Применение геофизических методов для борьбы с эндогенными пожарами

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОАО «Научный центр ВостНИИ по безопасности работ в горной промышленности»

Применение геофизических методов для борьбы с эндогенными пожарами

УДК 622.822.22:550.3

Трубицын Анатолий Александрович д-р техн. наук, проф., генеральный директор E-mail: ncvostnii@yandex.ru

Шлапаков Павел Александрович и.о. заведующего лабораторией ОАО «НЦ ВостНИИ»E-mail: ncvostnii@yandex.ru

Аксенов Владимир Валерьевич д-р техн. наук, заведующий лабораторией Института угля СО РАН E-mail:iuu@icc.kemsc.ru

Прокопенко Сергей Артурович д-р техн. наук, ведущий научный сотрудник ОАО «НЦ ВостНИИ»E-mail: ncvostnii@yandex.ru

Аннотации

Описан метод локации очагов самовозгорания в отработанных и изолированных пространствах на пологих и наклонных пластах угля, склонного к самовозгоранию, на примере аварии «эндогенный пожар», произошедшей на шахте «Ольжерасская-Новая» в Кузбассе.

Ключевые слова: эндогенная пожароопасность, эндогенный пожар, геофизическая съемка, комплекс исследований, выработанное пространство, эффективность, повышение температуры

APPLICATION OF GEOPHYSICAL METHODS FOR ENDOGENOUS FIRES SUPPRESSION

A.A. Trubitsyn, P.A. Shlapakov, V.V. Aksenov, S.A. Prokopenko

Method of self-ignition spots location at worked-out and isolated areas at flat and inclined coal seams prone to self-ignition, on an «endogenous fire» accident example which had occurred «Olzherasskay-Novaya» mine in Kuzbas is described.

Key words: endogenous fire hazard, endogenous fire, geophysical survey, research complex, worked-out area, efficiency, temperature rise

Развитие угольной промышленности в последние годы характеризуется стабильным повышением технико-экономических показателей, что объясняется появлением на рынке современных (в большинстве случаев зарубежных) механизированных комплексов и комбайнов, а также совершенствованием технологии ведения горных работ и рядом других факторов.

Однако существует ряд причин, сдерживающих увеличение добычи угля подземным способом. Одна из них ? эндогенные пожары, возникающие в выработанных пространствах выемочных столбов действующих и отработанных лав. Появление эндогенного пожара приводит к длительным остановкам очистных работ на данном участке, а зачастую и всей шахты. Пожар, возникший в выработанном пространстве действующего очистного забоя, может привести не только к приостановке горных работ, но и к потере дорогостоящего оборудования (механизированного комплекса, комбайна и т.д.), вызванного необходимостью полной изоляции аварийного участка от действующих выработок. Кроме прямого экономического ущерба, эндогенные пожары приводят к возникновению потерь угля, обусловленных невозможностью ведения горных работ в районе действующего пожара.

Оценка эффективности применяемых способов тушения очагов самовозгорания показала, что ликвидация очага путем изоляции требует длительного времени, зависящего от температуры и размеров очага. По мере снижения температуры падает и скорость охлаждения скопления. Так, если для снижения температуры с 573 до 493 К (остывания очага) потребовалось 20 сут, то спад температуры от 383 до 303 К продолжался 930 сут. Для полной ликвидации очага эндогенного пожара таким пассивным способом необходимо более 1000 сут. Причем в случае наличия незначительного притока воздуха наступает термостабилизация очага с сохранением повышенной температуры в течение длительного времени.

Активным способом ликвидации очага самовозгорания является подача в очаг азота со скоростью 2,8•10^-4 м/с, который интенсифицирует процесс остывания угля и уменьшает срок до 260 сут. В общем случае время охлаждения зависит от скорости движения инертного газа, температуры очага, размеров прогретой зоны. Более эффективным охлаждающим действием обладает пена. Моделирование хода тушения пожара показало, что для ликвидации очага с температурой 453 К необходимо 50 ч непрерывной подачи пены кратностью 10 со скоростью 1,22•10 ^-4 м/с.

Полученные результаты свидетельствуют, что для быстрой ликвидации очагов необходимо применение активных способов. Однако их эффективное использование невозможно без информации о местонахождении очага и его параметрах. Такая информация требуется и в ходе тушения очагов из-за их способности перемещаться и образовывать многоочаговые пожары.

Анализ работы действующей системы обнаружения эндогенных пожаров, возникающих в выработанном пространстве, показывает низкую эффективность именно при обнаружении начальной стадии процесса самовозгорания. Наибольшая ошибка при идентификации самовозгорания возникает за счет колебания концентраций индикаторного газа в рудничной атмосфере, в качестве которого используется оксид углерода [1].

