close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Влияние горного давления на возникновение очагов самовозгорания угля в выработанных пространствах выемочных участков.

код для вставкиСкачать
I. Промышленная безопасность и геомеханика
I. Промышленная безопасность и геомеханика
INDUSTRIAL SAFETY AND GEOMECHANICS
А.Ю. Ерастов
старший научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.822.83
Влияние горного давления на возникновение очагов
самовозгорания угля в выработанных пространствах
выемочных участков
Практическими исследованиями подтверждено, что одним из существенных факторов эндогенной
пожароопасности отработки угольных пластов является опорное горное давление, которое при
воздействии на угольный массив становится причиной его нагревания в процессе механодеструкции
пласта.
Ключевые слова: ГОРНОЕ, ДАВЛЕНИЕ, ГЕОФИЗИЧЕСКАЯ, СЪЕМКА, ЭНДОГЕННАЯ, ПОЖАРООПАСНОСТЬ, САМОВОЗГОРАНИЕ
С
огласно классической тео-
ет достаточно высокую воздухо-
Возникновение подобных темпера-
рии, процесс самовозгора-
проницаемость, малое количество
турных аномалий без участия про-
ния происходит в тех случа-
движущегося в нем воздуха и, со-
цессов окисления и без учета гео-
ях, когда количество генерируемого
ответственно, незначительную де-
термического градиента глубины
тепла от реакции окисления значи-
прессию в месте нахождения крити-
отработки объясняется тепловой
тельно превышает возможности от-
ческой массы разрыхленного угля.
энергией в результате механоде-
вода его из окисляющего объема в
Если перепад температуры между
струкции угольного массива под
окружающую среду и аккумуляция
скоплением и окружающей средой
действием сил опорного горного
тепла обеспечивает переход про-
отсутствует, воздух внутрь скопле-
давления.
цесса самонагревания в возгора-
ния может поступать только за счет
В соответствии с законами геоме-
ние. Исходя из этих представлений,
диффузии. При этом надо учесть,
ханики опорное давление может
в некий начальный момент темпе-
что при окислительном процессе
превышать геостатическое в 1,5-3,0
ратура воздуха, угля и температура
межфракционные
будут
раза в зависимости от свойств по-
обрушенных пород во всех частях
заполняться тяжелым углекислым
род кровли пласта. При определен-
выработанного пространства, вклю-
газом, тем самым инертизируя вну-
ных условиях нагрузка, оказывае-
чая концентрированные потери в
треннюю часть скопления, препят-
мая опорным давлением на пласт,
нем разрыхленного угля, должна
ствуя проникновению новых порций
превосходит предельную прочность
быть одинаковой, т.е. предполага-
воздуха.
угля на сжатие, в результате чего
ется изотропное температурное по-
Следовательно, для возникновения
происходит деформация, отслое-
ле. Однако данной моделью слож-
очага самовозгорания в угольном
ние и раздавливание краевой части
но объяснить образование очагов
скоплении должен иметься началь-
угольного целика. Процесс раздав-
самовозгорания угля и обосновать
ный перепад температуры. Таким
ливания целика представляет со-
места их возникновения из-за ряда
образом, можно заключить, что
бой работу по упругой деформации
существенных противоречий, изло-
температурное поле выработанного
угля. В свою очередь, деформация
женных ниже.
пространства не изотропно и в нем
обусловлена изменением расстоя-
Выработанное пространство име-
имеются температурные аномалии.
ния между молекулами, а следова-
пустоты
научно-технический журнал № 1.1-2013
ВЕСТНИК
5
I. Промышленная безопасность и геомеханика
тельно, и изменением энергии мо-
действует вторичное горное давле-
Для локации очагов самовозгора-
лекулярного взаимодействия, так
ние, в результате чего происходит
ния было выполнено геофизиче-
как деформация сопровождается
уплотнение разрушенного масси-
ское тепловое обследование ава-
изменением внутренней энергии
ва с одновременным снижением
рийного участка [2]. На основании
тела. При сжатии угля внутренняя
его воздухопроницаемости. После
замеров были построены графики
энергия его увеличивается и это вы-
уплотнения обрушенных пород в
изменения разности потенциалов
ражается в повышении температу-
выработанном пространстве зона
вдоль выработанного пространства
ры. Исходя из этого, концентриро-
с высокой воздухопроницаемостью
(рисунок 1). Совмещение «пиков»
ванные потери угля, образованные
(в плоскости пласта) сохраняется
на графиках с планом горных работ
в результате разрушения целика,
лишь в краевых частях, примыкаю-
позволило
будут иметь более высокую темпе-
щих к угольному массиву.
зоны (рисунок 2), температура в ко-
ратуру, чем окружающие обрушен-
По мере отработки выемочного
торых согласно [3] составила более
ные породы в выработанном про-
столба опорное давление переме-
80 °C.
странстве. Следовательно, между
щается по всему столбу вслед за
Можно также отметить, что ранее
внутренней частью разрыхленного
линией подвигания очистного за-
(в мае 2011 года) было проведено
угольного скопления и окружающи-
боя. По мере отхода лавы нарас-
аналогичное
ми его обрушенными породами об-
тает деформация краевой части
да в выработанном пространстве
разуется некоторый перепад темпе-
пласта на контакте с выработанным
действующей лавы 3-1-9 пласта
ратуры, результатом которого станет
пространством. При этом началь-
III шахты «Сибиргинская» за изо-
тепловая депрессия. После этого в
ный тепловой импульс может воз-
ляционными перемычками было
оптимальном режиме воздух будет
никнуть как при отжиме или раздав-
обнаружено
поступать внутрь скопления, обе-
ливании краевой части массива, так
жание оксида углерода. Методами
спечивая постоянную подпитку кис-
и в угольных пачках, оставленных в
шахтной электроразведки были вы-
лородом окислительного процесса.
кровле пласта при переходе геоло-
явлены три области с повышенной
Газообразные продукты окисления
гических нарушений [1].
температурой
вместе с избыточной влагой будут
Таким образом, из вышеописанной
массива (рисунок 3).
выноситься из угольного скопления
гипотезы следует, что в краевых ча-
Таким образом, шахтные исследо-
за счет все той же тепловой депрес-
стях выработанного пространства,
вания наглядно демонстрируют, что
сии. Таким образом, автоматически
помимо прочих,
существуют два
очаги самонагревания в вырабо-
обеспечиваются
выявить
аномальные
обследование,
повышенное
ког-
содер-
породно-угольного
благоприятные
фактора, оказывающих влияние на
танных пространствах выемочных
условия для возникновения очага
возникновение очагов самовозгора-
участков зарождаются и развива-
самовозгорания.
ния:
ются в краевых частях угольных це-
Экспериментами по изучению тем-
•
высокая
воздухопроницае-
пературы угля в краевой части
мость,
до-
ем сил опорного горного давления.
массива, проведенными в шах-
ставку необходимого количе-
Таким образом, подтверждается ги-
тах Кузнецкого и Карагандинского
ства кислорода к разрыхленным
потеза о возникновении начального
угольных бассейнов, было установ-
скоплениям угля;
теплового импульса от механоде-
наличие начального теплового
стукции угля, интенсифицирующего
импульса в угольном скопле-
окислительные процессы в разрых-
нии.
ленном скоплении.
лено, что при деформации целика
под действием опорного горного
давления температура угля увели-
•
обеспечивающая
ликов, разрушаемых под действи-
чивается и достигает 35-50 °С при
Рассмотрим несколько примеров
Периодический контроль геомеха-
фоновой 12-18 °С.
геофизических исследований, про-
нического состояния целиков ме-
В процессе отработки выемочных
веденных на различных шахтах
тодами электроразведки позволяет
столбов концентрированные потери
Кузбасса с целью выявления очагов
своевременно выявлять области
угля могут образовываться практи-
самонагревания.
интенсивной трещиноватости, раз-
чески в любой части выработанного
В январе 2012 года в выработанном
рабатывать необходимые меропри-
пространства, но особенно в зонах
пространстве лавы 0-16-11 шахты
ятия по упрочнению массива и, как
геологических нарушений. Однако
им. В.И. Ленина были обнаруже-
следствие, исключать фильтрацию
при формировании выработанно-
ны признаки самовозгорания угля,
воздуха через целики в выработан-
го пространства в средней части
классифицированные в дальней-
ное пространство.
его на обрушенные породы кровли
шем как эндогенный пожар № 68.
6
научно-технический журнал № 1.1-2013
ВЕСТНИК
I. Промышленная безопасность и геомеханика
Рисунок 1 – Графики изменения уровня электрического сигнала вдоль выработанного
пространства лавы 0-16-11 шахты им. В.И. Ленина
1 и 2 – очаги самонагревания
Рисунок 2 – Результат тепловой геофизической съемки выработанного пространства
лавы 0-16-11 шахты им. В.И. Ленина
научно-технический журнал № 1.1-2013
ВЕСТНИК
7
I. Промышленная безопасность и геомеханика
Рисунок 3 – Результаты геофизической съемки на шахте «Сибиргинская»
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Разработать и внедрить технические решения по эффективному предупреждению эндогенных пожаров в процессе
отработки пологих и наклонных пластов при наличии в выработанном пространстве концентрированных потерь угля:
отчет о НИР / ВостНИИ; рук. Скрицкий В.А., Александров В.А.; исполн. Машрапов Ш.Ж., Каминский А.Я. [и др.]. – Шифр
темы №1691014000-082. – № ГР 01890032442. – Кемерово, 1991. – 135 с.
2 Методика прогнозирования с использованием геофизических методов исследований и выбора мер по снижению
эндогенной пожароопасности наклонных вскрывающих выработок, проводимых по угольному пласту. – Кемерово: НЦ
ВостНИИ, 2007. – 33 с.
3 Пат. 2365759 Российская Федерация, МПК E21F 5/00. Способ оценки эндогенной пожароопасности действующих выемочных участков / Каминский А.Я., Потапов П.В., Славолюбов В.В., Макаров Н.В., Каминская Л.С. – №2008108568/03;
заявл. 04.03.2008; опубл. 27.08.2009, Бюл. № 24.
THE ROCK PRESSURE EFFECTS ON COAL SPONTANEOUS
COMBUSTION IN THE GOAF OF LONGWALL FACE
A.Yu. Erastov
Practical research confirmed that one of the essential factors of endogenous
fire in coal mining is the rock pressure, which when exposed on coal
mass is the reason it is heated in the process of coal seam mechanical
destruction.
Key words: ROCK, PRESSURE, GEOPHYSICAL, SURVEYS,
ENDOGENOUS, FIRE, RISK, SPONTANEOUS, COMBUSTION
8
научно-технический журнал № 1.1-2013
ВЕСТНИК
Ерастов
Антон Юрьевич
e-mail: erastov_a_y@mail.ru
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа