Метод дегазации угольных шахт с помощью сепаратора СЦВ-7

При сравнении нескольких вариантов использования шахтного метана по показателю «прибыль» возможно возникновение разногласий при учете абсолютной либо удельной прибыли.

-изменение рентабельности производства в результате реализации мероприятий по использованию шахтного метана.

Рентабельность производства связывает получение эффекта с производственным капиталом. По критерию рентабельности выгоден не всякий прирост прибыли, а лишь тот, который опережает прирост основных фондов и оборотных средств. Поэтому рентабельность является более требовательным и более широким критерием, чем прибыль.

В настоящее время газ, извлекаемый при дегазации угольных пластов, в основном применяется в качестве топлива для шахтных котельных, в различных странах его доля от общего количества используемого газа составляет 20 - 90%.

Следует отметить, что при использовании каптируемого газа в качестве топлива снижается расход угля на собственные нужды шахт и уровень загрязнения окружающей среды.

Кроме того, сокращается численность обслуживающего персонала, улучшаются условия труда, увеличивается срок безремонтной эксплуатации котлов и упрощается технология эксплуатации, например, ликвидируется операция золоудаления.

Для расчета эколого-экономической эффективности рассмотрим такой пример: в поселке городского типа «Солнечный» ведется добыча шахтного метана, извлекаемого при помощи сепаратора СЦВ-7. Добытый метан аккумулируется и впоследствии продается в соседний регион. Жители поселка городского типа «Ленинский» используют шахтный метан как топливо для электростанции.

Тогда эффекты, получаемые при этом способе добычи, складываются по формуле:

Э суммарный. = Э Экологический + Э Социальный + Э экономический

1)Э экологический: сокращаем выбросы метана в атмосферу(РАСКРЫТЬ),но надо сделать приписку, что в данной работе не рассматриваем данный эффект в денежной форме т.к. это отдельное научное исследование. Снижается выброс вредных веществ в атмосферу: пыли на 40 -50%; оксида углерода - на 90 - 100%; оксидов азота - на 40 - 50%; углерода, сернистого газа и альдегидов - на 100%.

Главным источником угольного метана являются древнейшие залежи каменного угля карбонового периода. Этот "подземный дракон" извергает в атмосферу миллиарды кубов метана. Вентиляционными потоками угольных шахт страны ежегодно выбрасывается миллиарды кубометров газа. Попадая в атмосферу, он влияет на развитие парникового эффекта, ведущего к глобальному потеплению климата. По оценкам ведущих специалистов, метан имеет колоссальный потенциа парникового газа, превышающий в 21 раз двуокись углерода - основного соединения в индустриальных выбросах.

В соответствии с Киотским протоколом Россия приняла на себя обязательства по снижению выбросов в атмосферу парниковых газов

В данной работе не рассматриваем данный эффект в денежной форме т.к. это отдельное научное исследование.

2)Э Социальный - улучшаем условия жизнедеятельности человека проживающего в этом регионе .

- налоги от продажи метана идут в местный бюджет, что дает новые возможности для финансирования социальных проектов.

-в связи с продажей метана соседям в поселке появляются новые рабочие места (складирование, продажа). Это позволяет повысить трудовую занятость в поселке.

-новое предприятие (связанное продажей метана и его складированием) может вести постройку объектов общественной значимости, таких как спорт площадка, стадионы, санатории, что в целом способствует улучшению условий жизнедеятельности на данной территории.

В данной работе также не рассматриваем данный эффект в денежной форме т.к. это является отдельным научным исследованием.

3)Э экономический:

А) Период - 2 года

Б) Объем собранного газа за 2 года составил 30000 м (куб)

В) Цена 1 м (куб)= 12,55 руб.

Э экон = 30 000х12,55=376 500

Э суммарный. = Э Экологический + Э Социальный +376 500

Вывод:

Общий эффект равен: Э общ = Э сумм - З(затраты). Затраты включают: на строительно-монтажные работы, затраты на приобретение и монтаж оборудования и прочие(хранение,транспортировка и др.)

Таким образом, дегазация шахтного метана имеет экологический, социальный и экономический эффекты. В данной работе рассмотрен последний.

Проходя по горным выработкам, атмосферный воздух изменяет свой состав:

· Уменьшается содержание кислорода (О2).

· Увеличивается содержание азота N2 и Углекислого газа (CO2).

· Выделяются другие вредные и ядовитые газы (угарный газ, окислы азота, сероводород и др.).

В соответствии с ПБ в угольных шахтах должны быть соблюдены следующие нормы чистоты воздуха:

· Кислорода - не менее 20%;

· Оксида углерода (СО) - не более 0,0017% (1%-смерть!, взрывается при 13,5-70%);

· Окислов азота - не более 0,00025%;

· Двуокись углерода (СО2);

· Сероводород (Н2S) - не более 0,00071%, образуется при разложении органических веществ и горении угля, имеет запах тухлых яиц;

· Сернистый газ (SО) - не более 0,00038%, сильный раздражающий запах, тяжелее воздуха, образуется при взрывных работах, пожарах, ядовит (0,05 - !);

· Окислы азота (NО2) - не более 0,0026, тёмно-бурый цвет и резкий запах, тяжелее воздуха;

· Аммиак - до 0,002, ядовит, резкий запах;

· Водород (Н2) - горит и взрывается при концентрации 4-96%. Температура воспламенения на 100-200 градусов ниже, чем у метана;

· Компрессорные газы - продукты разложения смазочных масел компрессоров. Для предотвращения их образования необходимо устанавливать фильтры и маслоотстойники.

Охлаждающее действие воздушной среды представляет собой совокупное воздействие на человеческий организм температуры, скорости воздуха, влажности. Для определения пользуются кататермометром, который представляет собой спиртовой термометр с уширением в верхней части и спиртовым резервуаром в нижней.

Вдыхаемые с воздухом мелкие частички пыли могут вызвать заболевание лёгких - пневмокониоз (угольный - антракоз, породный - силикоз).При нормальном состоянии носоглотки и дыхательных путей, до 90% вдыхаемой пыли задерживается, но крупные пылевые частицы сильно травмируют слизистую оболочку.

