Авторы:

Обеспечение пылевзрывобезопасности подземных горных выработок в угольных шахтах: методы и современные тенденции

Ключевые слова:

пылевзрывобезопасность подземных горных выработок угольная пыль взрывы газа и пыли интенсивность пылеотложения осланцевание гидропылевзрывозащита гидрогель контроль качества осланцевания и интенсивности пылеотложения

Текущее состояние. В последние годы в угольной отрасли России при усложнении условий ведения горных работ отмечается повышение объемов и дисперсности взрывоопасной угольной пыли, образующейся при разрушении угольных пластов. Это приводит к неблагоприятным изменениям пылевой обстановки в подземных горных выработках и снижению их пылевзрывобезопасности. Интенсивность пылевыделения и пылеотложения в горных выработках большинства шахт Кузбасса и Воркуты в настоящее время настолько велика, что требуется обрабатывать горные выработки составами, обеспечивающими их пылевзрывобезопасное состояние, не только ежесуточно, но и многократно в течение суток. При этом, чем выше интенсивность пылеотложения и концентрация метана в воздухе горных выработок, тем чаще необходимо проводить обработку.

С учетом того, что все шахты, расположенные на территории Кузбасса и составляющие основу сырьевой базы подземной угледобычи, являются опасными по газу (17 шахт – опасные по внезапным выбросам угля и газа, 26 шахт – сверхкатегорийные, 8 шахт – третьей категории) и взрывчатости угольной пыли, дальнейшее наращивание интенсивности ведения горных работ приведет к обострению и так сложной ситуации по газовому и пылевому фактору.

Решаемая научная проблема. Статистика аварий в шахтах с участием угольной пыли и сопутствующего травматизма, а также данные об условиях труда свидетельствуют о нерешенности вопроса обеспечения безопасности по пылевому фактору, включая обеспечение пылевзрывобезопасности горных выработок. Основными задачами исследования были анализ современных мероприятий по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли и проработка вопроса повышения их эффективности.

Методы исследования. В работе использованы аналитические и теоретические методы исследования, включающие рассмотрение основных причин взрывов угольной пыли в подземных горных выработках; анализ применяемых в настоящее время методов по обеспечению пылевзрывобезопасности как в российских шахтах, так и за рубежом; разработку предложений по снижению вероятности аварий, обусловленных пылевым фактором, и сопутствующих профессиональных рисков.

Детали исследования. Авторами статьи проведен анализ интенсивности пылеотложения на действующих шахтах Кузбасса, результаты которого сведены в таблицу 1.

Таблица 1 – Интенсивность пылеотложения в горных выработках угольных шахт Кузбасса

№ шахты	Интенсивность пылеотложения, Рt, г/м3∙сут.
	Общешахтные выработки	Проходческие забои	Конвейерные выработки	Выработки с исходящей вентиляционной струей из очистного забоя
1	0,1-0,11	0,7-21,6	1,2-42,2	0,1-14,4
2	0,2-1,3	1,2-17,2	1,2	0,2-4,6
3	0,1-0,8	5,1-15,2	1,4-2,8	3,3-18
4	0,08-1,29	0,1-12,33	0,2-12,7	0,1-12,7
5	0,1-0,65	1,2-3,5	1,2	0,2-4,5
6	0,4	21,2	1,2	1,5-16,4
7	0,1-0,24	0,2-2,2	1,2-1,46	1,2-21,0

Фактическая интенсивность пылеотложения Рt варьируется в пределах от 0,1 до 1,3 г/м3∙сут. в общешахтных выработках (путевых и конвейерных уклонах, вентиляционных и конвейерных квершлагах и штреках и др.), от 0,1 до 21,6 г/м3∙сут. в проходческих забоях, от 0,2 до 42,2 г/м3∙сут. в конвейерных выработках и от 0,1 до 21,0 г/м3∙сут. в выработках с вентиляционной струей воздуха, исходящей из очистного забоя.

Следует отметить, что больше всего сосредотачивается пыли в проходческих и очистных забоях, прилегающим к ним на расстоянии 25-150 м участках, в местах перегрузки угля в конвейерных выработках. При этом в ряде конвейерных выработок в местах перегрузки горной массы значение интенсивности пылеотложения превышает нижний предел взрываемости (таблица 2).

Таблица 2 – Пределы взрываемости угольной пыли, отложившейся в горных выработках угольных шахт Кузбасса

№ шахты	Нижний предел взрываемости отложившейся угольной пыли, σотл, г/м3
	Общешахтные выработки	Проходческие забои	Конвейерные выработки	Выработки с исходящей вентиляционной струей из очистного забоя
1	34-36	36	34-36	42
2	34-45	34-45	34-45	28-34
3	32-40	40	32-40	40
4	34	34	34	34
5	35	35	35	35
6	23	26	23	23
7	34-41	34-41	34-41	34-41

Так при σотл = 36 г/м3 Рt = 36,7 г/м3∙сут., при σотл = 34 г/м3 Рt = 42,2 г/м3∙сут. При такой интенсивности пылеотложения мероприятия по приведению выработок в пылевзрывобезопасное состояние осуществляются с периодичностью 3-4 раза в сутки.

Осланцевание является основным средством обеспечения пылевзрывобезопасности подземных горных выработок шахт большинства угледобывающих стран. Однако, нередко выявляются несоответствия в содержании негорючих веществ в отложившейся угольной пыли в смеси с инертной относительно нормы осланцевания. Процедура осланцевания не влияет на концентрацию взрывоопасной взвешенной и перемещаемой воздушными потоками угольной пыли. Наоборот, сланцевая пыль снижает видимость при ее использовании, может попадать в глаза и органы дыхания работников, может также слеживаться и теряет свои «защитные», в т.ч. гидрофобные свойства пропорционально увеличению значения влажности воздуха.

Методы, заложенные в приборной базе по оперативному измерению запыленности, интенсивности пылеотложения и качества осланцевания, хоть и являются современными, но дают достаточно высокую погрешность (до 20%), что не всегда приемлемо.

По мнению авторов, обработка горных выработок с определенной интенсивностью пылеотложения пылесвязывающими растворами может оказаться в некоторых случаях предпочтительнее осланцевания. В качестве пылесвязывающего состава предлагается рассмотреть водный раствор гидрогеля.

Заключение. Добываемые в Кузбассе угли характеризуются высоким выходом летучих веществ, относительно небольшой зольностью, что делает образующуюся в процессе ведения горных работ угольную пыль чрезвычайно взрывоопасной. Фактическая интенсивность пылеотложения весьма близка к нижнему пределу взрываемости, а в некоторых горных выработках превышает его.

С учетом описанных в работе недостатков применяемого повсеместно на шахтах осланцевания, актуальным представляется использование для определенных условий водных растворов гидрогелей вместо инертной пыли. Данное техническое решение может быть интересно при его должном научно-техническом обосновании, так как его использование позволит улучшить пылевую обстановку в подземных горных выработках и снизить вероятность взрывов с участием угольной пыли. В настоящее время, авторами начата работа по исследованию физико-химических, в т.ч. адгезионных свойств растворов гидрогеля.