Лекция 3 Метан

3
3. МЕТАН

3.1 Физико-химические свойства метана

Метан – газ без цвета, запаха и вкуса. Его относительная плотность по отношению к плотности воздуха - 0.55. Плохо растворим в воде. При обычных условиях метан весьма инертен и соединяется только с галоидами. В небольших количествах метан физиологически безвреден. Повышение содержания метана опасно лишь вследствие уменьшения содержания кислорода. Однако, при содержании метана 50-80 % и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость.
С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5 % он горит у источника тепла голубоватым пламенем, при этом распространение фронта пламени не происходит. При концентрации от 5 до 14 взрывается, свыше 14 не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при доступе кислорода извне. Наиболее полное представление о пределах взрывчатости метановоздушной смеси дает график к определению взрывчатости метана с воздухом (рис.1.1).
Наибольшей силы взрыв происходит при содержании его 9.5 %. Температура в эпицентре взрыва достигает 18750С, давление 10 атм.
Воспламенение метана происходит при температуре 650-750 13 EMBED Equation.3 1415С. Метан обладает свойством запаздывания вспышки, состоящее в том, что его воспламенение происходит через некоторое время после возникновения контакта с источником тепла.
Например при концентрации метана 6 % и температурах воспламенителя 750, 1000, 110013 EMBED Equation.3 1415С, продолжительность индукционного периода соответственно равна 1 с, 0.1 с. и 0.03 с.
Наличие индукционного периода создает условия для предупреждения вспышки метана при взрывных работах путем применения предохранительных ВВ. При этом время остывания продуктов взрыва ниже температуры воспламенения метана должно быть меньше индукционного периода.
3.2. Происхождение и виды связи метана с горными породами.

Процессы образования метана протекали одновременно с формированием пластов угля и метаморфизмом первичного органического вещества. Существенная роль при этом принадлежала процессам брожения вызываемым деятельностью бактерий.
В породах и в угле метан находится в виде свободного и сорбированного газа. На современных глубинах работ основное количество метана (около 85%) находится в сорбированном состоянии. Различают три формы связи (сорбции) метана твердым веществом:
Адсорбция - связывание молекул газа на поверхности твердого вещества под действием сил молекулярного притяжения;
Абсорбция - проникновение молекул газа в твердое вещество без химического взаимодействия;
Хемосорбция - химическое соединение молекул газа и твердого вещества.
Основное количество сорбированного породами газа (80-85 %) находится в адсорбированном состоянии. При разрушении угольного пласта этот газ переходит в свободное состояние и выделяется в горные выработки в течении одного двух часов. Абсорбированный метан выделяется из угля длительное время, а хемосорбированный остается в угле длительное время (десятки лет).

3.3 Виды выделений метана в горные выработки

Различают три вида выделений метана в горные выработки:
1. Обыкновенное; 2. Суфлярное; 3. Внезапное выделение с выбросом угля, а иногда и породы.
Обыкновенное выделение метана происходит из мелких пор и трещин по всей поверхности пласта, из отбитого угля и боковых пород. Выделение происходит медленно, но непрерывно, оно сопровождается шорохом, легким потрескиванием и шипением.
Однако, динамика выделения метана из отбитого угля и обнаженной поверхности пласта различны. Дегазация отбитого угля практически заканчивается через 2-3 часа после отбойки, а обнаженной поверхности пласта через 2-3 месяца после обнажения.
Обыкновенное метановыделение неравномерно во времени и зависит от многих факторов: работы выемочных механизмов, ведения взрывных работ, посадки пород кровли, ведения работ по дегазации, режима проветривания участков и т. д.
Исследованиями МакНИИ доказано, что метановыделение в исходящей струе очистного забоя и выемочного участка является случайной во времени величиной.
Суфлярные выделения метана - это выделение метана в больших количествах с характерным шумом из видимых на глаз трещин и пустот в боковых породах и угольных пластах. Действие суфляров может быть кратковременным, но обычно длительно, даже до нескольких лет. Различают суфляры первого и второго рода. К суфлярам первого рода относятся суфляры геологического происхождения, которые, как правило, приурочены к зонам тектонических нарушений.
К суфлярам второго рода относят суфляры горно-производственного характера. Эти суфляры происходят в результате частичной разгрузки пластов и пропластков угля, залегающих в почве и кровле рабочих пластов в зоне влияния горных работ.
Опасность суфляров заключается в том, что они проявляются внезапно, при этом в короткий промежуток времени, возможно, образование взрывоопасных концентраций метано - воздушной смеси в большом объеме. Для борьбы с суфлярами осуществляется предварительная дегазация массива путем применения передового бурения, опережающей отработки защитных пластов, соответствующего способа управления кровлей, увеличивается количество воздуха, подаваемое в опасные по суфлярам выработки, производится каптирование газа. При каптировании газа у устья суфляра сооружается герметичный киоск (из кирпича или шлакоблока), из которого газ по трубопроводу отводится либо в общую исходящую струю крыла, шахты или на поверхность.
Внезапные выделения метана происходят при различных газодинамических явлениях, к которым относят:
Внезапные выбросы угля и газа;
Внезапные высыпания, переходящие во внезапные выбросы на крутых пластах;
Внезапные прорывы газа с небольшим количеством угольной мелочи;
Горные удары с отжимом угля и попутным газовыделением;
Высыпание и обрушение угля с попутным газоваделением;
Обрушение основной кровли с интенсивным выделением газа в выработанном пространстве;
Возникающие при сотрясательном взрывании на крутых пластах высыпания угля, переходящие во внезапные выбросы угля и газа;
Возникающие при взрывании горного массива выбросы породы с попутным газовыделением.
Из перечисленных выше газодинамических явлений наиболее опасным является внезапные выбросы угля и газа. При внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени (несколько секунд) выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной, а иногда и породной мелочи. В 1973 году на шахте им Гагарина в г. Горловке при выбросе выделилось до 180 тыс. м3 метана и было вынесено в выработку до 14 тыс. тонн угля.
Природа и механизм внезапных выбросов до настоящего времени досконально не изучены. В настоящее время наиболее признанной является гипотеза, согласно которой внезапный выброс происходит под комплексным действием горного давления напряженного состояния угольного массива и давления газа.