Под влиянием пыли происходит перерождение лёгочной ткани. При попадании в лёгкие породной пыли, содержащей SiO2, образуется кремниевая кислота H2SiO3, ускоряющая разрушение.

Пневмокониоз развивается достаточно медленно (до10-15 лет). Возможность возникновения заболевания зависит от массы вдыхаемой пыли и содержания в ней SiO2. Наиболее опасна пыль 0,1-0,2 мкм.

ПДК для пыли, при содержании в ней SiO2:

· SiO2> 70% - 1мг/м3;

· SiO2 = (10-70)% -2 мг/м3;

· SiO2 = (5-10)% - 4 мг/м3;

· SiO2 до 5% - 10 мг/м3 (6 мг/м3 - антрацитовая пыль)

Активных средств лечения пневмокониоза не существует, поэтому основная работа ведётся в направлении профилактики и ранней диагностики.

Меры профилактики пневмокониоза

· медосмотры;

· лечебно-профилактические мероприятия;

· уменьшение пылеобразования, пылеподавление (инженерно-технические мероприятия);

· противопылевые респираторы.

Согласно ПБ, на каждой шахте должен быть проект комплексного обеспыливания, утверждённый техническим директором.

Инженерно-технические мероприятия делятся на три группы:

1. Снижение или устранение пылеобразования;

2. Подавление и улавливание пыли;

3. Вынос летучей пыли из выработок и обеспыливание воздушного потока.

· запрещается подача свежей струи воздуха по стволам, оборудованными скипами, опрокидными клетями;

· не допускается подача свежего воздуха по наклонным стволам и выработкам оборудованным ленточными конвейерами за пределами выемочного участка;

· при прочих равных условиях следует отдавать предпочтение технологиям, уменьшающим пылеобразование;

· разработка и применение технологий ведения очистных работ без постоянного присутствия людей в лаве;

· предварительное увлажнение угля в массиве;

· орошение: очистные и проходческие комбайны, места перегрузки, погрузки, разгрузки;

· пневмогидроорошение: применение водовоздушной смеси (туманообразователи - могут образовывать облако длинной до 50-70 метров);

· подавление пыли пеной;

· воздушные эжекторы: водяной факел, вырываясь из форсунки создаёт тягу воздуха (эжекцию), образуется тонкодисперсионная смесь;

· пылеулавливание: на очистных и проходческих комбайнах и бурении скважин;

· обеспыливающее проветривание: при скорости струи, достаточной для выноса пыли от места образования, но при этом осевшая пыль не взмётывается. Оптимальная по пылевому фактору скорость струи в подготовительных забоях 0,4-0,6 м/c, в очистных 1,5-3 м/c (max 4 м/c min 0,25 м/c).

Таблица 5.1 Уровни шума на рабочих местах и в рабочих зонах не должны превышать предельно-допустимых значений

Оборудование с повышенным уровнем шума должно устанавливаться в местах, где шум не мешает производственному процессу.

L = 10 log (I / I0) = 20 log (Р / Р0), дБ

где: I - интенсивность шума, I0 - интенсивность звука на пороге слышимости (10-12), Вт/м2

Болевой порог Lб = 140 дБ

Вибрация

L1 = 20 log (V / V0), dB, V0 = 5*10-8 м/с -

виброскорость, соответствующая давлению Р0 = 2*10-5 Па

L2 = 20 log (a / a0), dB, a0 = 3*10-4 - виброускорение

Для освещения применяют:

· сетевое освещение:

o стационарное действует в течении всего срока службы выработки;

o полустационарное переносится по мере продвижения забоя;

o местное освещение применяется на передвижных машинах.

· аккумуляторные переносные светильники:

o ручные - аккумулятор составляет единое целое с лампой;

o головные (СГГ1К, "Кузбасс", СГВ-2, "Украина").

В шахтах применяются светильники РН, РП и РВ исполнения. Для питания электросветильников, применяемых в очистных забоях и ламп, встроенных в машины используется напряжение не более 127В, остальных выработок - 220В. ПБ §531 Светильниками, питаемыми от электросети в подземных условиях должны освещаться:

· электромашинные, лебёдочные и диспетчерские камеры, ЦПП, локомотивные гаражи, здравпункты, раздаточные камеры ВМ, подземные ремонтные мастерские;

· транспортные выработки в пределах ОД.;

· приёмные площадки уклонов и бремсбергов, разминовки в околоствольных и участковых откаточных выработках, участки выработок, где производится перегрузка угля, пункты посадки людей в транспортные средства и подходы к ним;

· призабойное пространство стволов, сопряжений и камер при проходке и проходческие подвесные балки;

· очистные выработки на пологих и наклонных пластах, оборудованные механизированными комплексами и струговыми установками;

· постоянно обслуживаемые электромашинные установки, передвижные подстанции и распредпункты, вне пределов спец. камер;

· выработки оборудованные ленточными конвейерами и подвесными канатно-кресельными дорогами, предназначенные для перевозки людей;

· людские ходки, оборудованные механизированной перевозкой людей;

· призабойное пространство подготовительных выработок, проводимых с применением проходческих комплексов или комбайнов, должно освещаться встроенными в комплекс или комбайн светильниками.

Освещение способствует снижению травматизма и повышению производительности труда (до 25%).

Нормы освещённости в основных горных выработках:

· очистной комплексно-механизированный забой, Е = 5 лк;

· проходческий забой, Е = 10 лк;

· откаточные и вентиляционные штреки, Е = 1 лк;

· стрелочные переводы, Е = 2-5 лк;

· машинные камеры (ЦПП, РПП, водоотлив), Е = 10 лк.

Нормативные значения факторов

Подземные аварии - внезапное нарушение нормального состояния выработок, механизмов и состава рудничной атмосферы, в результате которого создаётся угроза жизни людей, занятых на подземных работах. Виды аварий (по масштабу):

1. Аварии, которые отражаются на работе предприятия в целом или его отдельных производств: взрывы газа и пыли; внезапные выбросы угля и газа; внезапные выделения газа; прорывы воды или обводнённой горной массы; прорывы газа из пожарных участков; взрывы на складах ВМ; пожары в подземных выработках, надшахтных зданиях, сооружениях и складах ВМ; аварии на подъёмных установках, центральных водоотливах и компрессорных установках, вызвавшие достаточно длинные простои предприятия; аварии вентиляторов главного проветривания; обрушения в стволах шахт, вызвавшие остановку подъёма.

