Системный подход к обеспечению метан о безопасности угольных шахт Профессор, д.т.н. Каледина Нина Олеговна НИТУ «МИСиС» Горный институт Центр стратегических исследований Кафедра «Безопасность и экология горного производства»

Системный подход к обеспечению безопасности шахт Совокупность решений определяется горно- геологическими условиями залегания (реакцией массива на его разрушение): характером протекания геомеханических, гидродинамических и газодинамических процессов. Газодина- мические Гидродина- мические Геомеха- нические

Соотношение технических и организационных рисков Степень безопасности горно-технологической системы Доля организационных причин в общей аварийности и травматизме 0%0% 0%0% 100 %

Принципы обеспечения взрывобезопасности горно-технологических систем Исключение наличия взрывоопасной среды Исключение теплового импульса Локализация последствий возможных взрывов Снижение газообильности Снижение запыленности Исключение наличия открытого огня (искр) «Гашение» энергии ударной волны, огнепреградители Методы реализации Технология разработки с управлением газовыделением Техника и оборудование Защитные устройства и оборудование Организация работ (газовый режим) Организация работ (пылевой режим) Организация работ (газовый и пылевой режим)

СПОСОБ ВСКРЫТИЯ И ПОДГОТОВКИ ПОРЯДОК ОТРАБОТКИ, СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ МОНИТОРИНГ ПРОИЗВОДСТВЕН- НОЙ СРЕДЫ СИСТЕМА ПЫЛЕПОДАВЛЕНИЯ СИСТЕМА МЕТАНОБЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМА ДЕГАЗАЦИИ

Уровеньиерархии горной системы Системы (подсистемы) Концептуальный (i=0) Общесистемный (i=1) Общешахтные подсистемы (i=2) Участковые подсистемы (i=3) Локальные подсистемы (i=4) Оперативное управление (i=5) ШАХТА

Методы управления метана выделением в шахтах 7 Методы управления Аэродинамические (вентиляция) Изменение скорости движения воздуха в выработках Изменение величины и направления движения утечек воздуха Изменение направления движения воздуха в выработках Комбинированные Газодинамические (дегазация) Неразгруженный массив Без изменения проницаемости С изменением проницаемости Массив, разгруженный горными работами

Врубмашина+индивидуальная крепь Уровень производительности труда Уровень метановой опасности Ручной труд Комбайн + индивидуальная крепь Механизированные комплексы 1-го поколения до 500 т/сут 1-й газовый барьер 2-й газовый барьер Современные механизированные комплексы (более т/сут) СВЯЗЬ УРОВНЯ МЕТАНОВОЙ ОПАСНОСТИ С ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ВЫЕМОЧНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Стадийность обеспечения метан о безопасности С т а д и и о т р а б о т к и м е с т о р о ж д е н и я Строительство шахты Эксплуатация шахты Закрытие шахты Заблаговре- менная и предвари- тельная дегазация массива Управление метана выделением средствами вентиляции и дегазация всех источников газовыделения Дегазация старых выработанных пространств, защита объектов на поверхности

перспективные участки строительств о шахты эксплуатация шахты ликвидация шахты неразгруженный массив разгруженный массив ЗАБЛАГОВРЕ- МЕННАЯ ДЕГАЗАЦИЯ ПЛАСТОВ УГЛЯ ПРЕДВАРИ- ТЕЛЬНАЯ ДЕГАЗАЦИЯ ПЛАСТОВ СОПУТСТВУЮЩАЯ ДЕГАЗАЦИЯ объекты дегазации: ПЛАСТЫ УГЛЯ, ВЫРАБОТАННЫЕ ПРОСТРАНСТВА ПОСЛЕДУЮЩАЯ ДЕГАЗАЦИЯ объекты дегазации: СТАРЫЕ ВЫРАБОТАННЫЕ ПРОСТРАНСТВА способы дегазации без повышения проницаемости массива скважины с поверхности, подземные скважины, горные выработки, изолированный отвод газа ВЕНТИЛЯЦИЯ (ШВС) способы дегазации без повышения проницаемости массива скважины с поверхности, изолированный отвод газа коммуникации, инфраструктура СИСТЕМА МОНИТОРИНГА МЕТАНОВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ Q =10-30% С сн 4 = 20-60% Q = % С сн 4 = 0,5-0,75% Q =5 - 25% С сн 4 = % Q = % С сн 4 = % Q = % С сн 4 = % Выброс в атмосферу подготовка МВС к утилизации способы дегазации с повышением проницаемости массива скважины с поверхности, ГРП, обработка массива УТИЛИЗАЦИЯ МЕТАНО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ (МВС) - 15 лет - 5 лет лет время, годы СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕМ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Система вентиляции способ вентиляции шахты схема вентиляции способ и схема местного проветривания ШАХТА ВЫЕМОЧНЫЙ УЧАСТОК Вентиляция как элемент технологии

Моделирование газодинамических процессов Процессы аэрогазодинамики тупиковых выработок Процессы аэрогазодинамики выемочных участков, включая выработанные пространства Процессы фильтрации газа в угольном пласте при его разгрузке выработками и скважинами (газовыделение из разрабатываемого пласта) Процессы фильтрации газа в разгруженном горном массиве (приток метана из спутников) Процессы аэрогазодинамики старых выработанных пространств

Геометрическая модель действующего проходческого забоя шахты Распределение скорости движения воздуха в объеме тупиковой выработки Распределение метана по выработке с постоянным газовыделением с поверхности забоя 15 м 3 /мин МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АЭРОГАЗОДИНАМИКИ ПРОХОДЧЕСКОГО ЗАБОЯ Распределение скорости движения воздуха в произвольном сечении 13

Создание трехмерной модели очистного забоя Результаты численного решения математической модели МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЫЕМОЧНОГО УЧАСТКА 14

ОБЪЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ Количество: Тетраэдров Узлов без импульсов давления с импульсами давления Линии тока воздуха

Ожидаемые результаты: 1)повысится безопасность ведения горных работ (снизятся риски вспышек и взрывов метана и угольной пыли); 2)создадутся условия для существенного повышения производительности работ по добыче полезных ископаемых, ограниченной по факторам вентиляции (средняя нагрузка на очистной забой, составляющая около 4000 т/сут. повысится до т/сут.); 3)снизятся расходы на проветривание на %; 4)увеличится производительность дегазационных установок; 5)уменьшится негативное влияние на окружающую среду (в связи со снижением выбросов вредных газов в атмосферу за счет полезного использования извлекаемого метана); 1)улучшится социальная обстановка в угледобывающих регионах. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯЦИИ И ДЕГАЗАЦИИ ШАХТ КАК МУЛЬТИСПЛИТ-СИСТЕМЫ

НИТУ МИСиС МГИ