Прогнозные ресурсы метана в угольной толще Донбасса составляют 798,5 млрд м 3 , в том числе в Донецко-Макеевском районе 119,5 млрд м 3 . Такой значительный потенциал предполагает промышленную добычу и использование метана не только в энергетических целях, но и как товарное сырье для химической промышленности. Однако в реальности промышленная добыча метана из угольных пластов, как это делается на месторождениях США, Канады, Индии, Китая, не осуществляется, а утилизации подвергается в основном метан, полученный в качестве побочного продукта при обеспечении безопасности основных технологических процессов по добыче угля. Основными причинами этого являются сложные горно-геологические условия залегания пластов, их малая мощность и низкая проницаемость, что не позволяет выделить добычу метана в самостоятельный вид деятельности ввиду ее низкой рентабельности, особенно с применением новых технологий, основанных на гидроразрыве угольного массива. Оценка возможности промышленной добычи метана на поле шахты им. В.М.Бажанова в Донецко-Макеевском районе Донбасса, запасы которого составляют 23,7 млрд м 3 , показала, что значительная часть запасов метана сосредоточена в угольных пластах и пропластках с газоносностью 18,5-20,7 м 3 /м 3 . При этом во вмещающих породах метан находится практически в свободном состоянии. Это обстоятельство делает возможным промышленную добычу метана для его утилизации из разгруженного горного массива скважинами, пробуренными с поверхности, без применения технологии гидроразрыва. В статье рассмотрена технология добычи метана дегазационной скважиной, пробуренной с поверхности в разгруженную от горного давления угленосную толщу в условиях выемочного поля 4-й восточной лавы пласта m 3 шахты им. В.М.Бажанова и последующего его использования в качестве топлива электрогенератора. Показано, что за весь срок функционирования опытной скважины объем фактически добытого метана превысил проектное значение на 23 %, а себестоимость полученного газа составила 1535 руб. за 1000 м 3 , что более чем в 3 раза ниже рыночной цены на природный газ для потребителей в Российской Федерации. Это позволило сделать вывод о возможности промышленной добычи шахтного метана для последующей его утилизации в энергетических установках вертикальными скважинами, пробуренными с поверхности, без применения технологии гидроразрыва.
Тепловые условия труда на глубоких шахтах Донбасса являются основным сдерживающим фактором развития угледобычи в регионе. Горные работы на многих шахтах осуществляются у нижних технических границ на глубине почти 1400 м с температурой пород 47,5-50,0 °С. Температура воздуха в рабочих забоях значительно превышает допустимые правилами безопасности нормы. Наиболее тяжелые климатические условия складываются в забоях тупиковых подготовительных выработок, где температура воздуха составляет 38-42 °С. Это обусловлено принятыми системами отработки угольных пластов, значительной удаленностью рабочих забоев от основных вскрывающих воздухоподающих выработок, сложностью в обеспечении тупиковых выработок расчетным количеством воздуха в связи с отсутствием вентиляторов местного проветривания нужной номенклатуры. Для обеспечения термодинамической безопасности шахтой им. А.Ф.Засядько принят к разработке проект центральной системы охлаждения с наземным расположением холодильных машин абсорбционного типа суммарной мощностью 9 МВт с реализацией принципа три генерации (выработка холодильной, электрической и тепловой энергии). Однако длительные сроки проектных и строительно-монтажных работ обусловили необходимость применения в тупиковых подготовительных забоях передвижных кондиционеров. Использование таких кондиционеров не требует значительных капитальных затрат, а сроки ввода их в эксплуатацию не превышают нескольких недель. Применение передвижного кондиционера типа КПШ холодильной мощностью 130 кВт позволило полностью нормализовать тепловые условия труда в забое тупиковой выработки длиной 2200 м, проводимой на глубине 1220-1377 м при температуре вмещающих пород 43,4-47,5 °С. Это стало возможным благодаря максимальному приближению кондиционера к забою выработки в комбинации с использованием высоконапорного вентилятора местного проветривания и вентиляционных труб, обеспечивающих проводимую выработку расчетным количеством воздуха. Использование кондиционера не позволило в полной мере нормализовать тепловые условия по всей длине тупиковой выработки, но снизило остроту проблемы нормализации теплового режима и обеспечило ввод в эксплуатацию очистного забоя.
