Патент на изобретение №2150006

(54) СПОСОБ БОРЬБЫ С ПОДЗЕМНЫМ ПОЖАРОМ

(57) Реферат:

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для борьбы с подземными пожарами в угольных шахтах с широко развитой сетью горных выработок. Технический результат – поэтапное охлаждение углепородного массива вокруг выработок, прилегающих к очагу пожара и обойденных пожаром, с одновременным охлаждением горного массива в районе этих выработок. Сущность изобретения: с дальних подступов бурят оградительно-пожарные скважины с выработок в массив горных пород в сторону выработок, обойденных пожаром, с ориентированием их забойных частей над этими выработками. В процессе бурения скважин осуществляют температурно-газовый контроль. При обнаружении зон с повышенной температурой пород их охлаждают нагнетанием воды через скважины, чередуя его с подачей по этим скважинам огнетушащих составов. Одновременно с этим осуществляют поэтапное охлаждение углепородного массива вокруг выработки, полностью обойденной пожаром. Для чего в кровлю этой выработки у перемычки бурят разведочную скважину, в процессе бурения которой по ее длине определяют состояние массива, его температуру, а также концентрацию газов. Выявленные зоны с повышенной температурой пород охлаждают водой через скважину, после чего перемычку вскрывают. В таком же порядке вскрывают следующие перемычки и до той перемычки, в районе расположения которой данные развернутого бурения по скважине покажут, что выполнение подобных операций связано с повышенным риском. Тогда производят бурение дополнительных разведочных скважин в кровлю, борта и почву выработки, по результатам которого оценивают обстановку: либо дальше вскрывать перемычки, либо начать работу по укреплению углепородного массива вокруг выработки на участке B. Для укрепления углепородного массива под защитой перемычки бурят серию скважин под опорные венцы. После бурения и обсадки скважин и предварительного охлаждения массива нагнетают в него укрепляющие и тампонажные растворы, образующие опорные венцы и соответственно укрепленную зону в углепородном массиве вокруг выработки на участке укрепления. Между первым и вторым венцами бурят оградительные скважины для охлаждения углепородного массива на участке невскрытых перемычек. Далее в центральной части участка сооружают дополнительную взрывоустойчивую изоляционную перемычку, между телом которой и перемычкой оставляют промежуток для образования камеры съема температуры. Перемычку оборудуют лазом, пробоотборной трубкой, термопарой, патрубками для подключения дренчерных устройств и скважин к водной магистрали. При повышении температуры и концентрации газов выше допустимых норм охлаждают углепородный массив водой на участке невскрытых перемычек выработки как через скважины, так и через скважины, по которым также подают и огнетушащие составы. При нормализации обстановки на участке описанный комплекс работ по локализации и тушению пожара повторяют на этом участке с возможно максимальным приближением к очагу пожара. Аналогично вышеописанному охлаждают углепородный массив вокруг других выработок, охваченных пожаром. В прилегающих к очагу пожара выработках, не обойденных пожаром, бурят разведочные скважины в породы кровли для выявления зон с повышенной температурой пород и последующего охлаждения их водой. 4 з.п.ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к горному делу, в частности к технике безопасности на месторождениях полезных ископаемых и предназначено для борьбы с подземными пожарами, особенно в угольных шахтах с широко развитой сетью горных выработок.

Известен способ тушения подземных пожаров, включающий бурение скважин с поверхности, проведение в них газодинамических исследований, подачу через скважины тампонажного раствора под давлением, формирование вначале газонепроницаемой завесы над запожаренным участком с последующим созданием отсекающей кольцевой завесы вокруг запожаренного участка, при этом скважины, расположенные вокруг очага пожара и служащие для создания кольцевой завесы, углубляют до выработанных или обрушенных зон пласта, обсаживают их трубами с односторонней перфорацией, направленной в сторону очага пожара (1).

Недостатком данного способа является ограниченная область применения, распространяющаяся только на тушение пожаров на неглубоких горизонтах угольных шахт, осуществляемое с поверхности.

К другим недостаткам данного способа относятся:
– невозможность активного воздействия непосредственно на очаг пожара;
– низкая эффективность применения скважин для тушения пожаров на глубоких горизонтах шахт, поскольку не создается сплошной отсекающей кольцевой завесы вокруг запожаренного участка вследствие значительного отклонения скважин при бурении от проектного положения;
– невозможность использовать скважины для повторного нагнетания тампонажных растворов, т. к. после первичного нагнетания они будут забиты затвердевшим раствором.

Известен способ борьбы с подземными пожарами, включающий возведение взрывоустойчивых изоляционных перемычек в прилегающих к очагу пожара горных выработках, бурение серии оградительно-пожарных скважин с действующих выработок в массив горных пород в направлении очага пожара, отбор проб воздуха из-за перемычек через пробоотборные трубки, которыми оборудованы эти перемычки, и подачу огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины, причем забойные части этих скважин располагают либо непосредственно в куполах обрушений над выработками, обойденными пожаром, либо в пределах контура этих выработок (2).

Согласно данному способу, на начальном этапе производства работ по нагнетанию огнетушащих составов в разогретый массив горных пород (для его заиловки), газовая обстановка может быть улучшена на пожарном участке, поскольку уменьшаются подсосы воздуха в очаги горения за счет закупорки трещин и заполнения пустот вокруг выработок, обойденных пожаром. Однако по истечении времени, из огнетушащего состава, изготавливаемого, как известно, на основе водных суспензий (воды с добавлением песка, глины, инертной пыли и др.) происходит испарение и дренаж воды, в результате чего твердая часть суспензии осаждается, затем слеживается слоями, между которыми образуются свободные промежутки, служащие воздушным коллектором, по которому происходит интенсивный подсос воздуха в очаги пожара. В результате этого происходит дальнейшее развитие пожара в прилегающих к нему выработках с возможным обходом ранее сооруженных изоляционных перемычек и соответственно прорывом его в действующие выработки.

Это свидетельствует о том, что даже после заиловки массива горных пород над выработками, прилегающими к очагу пожара, не происходит надежной изоляции пожарного участка и, как следствие, не достигается локализация пожара в действующих его границах.

Другим недостатком известного способа являются низкие эксплуатационные качества оградительно-пожарных скважин вследствие того, что параметры их заложения принимаются без учета изменения структуры и свойств массива горных пород, подвергшегося воздействию пожара.

Существенным недостатком известного способа является также и то, что в случае прорыва пожара в действующие выработки из прилегающих к ним изолированных выработок дальнейшее блокирование очага пожара через оградительно-пожарные скважины не представляется возможным вследствие их закупорки затвердевшим огнетушащим составом после первых серий нагнетаний, а также разрушений под действием обрушений пород. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что скважины не обсажены трубами.

Из-за отсутствия возможности активно воздействовать на очаги горения непосредственно в углепородном массиве вокруг выработок, обойденном пожаром, может произойти дальнейшее развитие пожара с возможным выходом в действующие выработки шахты.

Кроме того, данным способом не предусмотрена возможность получать достоверную информацию о характере и свойствах массива горных пород, подвергшегося воздействию пожара, его температуре и концентрации газов в районе пожара. Однако такая информация необходима для оценки объема распространения пожара и, соответственно, при необходимости, принятия оперативных мер по дальнейшей локализации пожара.

