В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
7.1. Способы снижения запыленности при ведении горных работ
Современные способы подземной добычи угля характеризуются образованием значительного количества угольной пыли и выделением ее в атмосферу горных выработок.
Борьба с пылью как профессиональной вредностью, предопределяющей возможность заболевания рабочих пневмокониозом, представляет собой сложную инженерную задачу. Снижение запыленности воздуха в шахтах до уровня предельно допустимых концентраций возможно только при комплексном применении различных способов предотвращения пылеобразования, снижения пылевыделения и обеспыливания рудничного воздуха.
При ведении горных работ установлены следующие нормы предельно допустимой концентрации пыли:
- пыль породная и углепородная (содержание SiO2 10-70%) - 2 мг/м3;
- пыль угольная (содержание SiO2 5-10%) - 4 мг/м3;
- пыль антрацитовая (содержание SiO2 менее 5%) - 6 мг/м3;
- пыль каменных углей (содержание SiO2 менее 5%) - 10 мг/м3.
При разработке проектов противопылевых мероприятий на выемочных участках рекомендуется применять следующие способы.
При комбайновой очистной выемке на пологих пластах:
- увлажнение угольного массива через скважины, пробуренные из очистного забоя или из подготовительных выработок (диаметр скважин принимается 45-150 мм, расстояние между скважинами 10-30 м, длина скважин должна быть на 15 м меньше длины лавы);
- орошение в зоне разрушения угля (давление воды у оросителей должно быть не менее 1,2 МПа);
- средства пылеподавления при передвижке секций механизированных крепей.
При струговой выемке на пологих пластах:
- секционное орошение с автоматическим включением воды (используется поочередное кратковременное включение секций орошения по всей длине лавы, давление воды у оросителей должно быть не менее 1,2 МПа);
- орошение на погрузочном пункте (используются конусные или зонтичные оросители, давление воды у оросителей должно быть не менее 0,5 МПа).
При очистной выемке на крутых пластах:
- предварительное увлажнение угольного массива;
- орошение при отбойке угля;
- очистка от пыли исходящих из очистных забоев потоков воздуха при помощи пылеулавливающих установок.
При ведении буровзрывных работ:
- бурение шпуров с промывкой водой;
- предварительное увлажнение угольных пластов;
- орошение или связывание отложившейся угольной пыли на поверхности выработок при взрывании зарядов ВВ в шпурах (удельный расход воды должен составлять 1,5-2 л/м2 поверхности выработок);
- орошение при погрузке отбитой горной массы.
При комбайновом проведении подготовительных выработок:
- увлажнение массива длинными скважинами (скважина проводится по оси поперечного сечения выработки, диаметр принимается 45-100 мм, длина должна быть кратной суточному подвиганию забоя, давление воды составляет 3-10 МПа);
- орошение водой или водовоздушными смесями, а также связывание пыли или ее смыв (удельный расход воды на орошение должен составлять не менее 100 л на 1 м3 горной массы, давление воды у оросителей должно быть не менее 1,2 МПа);
- пылеотсос с помощью встроенных в комбайн или автономных пылеулавливающих установок;
- всасывающая схема проветривания.
При работе ленточных конвейеров:
- орошение с помощью конусных или зонтичных оросителей в местах перегрузки горной массы (давление воды у оросителей должно быть не менее 0,5 МПа, а удельный расход воды - не менее 5 л/т);
- ограждающие борта в местах перегруза длиной (м) не менее двукратной скорости ленты (м/с);
- применение устройств для очистки от пыли и штыба холостой ветви конвейера;
- механические укрытия в местах погрузки и перегрузки для предотвращения выдувания пыли;
- эжекционный пылеотсос на перегрузочных пунктах;
- обмывка выработок не реже 1 раза в месяц.
Для обеспечения рациональной по пылевому фактору технологии очистных работ рекомендуется применять:
- столбовую систему разработки, при которой исключается поступление в очистную выработку пыли из подготовительных выработок;
- одностороннюю работу комбайна;
- схемы транспортировки угля и проветривания, обеспечивающие сонаправленное движение отбитого угля и вентиляционной струи в лаве и прилегающей выработке;
- схемы проветривания с подсвежением исходящей вентиляционной струи для разбавления пыли на вентиляционном штреке у сопряжения с лавой.
