Temat: 7.

Zagrożenie metanowe. Zagrożenie wyrzutami gazów i skał.

1. Ogólne wiadomości o zapalności i wybuchowości metanu.

Bardzo często podstawową część gazów kopalnianych stanowi metan. Metan potocznie nazywany jest gazem kopalnianym lub gazem błotnym. Chemicznie jest to najprostszy z węglowodorów nasyconych. Jego własności fizyczne oraz inne dane charakterystyczne podano w tabl. 6.1.

Obecność metanu w powietrzu kopalnianym stwarza duże niebezpieczeństwo dla zatrudnionych w podziemiach kopalni ludzi, jak również dla samej kopalni, a to z następujących przyczyn:

- metan, będąc gazem lżejszym od powietrza, wypiera tlen, tworząc atmosferę niezdatną do oddychania,

- metan jest gazem palnym i zmieszany w odpowiednim stosunku z powietrzem daje mieszaninę wybuchową.

Wybuchową jest mieszanina, w której tlenu jest powyżej 12%, a zawartość metanu mieści się w granicach 5,0 do 15%. Najsilniejszy, wybuch następuje przy zawartości metanu 9,5%.

Temperatura zapłonu wynosi 650°C, temperatura wybuchu 1500°C. Poza granicami wybuchowości metan spala się i zjawisko to nazywa się potocznie wypaleniem metanu. Ogień rozszerza się wtedy błyskawicznie i może spowodować u ludzi ciężkie, a nawet śmiertelne oparzenia. Z tej przyczyny wskazane jest, aby w wyrobiskach zagrożonych metanem ludzie pracowali w koszulach. Mając na uwadze wymienione zagrożenia, nie wolno dopuszczać do gromadzenia się metanu w czynnych wyrobiskach gormczych.

W razie stwierdzenia pod stropem wyrobiska zawartości metanu powyżej 2% należy:

- niezwłocznie wycofać załogę z zagrożonych wyrobisk,

- wyłączyć prąd elektryczny i unieruchomić urządzenia mechaniczne,

- dostęp do wyrobisk zagrodzić i zawiadomić o tym fakcie najbliższą osobę dozoru ruchu.

Temat: 7.2. Wydzielanie się metanu w kopalniach węgla .

Metan występuje w złożu węglowym w postaci swobodnej (wolnej) oraz w postaci związanej z węglem. Metan wolny wypełnia pory, szczeliny oraz pustki w pokładach węglowych i otaczających je skałach płonnych. Metan związany z węglem, czyli metan sorbowany, połączony jest z węglem fizycznie lub chemicznie.

Wykonanie wyrobiska górniczego zaburza równowagę ciśnienia gazów w złożu. Do wyrobiska górniczego wypływa z calizny metan wolny i wydziela się metan sorbowany. Proces polegający na uwolnieniu się sorbowanego gazu z ciała stałegó nazywa się desorpcją. Na ogół bywa ona dość słaba, ale może być również tak intensywna, że w mało zwięzłych węglach oraz w naprężonym górotworze powoduje odrywanie, a nawet odrzut brył węglowych i skalnych od calizny. Zjawiska takie występują w Rybnickim Okręgu Węglowym w kop. Jastrzębie i Zofiówka.

Wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych może występować:

- równomiernie na całej powierzchni wyrobiska oraz z urobionego węgla,

- jako skupione miejscowe wypływy, czyli tzw. fukacze,

- gwałtownie w postaci wyrzutów gazów i skał.

Intensywność fukacza może być różna - od bardzo małych wypływów, widocznych tylko tam, gdzie spąg zalany jest wodą i wydzielanie się metanu uwidacznia się w postaci pęcherzyków gazu wydobywających się z wody, aż do potężnych wypływów ze szczelin lub jam skalnych, z których metan wydobywa się z szumem lub sykiem (fontanny metanowe).

Wydzielający się do wyrobisk górniczych metan miesza się z powietrzem kopalnianym i jest z nim odprowadzany do szybu wydechowego. Tam gdzie wypływający z calizny metan ma duże stężenie, w trakcie mieszania się z powietrzem i rozrzedzania do wartości dopuszczalnych mogą wystąpić stany pośrednie, w których na pewnym odcinku wyrobiska może powstać mieszanina wybuchowa.

Zjawisko to spotyka się zazwyczaj tam, gdzie występują intensywne wypływy metanu ze stropu wyrobiska. Powstać wtedy mogą tzw. lonty metanowe. Są to przystropowe nagromadzenia metanu o stężeniu powyżej 5% występujące w cienkiej warstwie grubości do 2 cm, bezpośrednio pod okładziną lub nie zabudowanym stropem w wolnym przekroju wyrobiska na odcinku powyżej 10 m.

Temat: 7.3. Klasyfikacja zagrożeń metanowych.

Ze względu na naturalne wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych zakłady górnicze dzieli się na:

- metanowe,

- niemetanowe.

Metanowym zakładem górniczym jest taki zakład, w którym chociażby w jednym z wyrobisk górniczych stwierdzono w powietrzu występowanie metanu o koncentracji przekraczającej 0,1%. Zakład górniczy, w którym takiego faktu me stwierdzono nawet przy zaprzestaniu przewietrzania, jest zakładem górniczym niemetanowym.

Każde udostępnione złoże (pokłady lub ich części, żyły, gniazda, wysady) powinno być zbadane na okoliczność występowania metanu. W uzasadnionych przypadkach w metanowym zakładzie górniczym można wydzielić część złoża jako niemetanową.

Wyrobiska górnicze, w których stwierdzono występowanie metanu łącznie z drogami odprowadzającymi powietrze z tych wyrobisk, stanowią pola metanowe.

Rozróżnia się metanowość pokładów:

- bezwzględną Q_m określoną jako ilość metanu wydzielającą się do wyrobiska w jednostce czasu, wyrażoną w m³/min; metanowość bezwzględną rejonu wentylacyjnego (rys. 7.1) można obliczyć,

Rys. 7.1. Pomiar metanowości rejonu

mierząc w określonym punkcie prądu wydechowego (pkt. A) strumień powietrza Q_p w m³/mm (pomiar anemo­metrem) i zawartość procentową metanu Z uzyskaną z analizy laboratoryjnej pobranych próbek powietrza oraz uwzględniając ilość metanu ujmowanego przez odmetanowanie w tym rejonie wentylacyjnym Q_mp; całkowitą ilość wydzielającego się meta­nu - metanowość bezwzględną Q_m - oblicza się ze wzoru:

Q_m = 0,01 . Z . Q_P + Q_mo (7.1)

- względną q_m wyrobiska (rejonu wentylacyjnego); określana jest przez ogóną ilość metanu wydzielającą się do wyrobiska (rejonu wentylacyjnego) w ciągu całej doby w przeliczeniu na1 t wydobycia dobowego z wyrobiska (rejonu wentylacyjnego); wylicza się ją za pomocą wzoru

qm = 1440 Q_m / W ( 7.2)

gdzie W oznacza dobowe wydobycie z wyrobiska (rejonu wentylacyjnego).

Metanonośnością nazywa się laboratoryjnie zbadaną ilość metanu w m³ przypadającą na 1 t czystej substancji węglowej. Metanowość bezwzględną i względną określa na podstawie pomiarów i analiz laboratoryjnych służba wentylacyjna kopalń.

Metanowość określa Kopalnia Doświadczalna Barbara.

Dla złóż węglowych metanowych ustalono podział na cztery kategorie zagrożenia metanowego.

Złoża węglowe metanowe lub ich części zalicza się:

- do kategorii I zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości od 0,02 do 2,5 m³/t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych nie prze­kraczające 5 m³/t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,

- do kategorii II zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości 2,5 do 4,5 m³/t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości od 5 do 10 m³/t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,

- do kategorii III zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości 4,5 do 8 m³/t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości 10 do 15 m³/t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,

- do kategorii IV zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości powyżej 8 m³/t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości powy­żej 15 m³/t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe, a także złoża, w których stwierdzono występowanie fontann metanowych lub wyrzuty metanu.

W przypadku złóż udostępnianych stosuje się kryteria metanonośności, w przypadku złóż lub ich części będących w eksploatacji stosuje się jako kryterium metanowość względną.

Dla złóż rud i soli ustalono dwie kategorie zagrożenia metanowego, przy czym złoża te lub ich części zalicza się:

- do kategorii I zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono chociażby w jednym z wyrobisk górniczych występowanie metanu pochodzenia naturalnego w powietrzu o koncentracji przekraczającej 0,1%,

- do kategorii II zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono chociażby jeden nagły wypływ lub wyrzut metanu łącznie z innymi gazami pochodzenia naturalnego.

Zaliczenia zakładów górniczych do metanowych lub niemetano­wych, jak również złóż kopalin lub ich części do odpowiedniej kategorii zagrożenia metanowego oraz ustalenia granic pól metano­wych dokonuje właściwy okręgowy urząd górniczy.

Temat: 7.4. Wykrywanie i pomiar metanu.

Wykrywanie i pomiar zawartości metanu w powietrzu kopalnianym należy wykonywać metanomierzami dopuszczonymi do stosowania w podziemnych zakładach górniczych. W kopalniach silnie metano­wych utrzymywana jest stała kontrola zawartości metanu w powietrzu kopalnianym za pomocą automatycznych systemów metanometrycz­nych. Dawniej stosowano do pomiarów metanu benzynowe lampy wskaźnikowe.

Metanomierze są przyrządami do pomiaru zawartości metanu w po­wietrzu kopalnianym. Ich zaletą w porównaniu z lampą wskaźnikową jest większa dokładność pomiaru i większe bezpieczeństwo. Pro­dukowane obecnie i stosowane w górnictwie węglowym metanomierze można podzielić na dwie zasadnicze grupy:

- metanomierze indywidualne i prze­nośne;

- metanomierze stacjonarne, tzn. ta­kie, które zabudowane są na stałe w określonych punktach kopalni; stanowią one zazwyczaj podstawo­wy człon zabezpieczeń metanome­trycznych.

Spośród wielu metanomierzy indywidualnych w polskim górnic­twie stosuje się najczęściej metanomierze VM i VM-1p (działające na zasadzie katalitycznego spalania) produkowane w Polsce na licencji francuskiej oraz metanomierze interferencyjne Szi-3 i Riken.

Metanomierz VM-1 (rys. 7.2) jest metanomierzem żarowym. Dzia­łanie metanomierzy tego typu oparte jest na spalaniu metanu zawar­tego w powietrzu kopalnianym, wprowadzonego do komory pomiaro­wej metanomierza. Przyrost temperatury wywołany spalaniem metanu powoduje zwiększenie oporu elektrycznego przewodnika, powodujące w układzie elektrycznym metanomierza (mostku Wheatstone) prze­pływ prądu elektrycznego przez obwód galwanometru. Odpowiednie wyskalowanie galwanometru pozwala odczytać zawartość CH₄ w po­wietrzu kopalnianym wprowadzonym do komory pomiarowej.

Rys. 7.2. Metanomierz indywidualny VM-1

a - widok, 7 - akumulator,

b - konstrukcja; 8 - pompka w osłonie gumowej,

1 - korpus miernika, 9 - zawór,

2 - uchwyty zaczepowe paska do noszenia, 10 - obwód drukowany,

3 - styki do ładowania akumulatora, 11 - osłona plastykowa,

4 - przycisk pomiarowy, 12 - złączka wlotowa (otwór ssawny),

5 - miernik, 13 - filtr,

6 - obwód drukowany, 14 - komora pomiarowa,

15 - otwór wylotowy

Metanomierze VM-1 produkuje się w Polsce na licencji francuskiej firmy OLDHAM. Zakres pomiarowy metanomierza wynosi od 0 do 5% metanu; dokładność wskazań 0,2%. Zasilanie elektryczne metano­mierza stanowi akumulator o napięciu 2,5 V i pojemności 500 mAh, wystarczającej do wykonania 100 pomiarów. Wymiary metanomierza 110 x 75 x55 mm.

