Applying European approach to predict coal self-heating in Ukrainian mines

Abstract

Purpose is the prediction of coal self-heating and determination of the factors effecting the dynamics of emission of tracer gases (TG) used for routine control of coal self-heating within the production unit involving European approach. Methods. To determine the composition of mine ventilation flows, mine air was sampled into a rubber chambers with the volume of 1 liter; after that, gas content (%) was determined in State Militarized Mine-Rescue Service (SMMRS) gas analytical laboratory with the help of “SIGMA-SO-V” and “Kristall” gas analyzers. Arrangement of sampling points is specified according to the normative document. Sampling periodicity while identifying a threat of coal self-heating within the worked-out area was three hours; in terms of standard conditions, the periodicity was not less than once a day. Period of monitoring within the mine working areas is not less than 9 – 10 days. Experimental observations were performed in terms of the production unit of “Pioner” mine and “Pokrovske” mine office. Findings. Innovative approach to routine control of coal self-heating taking into consideration TG dynamics has been tested in terms of the pillar system with return-flow ventilation of a mine section. It has been defined that within the area of expected place of coal self-heating, carbon oxide (CO) consumption within the mine workings was up to 20.59 l/min, and the worked-out area was the source of TG emission; if there were no signs of self-heating, self-heating was not more than 4 – 6 l/min. It has been determined that the TG emission nature is effected by geological (coal grade, seam occurrence, and seam disturbance) and technological (development system, ventilation scheme, rate of stoping advance, downtime periods etc.) factors. Originality. It is for the first time when, in terms of mining-geological and mining-technical conditions of Donbas, the factors, determining dynamics of tracer gases within the production unit in terms of pillar system of seam development, have been defined. Practical implications. Possibility to use European methodology of routine control of coal self-heating in Ukrainian mines has been substantiated and validated.

Мета. Прогноз самонагрівання вугілля і визначення факторів, які впливають на динаміку виділення індикаторних газів (ІГ), що використовуються для поточного контролю самонагрівання вугілля на видобувній дільниці, шляхом застосування європейського підходу. Методика. Для визначення вмісту шахтних вентиляційних потоків рудничної атмосфери відбиралося в резинові камери об’ємом 1 літр, після чого у газоаналітичній лабораторії Державної воєнізованої гірничорятувальної служби (ДВГРС) за допомогою газоаналізаторів “Сигма-СО-В”, “Кристал” визначали вміст газів (%). Розташування точок відбору газових проб обрано у відповідності до нормативних документів. Періодичність відбору проб при виявленні загрози самонагрівання вугілля у виробленому просторі складала кожні 3 години, у звичайному режимі – не менше 1 разу на добу. Період спостереження на виїмкових дільницях – не менше 9 – 10 діб. Експериментальні спостереження виконані на виїмковій дільниці шахти “Піонер” та шахтоуправління “Покровське”. Результати. Виконано перевірку нового підходу до поточного контролю самонагрівання вугілля з урахуванням динаміки ІГ, при стовповій системі розробки зі зворотноструминним провітрюванням дільниці. Встановлено, що в районі передбачуваного осередку самонагрівання вугілля витрата СО у виробках досягала 20.59 л/хв, а джерелом виділення ІГ був вироблений простір; при відсутності ознак самонагрівання – витрата не перевищувала 4 – 6 л/хв. Встановлено, що інтенсивне виймання вугілля призводить до збільшення виділення ІГ. Так, зі збільшенням навантаження на очисний вибій від 1500 до 4600 т/добу зростає виділення СО від 2.5 до 6.0 л/хв. Визначено, що на характер виділення ІГ ключову роль відіграють геологічні (марка вугілля, залягання пласта і його порушеність) та технологічні (система розробки, схема провітрювання, швидкість посування очисних робіт, тривалість простоїв та ін.) фактори. Наукова новизна. Вперше для гірничо-геологічних і гірничотехнічних умов Донбасу встановлено фактори, що визначають динаміку індикаторних газів на видобувній дільниці при стовповій системі розробки пласта. Практична значимість. Обґрунтована та доведена можливість використання європейської методики поточного контролю самонагрівання вугілля на українських шахтах.

Цель. Прогноз самонагревания угля и определение факторов, влияющих на динамику выделения индикаторных газов (ИГ), используемых для текущего контроля самонагревания угля на добычном участке, посредством применения европейского подхода. Методика. Для определения состава шахтных вентиляционных потоков рудничный воздух отбирался в резиновые камеры объемом 1 литр, после чего в газоаналитической лаборатории Государственной военизированной горноспасательной службы (ГВГСС) с помощью газоанализаторов “Сигма-СО-В”, “Кристалл” определяли содержание газов (%). Расположение точек отбора газовых проб выбрано в соответствии с нормативным документом. Периодичность отбора проб при выявлении угрозы самонагревания угля в выработанном пространстве составляла каждые 3 часа, в обычной обстановке – не реже 1 раза в сутки. Период наблюдения на выемочных участках – не менее 9 – 10 суток. Экспериментальные наблюдения выполнены на выемочном участке шахты “Пионер” и шахтоуправлении “Покровское”. Результаты. Выполнена проверка нового подхода к текущему контролю самонагревания угля с учетом динамики ИГ, при столбовой системе разработки с возвратноточным проветриванием участка. Установлено, что в районе предполагаемого очага самонагревания угля расход СО в выработках достигал 20.59 л/мин, а источником выделения ИГ являлось выработанное пространство; при отсутствии признаков самонагревания – расход не превышал 4 – 6 л/мин. Установлено, что интенсивная выемка угля приводит к увеличению выделения ИГ. Так, с увеличением нагрузки на очистной забой от 1500 до 4600 т/сут возрастает выделение СО от 2.5 до 6.0 л/мин. Определено, что на характер выделения ИГ ключевую роль играют геологические (марка угля, залегание пласта и его нарушенность) и технологические (система разработки, схема проветривания, скорость подвигания очистных работ, длительность простоев и др.) факторы. Научная новизна. Впервые для горно-геологических и горнотехнических условий Донбасса установлены факторы, определяющие динамику индикаторных газов на добычном участке при столбовой системе разработки пласта. Практическая значимость. Обоснована и подтверждена возможность использования европейской методики текущего контроля самонагревания угля на украинских шахтах.