Указанные недостатки известного способа приводят к снижению надежности изоляции пожарного участка и, как следствие, к снижению эффективности работ по борьбе с подземными пожарами.

Для ликвидации этих недостатков ставится задача разработки такого способа борьбы с подземным пожаром, который позволил бы эффективно и надежно управлять процессами локализации и тушения пожара путем поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг выработок, прилегающих к очагу пожара и обойденных пожаром, с последующим укреплением углепородного массива на отдельных участках для образования укрепленной зоны в углепородном массиве на пути возможного распространения пожара, а также позволил бы осуществлять оперативный температурно-газовый контроль в районе пожара.

В соответствии с заявляемым изобретением эта задача решается тем, что в способе борьбы с подземным пожаром, изолированным от действующих выработок перемычками, сооруженными в прилегающих к очагу пожара горных выработках, включающем бурение серии оградительно-пожарных скважин с действующих выработок в массив горных пород в сторону пожара, контроль за составом воздуха за перемычками и подачу огнетушающих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины, согласно изобретению бурение оградительно-пожарных скважин в сторону пожара осуществляют с ориентированием их забойных частей либо в устойчивых слоях пород кровли выработок, прилегающих к очагу пожара и обойденных пожаром, либо в защитной породной подушке, расположенной в кровле этих выработок и через которую воздействуют на нагретый массив горных пород путем гидроразрыва через упомянутые скважины, обсадку этих скважин осуществляют трубами по всей их длине, забойные части которых выполняют перфорированными, а герметизацию скважин осуществляют до участка расположения перфорированных труб, причем в процессе бурения оградительно-пожарных скважин определяют поинтервально нарушенность массива горных пород и его температуру при подходе забоев скважин в зону нагретого массива горных пород, при этом предварительно до подачи огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины осуществляют охлаждение его путем нагнетания воды в гидроимпульсном режиме через упомянутые скважины, причем нагнетание воды и подачу огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины осуществляют поочередно с одновременным поэтапным охлаждением углепородного массива вокруг каждой выработки, прилегающей к очагу пожара и обойденной пожаром, для чего бурят разведочные скважины в направлении линии очага пожара последовательно и по одной в кровлю около каждой изоляционной перемычки, начиная с первой, в процессе бурения каждой скважины по ее длине поинтервально определяют коллекторские и прочностные свойства пород кровли выработки, их температуру и концентрацию газов, по полученным данным разведочного бурения выявляют зоны с повышенной температурой пород, которые охлаждают подачей воды через разведочные скважины, по мере охлаждения пород кровли выработки в районе расположения перемычек их вскрывают, начиная с первой перемычки со стороны поступающей струи воздуха в выработку, до той перемычки, в районе расположения которой данные разведочного бурения свидетельствуют о приближении непосредственно к очагу пожара, затем после дополнительного разведочного бурения скважин в кровлю, борта и почву выработки, предназначенного для оценки состояния углепородного массива на участке выработки перед невскрытой перемычкой, осуществляют либо вскрытие очередной изоляционной перемычки, либо укрепление углепородного массива на этом участке с последующим сооружением дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки, длину участка принимают равной 3a, где a – ширина выработки, м, причем укрепление углепородного массива на упомянутом участке начинают с возведения оградительной перемычки со стороны пожара, а затем под ее защитой на этом участке сооружают опорные венцы, число которых рассчитывают исходя из радиуса дренирования пород кровли R, м, с расстоянием между ними, равным двум этим радиусам, при этом каждый опорный венец сооружают путем бурения серии скважин в кровлю, борта и почву выработки по ее контуру в направлении очага пожара с обсадкой их трубами по всей длине и поэтапного нагнетания через них в углепородный массив, после его охлаждения, укрепляющих и тампонажных растворов, причем устья этих скважин располагают в одном поперечном сечении выработки, а забойные части обсадных труб выполняют перфорированными с расположением в ненарушенных слоях углепородного массива, причем первый опорный венец сооружают со стороны оградительной перемычки, а все последующие – за первым опорным венцом, образуя таким образом укрепленную зону углепородного массива вокруг выработки, обойденной пожаром, на участке сооружения дополнительной перемычки, далее между первым и вторым опорными венцами в пределах контура выработки в направлении очага пожара бурят скважины через укрепленный углепородный массив, оборудуют обсадными трубами с перфорацией и в дальнейшем используют в качестве оградительных скважин для охлаждения углепородного массива на участке невскрытых перемычек в выработке, обойденной пожаром, затем в центральной части участке укрепления сооружают дополнительную взрывоустойчивую изоляционную перемычку с образованием между ее телом и оградительной перемычкой камеры съема температуры, при этом толщину дополнительной перемычке принимают не менее половины ширины выработки, оборудуют ее лазом, как минимум, двумя патрубками для подводы воды к дренчерным устройствам, двумя патрубками для подключения оградительных скважин к водной магистрали и пробоотборной трубкой, а также патрубком под термопару для измерения температуры воздуха в камере съема температуры, по окончании оснастки дополнительной перемычки упомянутым оборудованием закрывают лаз герметичной крышкой со стороны пожара в камере съема температуры, после сооружения дополнительной перемычки периодически производят контрольные съемки температуры углепородного массива по оградительным скважинам с последующим охлаждением его водой.

При этом для дополнительного усиления технического результата, если после поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг выработки, обойденной пожаром, остается участок в ней, где изоляционные перемычки не вскрыты и он имеет протяженную длину, тогда повторяют поэтапное охлаждение углеродного массива с вскрытием очередных перемычек и сооружением на этом участке, после его укрепления, второй взрывоустойчивой изоляционной перемычки аналогично сооружению первой взрывоустойчивой изоляционной перемычке, образовав таким образом между ними камеру выравнивания давления, предназначенную для уменьшения подсосов воздуха в очаг пожара и служащую буферной зоной на пути возможного повторного прорыва пожара в направлении действующих выработок.

Кроме того, для обеспечения возможности воздействия на очаг пожара с дальних подступов к нему бурение оградительно-пожарных скважин в направлении пожара осуществляют с вновь пройденных горных выработок. Причем для улучшения качества укрепления углепородного массива при сооружении опорных венцов нагнетание укрепляющих и тампонажных растворов в массив производят через скважины опорных венцов в гидроимпульсном режиме, параметры которого определяют в зависимости от приемистости и прочности укрепляемого углепородного массива в районе пожара.

Для лучшей проходимости огнетушащих составов по оградительно-пожарным скважинам их диаметр принимают большим, чем диаметр оградительных скважин в камере съема температуры.

В сравнении с известным уровнем техники заявляемое изобретение за счет поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг выработок, обойденных пожаром, путем нагнетания воды в него через разведочные скважины у каждой перемычки позволит уменьшить объем углепородного массива, подвергшегося воздействию пожара.

Кроме того, за счет охлаждения углепородного массива как по оградительно-пожарным скважинам, так и по оградительным скважинам, а также блокирования очага пожара нагнетанием в охлажденный углепородный массив укрепляющих и тампонажных растворов с последующим сооружением на участке укрепления дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки достигается возможность предотвращения обхода пожаром этой перемычки и, соответственно, его прорыва в действующие выработки.