Konstrukcję metanomierza VM-1 pokazano na rys. 7.2b. Metano­mierz ma obudowę gumową spełniającą równocześnie zadanie pomp­ki. Wewnątrz tej obudowy znajduje się w osłonie plastikowej akumu­lator oraz komora pomiarowa, w której następuje spalanie, pomiar zmiany oporu i wytwarzanie impulsów elektrycznych potrzebnych do wychylenia wskazówki galwanometru.

Przed użyciem metanomierza należy przeprowadzić kotrolę:

- zasilania (akumulatora); polega na krótko­trwałym zwarciu przedmiotem metalowym końcówki metalo­wej otworu ssawnego metanomierza ze stykiem do ładowania akumulatora, znajdującym się po tej samej stronie - wskazów­ka galwanometru powinna zatrzymać się lub przekroczyć pole zielone na tarczy miernika;

- zera; kontrolę zera przeprowadza się w atmosferze powietrza czystego; po kilkakrotnym naciśnięciu pompki wbu­dowanej w gumową osłonę metanomierza należy wcisnąć na czas 3 do 4 s przycisk pomiarowy - wskazówka galwanometru powinna ustalić się na polu zielonym oznaczonym cyfrą 0.

Tarczę miernika metanomierza pokazano na rys. 7.3.

Sprawdzony metanomierz należy trzymać w trakcie pomiarów w prawej ręce, przy czym nie mogą być zasłonięte otwory wlotowy i wylotowy. Wprowadzenie badanego powietrza do komory pomiaro­wej następuje po kilkakrotnym naciśnięciu i zwolnieniu pompki gumowej. Po zakończeniu pompowania odczekuje się 2 s i naciska przycisk pomiarowy przez 3 do 4 s. W tym czasie wychylenie wskazówki ustala się, po czym można odczytać wynik na skali metanomierza.

Rys. 7.3. Opis tarczy miernika metanomierza VM-1 w wersjach 0=3% CH₄ oraz 0=5% CH₄

1 - pole zielone do kontroli zera,

2 - pole zielone do kontroli napięcia,

3 - pole czerwone wskazujące stężenie 12% CH₄,

4 - pole czerwone wskazujące stężenie 3=12% CH₄,

5 - pole czerwone wskazujące stężenie w zakresie 5=12% CH₄

Po przekroczeniu stężenia metanu 5% wskazówka wchodzi na pole czerwone po prawej stronie skali, a po przekroczeniu 12% przeskakuje na pole czerwone po drugiej stronie skali.

Przy pomiarach metanomierzem VM-l, wyposażonym w sondę do pobierania próbek gazu na odległość, wykorzystuje się pompkę pośrednią (rys. 7.4). Przy pomiarach z sondą należy pompkę nacisnąć Więcej razy.

Naprawy metanomierzy przenośnych mogą dokonywać jednostki organizacyjne upoważnione przez Wyższy Urząd Górniczy.

Metanomierze stacjonarne zabudowuje się w określonych punktach kopalni na stałe. Stanowią one podstawowe człony zabezpieczeń metanometrycznych - omówiono je w rozdz. 7.5.7.

Rys. 7.4. Pomiary metanomierzem indywidualnym VM-1 za pomo­cą sondy do pobierania próbki gazu na odległość

1 - pompka ręczna, 5 - zawór wylotowy,

2 - nasadka do nakładania węża, 6 - zawór wlotowy,

3 - wąż giętki, 7 - sonda do pobierania próbek gazu

4 - pośrednia pompka gumowa, z odległości

Metanomierz Szi-3 (rys. 7.5) jest metanomierzem interferencyjnym. Zasada jego działania polega na interferencyjnym pomiarze różnicy prędkości światła w czystym powietrzu atmosferycznym i w badanym powietrzu kopalnianym.

