Анализ причин эндогенных пожаров угольных шахт

Высокий уровень эндогенной пожароопасности на угольных шахтах создает угрозу здоровью и жизни горнорабочих, влечет за собой значительные материальные затраты и приводит к снижению темпов угледобычи.

В последние годы в угольной промышленности отмечается тенденция к увеличению размеров выемочных участков и повышению нагрузки на очистной забой за счет оснащения их дорогостоящими механизированными комплексами. Экономический ущерб от изоляции такого участка при эндогенном пожаре достигает 1,0 млн рублей и более. Свыше 70% эндогенных пожаров изолируются с потерей на долгое время подготовленных запасов угля и дорогостоящего оборудования.

Анализ статистических данных указывает на снижение количества ежегодно возникающих аварий (рис. 1).

Рис. 1. Эндогенные пожары за 1989-2011 гг.

В то же время степень тяжести аварий, а вместе с тем и сложность ведения горноспасательных работ возрастают. Почти каждый второй эндогенный пожар осложняется или пламенным горением или взрывоопасной ситуацией. В табл. 1 приведены аварии последних лет, связанные с самовозгоранием угля в шахтах.

Таблица 1

Дата	Авария	Причины	Число жертв
02.10. 2005	Пожар на полевом штреке, ООО «Шахта Киселевская», ЗАО ХК «СДС»	Аэродинамическая связь между горизонтами, недостаточная профилактическая обработка измельченного угля, оставленного в куполе при проходке	нет
28.02. 2006	Обрушение пород кровли в камерах, ОАО «Шахта Краснокаменская», ЗАО УК «ТалТЭК»	Наличие неконтролируемого очага самонагревания угля в изолированном пространстве; отсутствие контроля за очагом самонагревания угля	1 чел. (смерт.)
04.03. 2006	Взрыв метановоздушной смеси, ОАО «Шахта Краснокаменская»	Комиссия не исключает возможность воспламенения метана по причине самовозгорания угля	4 чел. (2 смерт.)
28.05. 2007	Вспышка метаногазовой смеси, ОАО «Шахта Его-зовская», ОАО «СУЭК»	Самонагревания разрыхленной массы угля в зоне геологического нарушения	нет
17.07. 2007	Взрыв метановоздушной смеси, ООО «Шахта Тыр-ганская», УК «Прокопьевскуголь»	Наличие самовозгорания угля в краевой части межблокового целика	нет
17.04. 2008	Пожар на шахте № 1-5 рудника Баренцбург (архипелаг Шпицберген) при выемке угля в лаве	Нарушение технологии выемки угля, самонагревание разрыхленной массы угля в районе комбайна	2 чел. (смерт.) 1 чел. не найден
14.02. 2009	Взрыв метановоздушной смеси, ООО «Шахта им. Ворошилова», ОАО «Прокопьевскуголь»	Активизация очага списанного 29.11.1959 пожара	2 чел.
09.05. 2010	Взрыв на шахте «Распадская»	Комиссия не исключает возможность первого взрыва по причине, связанной с эндогенным пожаром	66 чел. (смерт.), 24 чел. не найдены
25.02. 2011	Взрыв метана на шахте "Алардинская"	Пожар в отработанной в 2000 году лаве	нет

Наиболее значимые аварии 2005-2011 гг., связанные с самовозгоранием угля

Характерными местами, в которых возникают эндогенные пожары, являются:

выработанные пространства действующих очистных забоев (25 %);

отработанные изолированные участки (30...40 %);

отработанные неизолированные участки (12...37 %);

капитальные и подготовительные выработки (30...40 %).

При этом частота эндогенных пожаров в различных выработках зависит от горно-геологических условий месторождения, своевременности и качества изоляции, а также объема проводимых профилактических мероприятий.

