количеством выброшенных полезных ископаемых, породы. Зарегистрированы внезапные выбросы интенсивностью от нескольких десятков кг выброшенной массы полезных ископаемых или породы до нескольких тысяч т. Внезапные выбросы интенсивностью 5-50 т составляют около 70% случаев, внезапные выбросы весьма большой интенсивности (более 1 тысячи т выброшенной горной массы) происходят сравнительно редко.

Количество выделяемого в горную выработку природного газа (при приведении к нормальным атмосферным условиям) составляет несколько десятков м3 (из расчёта на 1 т выброшенной массы полезных ископаемых), при внезапном выбросе породы (количество газа оценивается по концентрации его в выработке) оно изменяется, как правило, от 2 до 6% (может достигать 50%). Внезапные выбросы происходят с участием метана и углекислого газа (CCCP), углекислого газа (Верхнесилезский каменноугольный бассейн, Польша), известно несколько случаев внезапного выброса с участием азота (Франция). Самый мощный в мире внезапный выброс — 14 тысяч т выброшенной массы угля и около 600 тысяч м3 газа метана (приведённый к нормальным атмосферным условиям) произошёл в 1968 в Донбассе на шахте им. Ю. А. Гагарина при вскрытии квершлагом крутого пласта “Мазурка” мощностью 1,3 м на глубине 750 м. Квершлаг засыпало углём на протяжении 650 м. При этом на естественном откосе выброшенного угля толщина слоя “бешеной муки” достигала 40-50 см.

Внезапный выброс угля и газа происходит в основном на глубине свыше 250 м. Подавляющее большинство внезапных выбросов — на пластах мощностью от 0,5 до 2,5 м, при этом, чем больше мощность угольного пласта, тем выше средняя интенсивность выброса. Породы, вмещающие пласты, представлены алевролитами, аргиллитами, песчанистыми и глинистыми сланцами, плотными и устойчивыми песчаниками, реже известняками. Внезапные выбросы часто связаны с геологическими нарушениями. Участки угольных пластов, к которым приурочены внезапные выбросы, в большинстве случаев отличаются пониженной прочностью (одной или несколько угольных пачек), перемятостью, отсутствием явно выраженного кливажа, развитием трещин тектонического происхождения, изменением мощности пласта. Породные прослойки, разделяющие пачки угля, часто состоят из перемятых, разлинзованных зеркалами скольжения аргиллитов или углистых аргиллитов и плотных неперемятых алевролитов. Наиболее часто внезапные выбросы происходят на пластах, представленных углями марок ПЖ, К, OC и Т; реже марок А, Г. Все угольные пласты, на которых регистрируются внезапные выбросы, имеют сравнительно высокую газоносность (10-30 м3/т). Основная масса газа находится в сорбированном состоянии. На пластах с установившимся давлением газа в загерметизированных контрольных скважинах менее 0,6 МПа (6 атмосфер) внезапные выбросы не отмечаются.

Внезапные выбросы породы и газа происходят в основном на глубине более 400 м (песчаников — более 700 м). Слои пород, как правило, не выдержаны по мощности, в них наблюдаются трещины тектонического происхождения, которые наряду с порами в зернистых породах заполнены газом. Прослеживается зональность внезапного выброса угля, породы и газа (часто фиксируются только на одном крыле шахты, свиты пластов и т.п.). Разработан комплекс мероприятий по прогнозу внезапного выброса (см. Выбросоопасность); различают виды прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры полезных ископаемых и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников внезапного выброса, в том числе сейсмоакустическими методами).

Основные мероприятия по обеспечению безопасной и эффективной разработки угольных пластов, опасных по внезапному выбросу: опережающая отработка защитных пластов; профилактическая обработка угольного массива путём дегазации и увлажнения нагнетанием воды в пласт; столбовая система разработки; щитовая, струговая и комбайновая узкозахватная выемка угля; комбайновое проведение подготовительных выработок; полное обрушение на пологих пластах и полная закладка на крутых; гидроотжим угля, гидровымывание опережающих полостей и щелей, бурение опережающих скважин, камуфлетное взрывание, образование разгрузочных щелей, применение опережающей крепи; использование в случае возникновения внезапного выброса групповых и индивидуальных средств защиты людей.