3.4 Допустимое содержание метана в выработках шахты

Согласно Правилам безопасности, допустимыми концентрациями метана в рудничном воздухе (по объему) являются следующие:
исходящая струя из очистной или тупиковой выработки, камеры, выемочного участка – не более 1 %;
исходящая крыла или шахты – не более 0,75 %;
поступающая на выемочный участок в очистные и подготовительные забои и в камеры – не более 0,5%;
перед производством взрывных работ – до 1 %;
местные скопления в очистных, подготовительных и других выработках – 2 % и более.
В случае обнаружения метана выше указанных пределов работы немедленно прекращаются (соответственно в выработке, участке, крыле или в шахте в целом), люди выводятся на свежую струю, выработки закрещиваются, а электроэнергия выключается. Об этом необходимо немедленно сообщить горному диспетчеру и принять меры по разгазированию выработок.
В местах работы комбайнов, буровых станков содержание метана допускается до 2 %. При содержании метана 2 % и более необходимо остановить машины и снять напряженнее питающего их кабеля. Если обнаруживается дальнейший рост концентрации метана или в течение 15 мин она не снижается, то люди должны быть выведены на свежую струю. Возобновление работы машин допускается после снижения концентрации метана до 1 %.

3.5 Подразделение шахт по газообильности

К шахтам, опасным по газу, относятся такие в которых хотя бы в одной выработке был обнаружен метан.
Количество метана, выделяющегося в шахте за сутки в единицу времени (обычно за сутки), называется метанообильностью шахты. Различают метанообильность относительную и абсолютную.
Абсолютной метанообильностью называется количество метана в кубических метрах, выделяющегося в шахте в течение суток.
Относительная метанообильность – количество метана выделяющегося на 1т суточной добычи.
Относительная метанообильность действующей шахты устанавливается в январе каждого года по результатам обработки замеров количества воздуха и содержании метана в пробах воздуха, производимых ежемесячно в течение года в соответствии с ПБ.
Для установления категории действующей шахты по метану принимается наибольшая относительная метанообильность участка шахтопласта или шахты в целом.
Газовые шахты в зависимости от величины относительной метанообильности и вида выделения метана разделяются на пять категорий:
І – до 5 м3/т; ІІ – от 5- 10м3/т; ІІІ – от 10-15м3/т;
Сверхкатегорные – 15 и более; шахты опасные по суфлярным выделениям;
Опасные по Шахты, ведущие работы по пластам опасным по
внезапным выбросам внезапным выбросам угля и газа, шахты с выбросами породы.
Газовым балансом шахты называется, ее абсолютная метанообильность, равная сумме метанообильности отдельных источников метановыделения. Он зависит от системы разработки, способа управления кровлей, объема выработанного пространства, развития очистных и подготовительных работ, свойств угля и вмещающих пород, горногеологических условий. В Донбассе, доля метановыделения из выработанных пространств составляет 25-35%.
Газовый режим шахты, распорядок, вводимый на шахтах, опасных по выделению метана. Если шахта опасна не только по газу, но и по взрывчатой пыли, то вводится т. н. пыле-газовый режим.
Г. р. предусматривает выполнение организационно-технических мероприятий для предупреждения скопления газа до опасных пределов и появления источников воспламенения газа. Это достигается осуществлением интенсивной вентиляции выработок и дегазации полезных ископаемых и вмещающих пород; применением таких способов работ и механизмов, при которых скопление газа минимально; регулярным контролем содержания газа в воздухе горных выработок при помощи газоопределителей и аппаратуры автоматического контроля и аварийного оповещения. Вторая группа мероприятий состоит в том, чтобы не допускать в шахте открытого пламени, раскалённых предметов и искр (достигается применением предохранительных взрывчатых веществ, электрооборудования в специальном исполнении, соблюдением предохранительных мер при ведении горных работ и др.).








13PAGE 15



13PAGE 15


13PAGE 141015





Приложенные файлы

  • doc 5808517
    Размер файла: 62 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий