На участках, опасных по прорывам глин, штабеля должны состоять из коренных пород. Последние, попадая вместе с глинистыми наносами в выработанное пространство, препятствуют движений глинистых пород и их течи под большим давлением.
Объем и размеры штабелей принимаются по маркшейдерским данным.
При добыче коренных пород, используемых для засыпки провалов, необходимо устаривать карьеры.
Материал для засыпки провалов обычно не требует сортировки. Если коренные породы представлены в основном крупными кусками, а рыхлые отложения под выходами пластов имеют незначительную мощность (менее 3м), то в этом случае при закладке штабеля добавляют мелкий материал. Штабеля формируют бульдозерами, экскаваторами и автосамосвалами.
При крепких труднообрушаемых породах кровли и наносах мощностью менее 3 м во многих случаях целесообразно производить выполаживание бортов и частичную засыпку провала взрывным способом.
Взрывание породы производят методами скважинных, котловых и камерных зарядов. Скважинные и котловые заряды следует располагать в несколько рядов с уменьшением длины но мере удаления зарядов от границы провалов.
Скважины и минные камеры целесообразно располагать с висячей или лежачей стороны провалов. При проведении минных выработок в городах висячего бока пласта необходимо вести тщательный контроль за поведением пород, поскольку минные выработки и скважины можно располагать только в зоне, безопасной в отношении самопроизвольного обрушения пород.
Наряду с засыпкой провалов необходимо изолировать все трещины на поверхности. Трещины засыпаются грунтом а утрамбовываются при помощи бульдозера. В зоне трещинообразования мощность создаваемой подушки из насыпного грунта или мощность существующих наносов после засыпки должна быть не менее 3 м. При повторных обрушениях поверхности все вновь образовавшиеся провалы и трещины засыпаются еще раз.
Верхняя часть мощных крутых пластов, залегающих на небольшом расстоянии от поверхности, чаще всего разрабатывается открытым способом.
В связи с этим после окончания открытых работ все разрезы необходимо засылать негорючими материалами. Изоляционная подушка должна сыть не менее 3 м, считая от уровня коренных пород. При засылке разрезов крупнообломочными материалами необходимо производить их дополнительное проиливание глинистой пульпой с соотношением Т:Ж = 1:5.
В тех случаях, когда отработка пласта ведется щитами или с применением гибкого перекрытия без оставления целиков над вентиляционным штреком, засыпка выемки производится после монтажа щитового или гибкого перекрытия. При этом для предупреждения прорывов глин непосредственно на перекрытие насыпают материал из коренных пород для создания подушки мощностью не менее 3 м, а затем насыпают рыхлые отложения.
После отработки столбов или блоков образовавшиеся провалы засыпают в обычном порядке.
Выходы пластов угля иногда бывают перекрыты воздухопроницаемыми породами» например горельниками, мощностью от 10 до 100 м и более. Через такие породы в выработанные пространства свободно проникает воздух, что обусловливает необходимость принимать специальные моры по их изоляции.
В качестве одной из мер снижения воздухопроницаемости пород можно рекомендовать их проиливание густой глинистой пульпой с соотношением Т:Ж = 1:5. Пульпу можно подавать в скважины или в специально пройденные траншеи.
Скважины рекомендуется применять при большой мощности горельников (свыше 20 м). Расстояние между скважинами зависит от конкретных условий, но должно быть не более 20 м.
В том случае, когда площадь горельников велика, отдельные замкнутые зоны рекомендуется оконтуривать барьерами, создаваемыми путам тампонажа горельников глинистой пульпой или цементным раствором.
4. ОБНАРУЖЕНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ, КОНТРОЛЬ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОФИЛАКТИКИ, ЛОКАЛИЗАЦИЙ И ТУШЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ
4.1. Контроль за ранними признаками самовозгорания угля
В соответствии с "Правилами безопасности в угольных и сланцевых шахтах" при разработке пластов угля, склонного к самовозгоранию, должен быть организован непрерывный автоматический контроль за ранними признаками самонагревания (самовозгорания) угля с помощью специальной аппаратуры. При отсутствии систем непрерывного автоматического контроля наблюдения за ранними признаками самовозгорания угля должны вестись силами участка ВТБ (или специального участка) и ВГСЧ.
