Проветривание очистных забоев. Борьба с горными ударами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «ОСНОВЫ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРНОСПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ»

Выполнил:

студент 6 курса (6 лет обучения),

Раимбеков Аян Саматович

Санкт-Петербург - 2015

Какие схемы проветривания очистных забоев вы знаете

очистной забой бурение горный

Проветривания длинных очистных забоев. Способ включает подачу свежего воздуха в очистной забой по воздухоподающей выработке за счет общешахтной депрессии и отвод исходящей струи воздуха через газоотводящую выработку. Дополнительно подают свежий воздух в очистной забой на участке, превышающем половину длины очистного забоя от воздухоподающей выработки, для чего обеспечивают общешахтную депрессию по длинным направленным скважинам, последние проводят по разрабатываемому угольному пласту, как до начала подготовки выемочного столба, так и во время его подготовки. Обеспечивает повышение эффективности проветривания длинных очистных забоев, увеличение производительности труда за счет увеличения длины очистного забоя. 

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, в частности к угольной, и может быть использовано на угольных шахтах для обеспечения эффективного проветривания длинных очистных забоев.

Известен способ проветривания выемочного участка (патент РФ №2278977, кл. E21F 1/00, опубл. 2006.06.27), включающий подачу свежего воздуха в очистной забой за счет общешахтной депрессии, по воздухоподающей выработке, отвод исходящей струи воздуха через выработанное пространство в газоотводящую выработку, проведенную с поверхности, и выход исходящей струи воздуха по воздуховыдающей выработке.

Недостатком известного способа является то, что область применения его имеет ряд ограничений по мощности отрабатываемых пластов, по длине очистного забоя, длине выемочного столба, по газовыделению и допустимой концентрации газа метана при применении поверхностных газоотсасывающих установок, а также подземных установок.

Известен также способ проветривания газообильного выемочного участка (патент РФ №2126889, кл.6 E21F 1/00, опубл. 1999.02.27), принятый за прототип, включающий подачу свежего воздуха по воздухоподающей выработке за счет общешахтной депрессии и отвод исходящей струи по воздухоотводящей выработке и частично по выработанному пространству ранее отработанного смежного выемочного столба.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает эффективного проветривания при повышении нагрузки длинного очистного забоя, а также то, что область применения его имеет ряд ограничений по мощности отрабатываемых пластов, по длине очистного забоя, длине выемочного столба, по газовыделению и допустимой концентрации газа метана при применении поверхностных газоотсасывающих и подземных установок.

Задачами заявляемого технического решения являются обеспечение эффективного проветривания длинного очистного забоя, увеличение нагрузки на длинный очистной забой, снижение потерь времени на концевых операциях при отработке пласта, а также повышение производительности труда за счет увеличения длины очистного забоя.

Указанные задачи достигаются тем, что в способе проветривания длинного очистного забоя, включающем подачу свежего воздуха в очистной забой по воздухоподающей выработке за счет общешахтной депрессии и отвод исходящей струи воздуха через газоотводящую выработку, согласно изобретению, дополнительно подают свежий воздух в очистной забой на участке, превышающем половину длины очистного забоя от воздухоподающей выработки, проветривание обеспечивают по длинным направленным скважинам за счет общешахтной депрессии, а скважины проводят по разрабатываемому угольному пласту, как до начала подготовки выемочного столба, так и во время его подготовки.

Способ проветривания длинного очистного забоя поясняется чертежом, где представлена схема проветривания длинного очистного забоя, вид сверху.

Основную подачу свежего воздуха осуществляют за счет общешахтной депрессии по воздухоподающей выработке - 1. Омывая очистной забой - 2, струя воздуха уходит в воздуховыдающую выработку - 3 и через выработанное пространство - 4 проходит сбойку - 5, при помощи газоотсасывающей вентиляторной установки - 6, и уже исходящая струя с метановоздушной смесью - 7 проходит газоотводящую выработку - 8. Дополнительную подачу свежего воздуха в очистной забой, на участке, превышающем половину длины очистного забоя, осуществляют через направленные скважины - 9 за счет общешахтной депрессии. На чертеже также обозначены 10 - эпюра давлений и 11 - линии тока метановоздушной смеси.