Кроме того, за счет контроля газовой обстановки в районе пожара и температуры окружающих пород вокруг выработок, обойденных пожаром, могут быть достоверно оценены характер и направление распространения пожара.

Все эти получаемые при реализации заявляемого способа технические эффекты позволяют обеспечить управляемость процессами локализации и тушения пожара и, как следствие, повысить эффективность и безопасность работ по борьбе с подземными пожарами.

Известен из уровня техники способ тушения очага эндогенного пожара в горной выработке (3), заключающийся в том, что через ряды скважин, пробуренные в массив горных пород, после их герметизации нагнетают воду и осуществляют контроль температуры воды, выделяющейся в выработку из трещин массива. При этом на участке массива горных пород, где температура выделяющейся воды превышает 80^oC, бурят дополнительные скважины и подают раствор антипирогена через все скважины, расположенные на этом участке.

Бурение скважин вдоль выработки преимущественно в кровлю для охлаждения массива горных пород по известному и заявляемому способам не подтверждают их идентичность, поскольку известный способ (3) обладает недостатками, а именно:
– ограниченная область применения, распространяющаяся преимущественно при расположении очага пожара в породах кровли выработки;
– низкая точность определения зон с повышенной температурой пород, которые определяют по фактору выделяющейся в выработку нагретой воды;
– не проводится предварительная оценка состояния массива горных пород вокруг выработки, обойденной пожаром, однако она необходима для определения местонахождения очага пожара и уточнения параметров бурения охлаждающих скважин;
– отсутствует температурно-газовый контроль за составом воздуха на участках проведения профилактических работ, что повышает опасность их выполнения;
– невозможно повторно использовать скважины после нагнетания в них антипирогена в случае ухудшения обстановки на пожарном участке.

Из изложенного следует, что использование известного способа (3) по своему назначению не в состоянии решить поставленную в заявляемом изобретении задачу – повысить эффективность и безопасность работ по локализации и тушению подземных пожаров.

В заявляемом изобретении, благодаря поэтапному охлаждению приконтурного углепородного массива вокруг горных выработок, прилегающих к очагу пожара и обойденных пожаром, с одновременным охлаждением массива горных пород в районе этих выработок достигается эффективное и безопасное подавление очага пожара.

Проведенный комплекс профилактических работ по борьбе с подземным пожаром в натурных условиях согласно заявляемому способу позволил локализовать действующий пожар на изолированном пожарном участке, предотвратив прорыв его в действующие выработки. Кроме того, он позволил постоянно иметь достоверную информацию о характере и возможном направлении его развития.

Положительный эффект от использования заявляемого способа достигается нижеизложенной совокупностью его существенных признаков.

Так, бурение оградительно-пожарных скважин в сторону выработок, обойденных пожаром (по сравнению с прототипом в сторону очага пожара) позволит обеспечить возможность воздействовать на очаги горения в углепородном массиве, окружающем эти выработки.

Расположение забойных частей оградительно-пожарных скважин в устойчивых слоях пород кровли над выработкой, обойденной пожаром, либо в защитной породной подушке в кровле выработки, а не в куполах обрушения или контуре ее, как в прототипе (2), позволит обработать более больший объем массива горных пород над выработкой, обойденной пожаром, при охлаждении его водой. Причем охлаждение массива горных пород, осуществляемое в гидроимпульсном режиме, до подачи в него огнетушащих составов по оградительно-пожарным скважинам способствует дополнительному раскрытию трещин (трещин расслоения) в породах кровли выработки. Это повышает эффект проникновения воды, а впоследствии и огнетушащих составов, в очаги горения при их нагнетании. В то же время образование дополнительной трещиноватости не снижает устойчивость пород кровли, поскольку развитая сеть трещиноватости находится в пределах углов сдвижения пород выработки.

Обсадка скважин трубами по всей длине позволит сохранить их в работоспособном состоянии на все время использования, а выполнение забойных частей этих труб перфорированными позволит доставлять воду и огнетушащие составы в породы кровли выработки, подвергшиеся воздействию пожара.

Кроме того, чередование нагнетания воды в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины с подачей в него огнетушащих составов позволит последним проникнуть в более мелкие трещины и тем самым охватить более больший объем горных пород над выработкой, охваченной пожаром, а это повысит эффект гидроизоляции приконтурного массива этой выработки.

Поинтервальный контроль температурно-газовой обстановки в процессе бурения оградительно-пожарных скважин позволит дать оценку состояния массива горных пород в районе расположения охваченных пожаром выработок.

Осуществление одновременно с обработкой горного массива через оградительно-пожарные скважины поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг каждой выработки, прилегающей к очагу пожара и обойденной им, позволит получить следующие технические эффекты.

Бурение разведочных скважин в направлении очага пожара последовательно и по одной в кровлю выработки, обойденной пожаром, около каждой изоляционной перемычки и определение в процессе этого бурения коллекторских и прочностных свойств пород кровли выработки (нарушенность, трещиноватость, слоистость, радиус дренирования пород), а также температуры пород и концентрации газов (CO₂; CO; CH₄; H₂) у каждой изоляционной перемычки, вскрываемых впоследствии, позволит получить достоверную и оперативную информацию о состоянии прилегающего к выработке углепородного массива и характере распространения пожара по этой выработке.

Дополнительное разведочное бурение скважин в кровлю, борта и почву выработки, при приближении к очагу пожара, позволит также получить достоверную информацию о состоянии углепородного массива на участке выработки перед невскрытой перемычкой, по которой оценивают либо продолжить вскрытие очередной перемычки после охлаждения массива, либо начать работы по укреплению его на участке вскрытых перемычек с целью создания надежной изоляции пожарного участка.

Кроме того, данные дополнительного разведочного бурения позволяют выявить аномальные зоны с повышенной температурой пород, возможные направления его прорыва в действующие выработки, выбрать участок укрепления углепородного массива с последующим сооружением на нем дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки, чтобы впоследствии оперативно управлять процессами локализации и тушения пожара с целью предотвращения повторного его прорыва в направлении действующих выработок.

Вскрытие изоляционных перемычек по мере охлаждения углепородного массива в выработках, обойденных пожаром, позволит непосредственно приблизиться к очагу пожара и активно воздействовать на него через разведочные и оградительные скважины.

Укрепление углепородного массива после его охлаждения на участке вскрытых перемычек в выработке, обойденной пожаром, длину которого принимают равной трем ширинам выработки и на котором сооружают дополнительную взрывоустойчивую изоляционную перемычку, позволит создать защитную зону на пути возможного прорыва пожара в действующие выработки и соответственно локализовать пожар в изолированном пожарном участке с одновременным сокращением его объемов.

Сооружение опорных венцов на выбранном участке укрепления путем бурения серии скважин в кровлю, борта и почву выработки с обсадкой их по всей длине, забойные части которых выполняют перфорированными с расположением их в ненарушенных слоях углепородного массива, и нагнетания в них тампонажных и укрепляющих растворов позволит создать укрепленную зону в углепородном массиве выработки, которая ограждает действующие выработки от возможного повторного прорыва в них пожара и обеспечивает надежную его локализацию.

