Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований 9
1.1 Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах Кузбасса . 9
1.2 Анализ технологических схем отработки свит пластов на шахтах 11
1.3 Анализ аварий на шахтах, связанных с самовозгоранием угля 15
1.4 Анализ научных исследований и нормативной базы по отработке свит пластов, склонных к самовозгоранию 23
1.5 Выводы по главе 1 39
2 Натурные исследования газового режима выемочных участков при интенсивной отработке свит пологих пластов 41
2.1 Общие положения 41
2.2 Исследование газового режима при отработке свиты пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» 42
2.3 Исследование газового режима при отработке свиты пластов на шахте Алардинская ОАО «ОУК Южкузбассуголь» 63
2.4 Выводы по главе 2 78
3 Экспериментально-аналитические исследования влияния параметров технологических схем отработки свит пластов на формирование зон трещиноватости массива 81
3.1 Общие положения 81
3.2 Исследование взаимовлияния сближенных пластов на формирование аэродинамической связи верхнего пласта в свите с земной поверхностью 87
3.3 Исследование взаимовлияния параметров подготовки выемочных участков на формирование аэродинамической связи между выработанными пространствами смежных пластов и дневной поверхностью 118
3.4 Исследование влияния расположения межлавных целиков при отработке сближенных пластов склонных к самовозгоранию на формирование зон повышенной трещиноватости 127
3.5 Выводы по главе 3 140
4 Обоснование параметров технологических схем при отработке свит пологих пластов, склонных к самовозгоранию 143
4.1 Обоснование очередности отработки пластов в свите 143
4.2 Обоснование параметров подготовки выемочных участков. 146
4.3 Обоснование взаимного расположения целиков на сближенных пластах 150
4.4 Экономическая оценка разработанных рекомендаций 152
4.5 Выводы по главе 4 157
Заключение 158
Список литературы 160
- Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах Кузбасса
- Исследование газового режима при отработке свиты пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»
- Исследование взаимовлияния параметров подготовки выемочных участков на формирование аэродинамической связи между выработанными пространствами смежных пластов и дневной поверхностью
- Обоснование взаимного расположения целиков на сближенных пластах
Введение к работе
Актуальность работы. Повышение уровня концентрации
горных работ и рост производительности очистных забоев на
угольных шахтах России сопровождаются недопустимо высоким
уровнем аварийности и травматизма, более чем на порядок
превышающим соответствующие показатели шахт мирового и
европейского уровня. В условиях современных угольных шахт
Кузбасса при отработке свит пологих пластов несовершенство
применяемых технологических схем, способов управления
газовыделением и недостаточный учет взаимовлияния сближенных пластов в ряде случаев приводит к неуправляемым притокам воздуха в выработанные пространства отрабатываемых пластов и формированию там очагов самовозгорания угля. В свою очередь, очаг самовозгорания может явиться источником воспламенения и взрыва метана, что неоднократно имело место на шахтах Кузбасса за последнее десятилетие. Количество аварий на шахтах, связанных с самовозгоранием угля, составляет 59,9 % от общего числа. Большая часть подобных аварий приходится на шахты в Кузнецком бассейне (75,5%). Несмотря на тенденцию ежегодного снижения частоты возникновения подобных аварий, возрастает степень тяжести аварий, в том числе и смертельный травматизм.
Решению задач обеспечения эффективной разработки свит
пластов посвящены работы А.А. Борисова, Я.А. Бича, В.В. Зубкова,
В.П. Зубова, М.А. Иофиса, О.В. Ковалева, С.Т. Кузнецова, А.М.
Линькова, И.М. Петухова, А.Н. Шабарова и др. Отработка пластов,
склонных к самовозгоранию, рассмотрена в работах Л.П.