2. Аварии, которые отражаются на работе отдельного участка (цеха): обрушение очистных и подготовительных выработок; завалы главных вентиляционных и откаточных выработок; горение и вспышки газа в подземных выработках, не вызвавшие взрыва и пожара; аварии участковых подъёмных и вентиляционных установок; загорание крепи, кабелей и пр. материалов; обрушение или разрушение зданий и сооружений в результате ведения взрывных работ или подработки горными выработками.

3. Наиболее опасные аварии: взрывы метана и угольной пыли, пожары, внезапные выбросы и суфлярные выделения метана.

Виды воспламенения:

1. Медленное горение (0,3-0,6 м/с)

2. Вспышка (до 10 м/с)

3. Взрывное горение (до сотен метров)

4. Детонация (километры в секунду)

Вспышка переходит во взрыв постепенно, скорость фронта пламени и давление ударной волны нарастает постоянно. Взрыв - воспламенение, сопровождающееся ударной волной. Взрывы газа в шахте сопровождаются прямым и обратным ударами. Различают первичное (взрыв) и вторичное (досжигание) пламя.

Взрыв газовоздушных смесей

· Метановоздушная смесь при t ~ 600°C воспламеняется через 10 секунд;

· при ~ 1000°C - через доли секунд;

· при t ~ 1300°C - практически мгновенно взрывается.

Пределы взрываемости смеси горючих газов характеризуются треугольником взрываемости.

· Н = 4-74% - водород (400 °С);

· СО = 12,5-75% - угарный газ;

· СН4 = 5-15% - метан (600 -650°С);

· СН4 = 6% - наиболее взрывоопасная концентрация;

· СН4 = 9,5% - максимальный взрыв.

Степень взрываемости пылевоздушной смеси зависит от:

· размеров пылинок (дисперсность);

· химического и минерального состава пыли (пыль, при содержании в ней негорючих компонентов от 60-70% не взрывчата);

· выхода летучих при нагреве (Vdaf > 5-7%, при Vdaf = 15% - пласт опасен по пыли);

· количества летающей пыли (10-600 гр/м3);

· наличия в атмосфере горючих газов (например, при СН4=0, нижний предел взрываемости пыли 40 гр/м3; при СН4=0,5% - 30 гр/м3; при СН4=2% - 10 гр/м3;

· влажности пыли (при влажности 20-25%, пыль, как правило, не взрывается).

ГАЗОВЫЙ РЕЖИМ

Основным мероприятием против скопления метана является вентиляция, которая считается эффективной, если во всех действующих выработках будет допустимая концентрация метана.

1. В зависимости от взаимного расположения стволов различают секционную и единую схемы проветривания. При единой схеме - воздухоподающий ствол связан со всеми вент. стволами, вскрывающими поле. Секционную схему применяют на крупных шахтах, с выделением метана более 10 м3/т, суточной производительностью более 6-и тыс. тонн и простиранием шахтного поля более 6 км. В пределах единой и секционной схем различают центральную, фланговую и комбинированную схемы проветривания.

o Центральная схема проветривания шахты характеризуется расположением воздухоподающего и воздухоотводящего стволов в центре шахтного поля. Схему целесообразно применять при разработке относительно небольших шахтных полей (не более 4-х км по простиранию) и не выше третьей категории по газу;

§ Недостатками схемы являются: двойной путь движения воздуха, что приводит к необходимости повышения депрессии; переменная величина депрессии; большие утечки воздуха через выработанное пространство.

§ Достоинствами схемы являются: меньшие капитальные затраты, быстрый ввод в эксплуатацию; концентрация всех сооружений поверхности в одном месте.

o Фланговая схема проветривания

o Комбинированная схема проветривания

2. Способ проветривания шахты - совокупность средств, создающих разницу давления воздушного потока, необходимую для движения воздуха по горным выработкам в заданном направлении и с требуемым расходом. Во всех шахтах в соответствии с ПБ, применяется искусственное проветривание, с учётом величины и направления естественной тяги (депрессии).

o Всасывающий способ проветривания шахты - депрессия определяется, как разность между атмосферным давлением и разряженным воздухом в устье ствола;

o Нагнетательное проветривание - применяют при разработке месторождений, склонных к самовозгоранию, на шахтах опасных по углекислоте;

o Комбинированный способ - участки, расположенные около центральных стволов проветриваются по центральной схеме, а участки у границ шахтного поля - по фланговой. Рекомендуется применять на крупных предприятиях, разрабатывающих пласты на нескольких горизонтах. Для раздельного проветривания используются подготовительные выработки первого горизонта и очистные второго.

o Обеспечение восходящего направления движения воздуха во всех исходящих струях (ПБ допускает исключение для угла наклона до 10 градусов и выработок протяжённостью до 30-и метров). Допускается нисходящее проветривание очистных забоев при угле наклона более 10 градусов, но при скорости воздуха не менее 1 м/с;

o Применение прямоточной с подсвежением схемы проветривания выемочных участков с выдачей исходящей вентиляционной струи из лавы на выработанное пространство;

o Изоляция остановленных выработок и отработанных участков (для снижения газовыделения из отработанных полей);

o Применение эффективных способов борьбы с внешними и внутренними утечками воздуха (для обеспечения максимального количества воздуха потребителю);

o Управление метановыделением в выработках (за счёт влияния горнотехнических факторов); Обеспечение распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети в соответствии с фактическим газовыделением в горной выработке (для недопущения превышения ПДК);

o Систематический контроль за состоянием проветривания (воздухораспределения, аэродинамическое качество крепи, дипрессия вентиляционной струи шахты).