Бурение контрольных скважин по контуру выработки между первым и вторым опорными венцами со стороны пожара позволит неоднократно использовать их в дальнейшем в качестве оградительных скважин для охлаждения углепородного массива и температурно-газового контроля при ухудшении пожарной обстановки в выработке.

Возведение дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки в центральной части участка укрепления углепородного массива выработки позволит образовать между телом этой перемычки и оградительной перемычкой, установленной в выработке со стороны пожара, камеру съема температуры, выполняющую роль буферной зоны на пути возможного прорыва пожара.

Оснащение дополнительной перемычки нагнетательным оборудованием для подключения дренчерных устройств и оградительных скважин к водной магистрали, а также термопарой позволит в случае активизации пожара дистанционно выполнять профилактические работы по охлаждению приконтурного массива и осуществлять температурно-газовый контроль за состоянием рудничной атмосферы в камере съема, образованной между телом дополнительной перемычки и оградительной перемычкой. Наличие же доступа в камеру съема через проходной лаз в дополнительной изоляционной перемычке позволит непосредственно выполнять профилактические работы по охлаждению приконтурного массива через оградительные скважины и поинтервальному замеру температуры окружающих пород и концентрации газов по этим скважинам для того, чтобы при улучшении обстановки продолжить дальнейшее наступление в сторону очага пожара.

Бурение контрольных разведочных скважин в породы кровли выработок, прилегающих к очагу пожара, но не обойденных им, позволит уточнить пожарную обстановку и в случае выявления зон с повышенной температурой окружающих пород произвести их охлаждение водой.

Выполнение комплекса противопожарных работ как с дальних подступов, так и с ближних подступов к очагу пожара со стороны прилегающих к нему горных выработок позволит обеспечить надежную локализацию и тушение пожара при наличии достоверной оперативной информации на пожарном участке.

Положительный эффект при реализации заявляемого изобретения достигается также еще и тем, что за счет сооружения второй дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки в выработке, обойденной пожаром, с выполнением того же комплекса активных воздействий на очаги горения, что при сооружении первой дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки обеспечивается более надежная изоляция пожарного участка, при этом образованная камера выравнивания давления между этими перемычками уменьшает подсосы воздуха со стороны очага пожара и одновременно способствует снижению температуры окружающего массива между этими перемычками.

Другой технический эффект при реализации заявляемого способа достигается также и за счет того, что бурение оградительно-пожарных скважин осуществляют как из действующих выработок (как в прототипе), так и с вновь пройденных горных выработок в направлении очага пожара, а это позволяет эффективно и безопасно воздействовать на очаг пожара с дальних подступов к нему.

Кроме того, для улучшения качества укрепления углепородного массива нагнетание в него укрепляющих и тампонажных растворов производят в гидроимпульсном режиме, параметры которого определяют в зависимости от приемистости и прочности укрепляемого углепородного массива на пожарном участке.

При этом при выполнении заявляемого способа диаметр обсадных труб оградительно-пожарных скважин принимают большим, чем диаметр обсадных труб оградительных скважин в камере съема, а это обеспечивает лучшую проходимость огнетушащих составов по оградительно-пожарным скважинам и соответственно, при необходимости, оперативную подачу их в большем объеме и количестве в район очага пожара.

На основании вышеизложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявляемого изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом.

Таким образом, реализация заявляемого изобретения позволяет достигнуть технический результат, выражающийся в повышении эффективности и безопасности работ по локализации и тушению пожара в угольных шахтах при обеспечении возможности управления этими процессами на все время действия пожара и который не известен из сведений об уровне техники используемых технологий на данном этапе, а поэтому оно имеет изобретательский уровень.

На фиг. 1 показан план пожарного участка при выполнении операций по описываемому способу, где приняты следующие обозначения: 1 – действующий очаг пожара; 2 – прилегающие к очагу пожара выработки; 3 – прилегающие к очагу пожара выработки, обойденные пожаром; 4 – сопряжение выработок 2 и 3, где действует пожар; 5 – действующие выработки с поступающей струей воздуха, показанной стрелками; 6 – отработанные лавы; 7 – изоляционные перемычки, сооруженные после возникновения пожара; 9 – изоляционные перемычки в прилегающих к очагу пожара выработках 3, сооруженные на пути движения его в направлении действующих выработок 5; 10 – временные перемычки в выработках 3; 11 и 12 – направления путей обхода пожара изоляционных перемычек (показано стрелками); 13 – оградительно-пожарные скважины, пробуренные с действующей выработки 5 в сторону пожара; 14 – оградительно-пожарные скважины, пробуренные с вновь пройденной выработки 15; на фиг. 2 – схема заложения оградительно-пожарных скважин с расположением забойных частей в устойчивых слоях пород кровли над выработкой, обойденной пожаром; на фиг. 3 – то же, что на фиг. 2, с расположением забойных частей в защитной породной “подушке” в кровле выработки, обойденной пожаром; на фиг. 4 – выработка, прилегающая к очагу пожара (после вскрытия в ней нескольких изоляционных перемычек, показанных пунктиром со стороны поступающей струи воздуха по мере охлаждения пород кровли), вид в плане; на фиг. 5 – то же, что на фиг. 4, продольный разрез; на фиг. 6 – разрез А-А фиг. 5; на фиг. 7 – схема заложения скважин под опорные венцы в кровле и почве выработки на участке укрепления; на фиг. 8 – разрез по Б-Б фиг. 7; на фиг. 9 – разрез по В-В фиг. 8; на фиг. 10 – дополнительная взрывоустойчивая изоляционная перемычка, сооруженная в выработке, обойденной пожаром, на участке укрепления углепородного массива, продольный разрез; на фиг. 11 – разрез по Г-Г фиг. 10; на фиг. 12 – то же, что на фиг. 1 после сооружения дополнительной перемычки в укрепленной зоне углепородного массива выработки, обойденной пожаром; на фиг. 13 – узел 1 фиг. 12; а на фиг. 14 – принципиальная схема сооружения камеры выравнивания давления, образованной между дополнительными перемычками.

Другими позициями обозначены: 16 – забойная часть скважин 13, 14; 17 – породная подушка над выработкой 3; 18 – участок герметизации скважин 13: 14; 19 – разведочная скважина, пробуренная в направлении очага пожара 1; 20 – кровля выработки; 21 – сильно трещиноватые слои 21 пород кровли 20; 22 – устойчивые слои пород кровли 20; 23 – участок укрепления; 24 – дополнительные разведочные скважины; 25 – борта выработки 3; 26 – почва выработки 3; 27 – оградительная перемычка; 28 – опорные венцы; 29, 30, 31 – серия скважин, пробуренных в кровлю 20, блока 25 и почву выработки 3; 32 – контрольные скважины в кровлю между опорными венцами 28; 33 – укрепленная зона в породах кровли; 34 – укрепленная зона в бортах выработки; 35 – укрепленная зона в породах почвы; 36 – укрепленная зона углепородного массива вокруг выработки 3 на участке массива вокруг выработки 3 на участке 23; 37 – оградительные скважины, пробуренные через укрепленный массив; 38 – участок невскрытых изоляционных перемычек 8, 9, 10 в выработке 3; 39 – дополнительная взрывоустойчивая изоляционная перемычка 39; 40 – камера съема температуры; 41 – лаз; 42 – патрубки; 43 – дренчерное устройство; 44 – патрубки для подключения скважин 37; 45 – патрубки под термопару; 46 – пробоотборная трубка; 47 – водоотливная труба; 48 – герметичная крышка; 49 – дополнительная взрывоустойчивая изоляционная перемычка на участке 38; 50 – камера давления.