Белавенцева, Ю.Ф. Булгакова, B.C. Веселовского, Е.И. Глузберга, В.В. Егошина, В.Г. Игишева, В.К. Костенко, Н.И. Линденау, В.Н. Маевской, В.Б. Попова, В.А. Портолы, А.А. Скочинского и др. В то же время авторы не рассматривали в комплексе совокупное влияние сближенности и эндогенной пожароопасности при отработке свит пластов. Действующие отраслевые нормативные документы отдельно рассматривают вопросы отработки свит пластов и отработку пластов, склонных к самовозгоранию. Сближенность пластов отмечена как один из факторов, влияющих на эндогенную пожароопасность, но без указания степени влияния и зависимости
опасности самовозгорания от параметров технологических схем отработки пластов.
Поскольку более половины шахт Кузбасса отрабатывают свиты пластов, склонных к самовозгоранию, вопросы обоснования параметров технологических схем, обеспечивающих эффективность и безопасность их совместной отработки, являются актуальными.
Цель работы. Повышение экономической эффективности и безопасности подземной отработки свит пологих газоносных угольных пластов, склонных к самовозгоранию, на основе выбора технологических параметров их совместной отработки с учетом взаимовлияния геомеханических и газодинамических процессов на выемочных участках.
Идея работы. При выборе технологических параметров и схем совместной отработки свит пологих газоносных угольных пластов, склонных к самовозгоранию, необходимо учитывать возможность формирования аэродинамической связи между выработанными пространствами пластов и дневной поверхностью.
Основные задачи исследований:
1. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий
отработки свит пластов на шахтах Кузбасса.
-
Исследование газового режима выемочных участков при интенсивной отработке свит пологих пластов длинными столбами.
-
Исследование влияния параметров технологических схем на условия формирования аэродинамической связи между выработанными пространствами отрабатываемых пластов.
4. Разработка рекомендаций по определению параметров
технологических схем при отработке свит угольных пластов.
5. Оценка эффективности и определение области
применения разработанных рекомендаций.
Методы исследований. Для решения поставленных задач
использован комплексный метод, включающий обобщение и анализ
теории и практики отработки пластов, склонных к самовозгоранию и
отработки свит пластов длинными столбами; натурные
исследования процессов управления газовыделением при отработке
свит пологих пластов; экспериментально-аналитические
исследования влияния параметров технологических схем на
напряженно-деформированное состояние массива при интенсивной отработке свит пластов; компьютерная обработка данных.
Научная новизна:
Установлены условия формирования аэродинамической связи выработанного пространства пластов с поверхностью при отработке свит пологих пластов длинными столбами.
Установлены зависимости между наименьшим размером выработанного пространства на разрабатываемом пласте и высотой зоны интенсивной трещиноватости для условий шахты «Алардинская».
Основные защищаемые положения:
1. Очередность отработки пологих газоносных пластов в
свите следует принимать с учетом склонности пластов к
самовозгоранию и возможности формирования аэродинамической
связи выработанного пространства пластов с поверхностью; в
случае формирования связи очередность выемки пластов
целесообразно изменить таким образом, чтобы аэродинамическая
связь не формировалась либо формировалась лишь на
заключительном этапе отработки пластов в свите.
2. Планирование горных работ на шахтах, разрабатывающих
свиты пологих угольных пластов, склонных к самовозгоранию,
необходимо вести с исключением образования большепролетных
выработанных пространств, ширина которых превышает
предельные значения с точки зрения образования аэродинамической
связи с дневной поверхностью и выработанными пространствами
смежных пластов; для условий шахты «Алардинская» ОУК
«Южкузбассуголь» предельным значением ширины выработанного
пространства для пласта 1 является 410 м.
3. Наиболее благоприятные условия с точки зрения
снижения эндогенной пожароопасности обеспечиваются при
соосном расположении целиков на сближенных угольных пластах.