Эндогенные пожары в выработанном пространстве действующих выемочных полей возникают от самовозгорания оставленных в нем целиков угля, измельченного угля, разрушенной краевой части целика. Условия для самовозгорания угля благоприятны в зонах геологических нарушений вследствие неустойчивости и значительной трещиноватости угля, повышения его химической активности. Предотвращение самовозгорания угля в выработанном пространстве действующих очистных забоев затруднено в связи со сложностью изоляции оставленного угля от утечек воздуха.

Самовозгорание угля в отработанных участках обусловлено их неудовлетворительной и несвоевременной изоляцией. Самовозгорается угль целиков на границе с выработанным пространством; уголь, оставленный в выработанном пространстве в зонах геологических нарушений; в штреках, при извлечении из них крепи.

Эндогенные пожары возникают в проводимых подготовительных выработках в зонах геологических нарушений, в пустотах за крепью, а также после внезапных выбросов.

В действующих подготовительных выработках самовозгорание угля имеет место в пустотах, образовавшихся при проведении выработок в раздавленных под действием горного давления целиках угля.

Таким образом, условия самовозгорания угля весьма разнообразны. Они обусловлены многочисленными факторами: геологическими особенностями, способами подготовки и системами разработки; интенсивностью ведения очистных работ, режимом и схемами вентиляции, способом управления кровлей, надежностью изоляции выработанных пространств и др. Несмотря на разнообразие условий возникновения эндогенных пожаров, они определяются тремя физическими причинами: химической активностью окисляющегося угля; притоком к нему воздуха и повышением температуры вследствие накопления тепла, которое образуется в результате окисления.

При неизменных для рассматриваемых условий значениях химической активности угля предотвращение или уменьшение нагрева угля вследствие его окисления можно достичь двумя способами: увеличением количества подаваемого воздуха с целью превышения количества отводимого тепла над количеством генерируемого или уменьшением нагрева угля за счет снижения количества генерируемого тепла путем уменьшения со-23

держания кислорода в рудничной атмосфере. Первый способ может быть применен при нагреве угля в подготовительных выработках и технически неосуществим при нагреве угля в выработанном пространстве, где сложны регулирование и контроль утечек воздуха. В этих условиях наиболее целесообразен второй способ, когда применяется усиленная изоляция. Горные работы должны вестись таким образом, чтобы можно было осуществить надежную изоляцию выработанного пространства и тем самым обеспечить пожаробезопасную отработку шахтных и выемочных полей. Это возможно в результате применения схем вскрытия и подготовки выемочных полей, способов и средств проведения и поддержания подготовительных выработок, систем разработки, схем проветривания и способов управления кровлей, обеспечивающих снижение потерь угля и уменьшение величины и продолжительности утечек воздуха через выработанное пространство.

Аварии последних лет наглядно свидетельствуют о том, что работы по совершенствованию защиты шахт от пожаров и инициируемых ими взрывов не теряют своей значимости. Особенно актуальна эта проблема для Кузбасса, на долю которого приходится ежегодно 67% эндогенных пожаров и 82% взрывов, из общего числа подобных происшествий, регистрируемых в шахтах России.

Современные мероприятия по предупреждению самовозгорания угля не обеспечивают существенное снижение риска возникновения эндогенных пожаров в выработках добычных участков. Поэтому разработка новых способов является актуальной и своевременной, особенно, принимая во внимание взрывы последних лет, произошедшие на шахтах России.

Целью дальнейшей работы будет являться разработка аэродинамического метода снижения эндогенной пожароопасности выемочных участков, который позволит обеспечить эффективное и безопасное ведение горных работ.

Использование, с одной стороны, совокупности физико-химических свойств угля, а с другой стороны – механизмов аэрогазодинамических процессов, комплекса природных и горнотехнических факторов позволит установить в ходе ведения горных работ потенциально опасные по самовозгоранию угля зоны в пределах выемочных участков и реализовать в этих зонах научно обоснованные технические решения по предупреждению эндогенных пожаров.