Изобретение относится к горному делу, а именно, к разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом, и может быть использовано при разработке угольных пожароопасных пластов для обнаружения пожаров в недоступных местах выработанного пространства угольных шахт.
Известен способ определения местонахождения очага эндогенного пожара, заключающийся в том, что контур пожара выносят на поверхность, бурят шпуры в подпочвенный слой от границ контура к центру и измеряют концентрации пожарных газов, после чего определяют зону пожара с концентрацией пожарных газов выше фоновой [1] Местоположение очага пожара в выделенной зоне по известному способу определяют путем бурения контрольных скважин по границе зоны и скважин по диагоналям, проходящим через центр зоны, и исследования содержания индикаторных газов в пробах. Основными недостатками известного способа являются недостаточная надежность и высокая трудоемкость, т. к. за счет наличия утечек воздуха пожарные газы распространяются от очага в выработанном пространстве на большое расстояние и создается искаженное представление о контуре пожара. Аналогичные недостатки характерны и для других известных вариантов данного способа.
В качестве прототипа принят способ определения местонахождения очага эндогенного пожара, заключающийся в том, что по падению пласта пожарного участка бурят скважины, пожарный участок и горные выработки, примыкающие к нему, переводят на режим естественной тяги и измеряют суммарную депрессию тепловой и естественной тяг (авторское свидетельство СССР N 765511 кл. E 21 F 5/00, 1978 г. ). Границы очага пожара определяют по минимуму суммарной депрессии естественной и тепловой тяг, а центр очага по максимуму суммарной депрессии. Опыт применения способа на шахтах России показал высокую надежность и точность его. Недостатком известного способа является сложность и опасность, связанные с переводом шахты или участка на режим естественной тяги. Для перевода шахты опасной по газу в режим естественного проветривания продолжительностью свыше трех часов требуется разрешение Госгортехнадзора России и разработка специальных мероприятий по защите горнорабочих и разгазированию выработок.
Предложен способ определения местонахождения очага эндогенного пожара, включающий бурение скважин в поверхности в пожарный участок. Новым в способе является то, что в качестве критерия оценки влияния очага эндогенного пожара принята относительная влажность воздуха, поступающего по скважинам из аварийного участка. Сущность способа заключается в том, что определяют относительную влажность атмосферы выработанного пространства на не пожарных участках пласта и воздуха, поступающего по скважинам из выработанного пространства аварийного участка. Границы очага пожара определяют по снижению относительной влажности выдаваемого из скважин воздуха против относительной влажности атмосферы выработанного пространства на не пожарном участке, а к центру очага относят зону с минимальной относительной влажностью. Проведенные лабораторные исследования и экспериментальные работы на шахтах показали, что относительная влажность воздуха в шахте является более надежным показателем местонахождения очага эндогенного пожара, чем, например, индикаторные газы. На относительную влажность воздуха в шахте основное влияние оказывают влажность и температура поступающего воздуха, барометрическое давление и температура вмещающих пород. Параметры поступающего в шахту воздуха и барометрическое давление имеют небольшие колебания и с течение исследований (1 3 часа) практически не изменяются. Температура и влажность вмещающих пород также являются практически неизменными величинами. При движении воздуха по выработкам происходит массо- и теплообмен между воздухом и вмещающими породами и в результате на участки поступает и отводится в исходящую струю воздух со стабильными длительное время значениями температуры и влажности. Например, для шахт Кузбасса температура шахтной атмосферы летом примерно соответствует температуре вмещающих пород (12 14oC), а относительна влажность в пределах 85 95% В этих условиях существенное влияние на относительную влажность воздуха может оказать только изменение температура вмещающих пород, т.е. наличие пожара. Возникновению эндогенного пожара предшествует интенсивная сушка массива в зоне самонагревания. При развитии пожара в зоне его очага при воздействии высокой температуры резко снижается влажность воздуха, при этом следует отметить, что снижение относительной влажности носит сугубо локальный характер. Из-за низкой теплопередачи горных пород зона сушки их вокруг очага не превышает нескольких метров и по мере перемещения "сухой" воздух в результате массообмена от породы к воздуху быстро восстанавливает относительную влажность. Таким образом, в условиях выработанного пространства шахты атмосфера с низкой относительной влажностью в какой-либо зоне является однозначным указанием на наличие непосредственно в этом месте мощного источника тепла. Использование в качестве критерия наличия очага пожара относительной влажности воздуха, выдаваемого по скважинам с аварийного участка, позволяет ограничить контур предполагаемого пожара и сократить объем буровых работ. Основным преимуществом способа является возможность обнаружения очага эндогенного пожара в выработанном пространстве без остановки работ и изменения режима проветривания шахты или участка. Другой важной особенностью способа является его оперативность, т.е. получение результатов непосредственно после замеров по скважинам.