На схеме параметр а показывает максимальную длину очистного забоя, проветриваемого без заявляемого способа, параметры b и с показывают максимальную длину очистного забоя при использовании заявляемого способа с одной и двумя направленными скважинами соответственно. Эпюры давлений 10 показывают динамику расхода воздуха в очистном забое с заявляемым способом и без него.

В результате осуществления заявляемого способа повышается эффективность проветривания длинного очистного забоя, увеличивается нагрузка на длинный очистной забой, предотвращается образование газоопасных зон в призабойном пространстве длинного очистного забоя, а также повышается производительность труда за счет увеличения длины очистного забоя. Данное обстоятельство чрезвычайно важно для угольных шахт, имеющих современную и высокопроизводительную технику, потенциал которой должен использоваться в полной мере. Известно, что газовый фактор сдерживает дальнейшее увеличение очистного забоя. Снижение газового фактора позволяет обеспечить увеличение реальной производительности современной добычной техники.

Способ проветривания длинного очистного забоя, включающий подачу свежего воздуха в очистной забой по воздухоподающей выработке за счет общешахтной депрессии и отвод исходящей струи воздуха через газоотводящую выработку, отличающийся тем, что дополнительно подают свежий воздух в очистной забой на участке, превышающем половину длины очистного забоя от воздухоподающей выработки, для чего обеспечивают общешахтную депрессию по длинным направленным скважинам, последние проводят по разрабатываемому угольному пласту, как до начала подготовки выемочного столба, так и во время его подготовки.

Способы борьбы с горными ударами

Горные удары обладают значительной разрушительной силой и, как правило, носят характер крупных аварий, резко нарушающих нормальную деятельность предприятия. Горный удар возникает внезапно, сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных пластах удар приводит к повышенному газовыделению, а на крутых пластах может вызвать обрушение или высыпание угля.

Горным ударом считается мгновенное хрупкое разрушение угольного (рудного) целика, краевой части пласта (массива) или боковых пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или выдавливания угля (породы) в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи, смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса.

Борьба с горными ударами и выбросами осуществляется в направлении снижения напряженного состояния приконтурного массива путем управления горным давлением и изменения свойств горных пород и перевода их в потенциально неудароопасное состояние. При этом можно выделить следующие основные методы [2]:

1) Технологические.

2) Камуфлетное взрывание

3) Увлажнение горных пород

4) Бурение разгрузочных скважин

5) Использование поверхностно-активных веществ

Технологические методы состоят в выборе таких параметров разработки месторождений, которые в максимальной степени нейтрализуют опасные последствия горного давления. К ним можно отнести: применение специальных систем и порядка разработки, не допускающих значительную концентрацию напряжений; максимально возможное уменьшение площади обнажений горных пород; учет тектонических нарушений и зон опорного давления соседних выработок; использование специальных форм сечения выработок и др.

Примером может служить способ разгрузки месторождения и снижение его удароопасности, включающий геодинамическое районирование месторождения, выделение тектонически подвижных блоков, выявление их динамического взаимодействия, оценку среднего уровня главных напряжений в массиве горных пород и степени потенциальной удароопасности месторождения и проведение мероприятий по разгрузке [3]. Данный способ заключается в том, что с целью разгрузки месторождений с любой конфигурацией рудного тела и повышения эффективности снижения потенциальной удароопасности месторождения за счет необратимого снятия тектонических напряжений, действующих в субгоризонтальной плоскости, определяют величину сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности, обеспечивающую необратимую разгрузку массива от повышенных тектонических горизонтальных напряжений и перевод его в неудароопасное состояние, а в качестве мероприятий по разгрузке производят сдвижение массива путем бурения скважин под месторождение, размещения в них и взрывания зарядов взрывчатого вещества.

Основными недостатками данного метода являются его трудоемкость, а в выработках, опасных по взрыву газа и пыли, также к излишне интенсивному истечению газа и горячих продуктов взрыва, что повышает опасность вспышек метана или пыли, а также низкая эффективность разгрузки массива.

Также известен способ двух-стадийной проходки выработки[4]. Это способ проведения пластовых выработок на пластах, склонных к внезапным выбросам угля и газа Он заключается в том, что для предварительной разгрузки пласта от действия сил горного давления и дегазации его осуществляют проходку передовой выработки уменьшенного сечения по породам непосредственной кровли пласта. При этом проходку этой выработки осуществляют на всю проектную длину или на длину не менее 200 м. После проведения передовой выработки осуществляют проходку пластовой выработки проектного сечения со скоростью, не превышающей скорость перемещения передовой выработки по породе. Ограничение скорости проходки выработки проектного сечения увеличивает время разгрузки и дегазации пласта передовой выработкой.

Основным недостатком данного способа является то, что он не устраняет выбросоопасности по следующей причине: расположение передовой выработки относительно выбросоопасного пласта в пределах мощности непосредственной кровли не ограничивается (Н). При этом величина породной толщи между подошвой выработки и пластом будет равна 0. (Н-h) (h минимальная высота передовой выработки, определяемая согласно требованиям "Правил безопасности в угольных и сланцевых шахтах). Согласно 37 ПБ высота h равна 1,8 м. Мощность непосредственной кровли может достигать 6-8m (m мощность угольного пласта).

Известен способ предупреждения горных ударов на пологих удароопасных пластах[5]. При осуществлении способа изучают стратиграфический разрез и геологическое строение свиты пластов и вмещающих пород, включающие и разрабатываемый удароопасный пласт, определяют пространственную ориентацию эндогенных трещин в кровле защищаемого пласта. Технологическую схему выемки пласта и направление подвигания очистного забоя выбирают таким образом, чтобы эндогенные трещины в породах кровли падали в сторону выработанного пространства и угол встречи линии очистного забоя и линии простирания этой системы трещин составлял 20-40°. Повышается безопасность и эффективность отработки пластов.

Основным недостатком данного способа является возможность его применения только при определенных горно-геологических условиях, а также данный способ значительно усложняет схему выемки пласта.

Известен способ разработки удароопасных пластов с использованием нижележащего неудароопасного пласта [6]. Метод, заключающийся в том, что изучают стратиграфический разрез и геологическое строение свиты пластов и вмещающих пород, включающие и разрабатываемый удароопасный пласт, определяют нижележащий неудароопасный защитный пласт, который подлежит первоочередной отработке (расстояние между защитным и защищаемым пластами должно быть не менее трех вынимаемых мощностей последнего и не более 40-80 м в зависимости от физико-механических свойств и состава пород междупластья); выбирают технологическую схему опережающей отработки защитного пласта, обеспечивающую ударобезопасное ведение горных работ на защищаемом пласте.

Недостатками этого способа являются:

- обязательное наличие неудароопасного защитного пласта, расположенного ниже защищаемого на расстоянии не менее трех вынимаемых мощностей защитного пласта и не более 40-80 м в зависимости от физико-механических свойств и состава пород междупластья;

- обязательное опережение горных работ на защитном пласте (не менее чем на 1,5 выемочных столба по падению), что в современных условиях и при длинных выемочных столбах может привести к отставанию во времени развития очистных работ на защищаемом (возможно более производительном) пласте на 1-2 года;

- увеличение в 1,3-1,5 раза себестоимости добычи угля, т.к. защитный пласт может быть низкокачественным и залегать в сложных горно-геологических условиях;

- низкая надежность способа из-за высокой изменчивости горно-геологических условий (мощности пластов и междупластий, физико-механических свойств и состава горного массива и др.).

Камуфлетное взрывание представляет собой взрывание заряда внутреннего действия без выброса породы. При этом в массиве образуется зона трещиноватости, параметры которой определяются конструкцией и величиной камуфлетного заряда. Вследствие развития трещин значительно уменьшается прочность и упругость массива, что, в общем случае, благоприятствует процессам разработки пород. Чаще всего камуфлетное взрывание используется для снятия напряжений при борьбе с горными ударами и выбросами. В этом случае накопленная массивом упругая энергия расходуется на смыкание образовавшихся трещин, т.е. на необратимую пластическую деформацию, тем самым предотвращая последующий горный удар.

В качестве примера приведем способ предотвращения динамических явлений при разработке угольных пластов во вмещающие горные породы бурят скважины, через эти скважины нагнетают водосодержащее жидкое взрывчатое вещество (ВВ) на участки ослабленных контактов слоев вмещающих пород, а сами скважины заполняют загущенной взрывчатой смесью [7]. Разупрочнение горных пород производят путем взрыва водосодержащего ВВ, причем инициирование взрыва осуществляют неэлектрическим способом.

Недостатком этого метода является невозможность обеспечения в достаточной степени разгрузки вмещающих пород выработки и не полное устранение вероятности горных ударов, особенно на участках расположения слоя крепкой породы в непосредственной близости от почвы выработки.

Увлажнение горных пород путем предварительного нагнетания воды в удароопасный массив. Жидкость, проникая в трещины, оказывает расклинивающий эффект, способствуя их дальнейшему развитию. Однако перенапряженный удароопасный массив, как правило, не имеет открытых трещин, и проникновение воды в него практически невозможно. В этом случае используют гидроразрыв пород по контактам пластов за счет очень высокого давления нагнетания. Применение данного метода возможно только в слоистом массиве, например, на контакте угольного пласта и вмещающих пород.

Меры борьбы с метаном в угольных шахтах и рудниках

Борьба с метаном в шахтах и рудниках:

* исключения образования взрывоопасных метановоздушных смесей;

* сокращения метановыделения в горные выработки;

* предотвращения возможности воспламенения и взрывов метана. Образование взрывоопасных метановоздушных смесей исключается при надежной вентиляции, обеспечивающей разбавление метана во всех выработках до регламентируемых ПБ норм. Это достигается следующими способами:

* проветриванием выработок деятельной струей со скоростью движения не менее 0,25 м/с в очистных и подготовительных выработках;

* применением всасывающего проветривания газовых шахт, а в случае труднопроветриваемых шахт -- применением нагнетательно- всасывающего проветривания при условии создания разрежения в зоне очистных работ;

* нагнетательным проветриванием подготовительных выработок;

* предупреждением рециркуляции воздуха при работе вспомогательных подземных вентиляторов и вентиляторов местного проветривания;

* проветриванием очистного забоя и примыкающих к нему подготовительных выработок обособленной струей;

* обеспечением восходящего направления движения воздуха во всех очистных забоях и исходящих струях (ПБ допускают исключения для углов наклона до 10° и выработок протяженностью до 30 м, а также при обеспечении мер против образования слоевых скоплений метана);

* изоляцией остановленных выработок и отработанных участков;

* применением эффективных способов борьбы с внешними и внутришахтными утечками;

* обеспечением высокого аэродинамического качества крепи горных выработок и вентиляционной сети шахты в целом;

* управлением метановыделением в горных выработках шахты;

* обеспечением распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети в соответствии с фактическим газовыделением в горные выработки;

* систематическим контролем за состоянием проветривания сети горных выработок; применением надежной системы контроля и управления режимом работы ВГП. Сокращение метановыделения в горные выработки достигается путем:

* применения дегазации разрабатываемых пластов;

* применения дегазации сближенных пластов и спутников;

* каптажа метана из полостей, суфляров и выработанных пространств;

* микрокапиллярного связывания метана при нагнетании в пласт воды, растворов кислот, направленного гидрорасчленения;

* связывания метана в пласте при нагнетании водных растворов полимеров и мономеров;

* микробиологического связывания метана. Предотвращение возможности воспламенения и взрывов метана достигается следующим образом:

1) исключением открытого огня в горных выработках;

2) соблюдением комплекса мер при использовании электроэнергии: применения рудничного взрыво- и искробезопасного оборудования;

применения дистанционного управления выемочными, проходческими и транспортными машинами и установками;

применения аккумуляторных электровозов во взрывобезопасном исполнении, за исключением откаточных выработок со свежей струей шахт I и II категорий, где допускается откатка контактными электровозами;

отключения электроэнергии автоматической газовой защитой при образовании опасных скоплений метана;

3) соблюдением комплекса мер ведения взрывных работ:

производства взрывных работ только в забоях, непрерывно проветриваемых свежей струей;

применения только предохранительных патронированных ВВ и электровзрывания;

исключения применения открытых и накладных зарядов;

выполнения требований Единых правил безопасности при взрывных работах по минимальной глубине шпура, длине внутренней забойки и др.;

обеспечения требований газового режима по допустимой объемной доле метана менее 1 % в забое и на расстоянии 20 м от него перед заряжанием и взрыванием;

выполнения требований пылевого режима при ведении взрывных работ.

Еще один фактор, влияющий на взрывы метана это горное давление. Горное давление возникает при проведении подземных выработок. В нетронутом массиве до проходки подземной выработки и возведения несущей конструкции (обделки, крепи) существует напряженное состояние, созданное весом вышележащих слоев породы. При проведении подземной выработки напряженное состояние породы изменяется, появляются новые напряжения и связанные с ними деформации, которые могут достигать таких размеров, при которых породы начинают разрушаться.

Для предохранения подземных выработок от обвалов устанавливают подземную несущую конструкцию (обделку, крепь), а на время производства работ, в случае необходимости, устраивают временное крепление. Установлены следующие основные виды горного давления на обделку (крепь) подземной выработки: вертикальное, боковое, со стороны подошвы выработки, по длине сооружения. Величина горного давления на обделку подземной выработки развивается во времени и зависит от характера самой породы, размера подземной выработки и глубины ее расположения. Обычно горное давление постепенно возрастает до некоторой наибольшей для данных условий величины, после чего несколько уменьшается, оставаясь затем постоянным в течение неопределенно долгого времени. При нарушении равновесия в массиве вследствие проведения соседних выработок установившееся давление по истечении некоторого времени может увеличиваться. Такое же явление встречается при проведении выработок в слоистых породах. Промежуток времени, в течение которого горное давление постепенно возрастает, наз. периодом первичного давления; промежуток времени, в течение которого величина горного давления для данных условий остается постоянной, называется периодом вторичного или установившегося давления.

Литература

1. Гришко А.П. Стационарные машины. т. 1. Рудничные подъемные установки: учебник для вузов.- М.: Горная книга, 2008-477 с.: илл.

2. Гришко А.П. Стационарные машины. т.2. Рудничные водоотливные вентиляторные и пневматические установки: учебник для вузов.- М.: Горная книга, 2007.-586 с.: илл.

3. Пособие по горноспасательному делу. Н.В.Орлов,, М. Н. Судиловский. Москва. Изд-во «НЕДРА» 1976 г.,

4. Гришко А.П. и Шелоганов В.И. Стационарные машины и установки: учебное пос. для вузов.2-е изд. стереотип. -М.: Горная книга, 2007.-325 с.

5. Машины и Оборудование для шахт и рудников: справочник. Под ред. С.Х. Клорикьян и др. 7-е изд.- М.: МГГУ, 2002.-471 с.

6. Подэрни Р.Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ. В 2-х томах: учебник для вузов.- М.: МГГУ, 2001.-422 с.

7. Современная теория ленточных конвейеров горных предприятий.- М.: МГГУ, 2005,-543 с.: илл.

8. Основы горного дела: Учебник для вузов. - М.: МГГУ,2003.-408 с.

9. Единые правила безопасности при разработке полезных ископаемых открытым способом. - Санкт-Петербург, Изд-во ДЕАН, 2003, -276 с.

10. Ликвидация аварий в угольных шахтах. Теория и практика / В. В.Радченко, С. Н. Смоланов, Г. Н. Алейникова и др.; Под общ. Ред. Г. Н. Алейниковой. - К: «Техника», 1999. - 320 с.

Размещено на Allbest.ru