Реферат физ хим. Метан дегазация угольных пластов. Основные факторы добычи и транспортировки. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России Разработал ст гр. Пд041
 Скачать 56.91 Kb.
|
|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (УНИВЕРСИТЕТ)» Кафедра: «Кафедра «Общая и неорганическая химия»Дисциплина: «Физико-химические основы развития и тушения пожара» РЕФЕРАТ на тему: «Метан дегазация угольных пластов. Основные факторы добычи и транспортировки. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России» Разработал: ст.гр. ПД-041 Т.А. Левина Проверил: проф. Мирошников А.М. Кемерово 2017 Содержание Введение…………………………………………………………………………...3 1. Метан дегазация угольных пластов…………………………………………...4 1.1 Критерии применения дегазации и ее эффективность……………...……...6 1.2 Извлечение (дегазация, добычи) метана из угольных пластов в России………………………………………………………………………...……9
2. Основные факторы добычи и транспортировки….…………………………132.1 Особенность метана и его опасность….……………………………………13 2.2. Экологические последствия и профессиональные заболевания..………..14 3. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России…………………………...……………………………………..15Заключение……………………………………………………………………….18Литература……………………………………………………………………….19 ВведениеВ последние годы угольная промышленность России характеризуется увеличением объёмов производства. В первую очередь это связанно с внедрением передовой горнодобывающей техники и технологии ведения горных работ. Всё это активно способствует росту среднесуточной добычи угля. На сегодняшний день в переоборудованных очистных забоях добыча достигает 10–15 тыс. т/сут., а на от- дельных шахтах 25–27 тыс. т/сут. (ш.«Котинская», ОАО «СУЭК-Кузбасс»). Такие высокие производственные показатели невозможно достичь без применения комплекса мер по управлению метановыделением средствами вентиляции и дегазации в соответствии с действующими нормативными документами. Для снижения метанообильности шахт применяются способы дегазации основных источников метановыделения: дегазация разрабатываемых угольных пластов, сближённых подрабатываемых и надрабатываемых пластов угля и газосодержащих пород, выработанных пространств. В зависимости от газового баланса выемочных участков, являющихся наиболее метанообильными в сети выработок действующих шахт, применяются один или несколько способов дегазации источников метановыделения. 1. Метан дегазация угольных пластов В настоящий момент только маленькая часть шахтного газа пригодна для производства электроэнергии или тепла, и только одна пятая этой доли используется для производства энергии или других промышленных нужд. Процесс дегазации, с помощью которого извлекается шахтный газ, изначально развивался в целях повышения безопасности угольных шахт. При подземной добыче угля угольной компании приходится бороться с шахтным метаном, который выделяется в процессе разработки угольных пластов. Так как метано-воздушная смесь является взрывоопасной при концентрации метана от 5 до 14%, угольной компании необходимо принимать соответствующие меры, чтобы избегать опасного диапазона. До середины 1970-х годов общепринятым способом борьбы с метаном было проветривание горных выработок с помощью больших объемов воздуха. Однако с развитием подземного способа добычи и разработкой более метаноносных угольных пластов использование одной лишь системы вентиляции стало недостаточным. Введение заблаговременной дегазации посредством бурения дегазационных скважин и вакуумного отсасывания позво лило снизить нагрузку на системы вентиляции и дополнительно повлекло за собой увеличение производительности угольных шахт. Дело в том, что при неэффективной вентиляции приходится приостанавливать добычу угля всякий раз, когда доля метана в воздушной смеси приближается к взрывоопасному уровню. Адекватная система дегазации позволила значительно снизить время подобных простоев и свести к минимуму количество чрезвычайных происшествий на шахтах. Развитие технологии также облегчило задачу дегазации угольных шахт. В зависимости от геологических особенностей пластов дегазация может проводиться посредством бурения вертикальных скважин в неотработанные и отработанные участки или горизонтальных и наклонных скважин из шахтного пространства. Накопленный опыт в изучении метаноносных пластов позволил лучше адаптировать систему дегазации к конкретному резервуару и повысить эффективность производимых операций. Дегазация шахт, мероприятия по отсосу, сбору и выводу из подземных горных выработок на поверхность рудничного газа или газо-воздушной смеси. Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью. Дегазация шахт применяется для уменьшения поступлений метана из угольных пластов и пород в горные выработки и облегчает проветривание шахты, полностью прекращает или значительно снижает простои выемочных (добычных) участков из-за загазирования выработок; позволяет применять в газовых шахтах электроэнергию вместо менее эффективной пневматической энергии; повышает производительность труда рабочих и безопасность ведения горных работ в газовых шахтах и при определенных условиях предотвращает полностью или частично (снижает интенсивность) необычные газопроявления -суфляры, внезапные выбросы угля и газа и т.п. Дегазационные системы состоят из дегазационных горных выработок или буровых скважин, шахтных газопроводов с защитными устройствами, дегазационных установок, регулирующей, регистрирующей и защитной аппаратур и устройств, а в случаях утилизации каптируемого газа -- также и газопровода к потребителю (оборудуются на поверхности шахт и состоят из вакуумнасосов или ротационных воздуходувок с неискрящими лопатками, обеспечивающих движение газа в дегазационной системе, приводов к ним и аппаратуры, регулирующей и контролирующей работу машин и приводов). Применение дегазации шахт привело к созданию новой технологии разработки газоносных угольных пластов, которые в ряде наиболее газоносных месторождений разрабатываются комплексно с учётом попутной добычи метана. Известны три основных способа:
2. Дегазация смежных угольных пластов; 3 Отсос концентрированных метановоздушных смесей из выработанных пространств. Предварительная дегазация шахт проводится до начала разработки угольного пласта и заключается в бурении параллельных скважин глубиной по 100-250 м и диаметром 80-120 мм через 10--25 м. Каждая дегазационная скважина через водоотделитель подсоединяется к шахтной сети газопроводов. Отсос газа из угольного пласта производится под разрежением до 13,5--27 кн/м2 (100--200 мм pm. cm.) в течение длительного периода времени (свыше 100--150 суток). При дегазации смежных угольных пластов используется эффект частичной их разгрузки от горного давления, способствующий переходу сорбированного этими пластами метана в свободное состояние. При этом способе дегазации скважины бурят из горных выработок до смежных пластов, залегающих выше и ниже разрабатываемого пласта на различных расстояниях, не превышающих радиус эффективной дегазация шахт скважины подсоединяются к газопроводной системе. При отсосе газа из выработанных пространств они тщательно изолируются перемычками и воздухонепроницаемыми (например, из породы с различными уплотнителями) полосами от действующих горных выработок и при помощи шахтных газопроводов производится отвод газа с высоким содержанием метана, скопившегося в пустотах, образованных между обрушившимися кусками пород. Сущность метода управления газовыделением в угольных шахтах путем извлечения и вывода метановоздушных смесей из изолированных выработанных пространств заключается в тщательной изоляции выработанных пространств от воздухо-проводящих выработок с помощью специальных перемычек, породных полос и т. п. и в отсосе из них концентрированных метановоздушных смесей. Отсос газа производится через скважины, пробуренные в выработанное пространство, и через стальные трубы, оставленные в закладке или в специальных герметизирующих перемычках. Изолирующие перемычки и породные полосы для большей воздухонепроницаемости иногда усиливаются слоем глины или сланцевой инертной пыли толщиной 0,20-0,25 м. Разрежение в газоотсасывающих системах создается за счет общешахтной депрессии (малоэффективно), эжекторами, вентиляторами частичного проветривания с пневматическими двигателями, а также воздуходувками и вакуум-насосами. Впервые промышленная дегазация шахт была применена в 1943 в Руре (Германия), а в СССР -- в 1952 в Донбассе. В 1970 применялась в 518 шахтах 15 стран с суммарным количеством каптированного метана около 3 млрд. м3 в год, в том числе на 156 шахтах СССР (свыше 750 млн. м3). 