Наблюдению и контролю подлежат все объекты и места горных выработок, в которых возможно самовозгорание угля. При этом особое внимание должно быть уделено наблюдению за пустотами над выработками, выработанными пространствами, местами геологических нарушений, старыми непогашенными выработками, целиками над откаточными и под вентиляционными штреками, охранными целиками угля и др. Места контроля выбираются главным инженером шахты и согласовываются с командиром ВГСЧ, обслуживающей данную шахту.
В основу контроля за самонагреванием угля положен метоп, основанный на замере содержания оксида углерода в атмосфере контролируемого участка.
Признаком самонагревания угля является устойчивое содержание оксида углерода (превышающее его фоновое значение) в атмосфера горной выработки или его увеличение.
При необходимости контролируется также содержание диоксида углерода, водорода, кислорода, предельных и непредельных углеводородов, температуры воздуха, пород и воды.
Для непрерывного определения микросодержаний оксида углерода непосредственно в горных выработках в настоящее время используется стационарная, автоматическая аппаратура "Сигма-СО-В".
Принцип действия газоанализатора основан на измерении поглощения оксидом углерода инфракрасного излучения.
Техническая характеристика
Диапазон измеряемых объемных долей, % 0...0,01
Предел допускаемой приведенной погрешности, % ±6
Время установления выходного сигнала
без учета времени транспортирования, пробы, с, не более 60
Длина пробоотборного зонда, м 200
Передача информации на расстояние, км До 10
Время работы в автоматическом режиме
баз обслуживания, сут., не менее 7
Стабильность показаний, сут., не менее 14
Потребляемая мощность, Вт , не более 50
Габаритные размеры, не более 480x 570x 650
Масса, кг 77
На шахтах, где отсутствуют приборы непрерывного контроля, содержание оксида углерода определяется непосредственно в атмосфере горных выработок при помощи газоопределителей химических ГХ-М или газоанализатора хроматографического "Эндотестер".
Измерение оксида углерода газоопределителем химическим ГХ-М основано на линейно-калориметрическом принципе.
Техническая характеристика газоопределителя ГХ-М
Диапазон измеряемых объемных долей, % 0,0005...0,25
Погрешность определения, % ±25
Срок годности, мес. 36
Масса прибора (аспиратора мехового
и одной коробки трубок), кг, не более 0,52
Газоанализатор "Эндотестер" применяется в угольных шахтах всех категорий по газу и опасных по пыли, как переносной прибор индивидуального пользования с автономными источниками пневматического и электрического питания.
Техническая характеристика
газоанализатора "Эндотестер"
Диапазон измеряемых объемных довей водорода
и оксида углерода, % 0...0,005
0...0,01
0...0,05
0,..0,1
0...0.25
0...0.5
Предел допускаемой приведется основной
погрешности на каждое диапазоне, % 10
Время выхода на рабочий режим, мин, не более 15
Бремя анализа, мин, не более 5
Время непрерывной работы без замены
источников питания, ч, не более 8
Масса без чехла, кг, не более 8
Габаритные размеры, км, не более 290x 372x 120
Для лабораторного определений содержания оксида углерода в пробах рудничного воздуха используется газоанализатор "Сигма-СО-602".
Техническая характеристика
газоанализатора "Сигма-СО-602"
Диапазон измерений объемной доли, % 0,...0,005; 0...0,05
Класс точности 6
Время прогрева, мин 30
Минимальный объем пробы воздуха для анализа, л 0,3
Габаритные размеры, мм 600x 300x 200
Масса, кг 15
Содержание индикаторных газов в рудничном воздухе при наличии очага самонагревания зависит не только от стадии пожара, но и от подачи в выемочное поле воздуха я его утечек в выработанное пространство. Выделение газов на всей температурной кривой разогрева угля и зависимость их содержания в воздухе от вентиляционного режима и его изменения во времени предопределяют присущие газоаналитическому методу ошибки двух родов: первая - при содержании например, оксида углерода менее 0,01 % дается заключение "нет пожара" - при его наличии в стадии установившегося горения; вторая - при высоком содержании индикаторных газов делается вывод о наличии пожара и опасности взрыва горючих газов при фактической температуре в очаге самонагревания менее критической.