Практическая значимость работы:
разработаны рекомендации по определению очередности
отработки пологих газоносных угольных пластов в свите длинными
столбами при склонности пластов к самовозгоранию;
разработаны рекомендации по выбору параметров технологических схем отработки пластов, склонных к самовозгоранию;
разработаны рекомендации по выбору взаимного расположения целиков на сближенных пластах, склонных к самовозгоранию, при их совместной отработке.
Достоверность и обоснованность научных положений и
рекомендаций. Достоверность защищаемых положений, основных
выводов и рекомендаций обеспечивается представительным
объемом данных натурных наблюдений, использованием
современных апробированных методов исследований;
удовлетворительной сходимостью результатов натурных и численных исследований.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на: Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (Санкт-Петербург, 2011 г.); ежегодной Международной конференции на базе Краковской горнометаллургической академии (Краков, Польша, 2011 г.); Семинаре Международного научного симпозиума «Неделя горняка - 2012» (Москва, 2012 г.); научных семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых Национального минерально-сырьевого университета «Горный» (2010-2013 гг.).
Личный вклад автора. Сформулированы цель и задачи исследований, выбраны методики и проведены экспериментально-аналитические и натурные исследования, обобщены результаты исследований, сформулированы основные научные положения и выводы.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 4 печатных работах, из них 3 - в изданиях перечня, рекомендуемого ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 168 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 125 источников, включает 53 рисунка и 16 таблиц.
Анализ горно-геологических и горнотехнических условий отработки угольных пластов на шахтах Кузбасса
Кузнецкий угольный бассейн занимает обширную впадину (котловину), ограниченную с северо-востока горными сооружениями Кузнецкого Алатау, с юга поднятиями Горной Шории, с юго-запада Салаирским кряжем. Общая площадь угленосных отложений 23 тыс. км2, наибольшая длина 335 км, ширина 110 км. Угленосные отложения представлены комплексом осадочных пород общей мощностью до 9 тыс. м и включают более ста рабочих пластов угля. Геологические условия залегания угольных пластов Кузнецкого бассейна чрезвычайно сложные. Вследствие интенсивных давлений, действующих главным образом со стороны Салаирского кряжа, геологические условия характеризуются большими нарушениями продуктивной толщи.
В Кузнецком бассейне подземная разработка угля ведется в 11 угольных районах, отличающихся большим разнообразием горно-геологических условий, которые по возрасту угленосных отклонений делятся на две группы:
районы, сложенные Кольчугинской серией, с молодыми слабо метаморфизованными углями (марки Д, Г, ГЖ, Ж);
районы, сложенные Балахонской серией, с более зрелыми и метаморфизованными углями (марки КЖ, К, К2, ОС, Т).
Общие геологические запасы угля бассейна до глубины 1800 метров оцениваются в 637 млрд.т., из них 548 млрд.т. отвечают параметрам по мощности пластов и зольности угля, принятых кондициями для месторождений, вовлекаемых в промышленное освоение. Балансовые запасы угля Кузнецкого угольного бассейна, подсчитанные до глубины 600 метров, составляют 110,8 млрд.т., из них разведанные по сумме категорий А+В+С1 около 67 млрд.т., предварительно оцененные (категория С2) 44,0 млрд.т.
В юго-западной части Кузнецкого угольного бассейна развиты различно ориентированные брахиформы, в юго-восточной части залегание толщ моноклинальное. Юрские угленосные отложения слагают крупные пологие брахисинклинали. В каменно-угольных и пермских отложениях содержится около 300 пластов и прослоев угля суммарной максимальной мощностью 380-400 метров, из них 126 пластов кондиционной мощности. В тонких пластах (до 1,3 м) около 19% запасов, в средних (1,3-3,5 м) – 43%, в мощных (3,5-10 м) и весьма мощных (до 20-30 м) – 38%. В юрских отложениях вскрыто до 56 платов угля, из них от 5 до 14 мощностью 0,8-9 метров.