Wiązka promieni świetlnych wysyłana przez żarówkę umieszczoną w metanomierzu ulega rozdzieleniu na dwie, z których jedna przepuszczana jest przez powietrze atmosferyczne w tzw. komorze porównawczej, a druga przez powietrze kopalniane wypełniające komorę pomiarową. Wiązki te odpowiednio skierowane nakładają się na siebie, następuje ich interferencja, a odchylenie prążków interferencyjnych na skali jest proporcjonalne do zawartości metanu.

W celu wyeliminowania wpływu dwutlenku węgla i pary wodnej, który daje takie same wskazania jak metan, stosuje się odpowiednie pochłaniacze włączone do obiegu powietrza kierowanego do komory pomiarowej, przy czym pochłaniacz pary wodnej zabudowany jest trwale, a pochłaniacz C0₂ może być włączony zależnie od potrzeby.

Obieg powietrza wymuszony jest pompką gumową, której wąż nasadza się na króciec wylotowy 1.

Przed przystąpieniem do pomiarów należy metanomierz sprawdzić i uregulować.

W tym celu należy:

- sprawdzić szczelność pompki - ścisnąć pompkę i zamknąć wlot pompki przez zaciśnięcie węża; jeśli pompka jest szczelna, to rozprężenie jej następuje bardzo powoli;

- sprawdzić szczelność metanomierza - ścisnąć pompkę i zamknąć palcem wlot 2; metanomierz jest szczelny, jeśli rozprężenie pompki odbywa się bardzo powoli;

- sprawdzić oświetlenie i układ optyczny - zdjąć pokrywę okularu 3, nacisnąć przycisk do zapalenia żarówki 6 i patrząc w okular obracać jego oprawą dotąd, aż kreski podziałki, cyfry i prążki interferencyjne będą dobrze widoczne;

- przeprowadzić regulację metanomierza - przepłukać obieg gazowy czystym powietrzem przez siedmiokrotne naciśnięcie pompki, po czym patrząc w okular (przy załączonej żarówce) obracać pokrętłem regulacyjnym 5 (po zdjęciu jego osłony) tak, aby lewy z dwóch czarnych prążków interferencyjnych pokrył się z kreską zerową podziałki; regulację taką (tzw. zerowanie) powinno się wykonywać codziennie.

Rys. 7.5. Metanomierz interferencyjny Szi-3 (bez futerału)

1 - króciec wylotowy, na który nasadza się wąż z pompką gumową,

2 - króciec wlotowy,

3 - okular z przykrywką,

4 - śruba (pokrywa) odłączająca pochłaniacz dwutlenku węgla z obiegu powietrza w meta­nomierzu,

5 - pokrętło regulacyjne,

6 - przycisk do zapalania żarówki

Pomiaru zawartości metanu dokonuje się w sposób następujący. Na króćcu wlotowym osadza się wąż, którego drugi koniec umieszcza się na miejscu pomiaru. Następnie naciska się siedem razy pompkę gumową, po czym naciska się na przycisk 6 i odczytuje na skali położenie zerowanego uprzednio prążka interferencyjnego. Odczyt stanowi wynik pomiaru.

Metanomierz Szi-3 pozwala na mierzenie zawartości metanu do 6% z dokładnością do 0,1%. Przemieszczenie zerowanego prążka poza podziałkę oznacza zawartość metanu powyżej 6%.

W celu dokonania pomiaru zawartości dwutlenku węgla należy wykonać najpierw pomiar zawartości metanu w badanym powietrzu kopalnianym.

Następnie należy odkręcić śrubę 4 powodującą wyłączenie z obiegu pochłaniacza dwutlenku węgla. Po siedmiokrotnym naciśnięciu pompki należy dokonać odczytu na skali w sposób poprzednio opisany.