3. Сокращение метановыделения в горной выработке достигается:

o путём применения дегазации под- и надрабатываемых пластов - спутников, а также разрабатываемых пластов;

o применяют так же отвод метана из полостей, суфляров и выработанного пространства;

o метановыделение, имеющее внезапный характер, из трещин, а также шпуров скважин, вскрывших газопроводящие трещины.

4. Предотвращение возможности воспламенения и взрывов метана достигается:

o исключением открытого огня в горных выработках (ПБ §57);

o соблюдением мер использования электроэнергии (оборудование в специальном исполнении, отключение энергии АГЗ при превышении ПДК);

o соблюдением мер по технике безопасности при взрывных работах (комплекс проветривания, применение предохранительных ВВ и электровзрывания, соблюдение ПДК метана - не более 1%, выполнение требований пылевого режима);

o пылевой режим.

5. Локализация взрывов газо-воздушной среды.

Дегазация горных выработок включает в себя мероприятия уменьшающие газоносность пород и мероприятия по консервации газа в пласте. Эффективность дегазации оценивается коэффициентом дегазации.

ПЫЛЕВОЙ РЕЖИМ

Пыль - это аэрозоль двухфазной системы (твёрдое тело - газ), если степень измельчения твёрдого тела настолько велика, что в неподвижном воздухе, при давлении 700 мм ртутного столба и температуре 20 градусов, частички твёрдого тела, на которое действует только сила тяжести, будут опадать с постоянной скоростью менее 500 мм/сек, или совершать броуновское движение. Удельный выход пыли - количество пыли поступающей в воздух на единицу массы отбитой или погруженной горной массы. Этот показатель зависит от прочности, влажности, действия оросительных устройств, характера режущего и отбойного инструмента. Интенсивность пылеобразования - количество пыли, поступающей в воздух в единицу времени. В определённых условиях (содержание свыше 15% летучих веществ, крупности пылинок 0,01-0,1мм и концентрации 16-2000г/м3), угольная пыль, во взвешенном состоянии, взрывается от источника тепла и поддерживает взрыв метано-воздушной смеси.

Мероприятия пылевого режима делятся на четыре группы:

1. Мероприятия препятствующие образованию пыли и снижающие запылённость воздуха. К ним относятся все меры инженерно-технического характера по борьбе с пылью, как с профвредностью (§2.2). Удельное пылеобразование в шахте достигает 1000 г/т и более, санитарная норма 1-10 мг/м3.

2. Мероприятия направленные на нейтрализацию взрывчатой способности осевшей пыли в выработках (побелка, обмывка, связывание). Периодичность обмывки и связывания угольной пыли определяется расчётным путём и зависит:

o от нижнего предела взрываемости данной пыли;

o интенсивности пылеобразования; концентрации метана в выработке;

o вида мероприятий (вода, раствор ПАВ и т.п.ю).

3. Мероприятия, предотвращающие появление источника воспламенения (те же, что для газового режима, пункт 5).

4. Мероприятия, приводящие к локализации возникших взрывов пыли: осланцевание выработок, применение водяных или сланцевых заслонов. Смысл применения заслонов состоит в мгновенном увеличении зольности (влажности) и охлаждения газопылевого облака. Заслонами изолируют (ПБ §266) очистные забои, забои подготовительных выработок, проводимых по углю или углю и породе; крылья шахтного поля, пожарные участки, конвейерные выработки.

ВИДЫ КОНТРОЛЯ ВОЗДУХА:

· Отбор проб воздуха для газоаналитических лабораторий ВГСЧ. Согласно ПБ для негазовых шахт, шахт I и II категорий, пробы воздуха отбираются не реже одного раза в месяц. На шахтах III категории и сверхкатегорных - два раза в месяц.

· Выполняемый надзором ВТБ и эксплуатационных участков;

· При помощи аппаратуры АГЗ.

Контроль вентиляции в горных выработках предусматривает:

· Проверку количества воздуха поступающего в г.в., его распределения по участкам и подготовительным забоям.

· Определение скоростей движения воздуха и соответствия их требованиям безопасности.

· Проверку качественного состава воздуха для обеспечения санитарно - гигиенических требований и безопасного ведения работ.

· Проведение депрессионных съёмок.

Расход воздуха может быть измерен расходомерами различных конструкций, которые позволяют определить количество воздуха либо сразу, либо косвенно с помощью анемометров. На шахтах применяются расходомеры типа "ДК" (Днепропетровск).

Прибор представляет собой кольцевые весы: полое кольцо с перегородкой, разделяющей на две сообщающиеся между собой части, заполненные дистиллированной водой или ртутью. В нижней части кольца закреплён уравновешивающий груз, которым устанавливается необходимый предел измерений. К левой и правой частям кольца по трубкам передаётся статическое и полное давление воздуха от трубки Пито, установленной в канале вентилятора. В результате разности, подводимых к частям кольца давлений, происходит перемещение жидкости в полость кольца с меньшим давлением, кольцо поворачивается до установления равновесия. Угол поворота отмечается на шкале прибора и одновременно на бумажной ленте (у диспетчера). Трубка Пито имеет наконечник, державку, центральный канал соединённый с "+"-м концом и кольцевую прорезь, соединённую с "-"-м концом. Через концевую прорезь передаётся статическое давление, а через центральный канал полное.

Соответственно скоростной напор Hск = Hполн - Hст, скорость движения V = (2Hск /с)Ѕ

Косвенный способ определения расхода воздуха (анемометры). Контроль осуществляется в исходящих струях очистных и подготовительных выработок, крыльев пластов, горизонтов и шахт в целом. В поступающих главных воздушных струях шахт, местах разветвлений, у забоев подготовительных выработок, у ВМП, у поступающих и исходящих струй камер. Расход воздуха в шахтах до 2-й категории должен осуществляться не реже одного раза в месяц, 3-й категории - два раза, в сверхкатегорийных - три раза. Расход у ВМП - не реже одного раза в месяц.

Определение расхода воздуха заключается в измерении средней по сечению выработки скорости расхода воздуха Q = VS. Применяется анемометр АСО-3 (крыльчатый), с диапазоном измерений 0,3-5 м/с (погрешность 0,1-0,06 м/с) и МС-13 (чашечный) с диапазоном 1-20 м/с (погрешность 0,2).

АСО-3 состоит из крыльчатки, обечайки, счётного механизма, орриетира, рукоятки. Давление воздуха приводит крыльчатку во вращение, которое передаётся через счётный механизм на стрелки прибора. Включение и выключение счётного механизма производится орриетиром. При определении скорости движения воздуха следует записать показания до измерения и поместить таким образом, чтобы его колесо было обращено навстречу потоку воздуха. Убедившись, что крыльчатка (чашечки) преодолели инерцию прибора (около 30 сек) и вращается с установленной скоростью, включить счётчик прибора и секундомер. Через 100 секунд одновременно выключить, записать показания. Находим количество делений в единицу времени (n = (П2-П1)/t. Для пересчёта числа делений в фактическую скорость, к каждому анемометру прилагается тарировочное удостоверение, графически показывающее зависимость скорости от числа делений Vt = f(n)). Для получения средней скорости движения воздуха по сечению выработки, вводится поправка на способ замера: k = 1,14 (при способе "перед собой" - замерщик, стоя посреди выработки, обводит на вытянутой руке анемометр по сечению) и k = (S-0,4)/S (при замере "в сечении" - замерщик спиной к стенке выработки). В Германии разработаны анемометры, с помощью которых можно сразу определить расход воздуха: LCA-600 (0,25-30 м/с), AV (определяет также и расход воздуха 0,002-3000 м3/с).

Общие правила замера анемометрами:

· выбираются прямые, незагрмождённые участки;

· для более точного замера расхода воздуха устраивают замерные станции (участки выработки длиной более 4-х метров, обшитые досками)

· на каждой станции устанавливаются доски, на которые заносятся результаты измерений.

Запылённость воздуха характеризуется массой пыли, взвешенной в единице объёма воздуха. Для оценки условий работы, степень запылённости воздуха определяют следующими методами:

· весовой;

· счётный;

· седиментационный;

· электрический.

Для весового определения концентрации пыли, находящегося в воздухе, необходимо осадить пыль из некоторого объёма воздуха на фильтры и определить её массу.

М = (n2 - n1)/Q (мг/л);

М = (n2 - n1)*1000/Q (мг/м3);

где: М - массовая концентрация; n - масса фильтра до и после отбора проб; Q - количество воздуха протянутого через фильтр.

Прибор АЭР-4 (АЭР-4м, АЭА)

Сжатый воздух из баллона, через штуцер, поступает в редуктор, где давление снижается до 7-и атмосфер. Редуктор имеет предохранительный клапан, отрегулированный на 10-12 атмосфер. Из редуктора, воздух, через перекрывной клапан поступает в эжектор, который осуществляет протягивание запылённого воздуха через фильтр и автоматический регулятор потока. Одновременно с подачей воздуха включается секундомер.
Счётный (косиметрический). Приборы, работающие на использовании инерционности пылинок, составляют самую многочисленную группу приборов для измерения запылённости воздуха.

Струя запылённого воздуха, всасываемая в сопла, ускоряется и на выходе имеет скорость до 300м/с. По выходе из сопла, струя воздуха ударяется в стеклянную пластинку, расположенную перпендикулярно её направлению, изменяет направление (на 90 или 180 градусов), одновременно значительно уменьшая скорость движения. Вследствие этого, пылевые частицы, обладающее большей инертностью, чем воздух, оседают на стеклянной пластинке, покрытой клеящим составом. Запылённость оценивается подсчётом под микроскопом числа пылинок к объёму протянутого воздуха.

Концентрация метана контролируется во всех выработках, где он может выделяться или скапливаться. Сменный ИТР участка замеряет концентрацию метана у забоев действующих тупиковых выработок, в исходящих струях подготовительных и очистных выработок шахт III категории, сверхкатегорийных, опасных по внезапным выбросам угля и газа - не менее трёх раз в смену. (сначала меряется метан, затем СО).

Шахтный интерферометр типа ШИ основан на принципе смещения интерференционной картины с разностью показателей преломления когерентных лучей света, пропускаемых через чистый (эталонный) воздух и воздух с определённой примесью метана.

Внезапные выбросы - это быстропротекающий процесс разрушения горного массива, сопровождающийся отбросом угля и усиленным газовыделением. Обычно внезапные выбросы появляются при глубине разработки 200-300 метров, с ростом интенсивности с увеличением глубины разработки, мощности и угла падения пласта. Воркутинское месторождение считается опасным по выбросам при давлении в скважинах не менее 10 атмосфер. Пласты подразделяются на:

· выбрасоопасные;

· угрожаемые;

· не выбрасоопасные.

К выбрасоопасным относят пласты в пределах шахтного поля ниже вентштрека того горизонта, на котором имели место случаи выброса. При системе отработки длинными столбами по восстанию (падению), пласт считается опасным до 100 метров выше отметки места выброса.
Угрожаемый - пласт имеющий общую границу с опасным пластом по простиранию. Согласно эмпирической теории выброса, внезапный выброс происходит в две фазы:

1. Подготовительная: под воздействием горного давления возникают колебания колебания напряжённого состояния горных пород и угольного пласта (т.к. породы и пласт состоят из пачек различной крепости). Чем менее однороден пласт, тем более скачкообразен переход от одного состояния к другому. Происходит нарушение равновесия между свободным газом и газом, находящемся в угле в связанном состоянии.

2. Собственно выброс. При полёте частиц раздробленного угля, из них также выделяется газ, что ведёт к дальнейшему дроблению, при чём образуется тончайшая пыль.

Признаки внезапного выброса:

· уменьшение прочности угля;

· выдавливание угля из забоя;

· отскакивание кусков угля, шелушение забоя;

· появление пылевого облака;

· резкое повышение газовыделения;

· усиление давления на крепь;

· зажим буровых штанг;

· выброс штыба и газа при бурении скважин;

· гул в массиве.

Прогнозы:

1. Региональный. Основан на определении свойств керновых образцов угля. Определяется выбросоопасность месторождений и пластов на стадии геологоразведочных работ. Необходим для составления проектов новых шахт.

2. Локальный. Определяется выбросоопасность в пределах шахтного поля для установления критических глубин с которых происходят выбросы. Проводятся перед вскрытием пластов стволами, квершлагами и другими выработками.

3. Текущий. Для выявления выбросоопасных зон в очистных, подготовительных и нарезных выработках. Основан на изучении скорости газовыделения из шпуров, крепости угля в массиве, давления газа, сейсмоакустических свойств пласта.

В результате прогноза выделяются опасные и угрожаемые зоны, наносятся на планы работ, что позволяет разработать планы предупреждения, организовать контроль. При подходе забоя к предполагаемому нарушению на расстояние не менее 25-и метров прогноз ведётся через каждые 4-5 метров. По максимальным значениям замера, по номограмме данного бассейна оценивается опасность пласта. Если забой вошёл в опасную зону, то необходимо применение специальных профилактических мер. При выходе из опасной зоны и отходе на 25 метров, прогноз прекращается. В лаве контрольные шпуры бурят через каждые 10 метров и зона считается опасной, если хотя бы в одном из них скорость газовыделения достигает 5-и л/мин, а размер опасной зоны ограничивается соседними шпурами, где скорость менее 5-и л/мин.

Содержание спецпроекта на отработку выбросоопасных пластов

1. прогноз выбросоопасности пластов;

2. предусмотрена опережающая отработка защитного пласта;

3. порядок вскрытия и отработки;

4. способы предотвращения выбросов и контроль их применения;

5. мероприятия обеспечения безопасности рабочих.

Требования к технологии ведения подготовительных и очистных работ

· должен быть составлен комплекс мер по борьбе с выбросами;

· разработка незащищённых пластов - столбовыми системами;

· предусматривает заложение полевых выработок не менее 5-и метров от пласта;

· должны выделяться спец. смены для выполнения подготовительных работ;

· при угле падения более 10-и градусов - выработки проводятся сверху вниз, с применением всех противовыбросовых мероприятий;

· в защищённых зонах допускается проведение выработок снизу вверх, с соблюдением всех правил;

· выемка угля - узкозахватными комбайнами;

· управление кровлей - полным обрушением или полной закладкой (допускаются другие способы по спец.согласованию).

Способы борьбы с выбросами:

· опережающая отработка защитных пластов (несклонных к выбросам);

· межпластовая дегазация;

· бурение опережающих скважин;

· гидровымыв;

· торпедирование;

· выбуривание щелей.

Наиболее безопасной по внезапным выбросам являются системы разработки длинными столбами, которые обеспечивают:

· заблаговременное обнаружение нарушений;

· дегазация краевых частей лавы;

· рассредоточение рабочих в очистных и подготовительных выработках;

· при отработке пластов от границ число выбросов уменьшается.

Рудничные пожары - пожары возникающие непосредственно в горных выработках, массиве полезных ископаемых и отработанном пространстве. К рудничным пожарам относятся и пожары в надшахтных зданиях, на складах, которые могут распространиться на выработки, или отравить в них атмосферу газообразными продуктами горения.

По причинам возникновения, рудничные пожары подразделяются:

· эндогенные (самовозгорание);

· экзогенные (от внешнего источника).

В зависимости от места возникновения рудничные пожары бывают:

· поверхностные;

· подземные.

Подземные рудничные пожары являются одной из наиболее опасных аварий в шахте. Их особенностью является плохая доступность для активного тушения непосредственным воздействием. Наличие за очагами пожаров, по ходу вентиляционной струи, высокой температуры, дыма и других продуктов горения не позволяет организовать тушение горящей выработки с двух сторон. Под действием огня выходит из строя и теряет свою несущую способность крепь горной выработки, что приводит к обрушению пород кровли, ещё больше осложняющему аварию. Пожары в шахтах и рудниках, опасных по газу и пыли, могут привести к взрыву газопылевой смеси в ходе ведения аварийно-спасательных работ. Особенной опасностью рудничных пожаров является распространение по горным выработкам продуктов горения. Наиболее опасны экзогенные пожары. Они быстро активизируются и за короткое время могут отравить атмосферу горных выработок на большом протяжении.

Подземный пожар в своём развитии проходит три стадии:

1. Возгоранию свойственно нарастание количество сгорающего в единицу времени материала, расхода на горение кислорода, повышение концентрации углеродосодержащих газов (СО, СО2), увеличение температуры продуктов горения.

2. Развившийся пожар характеризуется полным расходом кислорода на горение и максимальной концентрацией углеродосодержащих газов, при постоянном расходе воздуха, сгоранием в единицу времени постоянного (максимального) горючего материала и постоянством температуры продуктов горения.

3. В стадии затухания наблюдается увеличение в продуктах горения концентрации кислорода, снижение содержания углеродосодержащих газов и уменьшение температуры пожарных газов.

Развитие пожара зависит от мощности и длительности действия начального теплового импульса, количества и характера расположения горючего материала и скорости воздушного потока у очага. По мере увеличения площади горения наблюдается повышение температуры продуктов горения, нарастание содержания оксида и диоксида углерода, метана и водорода. По достижении температуры пожарных газов 500-550 градусов, пожар стабилизируется. При этом, концентрация кислорода в продуктах горения, как правило не превышает 15-16%, тогда как содержание диоксида достигает 5-6%.

Тушение подземных пожаров осуществляется следующими способами:

1. Активный - непосредственное воздействие на очаг пожара огнегасительными средствами (водой, пеной, песком и т.п.), или разборкой очагов с заливкой горящей массы водой. Этот способ обычно применяют при всех пожарах, в начале их возникновения. Тушение пожара активным способом производят, как правило, со стороны свежей струи воздуха, одновременно принимают меры по преграждению распространения огня по исходящей струе (водяной завесы, удаление крепи, устройство завалов и т.п.).

o Пенно-воздушный способ: поперёк выработки натягивают матерчатую сетку, на неё наносится пенообразующая жидкость, образующая в ячейках сетки тонкие плёнки, срываемые затем воздушным потоком с образованием пены.

o Тушение инертной парогазовой смесью: в выработке устанавливается генератор парогазовой смеси ("керосинка"). Производительность генератора должна равняться воздушному потоку (весь воздух заменяется смесью).