По петрографическому составу угли балахонской и кольчугинской серий каменные (с содержанием витринита соответственно 30-60 и 60-90%). Марочный состав каменных углей в соответствии с ГОСТом 8162-79 изменяется от длиннопламенных до антрацитов. Зольность углей Аd 7-20%, влажность рабочая Wr 5-15%, содержание S 0,4-0,6%, R до 0,12%, выход летучих веществ Vdaf от 4% (антрацитов) до 42% (длиннопламенных). Удельная теплота сгорания Qdaf по бомбе 33,3-36,0 МДж/кг, низшая Qir 22,8-29,8 МДж/кг.
Действующие угольные шахты являются опасными по газу и угольной пыли. К наиболее газообильным относятся шахты Анжерского, Кемеровского, Прокопьевско-Киселевского и Осинниковского районов. Многие шахты разрабатывают пласты, опасные по горным ударам и склонные к самовозгоранию. Глубина разработки 200-600 и более метров. Около 50% шахтопластов с глубины 150 м относятся к угрожаемым по горным ударам, с глубины 300 м – к выбросоопасным. В 20-30% случаев вмещающие породы анализируемых шахт характеризуются наличием обводненности разрабатываемых пластов с водопритоком от 5 до 160 м3/ч. Мощность разрабатываемых пластов колеблется от 0,8 до 30 метров, углы залегания пластов сильно колеблются в зависимости от районов и составляют от 0 до 60 градусов. В большинстве случаев вмещающими породами являются алевролиты, аргиллиты и песчаники. Большая часть шахтопластов является опасной по газовому фактору и относится к III категории метанообильности и выше. Стоит отметить, что угленосные отложения, относящиеся к Кольчугинской серии верхнепермского возраста, содержат 27 пластов общей мощностью более 0,7 м, мощность пластов колеблется в диапазоне от 0,7-0,8 до 4,2-5,8 м, причем 17 угольных пластов еще не разрабатывались. Расстояние между пластами изменяется от 13-20 до 64-90 м, что дает основание в большинстве случаев рассматривать рабочие пласты как сближенные.
Как показывает анализ, наибольшие организационные и финансовые затраты, связанные с инженерной подготовкой выемочных участков на шахтах Кузбасса обусловлены газовым фактором, склонностью угля к самовозгоранию и высокой обводненностью запасов. Следует отметить, что большая часть угольных пластов относится к мощным. С учетом вышеизложенного горно-геологические условия залегания анализируемых шахтопластов следует рассматривать как осложненные одновременно одним-тремя неблагоприятными факторами, а в отдельных случаях как сложные.
Исследование газового режима при отработке свиты пластов на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»
В настоящее время ОАО «СУЭК-Кузбасс» объединяет в своем составе 9 угольных шахт, а также три угольных разреза. Большинство шахтопластов, благоприятных для ведения горных работ с возможностью одновременной отработки не менее чем на двух пластах, расположено на полях шахт ОАО «Шахта им. С.М. Кирова», ОАО «Шахта Полысаевская», ОАО «Талдинская-Западная-1», ОАО «Шахта «Комсомолец». Угли большинства шахтопластов (на шести из девяти вышеуказанных шахт) склонны к самовозгоранию. Около 50% шахтопластов с глубины 150 м относятся к угрожаемым по горным ударам. В 20-30% случаев вмещающие породы анализируемых шахт характеризуются наличием обводненности разрабатываемых пластов с водопритоком от 5 до 160 м3/ч. Сведения об основных горно-геологических и горнотехнических условиях, характеризующих показатели работы шахт, представлены в таблице 2.2.
Как показывает анализ, наибольшие организационные и финансовые затраты, связанные с инженерной подготовкой выемочных участков на упомянутых шахтах обусловлены газовым фактором. На пяти шахтах из десяти относительная метанообильность пластов превышает 9 м3/т, что обуславливает для обеспечения высоких нагрузок на забой необходимость применения дегазации пластов-спутников как из подземных выработок, так и с помощью скважин, пробуренных с поверхности с использованием газоотсасывающих вентиляторов и передвижных поверхностных дегазационных установок (ППДУ).