Пожары сопровождаются возникновением ряда опасных для здоровья факторов, одним из которых является лучистый тепловой поток в сочетании с высокой температурой окружающей среды. Для защиты пожарных используется специальная одежда от повышенного теплового воздействия и одежда изолирующего типа. Показано, что принцип действия такой одежды основан на пассивной тепловой защите за счет применения материалов с низкой теплопроводностью или высокой теплоемкостью. Время защитного действия костюмов невелико, что значительно сокращает длительность работы в неблагоприятных климатических условиях, увеличивает трудоемкость работ, ведет к перегреванию организма. Отмечено, что одним из направлений совершенствования противотепловой одежды является создание костюмов с активным охлаждением. Показано, что разработанные противотепловые костюмы на основе водоледяных охлаждающих элементов не нашли широкого применения в связи с большими затратами. Целесообразна разработка противотеплового костюма активного охлаждения с использованием наиболее доступного хладоносителя – проточной воды, циркулирующей по поливинилхлоридным трубкам, расположенным между слоями костюма. Поставленная в работе цель – раскрытие закономерностей нестационарных теплообменных процессов в системе «тепловой поток очага пожара – противотепловой костюм – тело спасателя» с охлаждением организма спасателя проточной водой, циркулирующей в пододежном пространстве по поливинилхлоридным трубкам, и разработка метода для определения времени защитного действия противотеплового костюма достигнута путем решения уравнения нестационарной теплопроводности методом конечных элементов. Математическая модель отличается учетом внешнего лучистого потока от пожара, внутреннего теплового потока тела спасателя, теплоизоляционных свойств различных материалов костюма, их геометрических параметров, температуры хладоносителя. Установлено, что время защитного действия противотеплового костюма с водяным охлаждением значительно выше, чем костюмов аналогичного назначения для пожарных и спасателей МЧС.
Рассмотрена новая технологическая схема обогрева воздухоподающих стволов угольных шахт Украины с использованием теплогенераторов (воздухонагревателей) смесительного типа и непрямого действия. Выполнено ее сравнение с традиционными схемами обогрева стволов и указаны присущие им недостатки. Показано, что применение новой технологической схемы обогрева позволит отказаться от строительства таких структурных элементов, как котельные и теплотрассы, и приобретения металлоемких калориферов. Все это значительно сократит капитальные и эксплуатационные затраты на строительство и эксплуатацию при существенном снижении сроков ввода отопительных систем в действие. Рассмотрен пример компоновки калориферной установки для обогрева воздухоподающего ствола шахты «Щегловская-Глубокая» шахтоуправления «Донбасс» с использованием теплогенераторов смесительного типа. Приведена схема размещения датчиков контроля параметров вентиляционной струи с учетом поступления вредных продуктов сгорания метановоздушной смеси в каналах калориферной установки. Указаны параметры системы автоматики, обеспечивающей защиту теплогенераторов от работы в аварийных режимах. Отмечены недостатки теплогенераторов смесительного типа, ограничивающие их применение в Российской Федерации. Наряду с теплогенераторами смесительного типа рассмотрен принцип действия теплогенератора непрямого действия, наиболее полно отвечающего требованиям российского законодательства по его использованию в условиях угольных шахт. Приведена принципиальная схема компоновки калориферной установки с использованием такого теплогенератора. Показано, что после разработки нормативной документации, регламентирующей порядок проектирования, строительства и эксплуатации калориферных установок с использованием теплогенераторов непрямого действия, их применение на шахтах России станет возможным без нарушения требований Правил безопасности.
