Факторы, влияющие на выделение метана и двуокись углерода в шахтных пространствах

Основным газом, который постоянно и в достаточно больших количествах выделяется в шахтных пространствах, является метан. Также на некоторых предприятиях отрасли появляется и другой газовый компонент – это двуокись углерода. Специалисты оба этих вещества называют «рудничными газами». Их адсорбция в большей своеq части происходит во внутренних поверхностях угольных пластов. В свободном виде и не в очень большом количестве эти газы находятся непосредственно в порах угольного продукта и самих породах. В одной тонне угля может накапливать свыше 20,0 м. куб. опасного газа. Причем давление в этом случае достигает 4 Мпа. Количественные характеристики этих показателей зависят от глубины шахты или рудника. Количество газа увеличивается с глубиной проведения горных работ.

Достигнув некой сверхнормативной концентрации, газ приобретает удушающие для человека свойства и может спровоцировать взрыв. Это периодически происходит, причем с ужасными последствиями. Так, например, можно вспомнить аварии, происшедшие недавно в США (Upper Big Branch), Китае (Sijiazhuang) и Новой Зеландии (Pike River).

При этом опасный газ метан может также и послужить человечеству. Его, особенно в экономически развитых странах, достаточно широко используют в различных технологиях для получения тепловой и электрической энергии. А вот если его не утилизировать, то он превращается в опаснейший для нашей планеты парниковый газ, чья высокая концентрация в атмосфере даже может повлиять на потепление климата. Экологи утверждают, что метан по своей опасности в 21 раз превосходит СО2. Утилизация подобных газов в конечном итоге (пусть даже и в отдаленной перспективе) с любой точки зрения, как экономически, так и экологически, выгодней, нежели его неконтролируемый выброс в атмосферу.

Сам процесс выделения рудниковых газов является достаточно сложным. На него влияют следующие факторы:

• Объем газа в конкретном угольном пласте.
• Степень проницаемости угольного продукта.
• Напряжённость пласта.
• Изменения тектонического характера.
• Пластные свиты.
• Структурная основа угольного продукта.
• Прочие.

Выделение газа – процесс перманентный. Оно происходит, как на подготовительных производственных стадиях, так и непосредственно в момент очистки или продвижения забоя. Наибольшее количество газа выделяется непосредственно из самого угольного продукта, уже добытого, или почвы. Причем это происходит тогда, когда концентрация напряжения снижается.

Метан при соприкосновении с воздухом проникает в участки, наиболее подверженные взрывам. Именно поэтому важно снижение его концентрации (посредством разбавления) и моментальное перемещение этих фракций вентиляционными установками далее по системе. Воздух может поглотить определенное количество метанового и углекислого газа – он по этим показателям имеет свои предельные значения. Также ограничена и скорость вентиляционного напора. Таким образом, становится ясно, что наиболее оптимальным является вариант, при котором опасный газ помощью специального устройства (отсоса) направляется к месту, где уже начинается процесс непосредственной эвакуации веществ вентиляционной струей.

Но совокупность факторов может быть таковой, что газ приобретет свою динамическую внезапность. Опасность подобного выброса заключается, прежде всего, в том, что газ и угольная пыль появившаяся на отдельном участке шахты, смешивается с воздухом, что делает невозможным пребывание на этой территории человека. Более того, это может привести к трагическим последствиям, в том числе связанных с гибелью людей. Но на этом опасности не заканчиваются. При внезапном выбросе происходит процесс образования метанопылевоздушной смеси, которая является взрывоопасной.

Проблемы внезапных выбросов и следующий за ними процесс обильного газовыделения в настоящее время имеют и международный аспект. По борьбе с ними во многих странах используются различные методологические подходы. В большей части это зависит от нормативного регламента и технологических возможностей в этой области, действующих в том или ином регионе земного шара. Также большое значение имеют и геологические условия. Так, например, в таких странах, как Австралия и Шотландия, добыча угля осуществляется на глубине не более 500 м. Это, как правило, однопластовые угольные пласты. Сырье в этих шахтах обладает средней или высокой проницаемостью.

Но есть совершенно иные условия добычи подобных углеводородов. В республиках «постсоветского» пространства, в том числе и России, а также европейских странах и Китае разработке подвергаются многопластовые угольные массивы, причем на глубине свыше 500 м. Проницаемость же углей на этих шахтных выработках существенно меньше 0,1 мД.

Степень проницаемости угля влияет на уровень выделения газа. Чем этот показатель ниже, тем меньше метана или углекислого газа выделяется в шахтное пространство. Но стоит только снизится напряжению пласта- сразу же активизируется и выброс опасных горючих веществ.

Но, тем не менее получается следующая достаточно противоречивая ситуация. Даже при использовании современных технологий, как это делается на европейских шахтах, при которых осуществляется предварительный отсос этих веществ посредством скважин, расположенных горизонтально, объем газа если и уменьшается, то незначительно. А с другой стороны высокая проницаемость угля на австралийских шахтных выработках не создает им особенных проблем. Получается, что более низкая газоносность угольного пласта, не особенно влияет на безопасность производственного объекта. Эксперты заявляют, что, например, не удалённые в результате проветривания газовые потоки могут привести к серьезным последствиям. Но технологии при горных работах, используемых в Германии, позволяют обеспечить безопасную эксплуатацию выработки даже без проведения предварительной процедуры по отсосу газа.

Таким образом основными причинами выбросов опасных газов в горных выработках являются следующие факторы: высокое давление метанового и углекислого газа, крайне низкая прочность угля, а также высокая тектоническая напряженность угольных пластов.