Предлагаемый способ борьбы с подземным пожаром осуществляется следующим образом.

Пожар возник в выработанном пространстве одной из лав. Для изоляции этих лав от действующих выработок 5 устанавливают в выработках 2 и 3 перемычки 7. Несмотря на это пожар продолжает свое развитие и, обойдя перемычки 7, как это показано на фиг. 1 стрелками 11, продолжает свое развитие и выходит на сопряжение 4, на котором он превращается в действующий очаг пожара 1. Чтобы изолировать очаг пожара 1 от действующих выработок 5 вновь устанавливают изоляционные перемычки 8, 9, 10 по мере обхода пожаром этих перемычек, как это показано стрелками 11 и 12.

Процесс дальнейшей локализации действующего пожара с дальних подступов к нему начинают с бурения серии оградительно-пожарных скважин 13 с действующей выработки 5 в массив горных пород в сторону выработки 3, прилегающей к очагу пожара 1 и полностью обойденный им, пути обхода 12 которого показаны стрелками на фиг. 1. Другую серию оградительно-пожарных скважин 14 бурят также в массив горных пород в сторону выработки 3, прилегающей к очагу пожара 1 и частично обойденной им. Бурение скважин 14 осуществляют либо с действующей выработки 5, либо, как в рассматриваемом примере реализации заявляемого способа, с вновь пройденной выработки 15 в связи с отсутствием возможности использовать сеть горных выработок, находящуюся за пределами пожарного участка (фиг. 1).

В случае, когда массив в горных породах над выработками 3 не сильно нарушен (отсутствуют большие купола и обнажения пород кровли), забойные части скважин 13, 14 располагают над этими выработками в устойчивых слоях пород кровли и по высоте, не более высоты выработки (фиг. 2). Если массив горных пород над выработками сильно нарушен (имеются значительные купола обрушений и обнажения относительно длины выработки), то забойные части скважин 13, 14 располагают в защитной породной подушке 17 по ходу бурения этих скважин (фиг. 3).

Обсадку скважин 13, 14 осуществляют трубами по всей длине, забойные части 16 которых выполняют перфорированными. При этом длину участка герметизации 18 скважин 13, 14 принимают до места расположения перфорированных труб (фиг. 2, 3).

Когда забойные части скважины 13, 14 располагают в защитной породной подушке 17 над выработками 3, то воздействие на нагретый массив горных пород производят через эту подушку, предварительно проведя в ней гидроразрыв для вскрытия трещин расслоений и улучшения приемистости массива горных пород при нагнетании в него воды и огнетушащих составов.

В процессе бурения скважин 13, 14 при подходе их забоев в зону нагретого массива горных пород определяют поинтервально нарушенность массива горных пород, о которой судят по пропаже промывочной жидкости, и температуру, о которой судят по температуре выхода промывочной жидкости из скважин 13, 14. Причем для более точной температурной оценки может быть использована термопара. По этим же скважинам осуществляют газовый контроль путем отбора проб над очагом пожара. Если данные разведочного бурения скважин 13, 14 покажут, что массив горных пород сильно нарушен и имеются зоны с повышенной температурой, то по этим скважинам вначале, с целью охлаждения массива, нагнетают воду.

Нагнетание воды производят поэтапно в гидроимпульсном режиме, который способствует раскрытию дополнительных трещин (трещин расслоений). Поскольку развитая сеть трещиноватости находится вне зоны влияния сильнотрещиноватых пород кровли и не взаимодействует непосредственно с куполами и вывалами пород кровли над выработкой, то нагнетаемая вода, проникая во вновь образованные поры и трещины, охватывает более больший объем (по сравнению с прототипом) массива горных пород. В результате этого он более эффективней охлаждается и, как следствие, значительно снижается температура приконтурного массива над выработкой, обойденной пожаром.

Учитывая, что перфорированная часть обсадных труб скважин 13, 14 находится в пределах углов сдвижения пород выработки 3, в обработку вовлекается только тот объем массива горных пород, который заключен в пределах этих же углов сдвижения, а не по всей длине скважины 12, как в прототипе.

После поэтапного охлаждения массива горных пород водой повышается проникающая способность массива, поэтому при нагнетании в него огнетушащих составов происходит более обширная (по объему) обработка массива, обеспечивая таким образом надежную изоляцию приконтурного массива выработки 3.

При выполнении работ по охлаждению массива горных пород осуществляют контроль за состоянием воздуха за изоляционными перемычками, сооруженными на границах пожарного участка.

Одновременно с выполнением работ по локализации пожара с дальних подступов к нему по оградительно-пожарным скважинам 13, 14 осуществляют профилактические работы в прилегающих к очагу пожара 1 выработках 3 со стороны поступающей струи воздуха, причем выполнение указанных работ начинают вначале в выработке 3, полностью обойденной пожаром, который начал прорываться в действующую выработку 5 (фиг. 1).

Для чего в этой выработке 3 со стороны поступающей струи воздуха бурят разведочную скважину 19 в направлении очага пожара 1 в кровлю 20 этой выработки у первой изоляционной перемычки 9, предварительно вскрыв перемычку 10 с применением необходимых мер безопасности (фиг. 4, 5). Длину разведочной скважины 19 определяют из такого расчета, чтобы перебурить сильно трещиноватые слои 21 пород кровли 20, при этом обсадку их осуществляют по всей длине с расположением перфорированной части в устойчивых слоях 22 пород кровли 20.

В процессе бурения разведочной скважины 19 по ее длине поинтервально определяют свойства пород кровли 20, их температуру и концентрацию газов. Полученные при разведочном бурении данные необходимы для определения характера нарушенности пород кровли 20, зон с повышенной температурой пород по длине скважины, а также состава и концентрации газов (CO, CO₂, CH₄, H₂) за перемычкой 9 над выработкой 3, причем упомянутые показатели определяют известными способами.

Выявленные в процессе разведочного бурения зоны с повышенной температурой пород охлаждают путем нагнетания воды через разведочную скважину 19 у изоляционной перемычки 9 с последующим ее вскрытием после охлаждения пород кровли 20. Аналогично в дальнейшем продолжают поэтапное охлаждение углепородного массива вокруг выработки 3 у каждой вскрываемой перемычки 9 (фиг. 4, 5). Однако, как только данные разведочного бурения скважины 19 в районе предполагаемого вскрытия очередной изоляционной перемычки 9 покажут, что нарушенность пород кровли 20 выработки 3 явно возросла (на большей части длины скважины 19 пропадает промывочная жидкость) с одновременным увеличением их температуры и повышением концентрации выделяющихся газов (особенно CO), работы по сокращению объемов изолированного пожарного участка приостанавливают, поскольку дальнейшее их выполнение сопряжено с повышенным риском ведения горно-спасательных работ.

