Профилактика опасных геомеханических явлений в угольных шахтах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

При подземной разработке угольных пластов возникают опасные геомеханические явления, обусловленные напряженно деформированного состояния уголепороднего массива, газовыделения, а также влияние горно-технических факторов. К таким явлениям относятся:

1. Взрывы газа метана;

2. Горные удары;

3. Внезапные выбросы угля и газа;

4. Взрывы угольной пыли;

5. Самовозгорание угля;

6. Прорыв воды в горные выработки и т.п.

Для предотвращения опасных геомеханических явлений в научно практическом плане разработаны способы и средства профилактики, с помощью которых снижается вероятность возникновения аварийных ситуаций и повышается безопасность ведения подземных горных работ.

Данные для работы: угольный пласт мощностью 4 м, угол падения 65 град, основная кровля-аргиллит. Способ разработки был выбран-гидравлическая отбойка угля. Способ управления кровлей - обрушение и перепуск обрушаемых пород.

угольный выброс удар геомеханический

1. Управление газовыделением выемочного участка при ведении очистных работ

Дегазационная система состоит из вакуум-насосной станции, газопроводов, скважин, а также регулирующей запорной и предохранительной аппаратуры, включающей средства контроля и управления. Входящие в систему отдельные звенья размещаются на сравнительно больших площадях. Удаленность некоторых скважин от вакуум-насосной станции составляет до 5 км и более. Число скважин достигает иногда 17-20 на одном подэтаже.

Устья скважин с помощью отрезков трубопроводов подсоединяются к участковым трубопроводам, которые, в свою очередь, соединены с магистральным трубопроводом, транспортирующим метано-воздушную смесь к вакуум-насосам. Диаметр скважинных трубопроводов составляет 100--150 мм (трубы меньших диаметров в настоящее время употребляются редко), диаметры участковых трубопроводов 150--250 мм, а магистральных 200--400 мм. Часто для обеспечения требуемой производительности системы используют два магистральных газопровода. Скважинные и участковые трубопроводы имеют запорную арматуру и штуцера для отбора газовых проб и контроля температуры, давления и расхода газовой смеси. Место замера параметров газовой смеси выбирают по направлению ее движения за запорной или регулирующей арматурой.

Длина скважины-6м(2/3 подэтажа)Расстояние между устьями скважин-7 м.Скважины бурятся по восстанию пласта парами-одна строго по восстанию,вторая-с поворотом на очистной забой. Коэффициент дегазации составляет 0.3-0.4.

В связи с расположением пласта в пространстве иные схемы дегазации не подходят.

До начала отработки пласта в откаточном штреке бурится сеть скважин предварительной дегазации, котрая работает до отработки предпоследнего подэтажа. Также бурятся скважины из ската(в т.н."засечках"),в направлении забоя. Отсос метана производится до тех пор, пока не начнутся работы по выемке угля. Отработавшая скважина запечатывается спецклеем и деревянным кляпом.

С точки зрения динамики шахтные дегазационные системы обладают весьма разнородными характеристиками. Так, например, резкое изменение вакуума вследствие нарушения герметизации скважин, повреждения газопроводов, перекрытия сечения трубопроводов водяной пробкой вызывает довольно быстрое (от нескольких секунд до нескольких минут) изменение величины концентрации метана вблизи места повреждения или образования водяной пробки. Вместе с тем изменение концентрации метана у устья скважин при перераспределении величин разрежения происходит довольно медленно. В этих случаях длительность переходного процесса (по концентрации метана) может составлять от десятков минут до нескольких часов.

Статические характеристики объектов дегазационных установок, даже одноименных, различны. Так, например, даже из расположенных на одном участке скважин поступает смесь с различной концентрацией метана. Кроме того, эти характеристики могут значительно меняться во времени по мере подвигания фронта горных работ. Весьма непостоянны также характеристики трубопроводов, конфигурация которых меняется в процессе ведения горных работ.

2. Борьба с горными ударами и внезапными выбросами угля и газа

Гомрный удар -- это хрупкое разрушение предельно напряжённой части пласта породы (угля), прилегающей к горной выработке, возникающее в условиях, когда скорость изменения напряжённого состояния в этой части превышает предельную скорость релаксации напряжений в ней (вследствие пластических деформаций).

В горном ударе участвует упругая энергия пласта в очаге удара и энергия окружающих пород, данное явление сопровождается резким звуком, выбросом породы в горную выработку, образованием пыли и воздушных волн. Упругое расширение массива пород, прилегающих к очагу разрушения, порождает сейсмические волны, распространяющиеся при горном ударе большой силы на десятки и сотни километров. Разрушение происходит лавинообразно и совершается образованием устойчивой по форме полости при подпоре со стороны выброшенных пород. Следствием горных ударов становятся аварии на шахтах, сопряженные с разрушением крепи и оборудования, нанесением ущерба здоровью и гибелью людей.

Одним из способов предотвращения г.ударов является бурение опережающих скважин. Его применяют в подготовительных забоях. Скважины бурят по наиболее перемятой пачке пласта. Они должны обеспечивать разгрузку и дегазацию пласта в сечении выработки и за ее контуром на 4 м. Диаметр скважин составляет 130мм,длина-10м . Опережающие скважины бурятся веером в ряд по перемятой пачке. Величина неснижаемого опережения составляет не менее 5 м. Число скважин в веере-10-12. Количество вееров-2

Формула кол-ва вееров

,

где m-мощность пачки наруш. угля в сечении выработки(в нашем случае-2м),l-размер по наслоению прямоугольника области эффективного влияния скважины(1.3м)

Формула кол-ва скважин в веере

,

где l- размер по наслоению прямоугольника области эффективного влияния скважины(1.3м),a-ширина выработки,м(2 м)

Прогноз выбросоопасности: 1 раз в сутки бурится веер скважин на глубину 9-10 м.(исходя из скорости подвигания забоя длина может варьироваться)

Признаки внезапного выброса.

Отличительными признаками внезапного выброса угля и газа являются:

а) отброс угля от забоя на расстояние, превышающее протяженность возможного размещения его под углом естественного откоса;

б) образование в угольном массиве полости;

в) смещение угля в выработку;

г) повышенное по сравнению с обычным выделение газа в горную выработку, при котором относительное газовыделение больше разности между природной газоносностью пласта и остаточной газоносностью выброшенного угля.

Дополнительными признаками внезапных выбросов угля и газа могут быть повреждение и отброс оборудования, наличие тонкой угольной пыли на откосе выброшенного угля и на крепи.

Внезапному выбросу угля и газа могут предшествовать предупредительные признаки: резкое увеличение газовыделения в выработку, шелушение забоя, появление пылевого облака на груди забоя, удары и трески в массиве, выдавливание или высыпание угля из забоя, отслаивание кусочков угля от забоя, зажим, выталкивание или втягивание бурового инструмента в шпур (скважину), вынос газа и штыба при бурении.

При обнаружении признаков, предшествующих внезапным выбросам, все работающие должны быть немедленно выведены из выработки.

Дальнейшее ведение работ может быть возобновлено по письменному разрешению технического руководителя шахты.

Отличительными признаками выброса породы и газа являются:

а) образование в массиве полости, оконтуренной породой, расслоившейся на тонкие чешуеобразные пластинки;

б) отброс породы от забоя и дробление значительной ее части до размеров крупнозернистого песка;

в) повышенное выделение газа в выработку.

3. Мероприятия по борьбе с угольной пылью

Основное условие успешной борьбы со взрывами угольной пыли -- применение эффективных мер по снижению пылеобразования и запылённости воздуха в процессах добычи полезных ископаемых. На каждой опасной по пыли шахте должен осуществляться проект комплексного обеспыливания, в котором предусмотрены: мероприятия по борьбе с пылью при всех процессах, сопровождающихся пылеобразованием; водоснабжение шахты и разводка водопроводной сети по горным выработкам; расположение средств пылеподавления в горных выработках; обеспыливающее проветривание забоев шахты; оборудование и материалы для борьбы с пылью; индивидуальные средства защиты от пыли; мероприятия по борьбе с запылённостью воздуха, поступающего в шахту с поверхности. Организуется противопылевая служба. Эти работы выполняются в режимах, регламентированных правилами безопасности.

Мероприятия по борьбе с отложением и накоплением взрывчатой пыли:

1.Увлажнение угольных пластов (предварительное нагнетание воды в пласт).

2.Орошение, пневмогидроорошение.

3.Водяные завесы.

4.Водовоздушные эжекторы.

5.Гидрореактивные распылители.

6.Пылеулавливание (пылеотсосы, сооружение кожухов на пересыпах, тканевые перегородки)

7.Обеспыливающее проветривание

8.Острый режущий инструмент.

Мероприятия по борьбе с воспламенением пыли:

-Смыв, увлажнение.

-Обметание.

-Побелка известково-цементным раствором.

-Водяные завесы, туманообразователи.

-Осланцевание.

-Вода питьевая, или с очистных сооружений.

Мероприятия по локализации взрывов пыли:

-Сланцевые и водяные заслоны.

-Распыление воды взрывом, водяные завесы, а также осланцевание выработок.

-Связывание пыли пастами и гигроскопическими солями.

-Локализация взрывов автоматическими системами.

-Соляное обеспыливание (гидропылевзрывозащита).

Порядок контроля пылевзрывобезопасности и организация работ по пылевзрывозащите выработок осуществляются в соответствии с правилами безопасности.

Осланцевание г.выработок

Периодичность осланцовки: каждые 3 суток,и по мере необходимости.

Сланцевые заслоны в подготовительных выработках:

В соответствии с требованиями Правил безопасности на шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по взрывам метана и угольной пыли, наряду с мероприятиями по предупреждению взрыва должна применяться вторая линия пылевзрывозащиты, предназначенная для локализации и предотвращения распространения по горным выработкам на большее расстояние уже возникших взрывов. Необходимость использования второй линии защиты обусловлена принципиальной невозможностью обеспечить абсолютную надежность всех вместе взятых средств предупреждения взрывов метана и угольной пыли в шахтах.

До настоящего времени в России и в странах СНГ в качестве основного средства второй линии пылевзрывозащиты используются пассивные водяные или сланцевые заслоны, с помощью которых изолируются наиболее вероятные очаги взрывов на шахтах.

Взрыволокализующее действие пассивного заслона состоит в создании гасящей среды на пути распространяющегося по горной выработке фронта пламени от взрыва угольной пыли, представляющей собой облако распыленного в воздухе пламегасящегося вещества (воды или инертной пыли), которое образуется при воздействии на заслон ударной воздушной волны (УВВ) самого взрыва.

Сланцевыми или водяными заслонами должны быть изолированы (защищены):

§ очистные выработки;

§ забои подготовительных выработок, проводимых по углю или по углю и породе;

§ крылья шахтного поля в каждом пласте;

§ конвейерные выработки;

§ пожарные участки.

Заслоны размещаются в выработках, на входящей и на исходящей струях изолируемых выработок.

Защита забоев подготовительных выработок до внедрения автоматических систем должна осуществляться рассредоточенными заслонами (сланцевыми или водяными). При этом в тупиковой части выработки устанавливается не менее четырех рядов сосудов или полок. Первый ряд должен быть установлен не ближе 25 и не далее 40 м от забоя.

Подготовительные выработки протяженностью менее 40 м должны изолироваться заслонами, устанавливаемыми в смежных выработках на минимально допустимом расстоянии от сопряжений (60 м для сланцевых и 75 м для водяных заслонов).

Для изоляции крыльев заслоны устанавливаются в откаточных и вентиляционных штреках у бремсбергов, уклонов, квершлагов и у других примыкающих к ним выработок.

Для защиты конвейерных выработок, тупиковых подготовительных выработок, проводимых по углю, сланцевые или водяные заслоны должны устанавливаться на всем протяжении выработок на расстоянии не более 300 м для сланцевых и 250 м для водяных заслонов. Установка заслонов в конвейерных выработках не требуется, если по ним транспортируется только порода.

Для изоляции пожарных участков заслоны помещаются во всех примыкающих к ним выработках.

Заслоны устанавливают в горизонтальных и наклонных выработках с углом наклона до 18°. При угле наклона более 18° заслоны должны устанавливаться в смежных выработках на минимально допустимом расстоянии от их сопряжения с изолируемой выработкой.

Сланцевые заслоны должны устанавливаться на расстоянии не менее 60 и не более 300 м, водяные - не менее 75 и не более 250 м от забоев очистных и подготовительных выработок, сопряжений откаточных и вентиляционных штреков с бремсбергами, уклонами, квершлагами, а также от изолирующих пожар перемычек. Установка заслонов на откаточных и вентиляционных штреках, у сопряжений с бремсбергами, уклонами, квершлагами не требуется, если сланцевые заслоны, изолирующие забои очистных и подготовительных выработок, находятся на расстоянии 300 м и менее, а водяные - 250 м и менее от этих сопряжений.

Заслоны должны устанавливаться на прямолинейных участках выработок с выдержанным сечением. Запрещается устанавливать заслоны на участках выработок, имеющих пустоты за креплением (купола, старые погашаемые выработки и т.п.).

За сохранность и исправность заслонов, установленных в выработках участка, несет ответственность начальник участка, в других выработках - ИТР, за которыми закреплена выработка.

Сланцевый заслон представляет собой ряд полок, расположенных на трапециевидных опорах, загруженных инертной (в том числе сланцевой) пылью, опрокидывающихся под действием ударной волны или с помощью специальных механизмов. Ширина полок 250--500 мм. Расстояние между полками равно ширине полки. Имеются небольшие бортики - 5 см.

На полки засыпается инертная пыль (из сланца, доломита, ракушечника). Полки заполняются из расчета - 400кг на 1м2 поперечного сечения выработки, длина заслона не менее 20 м. Первый заслон устанавливается не ближе 60 м от забоя, последующие - не далее 300 м.

Пассивный сланцевый заслон может локализовать взрыв лишь на определенной стадии развития взрывного процесса и в очень узком диапазоне скоростей распространения фронта пламени: от 140 м/с до 284 м/с. Кроме того, пассивные заслоны малоэффективны при гашении взрывов только метановоздушной смеси (т.е. без участия во взрыве угольной пыли), а также при взрывах метана в местных и слоевых скоплениях и в куполах. В самом принципе действия сланцевого заслона заложено техническое противоречие. При слабых взрывах ударная волна не в состоянии опрокинуть полки с инертной пылью. А при сильных взрывах из-за большой инерционности сланцевого заслона (более 2 с) не успевает сформироваться облако инертной пыли на пути распространения фронта пламени.

Авария на шахте «Ульяновская» 19 марта 2007 года в очередной раз показала неэффективность сланцевых заслонов. Все сланцевые заслоны были разбиты и сланцевая пыль рассыпана по горной выработке, однако взрыв угольной пыли не только не был локализован, но продолжал развиваться, увеличивая свою мощность и, соответственно, скорость распространения, т.е. сланцевые заслоны не выполнили своей основной функции.

Водяной заслон представляет собой сосуды вместимостью более 80 л, размещенные на полках, ориентированных поперек выработки. Заслон снабжен рассекателями в виде пилообразных ножей, жестко закрепленных с обеих сторон сосудов. При взрыве газа или пыли сосуды в эластичной оболочке ударной волной прижимаются к неподвижным ножам, разрезающим оболочку сосудов, и вода выливается, локализуя взрыв. Количество воды и сосудов из расчета 400 л на 1м2 площади поперечного сечения выработки. В качестве сосудов для инертной пыли и воды в заслонах могут применять пластиковые мешки.

Склонностью угля к самовозгоранию (химическую активность) принято называть свойство угля, определяющее его способность вступать во взаимодействие с кислородом воздуха при естественной температуре скопления.

Склонность угля шахтопласта к самовозгоранию - это один из основных факторов потенциальной опасности возникновения эндогенных пожаров в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях отработки шахтного поля. Определяется с периодичностью не реже одного раза в 5 лет.

Угли по склонности к самовозгоранию разделяются на три категории: не склонные, склонные и весьма склонные. Категорирование производится институтами по безопасности работ, регламентирующей перечень исходных материалов, которые необходимо представлять для оценки склонности угля шахтопласта к самовозгоранию на стадиях геологоразведочных работ и отработки шахтного поля.

Под эндогенной пожароопасностью выемочного поля понимается комплекс природных и горнотехнических факторов, определяющих вероятность возникновения очага самовозгорания угля. Так как действие факторов реализуется через контакт разрыхленного угля выработанном пространстве (на границе с выработанным пространствам) с воздухом, меры по повышению эндогенной пожаробезопасности решают задачи сокращения доступа и времени контакта воздуха с разрыхленным углем.

Эндогенным пожаром называют пожар от самовозгорания угля, обнаруживаемый визуально по огню и дыму или по результатам температурного и газового контроля. Основным признаком эндогенного пожара является наличие окиси углерода в концентрации 0,01 % и выше в трех пробах воздуха, отобранных последовательно через каждые 6 часов в одной из точек контроля (в том числе в выработанном пространстве). Дополнительными признаками эндогенного пожара являются: повышение температуры угля, воды и воздуха, увеличение влагосодержания в рудничной атмосфере, совместное присутствие водорода, радона и непредельных (этилен, ацетилен) углеводородов выше фоновых значений в шахте и приповерхностном слое земли.

Низкотемпературной стадией называется стадия процесса окисления угля, при которой тепло экзотермической реакции рассеивается в окружающую среду и температура скопления не отличается от естественной для конкретной глубины.

На этой стадии формируется фон индикаторных газов - повышенное по сравнению с атмосферным устойчивое их содержание в рудничном воздухе выработанного пространства и горных выработок при неизменных горно-геологических и горнотехнических условиях отработки выемочных полей.

Основными источниками формирования фона являются низкотемпературное окисление угля, работа очистных и проходческих комбайнов и буровзрывные работы. В отдельных случаях в его формировании участвуют газы (окись углерода, водород), содержащиеся в пласте в естественных условиях.

Фон индикаторных газов оценивается в каждом очистном забое после первичной посадки основной кровли. На пластах крутого падения при применении щитовой системы разработки оценка производится после формирования надщитовой «подушки» за счет разрушения межгоризонтного целика и перепуска пород из вышележащего отработанного этажа.

Стадией самонагревания называют раннюю стадию эндогенного пожара, которая характеризуется малой скоростью протекания реакции окисления угля и медленным нарастанием его температуры от естественной до критической 90-130°С.

Признаком стадии самонагревания является устойчивый рост концентрации индикаторных газов (окиси углерода, водорода и радона) выше фоновых значений в трех пробах, последовательно отобранных в контрольных точках через сутки при неизменном вентиляционном режиме.

Продолжительность этой стадии определяет инкубационный период самовозгорания угля. Оценка его производится институтами по безопасности работ на основании результатов лабораторных испытаний угольных проб с периодичностью не реже одного раза в 5 лет.

Рецидивом эндогенного пожара называется пожар, возникший в контуре списанного в категорию потушенного пожара в сроки, не превышающие инкубационный период самовозгорания угля (с момента вскрытия или подработки пожарного участка), и независимо от срока, если участок не вскрывался и не подрабатывался.

Районом или контуром действующего пожара считается часть пласта (пластов при взаимоподработке), ограниченная по падению и простиранию, ведение горных работ в которой или ее подработка запрещаются в связи с опасностью прямого перепуска горящего угля или проникновения пожарных газов в действующие горные выработки. Границы района пожара (контур) устанавливаются по результатам локации комиссией при расследовании причин его возникновения.

Локацией эндогенных пожаров называется комплекс работ по определению места нахождения очагов и границ аэродинамической связи с примыкающими забоями методами визуального, термометрического, газового и воздушно-депрессионного контроля в подземных выработках и на поверхности. При этом основным признаком наличия очага самовозгорания угля является присутствие наиболее информативных пожарных газов: водорода, окиси углерода и радона в приповерхностном слое и выработанном пространстве. Порядок локации очагов методом приповерхностной газовой съемки определен соответствующим руководством.

Локализацией очага эндогенного пожара называется комплекс мер по предупреждению его развития с ограждением действующих выработок и очистных забоев от проникновения в них тепла и газов.

Разработка пластов угля, склонного к самовозгоранию, должна осуществляться с выполнением требований «Инструкции по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах», которая составлена в соответствии с требованиями «Правил безопасности в угольных шахтах»

Заключение

В данном курсовом проекте я указал все важные пункты и расчеты на тему «Профилактика опасных геомеханических явлений в угольных шахтах».

Усвоил и закрепил материал по дисциплине «Управление состоянием массива осадочных пород», так как курсовой проект является составной частью этой дисциплины. Произведена работа по выбору способа дегазации пласта, произведено его обоснование.

Разработан проект по прогнозу и профилактике выбросов угля и газа, горных ударов. Также разработан проект по борьбе с угольной пылью. Выполнено построение зон повышенного горного давления.

Список литературы

1. Руководство по борьбе с пылью в угольных шахтах. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1979. -319с.

2. Руководство по борьбе с пылью и пылевзрывозащите угольных и сланцевых шахт. - 3-е изд., перераб. И доп. - Кемерово: ВостНИИ, 1992. - 160с.

3. Руководство по дегазации угольных шахт. - М.: Минуглепром СССР, 1990. - 185с.

4.Интернет ресурс http://miningwiki.ru

5.Интернет ресурс http://www.gubkin.ru

Размещено на Allbest.ru