Глава 3.Разработка пластов, склонных к самовозгоранию угля

3.1.Общие сведения

Угли некоторых пластов имеют склонность к самовозгоранию в результате окисления кислородом воздуха. Возникающие при этом пожары характеризуются появлением в выработках открытого огня, дыма, запаха гари, газов водорода, окиси углерода и др. Пожары представляют серьезнейшую опасность для работающих в забоях, могут приводить к взрывам газа и угольной пыли и вызывают значительный материальный ущерб. Поэтому мероприятия по предупреждению самовозгорания угля имеют весьма важное значение.

Физическими условиями самовозгорания угля являются: химическая активность его, наличие скоплений измельченного угля в выработанном пространстве или развитая сеть трещин в целиках и массиве, приток воздуха и затрудненная отдача тепла в окружающую среду.

В процессе самовозгорания угля выделяют три стадии: самонагревания, самовозгорания и горения.

Стадия самонагревания угля протекает в интервале температур от 20–50°С до критической 70–140°С. Продолжительность ее определяется инкубационным периодом самовозгорания угля, который колеблется от нескольких месяцев до нескольких дней.

Стадия самовозгорания характеризуется интервалом температур от критической до температуры воспламенения летучих веществ 300–350°С для каменного угля и 650–800°С для углей тощих.

Стадия горения протекает при температуре воспламенения летучих веществ.

Пожары наблюдаются как в подготовительных выработках, так и в выработанном пространстве очистных забоев. В подготовительных выработках пожары происходят в зонах геологических нарушений, в пустотах за крепью, а также после внезапных выбросов. В выработанном пространстве пожары возникают вследствие наличия в нем измельченного угля, оставленных и разрушенных в краевой части целиков, а также вследствие обрушения угольных пропластков, залегающих в кровле пласта (а на крутых пластах и в почве), склонных к самовозгоранию.

3.2.Основные положения по разработке пластов, склонных к самовозгоранию угля

Исходя из физических условий самовозгорания угля, основные меры по их предупреждению сводятся к следующему:

• разработку пластов следует вести без оставления целиков и измель­ченного угля в выработанном пространстве;

• не допускать утечек воздуха через выработанное пространство;

• сроки отработки выемочных участков должны быть меньше продолжительности периода самовозгорания угля.

При бесцеликовой выемке охрану выемочных выработок следует производить бутовыми полосами или проводить выработки по пустым породам.

Запрещается проводить основные горные выработки (наклонные стволы, бремсберги, уклоны, главные и групповые штреки) по пластам, склонным к самовозгоранию угля, их следует располагать по пустым породам.

Места заложения полевых выработок должны исключать возможность обнажения пласта при их перекреплении. Расстояние от нижнего пласта свиты до полевой групповой выработки рекомендуется принимать не менее 15 м по нормали от пласта. Допускается проведение групповых штреков, участковых наклонных выработок (с разрешения технического директора производственного объединения) при сближенном расположении пластов по нижележащему пласту, уголь которого не склонен к самовозгоранию.

Запрещается проведение выработок вприсечку к выработанному пространству. При оставлении целиков угля между выработанным пространством действующего очистного забоя и проводимой выработкой их ширина должна быть такой, чтобы они не разрушались горным давлением, но не должна быть меньше 20 м.

В случае вынужденного оставления целиков в местах геологических нарушений они должны быть обработаны антипирогенами или изолированы гипсовыми или глинобитными "рубашками" толщиной 0,3–0,5 м и оконтуриваться органной крепью или бутовой полосой шириной 5–6 м.

Очистные работы необходимо вести таким образом, чтобы не оставлять измельченный уголь в выработанном пространстве. На крутых пластах уголь, движущийся под собственным весом, остается на крепи (особенно на кострах) и его надо тщательно убирать.

Для предупреждения утечек воздуха через выработанное пространство необходимо применять, как правило, столбовые системы разработки с возвратноточной схемой проветривания на массив угля. Если же по условиям проветривания требуется подсвежение исходящей струи, то необходимо производить тщательную изоляцию выработанного пространства с помощью бутовых полос, чураковых стенок или "рубашек" из пенопласта.

В тех случаях, когда по горно-геологическим или горнотехническим условиям применение столбовой системы разработки затруднено, допускается применять сплошную, однако при этом необходима надежная изоляция выработанного пространства, как показано на рис. 14 .64, а.

Рисунок 14.64 – Схемы изоляции выработанного пространства фенольно-резольным пенопластом (ФРП-1): а – при сплошной системе разработки; б – при столбовой системе разработки с повторным использованием бывшего транспортного штрека в качестве вентиляционного 1 – изоляционная полоса; 2 – изоляционная перемычка

Такая же изоляция необходима и при столбовой системе разработки в случае повторного использования бывшей транспортной выработки в качестве вентиляционной (рис. 14 .64, б).

На крутых пожароопасных пластах необходимо применять полную закладку выработанного пространства дробленой породой, которая исключает утечки воздуха, а при наличии в кровле или почве прослойков самовозгорающегося угля предупреждает их обрушение и попадание в выработанное пространство.

Важное значение для предупреждения пожаров имеет величина депрессии. С ее возрастанием увеличиваются утечки воздуха и создаются условия для самовозгорания угля. В целях снижения депрессии шахты следует применять фланговые схемы проветривания, а на крупных шахтах — блочное вскрытие.

Снижения времени отработки выемочных полей можно достичь двумя путями: увеличением скорости подвигания очистных забоев, которая не должна быть меньше 50 м/мес, и уменьшением из размеров с таким расчетом, чтобы выполнялось условие t_отр<t_инк. Например, при инкубационном периоде самовозгорания угля t_инк=6 мес и скорости подвигания очистного забоя V_оч=50 м/мес максимально допустимый размер выемочного поля будет равен

S_в.п = V_очt_инк = 50  6 = 300 м.

Основным мероприятием по предупреждению самовозгорания угля в подготовительных выработках является предотвращение образования пустот за крепью, особенно на крутых пластах. В этом отношении целесообразно проведение выработок с помощью комбайнов.

Обрушившийся и отслоившийся за крепью уголь необходимо удалять, а полости закреплять и заполнять негорючим материалом.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите физические условия самовозгорания угля.

2. Сформулируйте основные меры предупреждения самовозгорания угля при разработке пожароопасных пластов.

3. Почему на пластах, опасных по самовозгоранию угля, рекомендуется применять столбовые системы разработки?

4. Почему на пожароопасных пластах не допускается проведение выработок вприсечку к выработанному пространству с оставлением ленточного целика угля?

5. Какой способ управления кровлей рекомендуется применять на пожароопасных пластах и почему?

6. В чем состоит идея ограничения времени отработки выемочных полей для предупреждения самовозгорания угля?

7. Перечислите требования к проведению основных выработок на пожароопасных пластах.