Для нормализации обстановки на участке невскрытых перемычек 8, 9, 10 проводят интенсивное охлаждение углепородного массива путем нагнетания в него воды через разведочную скважину 19 у невскрытой перемычки 9.

Одновременно с этим осуществляют охлаждение массива горных пород через скважины 13, ориентированные в район невскрытых перемычек 8, 9 и 10, чередуя его с подачей по этим скважинам огнетушащих составов для заиловки трещин и пустот вокруг выработки 3 с целью улучшения гидроизоляции и сокращения свободного объема выработки. А охлаждение массива горных пород через скважины 13, ориентированные в направлении вскрытых перемычек 9, прекращают, но оставляют их в работоспособном состоянии на случай ухудшения пожарной обстановки на этом участке (фиг. 1, 12).

После поэтапного охлаждения углепородного массива на участке “l₁” вскрытых перемычек 9 в выработке 3 приступают к укреплению его на участке 23, расположенном перед невскрытой очередной перемычкой 9, с последующим сооружением на этом участке дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки (фиг. 4, 5).

Предварительно перед началом работы по укреплению углепородного массива на участке 23 производят дополнительное бурение разведочных скважин 24 в кровлю 20, борта 25 и почву 26 выработки 3 в сторону очага пожара 1 для получения более достоверной оценки состояния углепородного массива на участке 23 перед невскрытой перемычкой 9 (фиг. 4, 5, 6). При этом в процессе бурения дополнительных разведочных скважин 24 по длине каждой из них поинтервально определяют характер нарушенности массива в кровле 20, бортах 25 и почве 26 выработки 3.

О характере нарушенности углепородного массива вокруг выработки 3 (трещиноватость, наличие пустот, вывалов и т.д.) судят по объему выхода промывочной жидкости из скважин 24, а по ее температуре судят о температуре окружающих пород, причем для более точной температурной оценки может быть использована термопара. По концентрации газов и температуре, определяемой по скважинам 24, оценивают степень возгорания углепородного массива вокруг выработки 3.

При этом если данные разведочного бурения скважин 24 покажут допустимые нормы по температуре и концентрации газов после охлаждения углепородного массива водой через скважины 19 и 13, то приступают к вскрытию очередной перемычки 9, а укрепление углепородного массива на участке 23 не производят.

Если же данные дополнительного разведочного бурения скважин 24 покажут, что концентрация газов (особенно CO) превышает допустимые нормы, что указывает на интенсивное горение в изолированном пожарном участке, а температура углепородного массива повышена (более 100^oC), что свидетельствует о широко распространившемся пожаре, то данный участок 23 углепородного массива вокруг выработки 3 подлежит укреплению. Причем до укрепления его интенсивно охлаждают по скважинам 24, продолжая одновременно охлаждение массива горных пород по скважинам 19 и 13.

После интенсивной обработки массива и проведенных контрольных замеров температуры и концентрации газов, показывающих, что массив охлажден и нет очагов горения, приступают к выполнению работ по укреплению углепородного массива на участке 23.

Длину участка укрепления 23 принимают равной 3a, где: a – ширина выработки, м. Принятая длина участка укрепления 23 обосновывается тем, чтобы не произошло обхода пожаром дополнительной взрывоустойчивой изоляции перемычки (по углам сдвижения, на чертеже не показаны) после ее сооружения на этом участке.

Непосредственно перед производством работ по укреплению углепородного массива на участке 23 перед невскрытой очередной перемычкой 9 возводят оградительную перемычку 27 со стороны очага пожара 1 и под ее защитой сооружают опорные венцы 28. Число опорных венцов 28, необходимых для укрепления участка 23, определяют по формуле n = 3a:2R, где n – число опорных венцов 28; a – ширина выработки, м, тогда 3a – длина участка укрепления 23; R – радиус дренирования пород кровли, м.

Расстояние между опорными венцами 28 (по кровле, бортам и почве выработки) принимают исходя из радиуса дренирования пород кровли R и равно 2R. При этом радиусы дренирования пород почвы R₁ и бортов (угольного массива) R₂ в расчете числа опорных венцов на участке укрепления 23 не принимаются.

Первый опорный венец 28 сооружают со стороны оградительной перемычки 27. Непосредственно процесс сооружения его заключается в следующем (фиг. 7, 8, 9).

В кровлю 20, бока 25 и почву 26 выработки 3 по ее контуру и в направлении очага пожара 1 бурят серию скважин 29, 30, 31, которые обсаживают трубами по всей длине.

Устья скважин 29, 30, 31 располагают в одном поперечном сечении выработки 3 (на фиг. 7 и 8 показано штрихпунктирными линиями). Забойные части обсадных труб скважин 29, 31 располагают в ненарушенных слоях пород кровли и почвы выработки 3, а забойные части обсадных труб скважин 30 – в ненарушенном угольном массиве по обе стороны от стенок выработки 3 за пределами ее ширины. Причем забойные части обсадных труб скважин 29, 30, 31 выполняют перфорированными.

После бурения и обсадки скважин 29, 30, 31 м и предварительного охлаждения через них углепородного массива нагнетают в него укрепляющие и тампонажные растворы, причем нагнетание их осуществляют в гидроимпульсном режиме, параметры которого определяют в зависимости от приемистости и прочности углепородного массива. На этом процесс сооружения первого опорного венца 28 закончен.

Второй и последующие опорные венцы 28 сооружают за первым опорным венцом на расстоянии 2R между ними и аналогично первому венцу 28.

После сооружения всех опорных венцов 28, месторасположения которых показаны на фиг. 8, 9 положениями I-V, на участке укрепления 23 выработки 3 бурят несколько (например, три) контрольных скважин 32 в кровлю между опорными венцами 28 (положения I-V) в центре этого участка, чтобы произвести окончательную оценку состояния пород кровли 20 после их укрепления.

В результате нагнетания укрепляющих и тампонажных растворов в углепородный массив вокруг выработки 3 образуются укрепленные зоны: в породах кровли – 33, в бортах выработки – 34 и в породах почвы – 35, которые совместно образуют укрепленную зону 36 углепородного массива вокруг выработки 3 на участке укрепления 23 (фиг. 9, 10, 11).

После укрепления углепородного массива с образованием зоны 36 между первым и вторым опорными венцами 28 в пределах контура выработки 3 в направлении очага пожара 1 бурят скважины 37 через укрепленный массив, которые оборудуют обсадными трубами с перфорацией и используют в дальнейшем для охлаждения углепородного массива на участке 38 невскрытых изоляционных перемычек 8, 9, 10 в выработке 3 (фиг. 5, 8, 10).

Затем приступают к сооружению дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки 39 в центральной части участка укрепления 23 выработки 3 с образованием между ее телом и оградительной перемычкой 27 камеры съема 40 температуры (фиг. 10). Толщину дополнительной перемычки 39 принимают не менее половины ширины выработки 3. Дополнительную перемычку 39 оборудуют лазом 41, как минимум, двумя патрубками 42 для подвода воды к дренчерным устройствам 43 и двумя патрубками 44 для подключения оградительных скважин 37 к водной магистрали (условно не показано), а также патрубками 45 под термопару для измерения температуры воздуха в камере съема 40 и пробоотборной трубкой 46.

Для отвода воды из камеры съема 40 во время охлаждения углепородного массива через дополнительную перемычку 39 пропущена водоотливная труба 47.

По окончании оснастки дополнительной перемычки 39 перечисленным оборудованием закрывают лаз 41 герметичной крышкой 48 в камере съема 40 со стороны пожара (фиг. 10, 11).

Камера съема 40 температуры, оснащенная вышеуказанным оборудованием, предназначена для оперативного контроля за состоянием газовой обстановки в районе невскрытых изоляционных перемычек 8, 9, 10 в выработке 3, температуры окружающего массива на этом участке, а также для активного воздействия на зоны с повышенной температурой пород путем их охлаждения водой через оградительные скважины 37. Такой оперативный контроль осуществляют в следующей последовательности. Вначале посредством термопары, находящейся в камере съема 40 температуры и концы которой выведены через патрубок 45 дополнительной перемычки 39 со стороны поступающей струи воздуха, замеряют температуру воздуха в камере съема 40. Одновременно с этим определяют состав воздуха в ней через пробоотборную трубку 46. Если результаты замеров покажут повышенную температуру (свыше 36 – 40^oC) и повышенное содержание углерода (CO) в камере съема 40, то это свидетельствует о том, что процесс горения на участке 38 невскрытых перемычек 8, 9, 10 продолжается (фиг. 5).

Поэтому через патрубки 42 подают воду к дренчерным устройствам 43, которые создают туманообразную завесу в камере съема 40, охлаждая таким образом приконтурный массив этой выработки.

Одновременно с этим периодически производят нагнетание воды через те скважины 13, которые ориентированы в сторону невскрытых перемычек 8, 9, 10, а также через скважины 14, направленные в район сопряжения 4 выработок 2, 3 (фиг. 12).

По мере охлаждения приконтурного массива камеры съема 40 и контрольного замера температуры воздуха и концентрации газов в ней, открывают лаз 41 и, после проветривания, приступают к поинтервальному замеру температуры углепородного массива и концентрации газов по оградительным скважинам 37.

Если температура углепородного массива и концентрация газов не будет превышать допустимых норм, то проводят контрольное нагнетание воды по скважинам 37. После этого вновь производят замер температуры воздуха и концентрации газов (CO) в камере съема 40 при закрытом лазе 41, который в дальнейшем периодически повторяют и в случае необходимости охлаждают массив по скважинам 37 при закрытом лазе 41 герметичной крышкой 48.

В случае обнаружения по результатам поинтервальных замеров по длине скважин 37 (при открытом лазе 41) зон с повышенной температурой пород (свыше 100^oC) и повышенного содержания газа (CO) закрывают лаз 41 герметичной крышкой 48 и производят интенсивное охлаждение их водой через скважины 37 при одновременно подключенных для нагнетания воды в массив горных пород скважин 13 и 14. Периодически по скважинам 13 и 14 (с перерывом на нагнетание воды) подают в массив горных пород огнетушащие составы.

В дальнейшем для наблюдения за стоянием обстановки на пожарном участке после каждой серии нагнетаний воды по скважинам 37, а также воды и огнетушащих составов по скважинам 13, 14 производят температурно-газовый контроль в камере съема 40 и температурный контроль истекаемой воды из скважин 13, 14 (при их открытии) и водоотливной трубы 47. По этим данным оценивают степень охлаждения углепородного массива вокруг выработки 3 на участке 38 невскрытых перемычек 8, 9, 10.

При незначительной протяженности участка 38 и невозможности продолжения в нем работ по сокращению объемов пожарного участка (оставшаяся часть выработки находится под сплошным завалом) работы по локализации и тушению пожара в выработке 3 прекращают. Однако в дальнейшем периодически производят контрольные замеры температуры углепородного массива по скважинам 37 и в случае необходимости охлаждают водой через скважины 13, 14 и 37. Причем нагнетание воды в массив горных пород по скважинам 13, 14 чередуют с подачей по ним огнетушащих составов.

Для того, чтобы увеличить объем огнетушащих составов, подаваемый за один прием, и улучшить проходимость их по скважинам 13, 14 диаметр последних принимают большим, чем диаметр скважин 37. Поскольку бурение скважин 37 производится в стесненных условиях запожаренной выработки, то для этого приходится использовать легкий переносной буровой станок, например БЖ-45, диаметр бурения которого не превышает 50 мм.

Если в выработке 3 остается участок 38 невскрытых перемычек 8, 9, 10 значительной длины и он непроходим (сплошные завалы), то работы по локализации и тушению пожара на этом участке выработки 3 прекращают, однако в дальнейшем периодически охлаждают углепородный массив по скважинам 37 и 13, 14. Если участок 38 выработки 3 проходим, то после поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг выработки 3 на этом участке по скважинам 37 и 13, 14 приступают к выполнению работ по дальнейшей локализации и тушению пожара в порядке, описанном выше.

Причем работы по дальнейшей локализации и тушению пожара выполняют с максимально возможным приближением (с точки зрения безопасности) к очагу пожара 1, но так, чтобы вторая дополнительная взрывоустойчивая изоляционная перемычка 49 могла бы быть сооружена на участке 38 там, где крепь выработки 3 находится в удовлетворительном состоянии.

Дополнительную перемычку 49 сооружают аналогично первой дополнительной перемычке 39, а участок выработки 3 между этими перемычками выполняет роль камеры выравнивания давления 50, служащей буферной зоной на пути возможного прорыва пожара в сторону действующих выработок (фиг. 14). Кроме того, она позволяет уменьшать подсосы воздуха в очаг пожара 1 за счет избыточного давления, создаваемого в ней вентилятором, по сравнению с давлением в изолированном пространстве (за невскрытыми перемычками 10, 8).

Для охлаждения воздуха в камере выравнивания давления 50 и приконтурного массива вокруг нее она может быть оборудована дренчерными устройствами (условно не показаны).

При резком ухудшении пожарной обстановки в изолированном пространстве за невскрытыми перемычками 8, 10 в выработке 3 (например, значительно повысилось содержание CO, температура окружающих пород, произошел повторный прорыв пожара и т.п.) камеру выравнивания давления 50 заиливают путем нагнетания в нее инертных материалов через патрубки 44 в первой дополнительной перемычке 39, наращенные и выведенные через оградительную перемычку 27. По окончании заиловки камеры выравнивания давления осуществляют температурно-газовый контроль по скважинам 37, у перемычки 39 и скважинам 13, 14 и при необходимости охлаждают углепородный массив на этом участке.

Осуществление комплекса активных воздействий на очаги горения в углепородном массиве вокруг выработки 3, обойденной пожаром, совместно с дополнительными мерами, выполняемыми в камере выравнивания давления 50, будет способствовать затуханию очага пожара.

Согласно плану проведения горноспасательных работ весь комплекс работ по поэтапному охлаждению горного массива, повергшегося воздействию пожара, рассмотренный применительно к одной выработке 3, обойденной пожаром, аналогично повторяют для других выработок 3, обойденных пожаром.