1.1. Критерии применения дегазации и ее эффективность1. Критерием, определяющим необходимость выполнения работ по дегазации источников метановыделения, является повышение метанообильности выработок I сверхдопустимой по фактору вентиляции I в (без дегазации), то есть  (1)где I - метанообильность выработки (фактическая или по прогнозу), м3/мин; I в - допустимое по фактору вентиляции метановыделение в выработку без дегазации источников метановыделения, м3/мин; v - скорость движения воздуха в выработке, м/с; S - сечение выработки для прохода воздуха, м2; с - допустимая концентрация метана в вентиляционной струе, %; с 0 - концентрация метана в поступающей вентиляционной струе, %; k н - коэффициент неравномерности метановыделения; принимается согласно нормативному документу по проектированию вентиляции угольных шахт. 2. Необходимое значение коэффициента дегазации  , доли ед., выработки (призабойного пространства лавы, выемочного участка или подготовительной выработки) определяется по формуле (2)3. Фактическая эффективность дегазации оценивается коэффициентом Кд, доли ед., дегазации, равным отношению величины снижения газообильности горной выработки за счет дегазации к газообильности выработки без применения дегазации:  (3)где I' - метановыделение в выработку при применении дегазации, м3/мин. При фактически измеренном расходе каптируемого метана величина коэффициента Кд может быть определена по формуле  (4)где G д - суммарный расход (дебит) метана, извлекаемого на выемочном участке средствами дегазации, м3/мин. 4. Суммарное значение коэффициента дегазации Кдег нескольких источников метановыделения на выемочном участке, горные работы которого воздействуют на угленосную толщу или свиту угольных пластов, слагается из величин: К дег = п плk д.пл + п с.пk д.с.п + п с.нk д.с.н + п пk д.п , (5) где п пл , п с.п , п с.н , п п - долевое участие в метанообильности выработки соответственно разрабатываемого пласта, сближенных подрабатываемых пластов, сближенных надрабатываемых пластов и газоносных пород, доли ед.; k д.пл , k д.с.п , k д.с.н , k д.п - коэффициент дегазации соответственно разрабатываемого пласта, сближенных подрабатываемых пластов, сближенных надрабатываемых пластов и газоносных пород, доли ед. Долевое участие i -го источника пi , доли ед., метановыделения в газовом балансе участка без дегазации устанавливается из отношения  (6)где Ii - метановыделение на участке из i -го источника метановыделения, м3/мин; I - метанообильность выемочного участка, м3/мин. Значения пi , Ii , I устанавливаются согласно нормативному документу по проектированию вентиляции угольных шахт. 5. Коэффициент дегазации i -го источника метановыделения k д i , доли ед., рассчитывается по формуле  (7)где G д i - дебит метана, извлекаемого средствами дегазации из i -го источника, м3/мин. 6. Контроль эффективности дегазации способа (схемы) осуществляется путем замера дебитов метана на скважинах, расчета фактического коэффициента дегазации и сравнения его с проектным значением. При оценке эффективности комплекса способов (схем) дегазации выемочного участка определяются фактические коэффициенты дегазации каждого способа и комплексной схемы в целом. Эффективность отдельных способов и схем дегазации источников метановыделения приведена в приложениях № 4, 6, 8, 10, 12, 14. 7. Эффективность работы дегазационной системы на шахте оценивается величиной коэффициента  (8)где k - число дегазируемых подготовительных и очистных выработок; j - индекс дегазируемого участка; G д i - дебит извлеченного средствами дегазации метана на j -м дегазируемом участке, м3/мин;  - метановыделение в вентиляционную сеть на j -м дегазируемом участке, м3/мин.