В настоящее время на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» выемку угля осуществляют 10 добычных участков. Данные о плановых и фактических нагрузках на очистные забои представлены в таблице 2.1.
На 4 из 10 выемочных участках среднесуточная нагрузка на очистной забой превышает 10000 т/сут. По метану 4 из 9 шахт относятся к сверхкатегорным. Повышенные нагрузки на выемочные участки способствуют повышению метановыделения, что в свою очередь обуславливает применение мер дегазации и изолированного отвода метановоздушной смеси на выемочных участках. Данные о расходах воздуха на выемочных участках представлены в таблице 2.3.
Как видно из таблицы 2.3 фактическое количество подаваемого воздуха на выемочные участки шахт превышает расчетное. Среднее количество подаваемого воздуха на участок составляет 1561,2 м3/мин, максимальное количество воздуха для проветривания выемочного участка подается на шахте Талдинская-Западная №1 и составляет 2381 м3/мин.
В настоящее время на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» применяются комбинированные схемы проветривания и с выдачей отработанной струи на массив. Применяемые схемы проветривания представлены на рисунке 2.2.
В настоящее время на 7 из 10 выемочных участков применяются комбинированные схемы проветривания с выдачей части исходящей струи через выработанное пространство. Это приводит к значительным утечкам в выработанное пространство, которые могут достигать 500 м3/мин и более.
Данные об абсолютном метановыделении на выемочных участках представлены в таблице 2.4. Таблица 2.4 – Показатели абсолютного метановыделения на шахтах ОАО «СУЭК Анализируя данные таблиц 2.3 и 2.4 можно сделать вывод о том, что применение только лишь средств вентиляции недостаточно для разбавления выделяющегося метана на выемочных участках до безопасных концентраций. В связи с этим, на всех шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс» применяется дегазация, которая делится на пластовую и дегазацию выработанного пространства. В случае если применение средств вентиляции в комплексе с дегазацией не позволяет снизить содержание метана до безопасных концентраций, в качестве дополнительной меры принимают изолированный отвод метановоздушной смеси из выработанного пространства. Применяемые способы дегазации пласта и выработанного пространства представлены на рисунке 2.3.
Исследование взаимовлияния параметров подготовки выемочных участков на формирование аэродинамической связи между выработанными пространствами смежных пластов и дневной поверхностью
Результаты исследования напряженно-деформированного состояния углепородного массива и его изменений в процессе отработки свиты пластов на шахте «Алардинская» ОАО «ОУК Южкузбассуголь» представленные в пункте 3 главы 3, наглядно иллюстрируют формирование обширных зон предельных растягивающих деформаций между выработанными пространствами верхнего пласта в свите и земной поверхностью уже на первых этапах ведения горных работ без оставления целиков по пласту 1, независимо от порядка отработки пластов в свите; на последующих этапах отработки отчетливо наблюдается «площадной» рост вышеуказанных зон запредельного состояния.
Следует также отметить, что образование благоприятных условий для формирования аэродинамических связей с дневной поверхностью на первых этапах ведения горных работ в свите оказывает отрицательное влияние на продолжительность перетоков газовоздушных смесей, в свою очередь, повышается возможность возникновения эндогенного пожара.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что образование подобных зон запредельного состояния связано с ведением горных работ в свите по бесцеликовой технологии, что в свою очередь приводит к формированию единых большепролетных выработанных пространств.
Так, вследствие ведения горных работ на шахте «Алардинская» по пласту без оставления межлавных целиков сформировалось большепролетное выработанное пространство общей протяженностью 680 метров (рисунок 3.19).