7.2. Расчет параметров предварительного увлажнения угольного массива
Для снижения пылевыделения при ведении очистных работ, а также при проведении подготовительных выработок комбайнами избирательного действия по пластам средней мощности и мощным, применяется предварительное увлажнение угля в массиве.
Ведение работ по неувлажненному массиву угля допускается при естественной влажности угля 12% и более и при применении способов борьбы с пылью, при которых содержание пыли в воздухе устойчиво поддерживается в пределах допустимых концентраций.
Нагнетание жидкости в угольные пласты производится через скважины, пробуренные из примыкающих к очистной выработке подготовительных, полевых или пройденных по соседнему пласту выработок или через скважины или шпуры, пробуренные из очистной выработки.
К параметром способа предварительного увлажнения угольного пласта впереди очистного забоя относятся:
- диаметр скважин d;
- длина скважин Lс;
- расстояние между скважинами С;
- глубина герметизации скважины Lг;
- давление нагнетания Р;
- темп нагнетания q;
- количество жидкости, подаваемой в скважину Q;
- продолжительность нагнетания Т.
Диаметр скважин принимается в зависимости от длины скважины и диаметра бурового инструмента и составляет от 45 до 150 мм.
Длина скважин зависит от наклонной высоты этажа или длины лавы и определяется из выражения
, (7.1)
где Lл - наклонная высота этажа (длина лавы), м.
В том случае, когда скважины для нагнетания бурятся из вентиляционного и откаточного штреков (при большой длине лавы), их длину определяют из выражения
. (7.2)
Скважины бурятся по наиболее крепкой пачке пласта параллельно очистной выработке (рис.7.1).
Рис.7.1. Схема орошения и высоконапорного нагнетания жидкости в пласт через скважины, пробуренные из подготовительной выработки
1 - оросительно-пожарный трубопровод
2 - вентиль фланцевый
3 - фильтр штрековый
4 - переходник
5 - вентиль разгрузочный
6 - рукав напорный
7 - буровой станок
8 - гидрозатвор
9 - манометр
10 - насосная установка
11 - расходомер
12 - дозатор
13 - клапан редукционный
Расстояние между скважинами принимают в пределах 10-30 м. Расстояние от скважины до плоскости забоя в конце процесса нагнетания не должно превышать 30 м.
Герметизация скважин в зависимости от мощности пласта производится на глубину 5-15 м.
Количество жидкости Q (м3), которое необходимо подать в скважину, определяется по формуле
, (7.3)
где m - мощность пласта, м;
qж - удельный расход жидкости, qж = 10-40 л/т;
g - объемный вес угля, т/м3.
Продолжительность нагнетания Т (ч) определяется по формуле
, (7.4)
где q - темп нагнетания, м3/ч.
Темп нагнетания при низконапорном увлажнении от оросительного трубопровода должен составлять 1-10 л/мин (0,06-0,6 м3/ч). Если при низконапорном увлажнении не обеспечивается темп нагнетания свыше 1 л/мин, то увлажнение пласта производят с помощью высоконапорной насосной установки. Темп нагнетания в этом случае принимается равным производительности насосной установки:
- для УН-35 - 35 л/мин (2,1 м3/ч);
- для НВУ-30М - 30 л/мин (1,8 м3/ч).
Низконапорное увлажнение пласта от оросительного трубопровода производится только для нисходящих или горизонтальных скважин, пробуренных из подготовительных выработок.
При высоконапорном нагнетании жидкости в пласт с помощью насосной установки для предотвращения гидроразрыва пласта давление нагнетаемой жидкости не должно превышать значений, указанных в табл.7.1.
В условиях, где производится дегазация пластов, дегазационные скважины могут быть использованы для нагнетания жидкости в пласт после окончания дегазации участка. Увлажнение угля в массиве через дегазационные скважины производится на расстоянии не менее 100 м до очистной выработки.
Таблица 7.1
Рекомендуемое давление нагнетаемой жидкости
для предварительного увлажнения угольных пластов
| Марки углей | Выход летучих, % | Значения давления, исключающего гидроразрыв, МПа |
| А,П/А | менее 9 | до 30,0 |
| Т, ОС, частично К | 9-20 | 1,5-8,0 |
| К, частично Ж | 20-27 | 1,5-7,0 |
| Ж | 27-35 | 5,0-12,0 |
| Г, Д | более 35 | 7,0-13,0 |
Для повышения эффективности увлажнения угля в массиве рекомендуется добавлять в воду смачиватели: ДБ в количестве 0,2%, синтанол жидкий (0,1%), синтанол твердый СТС (0,3%).
При сплошной системе разработки, малом опережении подготовительных выработок и на пластах, имеющих сложную гипсометрию, предварительное увлажнение производится через шпуры, пробуренные из очистной выработки. Длина шпуров принимается в пределах 1,8-5 м. Выемка угля до следующего цикла нагнетания осуществляется на длину шпура. Расстояние между шпурами принимается в пределах 3-5 м, а глубина герметизации 1-2 м. Расход жидкости на один шпур определяется по формуле (7.1).
В подготовительном забое скважина для предварительного увлажнения угольного массива проводится по оси поперечного сечения проводимой выработки (рис.7.2).
К параметром способа предварительного увлажнения угольного пласта в подготовительном забое относятся:
- диаметр скважины d;
- длина скважины Lс;
- глубина герметизации скважины Lг;
- давление нагнетания Р;
- темп нагнетания q;
- количество жидкости, подаваемой в скважину Q;
- продолжительность нагнетания Т.
Диаметр передовой скважины определяется типом бурового станка и инструмента и принимается в пределах 45-100 мм.
Длина скважины принимается кратной суточному подвиганию подготовительного забоя.
Глубина герметизации скважины принимается 3-5 м.
Давление нагнетания составляет 3-10 МПа.
Темп нагнетания жидкости 5-30 л/мин (0,3-1,8 м3/ч).
Рис.7.2. Схема орошения и предварительного увлажнения массива в
подготовительном забое:
1 - оросительно-пожарный трубопровод
2 - вентиль фланцевый
3 - рукав напорный
4 - переходник
5 - фильтр штрековый
6 - насосная установка
7 - клапан редукционный
8 - манометр
9 - фильтр комбайновый
10 - реле блокировки
11 - вентиль разгрузочный
12 - оросители
13 - гидрозатвор
14 - расходомер
15 - дозатор
Количество нагнетаемой в скважину воды определяется по формуле
, (7.5)
где m - мощность пласта, м;
qж - удельный расход жидкости, qж = 10-40 л/т;
g - объемный вес угля, т/м3.
Продолжительность нагнетания жидкости в пласт Т (ч) определяется по формуле (7.4).
Нагнетание жидкости в пласт считается законченным при подаче в скважину расчетного количества воды.
7.3. Пылевзрывозащита угольных шахт
К опасным по взрывам пыли относятся пласты угля с выходом летучих веществ 15% и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих веществ, взрывчатость пыли которых установлена лабораторными испытаниями.
Для предотвращения взрывов угольной пыли в шахтах применяются специальные меры по пылевзрывозащите, включающие выполнение следующих мероприятий:
- определение взрывчатых свойств угольной пыли;
- определение интенсивности пылеотложения в горных выработках;
- выбор и выполнение взрывозащитных мероприятий;
- контроль пылевзрывобезопасности горных выработок.
Показателями взрывчатых свойств угольной пыли являются нижний предел взрываемости и норма осланцевания.
Нижний предел взрываемости отложившейся угольной пыли - это максимально допустимое количество угольной пыли, при котором невозможно распространение взрыва по всему запыленному участку.
Под нормой осланцевания горных выработок понимается наименьшее содержание негорючих веществ в процентах, при котором угольная пыль в смеси с инертной не взрывается.
Нижние пределы взрываемости и нормы осланцевания определяются в лабораториях ВостНИИ.
Степень пылевзрывобезопасности горной выработки определяется нижним пределом взрываемости отложившейся угольной пыли и интенсивностью пылеотложения. По интенсивности пылеотложения все горные выработки делятся на две группы:
- выработки (участки выработок) со стабильной и относительно низкой (до 1,2 г/м3 в сутки) интенсивностью пылеотложения;
- выработки (участки выработок) с непостоянной и высокой интенсивностью пылеотложения (более 1,2 г/м3 в сутки).
Перечень выработок, относящихся к первой группе, а также максимальные значения интенсивности пылеотложения в них приведены в табл.7.2.
Ко второй группе относятся:
- конвейерные выработки на всем протяжении;
- участки подготовительных выработок, проводимых по углю или по углю и породе, на протяжении 50 м от забоев;
- погрузочные пункты лав, погрузочные пункты из углеспусков, гезенков и скатов, а также участки откаточных штреков на протяжении не менее 25 м в обе стороны от указанных мест и от опрокидывателей;
- участки откаточных штреков, уклонов и бремсбергов с транспортированием угля на протяжении 25 м от мест их сопряжения;
- участки вентиляционных штреков и других вентиляционных выработок с исходящей струей воздуха, протяженностью 200 м от лавы.
Для предупреждения и локализации взрывов пыли применяются мероприятия с использованием инертной пыли (сланцевая пылевзрывозащита) и воды (гидропылевзрывозащита).
При сланцевой пылевзрывозащите производится побелка и осланцевание выработок, для локализации взрывов пыли устанавливаются сланцевые заслоны.
При гидропылевзрывозащите применяется побелка выработок известковым раствором, обмывка выработок, связывание отложившейся угольной пыли смачивающе-связывающими составами. Для локализации взрывов пыли устанавливаются водяные заслоны.
Таблица 7.2
Выработки со стабильной и относительно низкой
интенсивностью пылеотложения
| Выработка (участок выработки) | Максимальная интенсивность пылеотложения, г/(м3 сут) |
| Выработки околоствольного двора: откаточного горизонта - с транспортированием угля - без транспортирования угля вентиляционного горизонта Основные (капитальные) выработки со свежей струей воздуха (кроме конвейерных): - с транспортированием угля - без транспортирования угля Основные выработки с исходящей струей Горизонтальные и наклонные выработки со свежей струей воздуха вне мест интенсивного пылеотложения (кроме конвейерных): - с транспортированием угля - без транспортирования угля Участки вентиляционных штреков и другие выработки с исходящей струей воздуха, расположенные на расстоянии более 200 м от очистных выработок Тупиковые подготовительные выработки вне призабойного участка (на расстоянии более 50 м от забоя) | 0,4 0,2 0,4 0,4 0,2 0,4 1,2 0,4 1,2 1,2 |
Сланцевыми или водяными заслонами должны быть защищены:
- очистные выработки;
- забои подготовительных выработок, проводимых по углю или по углю и породе;
- крылья шахтного поля в каждом пласте (в штреках у бремсбергов, квершлагов и в других примыкающих к ним выработках);
- конвейерные выработки;
- пожарные участки (в примыкающих к ним выработках).
Сланцевые заслоны устанавливаются на расстоянии не менее 60 м и не более 300 м (водяные - не менее 75 м и не более 250 м) от забоев очистных и подготовительных выработок, сопряжений штреков с бремсбергами и квершлагами. В конвейерных выработках сланцевые заслоны устанавливаются на всем протяжении выработок на расстоянии не более 300 м друг от друга (водяные - не более 250 м).
7.4. Расчет параметров пылевзрывозащиты угольных шахт
Периодичность осланцеваниягорных выработок (за исключением участков с интенсивным пылеотложением в откаточных выработках) определяется по формуле
, (7.6)
где kм - коэффициент, учитывающий влияние содержания метана в атмосфере выработки (табл.7.3);
sотл - нижний предел взрываемости отложившейся угольной пыли, г/м3;
Рt - интенсивность пылеотложения, г/(м3 сут).
Таблица 7.3
Значения коэффициента kм
| Содержание метана в выработке, % | 0,50 | 0,75 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
| kм | 0,75 | 0,60 | 0,50 | 0,35 | 0,25 |
Периодичность выполнения работ по предупреждению взрывов пыли на участках с интенсивным пылеотложением (выработки второй группы) принимается по табл.7.4.
Таблица 7.4
Периодичность выполнения работ по предупреждению взрывов пыли
| Выработка (участок выработки) | Способ предупреждения взрыва | Периодичность выполнения работ |
| Погрузочные пункты лав, погрузочные пункты из скатов, углеспусков, а также участки откаточных штреков на протяжении 25 м в обе стороны от указанных мест Участки откаточных штреков, уклонов и бремсбергов на протяжении 25 м от их сопряжений Подготовительные выработки, проводимые по углю или по углю и породе, на протяжении 50 м от их забоев Конвейерные выработки: - почва и элементы конструкции конвейера - бока и кровля в районе перегрузочных пунктов и на протяжении 25 м от них по направлению движения вентиляционной струи - бока и кровля на остальном протяжении | Обмывка или осланцевание Обмывка или осланцевание Обмывка или осланцевание Зачистка почвы и обмывка (осланцевание) Обмывка или осланцевание Обмывка или осланцевание | Не реже одного раза в смену (Тп=0,33) Не реже одного раза в сутки Не реже одного раза в сутки Не реже одного раза в сутки Не реже одного раза в смену (Тп=0,33) Не реже одного раза в месяц |
Расход инертной пыли на осланцевание одного погонного метра выработки (участка выработки) рассчитывается по формуле
, (7.7)
где N - норма осланцевания, %;
S - площадь поперечного сечения выработки в свету, м2.
Норма осланцевания определяется по фактическому содержанию негорючих веществ Аф в пластовой пробе угля и добавке инертной пыли Д по формуле
, (7.8)
где Аф - фактическое содержание негорючих веществ, %;
Д - добавка инертной пыли, % (для углей с выходом летучих веществ Vг более 15% определяется по номограмме рис.7.3).
Годовая потребность в инертной пыли на осланцевание выработки определяется по формуле
, (7.9)
где L - длина выработки, м.
Рис.7.3. Номограмма для определения добавки инертной пыли
Полная годовая потребность шахты в инертной пыли определяется суммированием количества пыли, необходимого для обработки всех подлежащих осланцеванию горных выработок шахты, а также для загрузки всех установленных сланцевых заслонов с учетом периодичности ее замены.
Расчет параметров сланцевого заслона производится в следующей последовательности.
Количество инертной пыли Qз (кг) для заслона определяется по формуле
, (7.10)
где Р - норма расхода инертной пыли, кг/м2.
Норма расхода инертной пыли в заслоне определяется из расчета 400 кг на 1 м2 поперечного сечения выработки в свету в месте установки заслона.
Емкость одной полки составит
, (7.11)
где b - ширина полки, м;
h - высота насыпаемой пыли (h = 0,13 м);
a - длина полки, м;
g - удельный вес пыли (g = 1000 кг/м3).
Количество полок в заслоне рассчитывается по формуле
, (7.12)
Длина заслона составит
. (7.13)
Длина сланцевого заслона должна быть не менее 20 м.
Сланцевые заслоны устраиваются из ряда устанавливаемых под кровлей поперек выработки легко опрокидываемых полок с инертной пылью. Ширина полок при жесткой конструкции должна быть в пределах 250-500 мм, а при свободнолежащем настиле 600-800 мм.
Длина полок определяется в зависимости от размера и формы поперечного сечения горных выработок. В расчетах можно принимать длину полок в пределах 2,7-3,5 м.
Расчет параметров водяного заслона производится аналогично расчету для сланцевого заслона.
Количество воды в заслоне определяется из расчета 400 л на 1 м2 поперечного сечения выработки в свету в месте установки заслона.
Водяные заслоны устраиваются из ряда устанавливаемых под кровлей поперек выработки наполненных водой, легко опрокидываемых или разрушаемых сосудов емкостью не более 80 л каждый. Число сосудов принимается с запасом не менее 10%. Расстояние между полками с сосудами должно быть не менее 500 мм. Общая длина водяного заслона должна быть не менее 30 м.
Контрольные вопросы:
1. Способы борьбы с угольной пылью в очистных и подготовительных забоях.
2. Рациональная по пылевому фактору технология очистных работ.
3. Отнесение угольных пластов к опасным по взрывам пыли.
4. Показатели взрывчатых свойств угольной пыли.
5. Мероприятия сланцевой пылевзрывозащиты угольных шахт.
6. Мероприятия гидропылевзрывозащиты угольных шахт.