“Гиперболоид” в шахте
Метан непредсказуем. Его присутствие, как правило, проявляется внезапно. Полностью от него не избавиться — он может затаиться в самых различных местах и в самых различных состояниях. Но без соответствующего “катализатора” в виде искры или любого другого температурного проявления метан сам по себе не взорвется даже при очень высоком давлении. Если газ нашел этот “катализатор”, он обязательно вспыхнет, а в момент, когда его концентрация будет взрывоопасной, — взорвется. Никакие самые совершенные приборы и системы не могут гарантировать надежной защиты от взрыва в шахте, когда во многих ее местах находится эта “гремучая” среда.
Наиболее эффективное мероприятие, сокращающее возникновение взрывоопасных ситуаций, состоит в том, чтобы предусмотреть — где, от чего и когда может возникнуть этот “катализатор” взрыва. В статье “Трагедия “Распадской” продолжает волновать людей” (“КР” № 17 с.г.) ветеран-геологоразведчик Федор Кирилловский справедливо отмечает, что импульсом к взрыву, то есть его катализатором, могут быть взвешенные в рудничной атмосфере очень мелкие и легко электризующиеся частицы угольной пыли. Частицы образуют “облака”, между которыми могут проскакивать небольшие, но способные явиться катализатором взрыва электрические разряды.
Стоит обратить особое внимание на явление интенсивного трения при бурении твердых пород вращательным способом станками с “упругой” пневматической подачей, которое может спровоцировать высокую температуру, а значит, и взрыв метана. При этом образуется так называемый “тепловой факел”, форма и размеры которого зависят как от интенсивности и продолжительности трения, так и от свойств и состояния окружающей породы. Причем наряду с высокой температурой при трении возникает трибоэлектрический заряд, потенциал которого может достигать, в зависимости от интенсивности трения и состояния трущихся материалов, до 50000 вольт!
Высокий потенциал очага статического электричества имеет при своем возникновении очень незначительную мощность и не представляет какой-либо опасности как инициатор взрыва метана. Но в процессе эволюции внутри горного массива под действием различных электромагнитных явлений его мощность может увеличиваться до дееспособных величин. Совокупность температурного факела и статического заряда превращает буровую штангу с резцом в своего рода иглу, “заражающую” горный массив очагами, приводящими к взрыву метана. Наряду с электрическими и тепловыми процессами при трении происходят и соответствующие химические процессы, интенсивность и характер которых зависят от свойств пород, составляющих горный массив.
Тепловой факел, в отличие от резца механического действия, более эффективно пересекает твердый пропласток породы, чем мягкие породы и встречающиеся в них дислокации и пустоты. Перемещаясь впереди резца, он пересекает трещину и при определенном их взаимном расположении воспламеняет метан, который затем вспыхивает последовательно на всем протяжении трещины во все стороны ее распространения в горном массиве. Причем воспламенение метана от действия температуры теплового факела может произойти еще до того, как лезвие резца вскроет полость трещины, то есть до того момента, когда промывочная вода может погасить этот пожар. При этом вода может поступить в полость трещины только после вскрытия ее резцом, то есть тогда, когда зона горения метана уйдет по трещине уже далеко от места вскрытия.
Наиболее опасной, с точки зрения возникновения теплового факела, является ситуация, которая создается при бурении шпуров под анкерное крепление в кровле горных выработок при отработке пологих пластов. В этом случае бурение шпуров осуществляется практически перпендикулярно к плоскости твердого пропластка породы, который находится в основной кровле, то есть в самом конце отбуриваемого шпура. При бурении в крест простирания твердого пласта породы происходит так называемое “шелушение”, то есть отслаивание очень тонких слоев, что снижает эффект активного резания породы. При этом бурение происходит исключительно за счет истирания породы, что в несколько раз снижает скорость бурения, способствует интенсивному трению и активирует процесс развития тепловой зоны в горном массиве. Одним словом, буровой станок вращательного действия с “упругой” пневматической подачей, который активирует возникновение в горном массиве указанного “букета” явлений — высокой температуры, электрических явлений и химических процессов — является, по сути, настоящим “гиперболоидом”, способным при наличии метана разрушить окружающую среду очень большого объема. Причем самая опасная особенность этого “гиперболоида” заключается именно в том, что действие его непредсказуемо и неочевидно, а результат действия может проявиться не здесь и не сейчас, а далеко от места бурения и через большой промежуток времени. Практически эти очаги-катализаторы могут мигрировать из одной шахты в другую, находящихся в нескольких километрах друг от друга, и спровоцировать взрыв в зоне наиболее благоприятных условий.
Следует задуматься о том, что, начиная с 1997 года, то есть когда в Кузбассе начали эксплуатировать анкероустановщики типа Vombat Rambor и другие, произошли взрывы на многих шахтах, а их расследования в некоторых случаях не дали убедительных результатов. Вывод один: играем с огнем в прятки, и необходимо принимать меры. “Увлечение” указанными станками, созданными для бурения исключительно по углю и мягким породам еще в 70-х годах в Австралии, опасно и не обеспечивает перспективу создания на их основе эффективных механизированных средств бурения. Эти станки могут эксплуатироваться только при бурении вертикальных шпуров по мягким породам и только в виде переносных колонок. Наиболее “продвинутые” страны уже давно не используют их и взяли ориентир на применение навесного оборудования. Для бурения твердых пород, которые по мере перехода шахт на более глубокие горизонты встречаются все чаще, необходимо применять средства бурения, выполненные на принципе дозированной подачи.
На Кузнецком машиностроительном заводе выполнен комплекс работ по созданию эффективной буровой техники нового поколения на принципе дозированной подачи. На заводе изготовлены и испытаны в промышленных условиях легкие переносные буровые станки типа КШП-1 для бурения пород различной крепости как в рудных, так и в угольных шахтах. Применение этой буровой техники обеспечит безопасное и эффективное бурение шпуров и скважин малого диаметра на угольных шахтах как при проходке и креплении, так и при местной дегазации горных выработок.
Для оперативного решения проблемы с целью предотвращения возможных трагических событий, связанных с описанным выше явлением, необходимы совместные усилия соответствующих органов технического надзора за исполнением законов и правил безопасности в угледобывающей отрасли, Кузбасского технопарка, а также машиностроительных и горнодобывающих предприятий Кузбасса.