С целью определения предельного значения размера выработанного пространства с точки зрения формирования аэродинамической связи с поверхностью в условиях шахты «Алардинская» ОАО «ОУК Южкузбассуголь» было проведено исследование напряженно-деформированного состояния углепородного массива и его изменений в процессе ведения горных работ по пласту 1 методом конечных элементов (МКЭ). Для данного исследования была разработана горно-геомеханическая модель №3. Данная модель адекватно отражает основные физико-механические (в том числе деформационно-прочностные свойства) реального горного массива, включает: вмещающие породы, угольные пласты, горные выработки, выработанные пространства. Задача решается в плоской постановке, и массив горных пород рассматривается как сплошной неоднородный изотропный. При моделировании поведения пород для оценки поведения пород на запредельной стадии деформирования была использована модель Кулона-Мора. Возможность и целесообразность использования описываемой горно-геомеханической модели массива подтверждается широким применением использованных при моделировании принципов при решении задач горной геомеханики и хорошей сходимостью результатов моделирования и натурных (шахтных) наблюдений. Так как задача решается в плоской постановке и рассматривается разрез массива вкрест простирания, то при моделировании рассматривается разрез, достаточно удаленный от краевых частей массива – в центральной части отработанных столбов – как наиболее вероятное место развития максимальных смещений и деформаций массива. Для установления предельных размеров ширины выработанного пространства было проведено геомеханическое моделирование отработки выемочного участка в диапазоне от 100 до 450 метров с шагом 10 метров. Выполненные исследования позволили установить напряженно-деформированное состояние массива горных пород в зоне ведения горных работ и закономерности его изменений в процессе отработки запасов. Было выполнено моделирование отработки выемочного участка по пласту 1 с последовательным увеличением ширины выемочного столба на 10 метров. Результаты моделирования соответствующие отработке выемочного участка шириной 150, 200, 250, 300, 350, 400 и 450 представлены на рисунке 3.20. Рассмотрим напряженное состояние массива при различных величинах ширины выемочного столба. На рисунке 3.20 представлены изолинии вертикальных напряжений соответствующие отработке выемочного участка различной ширины по пласту 1. Как видно из рисунка вследствие отработки выемочного участка пласта на значительных площадях в краевых частях сформировались зоны опорного давления, характеризуемые повышенным уровнем напряжений. В тоже время непосредственно под отработанным участком пласта 1 образуются зоны разгрузки. Как видно из рисунка 3.20, с увеличением ширины пролета формирующегося выработанного пространства увеличивается высота зон повышенного горного давления над краевыми частями пролета выработанного пространства. Вместе с тем, увеличивается в размерах и зона разгрузки пород. Наиболее ярко выраженные «всплески» вертикальных напряжений над краевыми частями выработанного пространства наблюдаются при отработке выемочного участка шириной 400 метров и более. Помимо этого, происходит резкий скачок высоты зоны разгрузки пород в кровле пласта. При отработке выемочного участка шириной 400 метров и более происходит формирование областей повышенного горного давления над краевой частью выработанного пространства слева, со значениями вертикальных напряжений в 65 МПа, превышающих соответствующие показатели нормального распределения напряжений в десятки раз. Полученные результаты моделирования позволяют оценить также уровень деформаций в пределах рассматриваемого участка массива горных пород. На рисунке 3.21 представлены наиболее значимые картины распределения полей горизонтальных деформаций соответствующие отработке выемочного участка различной ширины от 400 до 450 метров с шагом в 10 метров. Для удобства восприятия информации на рисунках отражены изолинии только горизонтальных растягивающих деформаций.
Обоснование взаимного расположения целиков на сближенных пластах
Как уже было отмечено ранее в главе 3 пункте 3.3, на шахте «Алардинская» горные работы по пластам 3-3а и 6 проводились по схемам подготовки выемочных участках с оставлением межлавных целиков угля, помимо этого очистные работы по пласту 6 велись с увеличением ширины выемочных столбов по отношению к схемам подготовки по пласту 3-3а. Вследствие этого, целики, оставленные по пласту 6, располагаются с некоторым смещением относительно целиков, оставленных по пласту 3-3а. Таким образом, целики по пласту 6 располагаются в зонах повышенного горного давления, сформированные целиками по пласту 3-3а (первая пара целиков); непосредственно под выработанными пространствами пласта 3-3а в зонах надработки (вторая пара целиков).