Количество извлеченного средствами дегазации метана G д i , м3/мин, и газовыделение в вентиляционную сеть , м3/мин, принимаются по отдельно взятым участкам.1.2 Извлечение (дегазация, добычи) метана из угольных пластов в РоссииС углем как нетрадиционным резервуаром связаны огромные ресурсы газа. В России только в Кузбассе они могут достигать 13 трлн куб. м, что сопоставимо с Уренгойским месторождением — одним из крупнейших в мире. Инициативы, направленные на стимулирование добычи метана из угольных пластов в настоящее время очень актуальны. Метан из угольных пластов необходимо извлекать любыми способами, так как его наличие является основной причиной взрывов на угольных шахтах. Пути решения проблемы – это метод заблаговременной дегазации угольного пласта через горизонтальные скважины, пробуренные с дневной поверхности. Применительно к шахтной добыче угля метод горизонтального бурения позволяет: осуществлять заблаговременную, предварительную дегазацию разрабатываемого пласта, организовать прогноз и контроль внезапных выбросов метана, проводить противовыбросовые мероприятия, осушать месторождения, повысить эффективность геологоразведочных работ. Для реализации этих целей в Кемеровской области реализуются инновационные проекты по извлечению, добыче и дегазации угольного метана из угольных месторождений в Кузбассе. Эти строительные проекты являются одними из перспективных направлений в стратегии социально-экономического развития Кемеровской области. В ходе реализации этих проектов в богатой природными ресурсами России была открыта новая глава в горнодобывающей промышленности, позволяющая повысить безопасность труда шахтеров, улучшить экологическую обстановку и создать новые рабочие места. 1.3 Дегазация угольных пластов в КузбассеКузбасс является уникальным угольным бассейном земного шара. Ресурсы углей в его пределах оцениваются цифрой около 600 млрд. т, по марочному составу здесь имеется весь известный спектр углей, от бурых до термоантрацитов. Указанному количеству запасов и ресурсов угля соответствуют ресурсы метана угольных пластов в количестве 13 трлн. м3 , а общий объём метана в Кузбассе, по различным оценкам, составляет 70–100 трлн. м3 . Огромные ресурсы газа Кузбасса заключены в угольных пластах мощностью от 0,1 до 10 и более метров и распределены в разрезе бассейна неравномерно. Наиболее высокая плотность ресурсов достигается на глубинах от 500 до 1800 м. Там же заключено основное количество газа. Длительный опыт промышленного использования шахтного метана в России и за рубежом убедительно свидетельствует о технической, экономической и экологической целесообразности комплексного подхода к разработке углегазовых месторождений. В Кузбассе действуют более 200 котельных, работающих на угле. Перевод этих котельных на комбинированное сжигание угля и метана позволит снизить ежегодные выбросы вредных веществ. Достоинством этого варианта утилизации шахтного метана являются низкие капитальные затраты и возможность перехода на сжигание угля при отсутствии газа, что значительно снижает технологический риск. Еще одним из перспективных направлений утилизации метана является производство электроэнергии с использованием газогенераторов и газовых турбин с мощностью порядка десятка киловатт и нескольких мегаватт. Это позволит использовать метан для покрытия электроэнергии угольных шахт, а также поставлять ее излишки местным потребителям. Другим возможным направлением является использования метана в качестве газомоторного топлива в компримированном или сжиженном виде, на базе существующих систем газозаправки и газобаллонного обору- дования. Для заправки транспорта компримированным природным газом используются автомобильные газонаполненные компрессорные станции (АГНКС) производительностью от 4 до 50 тысяч кубометров газа в сутки. Для условий Кузбасса наиболее предпочтительными являются модульные, блочно-контейнерные станции типа АГНКС БКИ-50 (20 заправок в сутки, давление 1-1,6 кг/м2 ), АГНКС-25 (25 заправок в сутки, давление 1,1–1,8 кг/м2 ). Метан угольных бассейнов самостоятельное полезное ископаемое Благодаря усилиям Кузбасса, в ноябре 2011 года газ метан в России впервые в истории был признан самостоятельным полезным ископаемым и значится теперь как «метан угольных пластов». Метан угольных бассейнов как полезное ископаемое в настоящее время приходится оценивать с двух принципиально различных позиций, отражающих его двойственную геолого-экономическую сущность: метан – самостоятельное полезное ископаемое (генетически и пространственно сопутствующее углю), добыча которого может осуществляться самостоятельным газовым промыслом; метан – попутное полезное ископаемое, извлечение которого осуществляется средствами шахтной дегазации при добыче угля, для обеспечения газобезопасности. Для резкого уменьшения содержания метана в шахтной атмосфере и снижения вероятности выбросов и взрывов метана региональные власти вместе с угольщиками и газовиками разработали комплекс мер по дегазации шахт и утилизации метана. ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания» (СУЭК) пустило в опытнопромышленную эксплуатацию на шахте «Комсомолец» (Кузбасс) новую стационарную установку по утилизации метана - это совместный проект компании и международного консорциума КоМет. В рамках проекта были приобретены две факельные контейнерные газоутилизационные установки и контейнерная теплоэлектро- станция, способная вырабатывать 0,4 МВт-ч электроэнергии. При этом скважины, пробуренные для дегазации угольного массива, откачивают на поверхность газ с низкой и с высокой концентрацией метана. Промышленные испытания продемонстрировали возможность сжигания получаемой смеси в экспериментальной мини-ТЭС и, соответственно, дальнейшего широкого использования такой технологии утилизации метана в странах ЕС. В выемочном участке «Лава 24», на шахте Им. С.М. Кирова в Кузбассе, пройдет комплексная дегазация угольного пласта. Строительство двухскважинной системы в России было проведено с использованием буровой установки МНБУ (PD 150 RP 0-90°) от компании Pri- meDrilling. Вначале бурится наклонно-горизонтальная скважина с углом забуривания 45°. Горизонтальный ствол скважины достигает забоя вертикальной скважины, которая бурится последней и предназначается для водопонижения. Таким образом, в точке забоя скважины устанавливается гидравлическая связь между двумя скважинами. Глубина точки встречи является наибольшей по глубине, куда под действием сил гравитации будет стекать пластовая вода, откуда центробежным насосом будет откачиваться на поверхность по насосно-компрессорной трубе (НКТ). Пластовый газ будет поступать на поверхность по каналу между НКТ и внутренней поверхностью промежуточной обсадной колонны. Эксплуатационная колонна в виде «хвостовика», составленная из фильтровых труб, спускается на всю длину горизонтального ствола и подвешивается внутри промежуточной колонны на специальном устройстве. Следует отметить, что системная дегазация по предлагаемой двухскважинной системе в шахте Им. С.М. Кирова отличается от строительства горизонтальных скважин за рубежом, например, как в Австралии, Канаде или Китае, тем, что здесь после встречи стволов горизонтальной скважины с вертикальной скважиной, бурение продолжается. После осуществляется дегазация угольного пласта, простирающегося слева от скважины. Горно-геологические условия залегания угольного пласта таковы, что пласт вначале имеет угол падения 7°, затем угол выполаживается до 0° и снова возрастает до 3°. Таким образом, при бурении скважин, с учетом конкретных горно-геологических условий и возможности применения буровой установки соответствующей грузоподъемности, будет увеличиваться эффективность системной дегазации. Известно, что успешное (безаварийное, с высокими технико- экономическими показателями) бурение горизонтальной скважины в значительной степени зависит от правильно выбранного типа профиля, его параметров и параметров конструкции скважины. Представленная система дегазации предусматривает строительство горизонтальных скважин по двум методам: - бурение горизонтального ствола по пласту; - бурение двух горизонтальных стволов, выходящих из основного ствола скважины, проложенные параллельно угольному пласту. Гидравлическая связь между ними устанавливается путем бурения боковых ответвлений от верхнего пласта до нижнего. Предпочтение отдается второму варианту, как наиболее эффективному методу с точки зрения интенсификации дегазации пласта, так как боковые стволы будут способствовать снижению пластового давления, десорбции газа, увеличению оттока пластовой воды. Вместе с тем, применение этого метода из-за хрупкости породы (угля), в отдельных случаях, может резко ограничить длину горизонтального ствола, вплоть до невозможности ведения проходки скважины. На входе и выходе наклонно-направленных скважин, из-за действия сил сопротивления движения колонн,в скважине возникают осложнения, ставящие под угрозу выполнение геологического назначения скважины. Горизонтальные стволы проложены параллельно угольному пласту, на расстоянии по вертикали 4 м и под углом 45°.
Добыча каменного угля влечет за собой ряд негативных последствий – как для экологии, так и для здоровья шахтеров. Особенно значительный вред природной среде приносит открытый способ добычи. Что касается шахт, часть из них считается взрывоопасной, тем не менее, работы продолжаются, и периодически случаются взрывы с огромных количеством человеческих жертв. Возможности шахты демонстрировать высокие показатели добычи снижаются по мере ее эксплуатации, поскольку, как правило, горные работы продвигаются вглубь земных недр, что сопровождается падением их производительности. Кроме того, ухудшаются экономические показатели, так как возникает необходимость удлинять производственные коммуникации. Существует несколько факторов, подвергающих риску работу шахт. Во-первых, это пожароопасность. Каменный уголь легко возгорается даже в пласте, поскольку характеризуется большой концентрацией летучих компонентов. Из-за сильного нагревания во время пожара и воздействия воды для его тушения кровля растрескивается и обрушивается. В современных шахтах в вентиляционных каналах устанавливаются системы предупреждения пожаров, которые благодаря наличию детекторов оксида углерода и специальным термодатчикам обнаруживают возгорание на самых ранних стадиях. В шахтах, где добыча уже не ведется, остатки каменного угля могут гореть несколько лет подряд. Во-вторых, это взрывоопасность. Чаще всего в угольных пластах выделяются метан, сероводород и углекислый газ. Взрывы метана случаются нечасто, но влекут за собой серьезные последствия. Чтобы избежать таких взрывов, в шахтах ведется непрерывный контроль над содержанием в воздухе метана и проводится удаление пыли из вентиляционных каналов. Легко воспламеняется и смесь воздуха, метана и угольной пыли. При взрыве образуется токсичный угарный газ, уменьшается концентрация кислорода и возникает избыточный углекислый газ, вдыхание которого в большом количестве приводит к смертельным исходам.
Основной особенностью метана является его необычная характеристика и отсутствие у работников ощущения опасности метана. Многие виды опасности, такие как обрушения угля, породы, режущие и движущиеся части машин и оборудования, мы видим каждый день, естественно опасаемся их, при необходимости принимаем соответствующие меры, чтобы обезопасить себя, не заходить в опасную зону. Однако имеется ряд видов опасности, которые визуально нельзя рассмотреть, например, радиацию, электромагнитные и другие излучения, так как они не имеют явных признаков – цвета, запаха, вкуса. Эта особенность оказывает отрицательное влияние в профилактической работе. В угольных шахтах к таким видам опасности следует отнести метан. С тем, чтобы избежать этого воздействия необходимо не только хорошо знать характеристику метана, но и чувствовать, ощущать интуитивно, помнить постоянно о его присутствии, опасности скопления, проявлении в виде взрыва. Наличие такого чувства помогает, с одной стороны, пунктуально соблюдать требования Правил безопасности и принимать своевременно соответствующие меры, аналогично осуществляемых по предупреждению обвалов и обрушений, с другой – своевременно покинуть опасную зону. Второйнегативной особенностью метана является постоянная тенденция осложнения проветривания шахт, в связи с увеличением глубины, увеличением дебита метана, удлинением протяженности и сопротивления сети горных выработок и других факторов. Ретроспективный анализ причин взрывов метана при ведении горных работ на 1-3 горизонтах показывают, что при переходе работ с первого на второй горизонт (а иногда со 2-го на 3-й) по указанным причинам недооценки негативных факторов допускаются взрывы. После их руководители и специалисты начинают принимать действительно меры адекватные условиям и взрывы на 5-8 лет прекращаются. Так было на шахтах “Тайбинская”, “Зиминка”, им.Калинина, “Красногорская”, “Юбилейная”, “Антоновская” и др. Вывод может быть один, необходимо своевременно, критически оценивать изменившиеся горные и газовые условия (до взрыва), а не после взрыва. Обобщенный опыт показывает, что у многих взрывов имеется инкубационный период “созревания” и он бывает достаточно длительный с явно выраженными признаками опасности. 2.2 Экологические последствия и профессиональные заболевания Постоянное вдыхание угольной пыли ведет к развитию заболеваний органов дыхания. 15 лет работы под землей достаточно, чтобы повредить легкие. Сегодня разрабатываются и вводятся в действие нормы, которые сводят к минимуму негативное влияние угольной пыли на шахтеров. Что касается экологических последствий, может начаться оседание земной поверхности. Чтобы этого избежать, выработки должны заполняться пустыми породами или другими материалами, например строительными и бытовыми отходами. При несоблюдении техники безопасности во время проведения горных работ возможны оползни неустойчивых откосов, подземные пожары, загрязнение водоемов водами, содержащими металлы и кислоты. Во многих странах, где ведется добыча каменного угля, действуют федеральные программы по рекультивации территории, где проводились работы. 3. Причины и возможные методы предотвращения взрывов метана и пожаров в шахтах России Угледобывающие шахты в соответствии с Законом о промышленной безопасности отнесены к опасным производственным объектам. При подземной разработке угольных месторождений к наиболее опасным производственным факторам относятся: выделение в выработанное пространство из массива метана, формирование взрывоопасной смеси при его смешивании с шахтным воздухом, а также самовозгорание угля. Госгортехнадзором РФ утверждены Правила безопасности при выполнении всех технологических процессов и Инструкции по применению различных средств и способов предотвращения проявления опасных факторов. Однако взрывы метановоздушной смеси и пожары в результате самовозгорания угля в шахтах продолжаются, что свидетельствует о том, что эти Правила или не выполняются в полной мере, или заложенные в них нормативы не позволяют в полной мере обеспечить безопасность работ. В Кузбассе аварии и инциденты произошли в 30 шахтах, на Урале – в 7, в Печорском бассейне – в 2, на Дальнем Востоке – также в 2, а в Восточном Донбассе – в 1 шахте. В некоторых шахтах произошло от 2 до 7 аварийных ситуаций. В соответствии с определениями Федерального закона РФ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» внезапные выбросы, взрывы и возгорания метана являются авариями, а самовозгорания угля – инцидентами. Взрывы метановоздушной смеси в выработанном пространстве лав произошли в шахтах Кузбасса, Печорского бассейна и Урала. Из 35 взрывов и возгораний метановоздушной смеси 29 произошли в шахтах Кузбасса. При этом 17 взрывов были в забоях подготовительных выработок и 8 – в выработках. Ещё в 3 случаях виновниками взрывов стали скважины, которые были пробурены с поверхности для газоотсоса метановоздушной смеси из выработанного пространства лав. Анализ показал, что во всех шахтах России, разрабатывающих метаноносные пласты, опасными являются 5 локальных участков, на территории которых происходят аварии и инциденты. Опасными местами, в которых происходят выбросы, взрывы и возгорания являются: • выработанные пространства лав; • забои подготовительных выработок; • подготовительные выработки; • выработанное пространство, по которому движется метановоздушная смесь к скважинам, пробуренным с поверхности для газоотсоса; • выработки у вентиляторов, которые производят газоотсос взрывоопасной смеси из выработанного пространства лав. Самовозгорание угля происходит в трёх местах: • в выработанном пространстве; • в пластовых выработках в оставленных целиках или пачках угля; • в полевых выработках на пересечении с крутопадающими пластами В результате анализа аварий и инцидентов, произошедших при разработке метаноносных пластов угля, можно сделать следующие выводы: 1. Возгорания и взрывы метана происходят из-за отсутствия надёжных способов прогнозирования природной газоносности угля и учёта этих изменений впереди очистных и подготовительных забоев. из-за несоответствия объёмов подаваемого воздуха и выделяющегося метана взрывы метановоздушной смеси могут быть как в призабойном пространстве очистных и подготовительных выработок, так и в выработанном пространстве лав, доступном для утечек воздуха. При прогнозировании природной метаноносности угля впереди забоя необходимо учитывать генетические условия формирования участков этого пласта. 2. Для обеспечения безопасности рабочих на выбросоопасных участках пластов в дорабатываемых и в новых шахтах Кузбасса необходимо применять не только новые методы прогнозирования газодинамических проявлений, но и новые способы защиты рабочих, находящихся в забое. 3. Методика расчёта расхода воздуха для проветривания забоев подготовительных выработок должна учитывать неравномерность распределения метана в пласте. Очевидно, что необходимо пересмотреть нормы расхода воздуха, минимальную скорость движения воздуха у поверхности забоя и максимальную концентрацию метана у забоя выработки. 4. Необходимо пересмотреть роль вентиляции выемочных участков при разработке метаноносных пластов в связи с применением высокопроизводительной выемочной техники. Применяемые схемы распределения и расход воздуха не справляются с необходимым обеспечением взрыво- и пожаробезопасных условий . Задача вентиляции должна быть не в подаче необходимого количества воздуха для удаления опасных газов из мест нахождения рабочих, а в максимальном удалении опасных газов из подземных выработок и выработанных пространств. Дегазация выработанных пространств и смежных пластов с выдачей метана на поверхность по трубам является вспомогательным процессом, обеспечивающим снижение общешахтного расхода воздуха. Применение для дегазации выработанных пространств газоотсасывающих вентиляционных установок в шахте и дегазационных скважин, пробуренных с поверхности, увеличивает потенциальную пожаро- и взрывоопасность. 5. Расчёт необходимого расхода воздуха при отсутствии достоверного прогноза метаноносности угля впереди забоя должен основываться на определении концентрации метановоздушной смеси в призабойном пространстве во время выемки угля. Как и на практике, чем больше свежего воздуха проходит в призабойном пространстве лавы, тем больше может быть интенсивность выемки угля и ниже концентрация метана. Это особенно актуально при выемке пологих пластов средней мощности. Например, на шахте «Котинская» на пласте 52 была достигнута нагрузка на лаву 12 тыс. т/сут. В забое восстающего кроссинга произошёл взрыв метана из-за недостатка воздуха. В ОАО «Шахта Есаульская» на пласте 29 нагрузка на лаву была до 5000 т/сут. При отводе вентиляторами метановоздушной смеси из выработанного пространства произошёл взрыв из-за скопления метана в верхней части выработки. 6. Недостатком применяемых схем проветривания метанообильных выемочных участков, способов дегазации выработанного пространства и отвода метановоздушной смеси при помощи вентиляторов и скважин, пробуренных с поверхности, является формирование по пути её движения взрывоопасной концентрации. Заключение Благоприятные геологические особенности и условия газоносности угольных бассейнов в России являются объективной предпосылкой организации, прежде всего, в Кузбассе, а затем и в других угольных бассейнах, широкомасштабной добычи метана как самостоятельного полезного ископаемого. Необходимость организации метаноугольных промыслов в Кузбассе обусловлена следующими факторами:
Среди регионов России, не обеспеченных в достаточном объеме газовым топливом, ряд угледобывающих регионов мог бы полностью покрыть свои потребности в газе за счет широкомасштабной добычи метана из угольных пластов. Кроме того, добыча и использование газа улучшит экологическую обстановку в углепромышленных районах, снизит газоопасность добычи угля в будущих шахтах и создаст новые рабочие места на газовых промыслах и газоперерабатывающих предприятиях. Проблема дегазации метана угольных пластов в России требует новых эффективных технических решений. Существующие методы дегазации угольных пластов основаны в основном на их гидроразрыве и закреплении образованных щелей песком, а также на бурении протяженных горизонтальных скважин по угольному пласту. Однако созданные этими методами искусственные полости отличаются малой дренирующей способностью, а следовательно, обеспечивают невысокую степень извлечения угольного метана. В условиях современной интенсивной работы шахтных забоев высокая остаточная метаноносность угольных пластов приводит к взрывам метановоздушной смеси и авариям на шахтах. Список использованной литературы
|