2. Пассивный - изоляцией пожарного участка перемычками с засыпкой (при необходимости) провалов, тампонированием трещин целика и вмещающих пород. К изоляции прибегают, когда пожар нельзя ликвидировать непосредственным тушением из-за недоступности очагов горения непосредственному воздействию активными средствами.

3. Комбинированный - непосредственное тушение в комплексе с изоляцией пожарных участков, затоплением их водой, или заполнением инертными газами. Способ используют, когда пожар принял значительные размеры и непосредственное тушение не даёт должного эффекта, или когда невозможно ликвидировать пожар только путём изоляции.

При тушении подземных пожаров применяют следующие вентиляционные режимы:

· сохраняют существующий до возникновения пожара;

· сохраняют существующее направление вентиляционной струи с увеличением или уменьшением расхода воздуха;

· реверсируют (опрокидывают) вентиляционную струю, с сохранением, увеличением, или уменьшения расхода воздуха;

· закорачивание вентиляционной струи, при нормальном, или реверсивном её направлении;

· нулевая вентиляция, путём исключения выработок пожарного участка из вентиляционной сети шахты, или остановки вентилятора главного проветривания.

В начале устанавливают вентиляционный режим, предотвращающий распространение пожарных газов в выработки, в которых находятся люди. Если пожар возник в начале поступающей вентиляционной струи (в надшахтном здании, стволе, ОД, главном квершлаге и т.п.) - осуществляют реверсирование вентиляционной струи. При пожаре в середине пути вентиляционной струи, её закорачивают или реверсируют и даже останавливают вентилятор (если это не вызовет опрокидывания струи под действием тепловой депрессии, или взрыва горючих газов). Вентиляционный режим шахты и аварийного участка, после эвакуации людей, устанавливается оперативным планом ликвидации аварии в зависимости от обстановки и вида выполняемых работ по тушению пожара.

Существует несколько теорий самовозгорания угля:

· Пиритная теория - согласно этой теории, самовозгорание происходит в результате окисления пирита, но в настоящее время установлено, что пирит не является главной причиной;

· Угольно-кислородных комплексов - возгорание угля, по данной теории, является физико-химическим процессом, возникающим в промышленной обстановке, происходит в четыре стадии:

1. разогревание (до 40-60 градусов, обнаруживается по содержанию СО в исходящей струе);

2. выпаривание (60-80% инкубационного периода);

3. интенсивное окисление (в течение дней, недель, с ростом температуры до 70-90 градусов);

4. самовозгорание (в течение дней, часов - температура 300-350 градусов).

Предупреждение самовозгорания угля

· Безопасными являются способы вскрытия, которые обеспечивают надёжную изоляцию выемочных участков;

· должны применяться схемы проветривания с минимальной депрессией;

· наклонные стволы, капитальные уклоны, бремсберги, должны быть пройдены по породе или по пластам, не склонным к самовозгоранию;

· применение этажного способа подготовки.

При выборе системы разработки самовозгорающихся пластов учитываются следующие факторы:

· величина и характер потерь угля;

· скорость подвигания очистного забоя - пожаробезопасной является скорость подвигания, при которой продолжительность подвигания лавы меньше инкубационного периода самовозгорания угля;

· продолжительность отработки выемочного поля;

· возможности изоляции выработанного пространства по мере подвигания очистного забоя;

· важную роль играют схемы и способы проветривания.

Разработка тонких и средней мощности пластов производится длинными столбами. Мощные пологие и наклонные пласты менее опасны в пожарном отношении, чем крутые и разрабатываются наклонными слоями с обрушением. Мощные крутые пласты отрабатываются СР с закладкой.

Горный удар - явление скачкообразного перехода упругой энергии предельно-напряжённого массива вокруг горных выработок и силы тяжести в работу сдвижения и разрушения горных пород, энергию линейного и волнообразного движения горных пород в следствии нарушения неустойчивого равновесия продуктивной толщи (пласта) внешней или (и) внутренней силами обусловленными ведением горных работ. Быстропротекающее разрушение целиков или призабойной части пласта сопровождается воздушной волной, разрушением крепи и оборудования, выделением газа.

По силе проявления горные удары делятся на:

· собственно горные удары;

· толчки;

· стреляния;

· микроудары.

Признаки горного удара:

· усиление давления на крепь;

· гул в массиве;

· сотрясение почвы;

· повышенное выделение газа;

· выдавливание целиков в выработку

· и т.п.

Предупреждение горных ударов:

· опережающая отработка защитных пластов;

· полевая подготовка;

· отработка одинарными выработками;

· бурение разгрузочных скважин;

· проведение штреков широким забоем;

· "торпедирование" кровли.

На шахтах Воркуты широкое распространение получила безцеликовая выемка, погашение имеющихся целиков, полевая подготовка выемочных полей, ликвидация изрезанности горного массива, бурение разгрузочных скважин.

Таким образом, как видно из данной главы присутствует много факторов, осложняющих работу в шахтах. Поэтому необходимо применение специальных мер для предотвращения несчастных случаев.

В скором времени старые источники энергии могут подойти к концу, вернее сказать основной поток будет уходить заграницу. Поэтому внутри страны нам необходимо начинать использовать новые источники энергии.

Природный газ является отличным их заменителем. Россия занимает лидирующие позиции в объемах залегающего шахтного метана. Но по сравнению со странами Европы, США, Японии и Китай до сих пор не ведет крупных работ по его извлечению.

Используя метан Россия может не только приобрести дополнительные средства, но и по участвовать в глобальной экологической программе по Киотскому договору.

В дипломной работе предложено решение актуальной проблемы, заключающейся в разработке рекомендаций по использованию шахтного метана. За основу взят метод дегазации с помощью сепаратора СЦВ-7.

Данный агрегат обладает рядом экономических преимуществ перед другими методами дегазации, при этом решая те же экологические проблемы.

По оценкам ведущих специалистов, метан имеет колоссальный потенциал парникового газа, превышающий в 21 раз двуокись углерода - основного соединения в индустриальных выбросах.