С целью определения взаимовлияния расположения межлавных целиков на сближенных пластах и формирования аэродинамической связи между выработанными пространствами пластов в свите были проведено исследование напряженно деформированного состояния массива и его изменений в процессе отработки пластов по двум схема взаимного расположения целиков по пластам 1, 3-3а и 6. Расчетные схемы отработки свиты пластов на шахте «Алардинская представлены на рисунках 4.3 и 4.4. Результаты исследования показывают, при отработке выемочных участков по схемам подготовки с оставлением целиков со смещениями относительно друг друга формируются аэродинамические связи в хаотичном порядке на всей площади междупластья отрабатываемых пластов. Подобное хаотичное образование зон повышенной трещиноватости обуславливается подработкой краевых частей межлавных целиков на вышележащих пластах, а также расположением целиков на нижележащих пластах непосредственно под выработанными пространствами вышележащих пластов в свите (рисунок 3.29).
В данной ситуации степень надежности изоляции выработанного пространства резко снижается, так как аэродинамическая связь может сформироваться между любыми выработанными пространствами на сближенных пластах, осложняя контроль над утечками воздуха в выработанные пространства и также обнаружение очага самовозгорания.
На рисунке 3.30 представлена картина распределения зон предельного состояния массива вследствие отработки свиты пластов с соосным расположением межлавных целиков. Подобное расположение целиков обеспечивает уплотнение пород в междупластьях пластов непосредственно между целиками, обеспечивая тем самым дополнительную изоляцию пород междупластья от смежных выработанных пространств. Такое взаимное расположение целиков не исключает формирование перетоков газовоздушных смесей полностью, но определяет их четкие границы формирования, снижая трудоемкость определения местоположения очагов самовозгорания.
В последние годы в угольной промышленности России отмечается тенденция к увеличению размеров выемочных участков и повышению нагрузки на очистной забой за счет оснащения их дорогостоящими механизированными комплексами. Экономический ущерб от изоляции такого участка при эндогенном пожаре составляет от 1,0 млн. долл. и более.
Особенно актуальна эта проблема для шахт Кузбасса, на долю которых приходится более 70% пожаров и 80% взрывов, регистрируемых в шахтах России (рисунок 4.5, 4.6).
Несмотря на тенденцию к уменьшению количества ежегодно возникающих пожаров, степень тяжести, а вместе с тем и сложность ведения горноспасательных работ возрастают. Почти каждый второй эндогенный пожар осложняется пламенным горением или взрывоопасной ситуацией (рисунок 4.6).
При этом частота эндогенных пожаров в различных выработках зависит от горно-геологических условий месторождения, своевременности и качества изоляции, а также объема проводимых профилактических мероприятий [46]. Предотвращение самовозгорания угля в выработанном пространстве действующих очистных забоев затруднено в связи со сложностью изоляции оставленного угля от утечек воздуха. Помимо этого, как было проанализировано ранее, в настоящее время применяемые способы управления газовыделением несовершенны. Повышение уровней производительности очистных забоев, оборудованных современными механизированными комплексами, приводит к значительному росту абсолютной метанообильности на выемочном участке. Разбавление значительных объемов газа до безопасных концентраций невозможно использованием лишь средств вентиляции. Применение комбинированных схем проветривания с изолированным отводом метановоздушной смеси обуславливает неконтролируемые притоки воздуха в выработанные пространства отрабатываемых выемочных участков. Эндогенные пожары как вид аварий на шахтах уверенно лидируют по количествам и по размеру причиненного ущерба. Материальный ущерб от аварий, связанных с эндогенными пожарами представлен в таблице 4.1.