Существует несколько представлений о механизме внезапного выброса и причинах его проявления. Отличаются они в основном оценкой участия в внезапном выбросе газа, напряженно-деформированного состояния массива, а также физико-механических и физико-химических свойств полезных ископаемых или породы.

Сущность механизма внезапного выброса, в котором основное место в процессе разрушения и выброса разрушенной массы в горную выработку отводится газу, состоит в следующем. При быстром перемещении забоя или внезапно возникшей трещине на участке с весьма низкой проницаемостью угля или породы образуется большой перепад давления природного газа в очень тонком слое около свободной поверхности. Перепад давления разрушает этот слой и отбрасывает его в сторону выработанного пространства за счёт энергии расширяющегося газа. При этом давление газа у вновь образовавшейся свободной поверхности быстро падает, снова создаётся перепад давлений и т.д. Таким образом, свободная поверхность быстро перемещается в глубь массива и всё время поддерживается большой перепад давления, разрушающий один слой за другим. В другом представлении о внезапном выбросе процесс разрушения (дробления) угля или породы связывается только с напряжённым состоянием и несущей способностью массива около горной выработки, а процесс отброса частиц быстро разрушающегося массива — с энергией расширяющегося газа, сжатого при высоком давлении. При этом в случае разрушения угля и его отброса десорбция газа способствует образованию потока газо-угольной смеси в выработке.

Внезапный выброс угля и газа с конца 60-х гг. рассматривается также как процесс разрушения угля в результате взаимодействия высокого давления газа в порах и микротрещинах и весьма быстрой разгрузки пласта в призабойной зоне от горного давления. Исследование внезапного выброса — предмет горной геомеханики.

Внезапный выброс

угля и газа, динамическое явление, возникающее вследствие быстрого изменения напряжённого состояния насыщенного газом угольного пласта вблизи горной выработки (как правило, груди очистного или подготовительного забоя); сопровождается частичным или полным разрушением угля, бурным выделением газа и образованием потока угля, взвешенного в газе. Характеристикой В. в. является его интенсивность, измеряемая количеством выброшенного угля и дальностью его отброса. Количество выбрасываемого угля В. в. составляет от нескольких т до тысяч т, а объём выделяющегося газа — от нескольких м3 до сотен тысяч м3. Горные выработки при этом заваливаются углём на десятки м и заполняются газом, а в пласте образуется полость или каверна, которая на крутых пластах часто имеет грушевидную форму (рис.).         В. в. часто предшествуют предупредительные признаки (усиленное давление на крепь, шелушение угля, сильный треск в массиве), однако выброс может произойти и неожиданно. С увеличением глубины разработки угольных пластов растёт давление горных пород и газа, увеличиваются частота и сила В. в. Разработан комплекс мероприятий по прогнозу и предупреждению В. в.; различают несколько видов прогноза: региональный (оценка опасности выброса по данным геологической разведки), локальный (определение опасности по данным обследования механических, фильтрационных, сорбционных, петрографических свойств, структуры угля и пласта в целом) и текущий (улавливание предупредительных признаков или предвестников В. в., в том числе сейсмоакустическими методами).         Наиболее надёжными способами предупреждения В. в. являются: опережающая разработка защитных пластов, бурение дегазационных и увлажнительных скважин из штреков для заблаговременного снижения давления газа и увлажнения участка пласта, намеченного к выемке. Лит.: Ходот В. В., Внезапные выбросы угля и газа, М., 1961; Чернов О. И., Розанцев Е. С., Предупреждение внезапных выбросов угля и газа в угольных шахтах, М., 1965. В. В. Ходот.        Схема внезапного выброса угля и газа.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
.