В 1999 г. предприятиями угольной промышленности было выброшено в атмосферу 620,8 тыс. т. вредных веществ, в том числе 443,5 тыс. т. метана. В 2004 г. число выброшенных вредных веществ в воздушный бассейн достигло 757,3 тыс. т.

Научные исследования по экологизации горного производства должны быть направлены на создание замкнутых технологических схем с наиболее полным извлечением полезного ископаемого и сопутствующего минерального сырья, экологически чистых технологий, технологических процессов и оборудования. Данный агрегат борется с проблемой парникового газа, с отрицательными воздействиями угольной промышленности на атмосферный воздух. Повышая уровень природопользования, утилизация сопутствующего минерального сырья (шахтного метана), дает как экономический, так и экологический эффект.

1. Астахов А.С., Малышев Ю.Н., Пучков Л.А., Харченко В.А. Экология: Горное дело и природная среда. М., изд. Академии горных наук, 2001.- 341 с.

2. Астахов А.С. и др. Экономика горного предприятия. - М.: изд. Академии горных наук, 2007. - 456 с.

3. Астахов А.С., Харченко В.А. Принципы и методология разработки мероприятий, обеспечивающих экологическую безопасность отрасли (часть II). - М.: Изд. МГГУ, 2003. - 527 с.

4. Архипов Н.А., Ельчанинов Е.А., Горбачев Д.Т. Добыча угля и рациональное природопользование. - М.: Недра, 1987. - 283 с.

5. Гуревич Ю.С. Технология добычи и использования метана при заблаговременной подготовке шахтных полей. Учебное пособие для студ. спец. 0902 (ТПУ) по дисциплине «Технология и комплексная механизация подземных работ». - М.: МГИ, 1988. - 65 с.

6. Гуревич Ю.С., Егоров А.Г. Утилизация шахтного метана с учетом требований промышленных потребителей. Учебное пособие по дисциплине «Управление состоянием массива горных пород». - М.: МГИ, 1990. - 57 с.

7. Забурдяев В.С., Забурдяев Г.С. Способы интенсификации газоотдачи неразгруженных пластов угля в подземных условиях. «Современные проблемы шахтного метана». МГГУ, 1999, с. 106 - 117

8. Зайденварг В.Е., Рубан А.Д., Забурдяев В.С., Захаров В.Н. Прогноз объемов извлечения метана на полях шахт Томь-Усинского и Марасского районов Кузбасса. «Уголь», 2001, №10, с. 15 - 18

9. Калимов Ю.Н., Пантелеев А.С., Рутковский Г.Ф. Исследование концентрации метана в дегазационной системе // Уголь. - 1976, №1, с. 58 - 59

10. Каплунов Ю.В., Климов С.Л., Красавин А.П. Экология угольной промышленности России на рубеже XXI века; Под общей ред. С.Л. Климова. - М.: Изд-во Академии горных наук, 2006. - 295 с.

11. Климов С.Л., Закиров Д.Г. Энергосбережение и проблемы экологической безопасности в угольной промышленности России. - М.: Изд-во Академии горных наук, 2001. - 271 с.

12. Коваль В.Т., Тарасов Н.С. Оценка экологической эффективности угольных шахт. М., МГГУ, Сб. науч. трудов. «Эколого-экономические проблемы природопользования», 2003. - 419 с.

13. Конарев В.В. Опыт Донбасса по дегазации угольных месторождений. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000. - с. 379 - 382

14. Методические положения по выбору и применению новых технологий дегазации и управления метановыделением на угольных шахтах. ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, Люберцы - Макеевка, 2000. - с. 117.

15. Минерально-сырьевая база угольной промышленности России. В 2-х томах. Том 1 (состояние, динамика, развитие). - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1999. - 648 с.

16. Опыт и перспективы использования угольного метана. Пучков Л.А., Красюк Н.Н., Золотых С.С., Максименко Ю.М. Препр. М.: Изд-во МГГУ. 2004. - 50 с.

17. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Федунец Б.И. Перспективы добычи метана в Печорском угольном бассейне. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2004. - 557 с.

18. Пучков Л.А., Сластунов С.В., Коликов К.С. Извлечение метана из угольных пластов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2002. - 383 с.

19. Пучков Л.А. Реальность промысловой добычи метана из неразгруженных угольных пластов. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 1996. - 23 с.

20. Пучков Л.А., Сластунов С.В. Решение проблем угольного метана: метанобезопасность, промышленная добыча газа, экология. Журнал «Уголь». Февраль, 2005. - с.5-7

21. Резниченко С.С., Ашихмин А.А. Математические методы и моделирование в горной промышленности. М.: Изд. МГГУ, 1997, 403 с.

22. Рубан А.Д. Технологии извлечения и использования метана угольных шахт: опыт и перспективы. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000. - с. 563 - 567.

23. Рубан А.Д., Забурдяев В.С. Опыт извлечения и использования шахтного метана в России и ФРГ. МГГУ. Горный информационно- аналитический бюллетень. 2004. №9. - с. 153 - 158.

24. Саламатин А.Г., Забурдяев В.С. Проблемы дегазации угольных пластов. «Безопасность труда в промышленности». М.: 1996, №4. - с. 41 - 46.

25. Тайлаков О.В. Перспективы развития извлечения и использования шахтного метана в Кузбассе. Журнал «Уголь». 1998.

26. Тайлаков О.В., Исламов Д.В. Использование шахтного метана в Кузбассе: технологии утилизации и источники финансирования проектов. МГГУ. Горный информационно-аналитический бюллетень.

27. 2004. №8.- с. 319 - 321.

28. Фернандез Р.Л. Углеродные кредиты и шахтный метан. «Сокращение эмиссии метана», Новосибирск, 2000. - с. 614 - 620.

29. Харченко В.А. Рациональное природопользование горной промышленности . - М.: МГИ, 1995.

30. Харченко В.А., Кравченко А.П., Таскаев А.В Экономика природопользования. - М.: МГИ, 1988.

31. Ястребинский М.А. Методология оценки стоимости экономического потенциала горных предприятий. М.:МГГУ, 1999.

Страницы: 1, 2, 3