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.
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.