В настоящее время разработан и начинает применяться на практике геофизический метод обнаружения и локации эндогенных пожаров в выработанных пространствах [2, 3].

Комплекс исследований состоит из дипольных методов электроразведки ? дипольного электропрофилирования (ДЭП) и экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП).

Сущность метода ДЭП заключается в том, что электрическое поле в массиве горных пород создается и изучается в одной и той же выработке с помощью питающего (АВ) и приемного (MN) диполей, расположенных друг за другом (рисунок 1).

Рисунок 1 ? Схема метода дипольного электропрофилирования (ДЭП) 1-генератор; 2-приемник; А и В - питающие электроды; М и N - приемные электроды

Сущность метода ЭДЭП заключается в том, что электрическое поле создавалось и регистрировалось синхронно перемещаемыми питающим и измерительным диполями, расположенными в разных выработках и ориентированными по высоте выработки. Шаг перемещения при наблюдениях составлял 5-10 м (рисунок 2).

Рисунок 2 - Схема метода экваториально-дипольного электропросвечивания (ЭДЭП)

Рассмотрим применение данного метода на примере тушения эндогенного пожара №66, возникшего 16.08.2010 в выработанном пространстве выемочного участка лавы 21-1-7 пласта 21 шахты «Ольжерасская-Новая».

В момент возникновения пожара лава 21-1-7 находилась в работе. Отход лавы от монтажной камеры из-за частых поломок оборудования очистного комплекса за 3,5 мес составил всего 150 м вместо минимального нормативного значения 280 м. Первичное тушение пожара производилось по оперативным планам, затем по разработанному НЦ ВостНИИ «Проекту тушения эндогенного пожара №66, возникшего 16.08.2010 в выработанном пространстве лавы 21-1-7 пласта 21 шахты «Ольжерасская-Новая». Ввиду того, что принятые меры по тушению эндогенного пожара не принесли желаемого результата, было принято решение о дополнительном проведении геофизических исследований выработанного пространства с целью уточнения местоположения очагов самовозгорания.

Данные исследования были проведены в марте 2011 г. По результатам электропросвечивания выработанного пространства лавы № 21-1-7 была получена карта распределения электросопротивления угольного массива в пределах его границ (рисунок 3).

Рисунок 3 - Карта распределения аномальных зон в границах исследованного участка выемочного столба 21-1-7

Из карты видно, что аномальные изменения в распределении величины электросопротивления имеются вблизи газодренажного и вентиляционного штреков 21-1-7. Анализ геологических, горнотехнических и материалов геофизических исследований позволил выделить участки повышенной температуры (рисунок 4). самовозгорание эндогенный пожар

Рисунок 4 - Положение зон повышенной температуры в выработанном пространстве выемочного участка лавы № 21-1-7 (1-4 - обнаруженные очаги самовозгорания угля)

После проведения данных исследований было разработано «Дополнение к проекту тушения эндогенного пожара №66…», в котором были предусмотрены меры по воздействию непосредственно на указанные очаги самовозгорания. После выполнения мероприятий по тушению пожара, предусмотренных данным документом, содержание пожарных газов в выработанном и изолированном пространстве снизилось до фоновых значений.

В июне 2011 г. была произведена повторная геофизическая съемка выработанного пространства лавы 21-1-7. В ходе проведенных исследований было установлено, что произошло снижение температуры в очагах до фоновых значений. Параллельно с геофизическими исследованиями проведена приповерхностная радоновая съемка над выработанным пространством лавы 21-1-7. Аномальных выделений радона на поверхности выявлено не было, что свидетельствует о термостабилизации очагов нагревания. Затем в июле 2011 г. по скважинам, пробуренным с поверхности в контур эндогенного пожара №66 и непосредственно в очаги самовозгорания (рисунок 4), была произведена термометрия. Результаты прямых температурных замеров показали отсутствие очагов нагревания (максимальная температура в скважине 15,6 ⁰С).

Эндогенный пожар №66 в выработанном пространстве лавы 21-1-7 шахты «Ольжерасская-Новая» 20.10.2011 был переведен в категорию потушенных.

Таким образом, применение геофизических методов обнаружения и локации очагов самовозгорания в выработанном пространстве позволило более эффективно и качественно локализовать и потушить эндогенный пожар в сжатые сроки.

Библиографический список

1. Инструкция по предупреждению и тушению подземных эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. - Кемерово, 2007. - 66 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. Патент 2340776 Российская Федерация, МПК⁷ Е21F 5/00. Способ прогноза эндогенной пожароопасности при подземной разработке пластов угля, склонных к самовозгоранию / Каминский А.Я., Потапов П.В., Славолюбов В.В.; заявители и патентообладатели Каминский А.Я., Потапов П.В. -№ 2007110006/03; заявл. 19.03.07; опубл. 10.12.08. - Бюл. № 34.

Размещено на Allbest.ru