Сущность способа поясняется примером его осуществления.
На фиг. 1 показан выемочный участок в плане, на фиг. 2 разрез по 1-1 фиг. 1. Пожароопасный угольный пласт 1 отрабатывается длинными столбами по простиранию в нисходящем порядке с обрушением кровли. Выемочные столбы 2 и 3 отработаны, столб 4 находится в процессе отработки. Проветривание участка осуществляется по нагнетательной схеме с выдачей исходящей струи по вентиляционному бремсбергу 5. Эндогенный пожар находится в выработанном пространстве ранее отработанных столбцов 2 и 3. В связи с наличием аэродинамической связи выработанного пространства с действующими выработками пожарные газы обнаружены в пробах воздуха практически во всех скважинах, пробуренных в выработанное пространство. Для определения местонахождения очага эндогенного пожара в выработанное пространство столбов 2 и 3 через 40 50 м по паданию пласта и 50 60 м по простиранию пласта в шахматном порядке пробурены с поверхности контрольные скважины 6 23 диаметром 100 мм с обсадкой металлическими трубами. В качестве контрольных скважин могут использоваться любые технологические, а также разведочные скважины. Для измерения относительной влажности воздуха использовался психрометр Ассмана (МВ-4М), содержащий сухой и мокрый термометры и побудитель тяги. В качестве базы для сравнения выбранных критериев пожароопасности выбрано выработанное пространство ранее отработанного участка по пласту 1, на котором не было пожаров. Путем замеров по нескольким технологическим скважинам было установлено, что относительная влажность атмосферы в выработанном пространстве не пожарного участка по пласту 1 составляет 84% Выбор для сравнения участка по пласту 1 обусловлен тем, что в этом случае устраняется влияние на результат оценки гидрофобных свойств обрушенных пород и низкотемпературного окисления потерь угля в выработанном пространстве сравниваемых участков. Для замера относительной влажности воздуха, выходящего из скважин, психрометр опускают в скважину на глубину 1 2 м и выдерживают в течение времени продувки его побудителем тяги, входящим в конструкцию психрометра. После снятия показаний сухого и мокрого термометров по номограмме определяют величину относительной влажности воздуха. По данной методике были произведены измерения относительной влажности воздуха по скважинам 6 23, пробуренным на аварийном участке. Результаты замеров теплофизических параметров рудничного воздуха приведены в таблице, где для сравнения приведен также газовый состав проб воздуха. Из приведенных в таблице результатов замеров относительной влажности следует, что минимальная относительная влажность (46%) в пожарном участке обнаружена в районе скважины 16, т. е. здесь находится центр 24 очага эндогенного пожара, возникшего вследствие самовозгорания разрыхленного угля в частично отработанных целиках между столбами 2 и 3. Границы 25 очага эндогенного пожара определяется зоной выработанного пространства, где относительная влажность рудничной атмосферы ниже 84% В рассматриваемом случае границы очага находятся в районе скважин 7, 11, 15, 20, 21, 17, 12. Пробуренные контрольные скважины впоследствии используются для подачи в очаг пожара антипирогенов. Предложенный способ определения местонахождения очага эндогенного пожара можно использовать на шахтах с нагнетательным проветриванием без остановки работ, а также на шахтах с всасывающей схемой проветривания при реверсировании воздушной струи. По сравнению с известными способами обнаружения очагов по пожарным газам предложенный способ позволяет повысить точность оценки пожароопасной ситуации, снизить объем работ по бурению скважин и исключить отбор и анализ проб воздуха. По сравнению с прототипом способ позволяет выполнить весь комплекс работ без перевода шахты на режим естественного проветривания.