А в прилегающих к очагу пожара 1 выработках 2, не обойденных пожаром, производят бурение серии контрольных разведочных скважин (условно не показаны) в породы кровли для выявления возможных зон с повышенной температурой окружающих пород с последующим охлаждением их водой.

Техническая идея, положенная в основу заявляемого способа, проверена при локализации и тушении действующего пожара в условиях шахты “Комсомольская” ОАО по добыче угля “Воркутауголь”.

Результаты проверки подтвердили техническую идею и показали надежность управляемости процессами локализации и тушения пожара по заявляемому способу, т. е. возможность предотвратить прорыв пожара в действующие выработки и, как следствие, сократить объем изолированного пожарного участка с созданием безопасных условий работ при его локализации и получением достоверной оперативной информации об обстановке на пожарном участке.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1834390, E 21 F 5/00, 1990.

2. Соболев Г.Г. Организация и ведение горно-спасательных работ в шахтах. – М.: Недра, 1988, с. 226 и 227.

3. Авторское свидетельство СССР N 1463932, E 21 F 5/00.

Формула изобретения

1. Способ борьбы с подземным пожаром, изолированным от действующих выработок перемычками, сооруженными в прилегающих к очагу пожара горных выработках, включающий бурение серии оградительно-пожарных скважин с действующих выработок в массив горных пород в сторону пожара, контроль за составом воздуха за перемычками и подачу огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины, отличающийся тем, что бурение оградительно-пожарных скважин в сторону пожара осуществляют с ориентированием их забойных частей либо в устойчивых слоях пород кровли выработок, прилегающих к очагу пожара и обойденных пожаром, либо в защитной породной подушке, расположенной в кровле этих выработок и через которую воздействуют на нагретый массив горных пород путем гидроразрыва через упомянутые скважины, обсадку этих скважин осуществляют трубами по всей их длине, забойные части которых выполняют перфорированными, а герметизацию скважин осуществляют до участка расположения перфорированных труб, причем в процессе бурения оградительно-пожарных скважин определяют поинтервально нарушенность массива горных пород и его температуру при подходе забоев скважин в зону нагретого горного массива, при этом предварительно до подачи огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины осуществляют охлаждение его путем нагнетания воды в гидроимпульсном
режиме через упомянутые скважины, причем нагнетание воды и подачу огнетушащих составов в массив горных пород через оградительно-пожарные скважины осуществляют поочередно с одновременным поэтапным охлаждением углепородного массива вокруг каждой выработки, прилегающей к очагу пожара и обойденной пожаром, для чего бурят разведочные скважины в направлении очага пожара последовательно и по одной в кровлю выработки около каждой изоляционной перемычки, начиная с первой, в процессе бурения каждой скважины по ее длине поинтервально определяют коллекторские и прочностные свойства пород кровли выработки, их температуру и концентрацию газов, по полученным данным разведочного бурения выявляют зоны с повышенной температурой пород, которые охлаждают подачей воды через разведочные скважины, по мере охлаждения пород кровли выработки в районе расположения перемычек их вскрывают, начиная с первой перемычки, со стороны поступающей струи воздуха в выработку до той перемычки, в районе расположения которой данные разведочного бурения свидетельствуют о приближении непосредственно к очагу пожара, затем после дополнительного разведочного бурения скважин в кровлю, борта и почву выработки, предназначенного для оценки состояния углепородного массива на участке выработки перед невскрытой перемычкой, осуществляют либо вскрытие очередной изоляционной перемычки, либо укрепление углепородного массива на этом участке с последующим сооружением дополниельной взрывоустойчивой изоляционной перемычки, длину участка укрепления принимают равной 3а, где а – ширина выработки (м), причем укрепление углепородного массива на упомянутом участке начинают с возведения оградительной перемычки со стороны пожара, а затем под ее защитой на этом участке сооружают опорные венцы, число которых рассчитывают исходя из радиуса дренирования пород кровли R(м), с расстоянием между ними, равным двум этим радиусам, при этом каждый опорный венец сооружают путем
бурения серии скважин в кровлю, борта и почву выработки по ее контуру в направлении очага пожара с обсадкой их трубами по всей длине и поэтапного нагнетания через них в углепородный массив после его охлаждения укрепляющих и тампонажных растворов, причем устья этих скважин располагают в одном поперечном сечении выработки, а забойные части обсадных труб выполняют перфорированными с расположением в ненарушенных слоях углепородного массива, причем первый опорный венец сооружают со стороны оградительной перемычки, а все последующие – за первым опорным венцом, образуя таким образом укрепленную зону углепородного массива вокруг выработки, обойденной пожаром, на участке сооружения дополнительной перемычки, далее между первым и вторым опорными венцами в пределах контура выработки в направлении очага пожара бурят скважины через укрепленный углепородный массив, оборудуют обсадными трубами с перфорацией и в дальнейшем используют в качестве оградительных скважин для охлаждения углепородного массива на участке невскрытых перемычек в выработке, затем в центральной части участка укрепления сооружают дополнительную взрывоустойчивую изоляционную перемычку с образованием между ее телом и оградительной перемычкой камеры съема температуры, при этом толщину дополнительной перемычки принимают не менее половины ширины выработки, оборудуют ее лазом, как минимум двумя патрубками для подвода воды к дренчерным устройствам, двумя патрубками для подключения оградительных скважин к водной магистрали и пробоотборной трубкой, а также патрубком под термопару для измерения температуры воздуха в камере съема температуры, по окончании оснастки дополнительной перемычки упомянутым оборудованием закрывают лаз герметичной крышкой со стороны пожара
в камере съема температуры, после сооружения дополнительной перемычки периодически производят контрольные съемки температуры углепородного массива по оградительным скважинам с последующим охлаждением его водой.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что если после поэтапного охлаждения углепородного массива вокруг выработки, обойденной пожаром, остается участок в ней, где изоляционные перемычки не вскрыты и он имеет протяженную длину, тогда повторяют поэтапное охлаждение углепородного массива с вскрытием очередных перемычек и сооружением на этом участке после его укрепления второй взрывоустойчивой изоляционной перемычки аналогично сооружению первой дополнительной взрывоустойчивой изоляционной перемычки, образовав таким образом между ними камеру выравнивания давления, предназначенную для уменьшения подсосов воздуха в очаг пожара и служащую буферной зоной на пути возможного повторного прорыва пожара в направлении действующих выработок.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения возможности воздействия на очаг пожара с дальних подступов к нему бурение оградительно-пожарных скважин в направлении очага пожара осуществляют с вновь пройденных горных выработок.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для улучшения качества укрепления углепородного массива при сооружении опорных венцов нагнетание укрепляющих и тампонажных растворов в массив производят через скважины опорных венцов в гидроимпульсном режиме, параметры которого определяют в зависимости от приемистости и прочности укрепляемого углепородного массива в районе пожара.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для лучшей проходимости огнетушащих составов по оградительно-пожарным скважинам их диаметр принимают большим, чем диаметр оградительных скважин в камере съема температуры.

РИСУНКИ