 |
Проведение выработок и очистной выемки
В процессе горных работ при проведении выработок и очистной выемки в большей части шахт нашей страны метан выделяется из разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород. Будучи примерно вдвое легче воздуха, он поднимается к кровле выработки. Если выработка проветривается нормально, метан разжижается воздухом и выносится с обратной струей на поверхность. При нарушении проветривания метан постепенно накапливается в верхней части выработки, концентрация его возрастает.
При длительном нарушении проветривания или обильном выделении концентрация метана может достигнуть опасных пределов. Метан взрывается при наличии его в воздухе от 5 до 15 %; при объемной доле менее 5 % и более 15 % он горит.
Воспламенение метана, т. е. горение или взрыв, возможно, если в месте его скопления появится источник тепла с температурой выше 650°. Напомним, что температура тлеющей папиросы 600 — 800°, горящей спички 1200°; электрической дуги при коротком замыкании жил кабеля 4000°, пламени при взрыве взрывчатых веществ 4500°. Таким образом, любой из названных источников тепла может привести к воспламенению метана. При взрыве метановоздушной смеси выделяется большое количество энергии и образуется взрывная волна.
Эта волна с большой скоростью, достигающей 500-700 м/с, и давлением до 1 МПа распространяется по шахтным выработкам, разрушая на своем пути крепь, вентиляционные сооружения, оборудование, коммуникации. Люди, попавшие в зону взрыва, подвергаются механическому действию взрывной волны и высокой температуры.
Кроме того, при взрыве в выработках резко снижается содержание кислорода, образуются ядовитые газы, возникают пожары, которые усложняют ликвидацию аварии, утяжеляют ее последствия. Таким образом, взрывы метана представляют грозную опасность для шахтеров.
Для предотвращения взрывов метана на шахтах осуществляют комплекс специальных технических и организационных мероприятий, называемых газовым режимом. Виды выделений метана. Метан находится в пластах угля и вмещающих породах в свободном состоянии, заполняя трещины, или в химически связанном угольном веществе.
Основные источники выделения метана в шахте — разрабатываемые пласты. При их отработке газ высвобождается и выделяется в рабочее пространство очистных и подготовительных выработок. Различают три вида выделения метана: обыкновенное, суфлярное и внезапное.
Обыкновенное выделение метана — это непрерывное и равномерное его выделение из невидимых трещин и пор угольного пласта и вмещающих пород. Выделение происходит из забоя, стенок, кровли, почвы выработки. Особенно много выделяется метана из отбитого угля (при любом способе отбойки), причем чем быстрее отбивается уголь, тем интенсивнее выделяется метан.
Процесс обыкновенного выделения метана человек не улавливает — ни на слух, ни визуально. Следовательно, обыкновенное выделение метана может быть зафиксировано только специальными приборами.
Суфлярное выделение метана — это местное интенсивное выделение газа из относительно больших трещин в угольном пласте или вмещающих породах. Суфлярное выделение сопровождается, как правило, шипением, свистом, ощущается рукой.
Суфляр может появиться внезапно, например, при вскрытии пласта или осадке основной кровли, и затем действовать многие дни и даже месяцы. Внезапное выделение метана — это бурное выделение большого количества газа, сопровождающееся, как правило, разрушением угольного пласта или пород.
При этом уголь и порода могут быть вынесены на большое расстояние от забоя. Подобные явления называются внезапным выбросом.
При внезапном выбросе выделяется сотни и тысячи кубометров метана, который может заполнить всю выработку, а иногда и прилегающие участки. Виды скопления метана. При обыкновенном выделении метан подхватывается вентиляционной струей и выносится из выработки.
Если проветривание нарушилось или по каким-либо причинам возросла интенсивность выделения метана, он начинает скапливаться в выработке. Различают три вида скоплений метана: местные, слоевые и полное загазирование выработки. Местные — это скопления небольших объемов метана, которые наблюдаются непосредственно вблизи работающих очистных и проходческих комбайнов, буровых машин, в куполах, образовавшихся в призабойном пространстве, в пустотах за крепью, в так называемых «кутках» лав, возле устьев неизолированных скважин.
Слоевые — это скопления метана в виде тонкого слоя (обычно не более 0,5 — 1 м) у кровли выработки. Протяженность слоевого скопления может достигать многих десятков и даже сотен метров. Слоевые скопления образуются в выработках при скорости воздушной струи менее 0,5 м/с. В этом случае слой метана как бы медленно плывет под кровлей выработки, не смешиваясь с воздухом.
Полное загазирование выработки — скопление, при котором метан с концентрацией, выше допустимой согласно Правилам безопасности, находится в выработке по всему ее сечению. Любой из описанных видов скопления метана опасен, особенно полное загазирование выработки.
Требования газового режима. Угольная шахта, в которой хотя бы один раз в какой-либо выработке обнаружен метан, считается газовой, и для нее устанавливается газовый режим.
Горнорудные шахты, в которых обнаружен метан, водород или сероводород, переводят на газовый режим. Работы в таких шахтах должны осуществляться в соответствии с «Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах» или в соответствии со специальными мероприятиями, утвержденными Минуглепромом по согласованию с Госгортехнадзором.
Газовый режим требует проведения технических и организационных мероприятий и выполнения действий инженерно-технических работников и рабочих, которые предупреждают скопление метана в шахтных выработках или в надшахтных зданиях, исключают появление источников воспламенения метана, а также предусматривают оборудование средств для локализации возможного взрыва метана. Требования газового режима учитывают при разработке проектов и паспортов ведения-горных работ, должностных инструкций инженерно-технических работников и инструкции по охране труда рабочих, а также при составлении пятилетних и годовых планов улучшения условий и охраны труда. Надзор за выполнением требований газового режима осуществляют ведомственная служба техники безопасности и государственные органы надзора.
Категорийность шахт по метану. Газовые шахты в зависимости от величины относительной метанообильности и вида выделения метана разделяются на пять категорий.
При делении шахт на категории по газообильности водорода следует принимать 1 м3 водорода эквивалентным 2 м3 метана. Категорию шахты по газам устанавливают в январе каждого года на основании плановых замеров выделений метана в выработках, проведенных в течение истекшего года.
Нормы содержания метана и требования по контролю. Правилами безопасности установлены предельно допустимые нормы содержания метана в зависимости от назначения выработок, вида вентиляционной струи (свежей или исходящей), вида работ.
Содержание метана не должно превышать: в поступающей вентиляционной струе на участки, в очистные и подготовительные выработки и в камеры — 0,5 %; в исходящей вентиляционной струе крыла или всей шахты — 0,75 %; в исходящей вентиляционной струе из очистного, подготовительного забоя или участка — 1 %; у места ведения взрывных работ — 1 %, при объемной доле метана 1 % и более взрывные работы запрещаются; местное скопление метана — 2%.