Ошибка первого рода устраняется при использовании в ходе контроля показателей в виде отношения индикаторных газов. В этом случае увеличение или уменьшение подачи воздуха в равной степени действует на числитель и знаменатель дроби. Ошибка второго рода устраняется при выполнении двух требований - обязательном определении фона индикаторных газов и применении показателя, позволяющего фиксировать момент перехода стадии возгорания в стадию установившегося горения. Этим требованиям соответствуют два показателя. Первый из них основан на определении соотношения содержания в атмосфере горных выработок оксида углерода к водороду, а второй -этилена к ацетилену. К числу преимуществ последнего относится высокая чувствительность к изменению температуры, позволяющая вести ее контроль а пределах 40...300 °С для бурых и каменных углей. Контроль температуры с применением первого показателя отличается большей оперативностью за счет использования переносного газоанализатора "Эндотестер". Однако он не позволяет оценить динамику изменения температуры в стадиях самонагревания и возгорания, поэтому его целесообразно использовать в качестве дополнительного при классификации эндогенного пожара на раннюю стадию и стадию горения.
4.2. Определение стадий эндогенного пожара по отношению оксида углерода и водорода
4.2.1. Фон индикаторных газов
Исследованиями Восточного отделения ВНИИГД установлено, что в атмосфере действующих и изолированных выемочных участков шахт Кузбасса постоянно присутствуют оксид углерода, водород и углеводороды. Их наличие не обусловлено процессом самонагревания угля. Это явление предложено назвать фоновым содержанием (фоном) индикаторных газов.
Фон индикаторных газов - определенное процентное содержание индикаторных газов в атмосфере, очистного забоя в конкретных горно-геологических условиях при установившихся технологических режимах .отбойки угля, управления кровлей и проветривания очистного забоя без наличия очага самонагревания угля.
Источниками формирования фона индикаторных газов в атмосфере забоя являются: выделение газов из угля и вмещающих пород, низкотемпературное (при обычной шахтной температуре) окисление угля и технологические процессы выемки угля и управления кровлей. После проведения взрывных работ в очистном забое в его атмосфере помимо
повышенного содержания индикаторных газов (оксид углерода, водород, предельные углеводороды) появляются и непредельные углеводороды, которые вымываются вентиляционной струей через 3...4.5 часа.
Таким образом, анализ динамики изменения .содержания индикаторных газов при контроле за самонагреванием угля газоаналитическим методом следует проводить с учетом фона конкретного очистного забоя. Во всех точках контроля за признаками самовозгорания угля, определенных проектом для каждого конкретного выемочного поля, должен первоначально определяться фон индикаторных газов, который будет являться точкой отсчета при рассмотрении динамики содержания индикаторных газов. Наблюдения должны проводиться на Я всех выемочных полях, отрабатывающих пласты угля, склонного к самовозгоранию.
Выбор участков, подлежащих систематическому контролю на пластах угля, не склонных к самовозгоранию, производится главным инженером шахты совместно с командиром ВГСО и горно-техническим инспектором. В первую очередь необходимо обращать внимание на участки:
отработка которых ведется замедленными темпами;
имеющие недостаточную изоляцию со стороны горных выработок или с поверхности (наличие на выходах пласта горельников, отсутствие или недостаточность рыхлых отложений и др.);
с оставленными в выработанном пространстве целиками угля из-за аварий в местах геологических нарушений;
подрабатывающие списанные подземные пожары;
имеющие связь со старыми горными выработками (из-за обрушений, куполов, неизолированных выработок и др.).
Для наблюдений за уровнем фона индикаторных газов в рудничном воздухе и последующего контроля за признаками самовозгорания угля необходимо выбирать такие места в горных выработках, которые находилась бы на дуги движения воздушной струи, прошедшей через место наиболее вероятного очага самовозгорания угля, а разбавление в них выносящихся газообразных продуктов окисления угля свежим воздухом было бы наименьшим.
Выбор точек отбора проб воздуха для определения фона индикаторных газов и последующего контроля за признаками самовозгорания угля следует производить с учетом технологических и вентиляционных схем и их параметров, что обеспечивает большую представительность пробы.
При шаговой системе разработки на подконтрольных действующих участках набор проб воздуха при депрессии необходимо производить из-за перемычек на сбойках в межблоковом целике в точках притока воздуха. Если на участке создается зона нулевого давления, пробы нужно отбирать из-за перемычки на вентиляционном штреке и в верхних сбойках. При нагнетательном способе проветривания наибольшую точность обеспечивают пробы воздуха из воздуховыдающих скважин, пробуренных в выработанное пространство.
Контроль за уровнем фона индикаторных газов следует начинать в лавах и в монтажных нишах; при щитовой системе разработки сразу же после проведения продольного прохода (канавы) под щитом, посадки кровли или потолочины в монтажной камере первого щитового
столба.
Для определения фона индикаторных газов отбираются три пробы
воздуха с интервалом 30 мин. Наблюдения проводятся три раза с интервалом 4...5 суток. Ежедневно вычисляется средняя величина фона.
За уровень фона принимается максимальное значение, полученное по
одному из трех дней. Результата определения фона индикаторных газов оформляются актом комиссии в составе главного инженера шахты,
начальника участка ВТБ к командира взвода ВГСЧ, обслуживающего
данную шахту.
Фоновое содержание индикаторных газов определяется в нерабочий
день или в ремонтную смену при условии отсутствия технологических операций по выемке угля и управлению кровлей (работа комбайна, ведение взрывных работ, передвижка крепи и т.д.). Данное требование обусловлено тем, что пря выполнении технологических операций по выемке угля в комплексно-механизированных лавах концентрация индикаторных газов на исходящей струе очистного забоя повышается в 1,5...2,5 раза, а в очистных забоях со взрывной выемкой на исходящей струе не только увеличивается содержание индикаторных газов, но и появляются непредельные углеводороды.
Перед производством наблюдений проверить состояние подводящих выработок и призабойного пространства лава (отсутствие завалов, загромождений сечения и т.п.), наличие и исправность вентиляционных
устройств, обеспечивающих установленный режим проветривания данного очистного забоя.
В случае изменения геологических или горно-технических условий (появление геологических нарушений в пласте, изменение величины шага посадки, режима проветривания и т.д.) необходимо производить контрольную проверку уровня фона индикаторных газов.
При установлении фона в составе атмосферы забоя должны определять 10 компонентов: диоксид углерода ( СО2), кислород ( О2), оксид углерода ( СО ), водород ( Н2), метан (СН4), этан (С2Н6), пропан ( С3Н8), бутан ( С4Н10), этилен ( С2Н4) и пропилен (С3Н6) Содержание этих газов берется в объемных долях.
При фоновом содержании индикаторных газов (оксида углерода, кислорода и других компонентов) в рудничном воздухе действующих подземных выработок выше предельно допустимых правилами безопасности норм - необходимо приостановить все горные работы и вывеете людей до обеспечения снижения содержания газов в выработках до уровня, соответствующего требованиям привил безопасности.
Наблюдение за признаками самовозгорания угля
Признаки самовозгорания угля необходимо контролировать в тех же точках, в которых определяется фон индикаторных газов.
Определение экспресс-методом содержания оксида углерода в рудничном воздухе действующих выемочных полей производится:
силами ВТБ при отсутствии оксида углерода (или же его наличии в пределах фона) один раз в смену на выемочных полях, проветриваемых нагнетательным способом и один раз в сутки на выемочных полях, проветриваемых всасывающим способом;
силами ВГСЧ при отсутствии оксида углерода (или его наличии в пределах фона) независимо от способа проветривания - два раза в месяц.
При обнаружении оксида углерода в концентрациях, превышающих 0,0017 %, наблюдения должны производиться силами ВГСЧ. Для установления динамики выделения индикаторных газов набор проб рудничной атмосферы производиться в тех же местах в течение последующих двух суток. В случае увеличения содержания индикаторных газов в трех отобранных пробах оформляется акт на самонагревание угля. В дальнейшем частоту отбора проб определяет главный инженер шахты до согласованию о командиром ВГСО.
Все замеры производить в нерабочие смены, между сменами или же в ремонтную смену, но не ранее чем через 4,5 часа после проведения взрывных работ при нормальном и устойчивом проветривании всех забоев и выработок выемочного пола.
При обнаружении превышения содержания оксида углерода над фоновым по показаниям "Сигма-СО-В" или при непосредственном определении оксида углерода в шахте экспресс-методом, работники шахты обязаны отобрать контрольную пробу воздуха для анализа ее в
газоаналитической лаборатории ВГСЧ на определение содержания моноида углерода, кислорода, оксида углерода, водорода, метана,
предельных (этан, пропан, бутан) и непредельных (этилен, пропилен) углеводородов.
Для установления динамики выделения указанных газов набор проб рудничного воздуха производится в тех же местах в течение последующих двух суток. Устойчивое нарастание содержания оксида углерода, водорода, метана и этана над фоновым свидетельствует о самонагревании угля.
4.2.2. Определение стадий эндогенного пожара
Ранняя стадия самовозгорания угля
В этой стадии развития эндогенного пожара происходит быстрый рост температуры от 70...140 до 300...350 °С. Разница между верхней и нижней границами интервала температурной кривой обусловлена петрографическим составом и степенью метаморфизма угля. Продолжительность стадии при благоприятных условиях составляет всего несколько часов.
В окружающей атмосфере увеличивается содержание оксида углерода, водорода и углеводородов. В конце стадии появляются специфический залах и дым, увеличивается содержание метана и диоксида углерода, наблюдается убыль кислорода.
Отличительным признаком ранней стадии является условие
(СО-СОф) / (Н2-Н2ф) > 10
где СОф, и Н2ф- фоновое содержание газов в рудничной атмосфере, %;
C О и Н2- содержание газов в рудничной атмосфере, определенное после начала процесса самовозгорания, %,
Стадия горения
Внешними признаками этой стадии являются устойчивый специфический запах, наличие дыма и появление открытого пламени. В атмосфере резко снижается содержание кислорода и увеличивается содержание диоксида углерода, оксида углерода, водорода, предельных и непредельных углеводородов. Содержание водорода достигает значений, сопоставимых с содержанием оксида углерода, а объемная доля непредельных углеводородов (этилен, пропилен) составляет
10-4% и более. Этот факт позволяет отличить стадию горения от
ранней стадии эндогенного пожара. Признаком стадии горения является
условие
(СО-СОф) / (Н2-Н2ф) < 10
Стадия остывания
При изоляции пожарных участков- для последующего тушения пожарные газа обогащаются оксидом углерода, диоксидом углерода, метаном и предельными углеводородами. В атмосфере непрерывно снижается содержание кислорода до стабильного значения.
Признаками потушенного подземного пожара принято считать:
отсутствие водорода, оксида углерода и непредельных углеводородов (этилен, пропилен) или снижение их содержания до фонового уровня;
снижение температуры вода и воздуха в изолированном участке до температуры, не превышающей более чем на 3...5 °С характерные значения для данного горизонта.
4.2.3. Выбор контрольных точек и периодичность наблюдений
Контроль за ходом тушения эндогенного пожара осуществляется силами НГСЧ путем отбора проб и измерения температуры в выработанном пространстве через контрольные скважины и трубки в перемычках на откаточном и вентиляционном штреках. Обязательным условием использования контрольных скважин и трубок является движение воздуха по ним из изолированного пространства.
Практика использования контрольных скважин, пробуриваема* с поверхности в выработанное пространство пожарного участка, показала их нецелесообразность в тех случаях, когда участок находится в области депрессии. Для подобных участков можно рекомендовать в качестве второй контрольной точки сопряжение вентиляционного штрека с выработанным пространством. В этой же точке целесообразен замер температуры с помощью дистанционных термометров. Пробы воздуха от этой точки до перемычки на вентиляционном штреке отбираются по специальным шлангам с помощью установки УЭ-I илиAKPB -I (рис.4,1а).