Zawartość dwutlenku węgla V_co2 będzie w przybliżeniu różnicą uzyskanego odczytu V_c i zawartości metanu V_CH4

V_co2 = V_C – V_CH4

Metanomierze Szi-3 nie dają dokładnych pomiarów, gdy powietrze kopalniane zawiera wodór, dlatego też korzystanie z nich w rejonach pól pożarowych jest wykluczone.

Dla dobra pomiaru należy je chronić przed wilgocią, pyłem i wstrząsami. Nosić zawsze w futerale. Pochłaniacz C0₂ należy wymienić co 400 pomiarów.

Temat: 7.5. Zwalczanie zagrożenia metanowego.

7.5.1. Zasady i sposoby zwalczania zagrożenia metanowego.

Zwalczanie zagrożenia metanowego polega na:

- niedopuszczeniu do gromadzenia się metanu w wyrobiskach górniczych w ilościach przekraczających wielkości dopuszczalne, co pozwala uniknąć niebezpieczeństwa zapalenia i wybuchu metanu, oraz powstawaniu jego przystropowych nagromadzeń i atmosfery beztlenowej,

- wyeliminowaniu możliwości zapalenia metanu przez stosowa­nie odpowiednich nakazów i zakazów, odpowiedniej techno­logii wybierania złoża oraz stosowania odpowiednich maszyn, urządzeń i materiałów,

- zorganizowaniu nadzoru nad całokształtem techniki zwalczania zagrożenia metanowego i rygorystycznym przestrzeganiu obowiązujących zasad pracy w polu metanowym.

W celu niedopuszczenia do gromadzenia się metanu w wyrobiskach górniczych w ilościach przekraczających wielkości dopuszczalne stosuje się sposoby wentylacyjne jako podstawowe, a w przypadku ich nieskuteczności sposoby polegające na:

- odmetanowaniu, czyli sztucznym odciągnięciu metanu z po­kładu węgla i skał otaczających,

- odcięciu dopływu metanu do czynnych wyrobisk górniczych.

Przy zbliżaniu się wyrobiskami do pokładów metanowych lub istniejących wyrobisk i zrobów, gdzie należy spodziewać się obecności metanu lub innych gazów, należy wykonywać co najmniej jeden otwór badawczy (przedwiert) tak, aby wyprzedzał on stale przodek o co najmniej 4 m.

Zaprojektowanie odpowiedniej technologii wybierania oraz za­stosowanie właściwych urządzeń energomaszynowych i zabezpieczają­cych w przewidzianym do wybierania polu metanowym wymaga określenia przypuszczalnego wydzielania się metanu do projektowa­nych wyrobisk korytarzowych i eksploatacyjnych. Zadania te spełnia prognozowanie metanowości dokonywane przez jednostki nauko­wo-badawcze.

Temat: 7.5.2. Wentylacyjne zwalczanie zagrożenia metanowego.

Polega na doprowadzeniu takiej ilości powietrza do wyrobisk górniczych, aby nie dopuścić do tworzenia się w nich niebezpiecznych stężeń metanu. Zwiększając ilość powietrza przepływającą przez wyrobiska górnicze, zmniejsza się w nich tym samym zawartość metanu. Szybkie i dokładne wymieszanie się metanu z powietrzem uzyskuje się dzięki odpowiedniej prędkości przepływu powietrza.

Przepisy bezpieczeństwa nakazują, aby zawartość metanu w prądzie wlotowym do ślepego przodku nie przekraczała 0,5%, a w razie stosowania zabezpieczeń metanometrycznych 1,0% metanu.

Zawartość metanu w powietrzu nie powinna przekraczać:

- w rejonowych prądach powietrza zużytego 1%,

- w szybie wydechowym 0,75%.

W przypadku stosowania metanometrii automatycznej zawartość metanu w powietrzu w rejonowych prądach powietrza zużytego może wynosić do 1,5%.

Bardzo ważnym czynnikiem zwalczania niebezpiecznych stężeń metanu, zwłaszcza jego skupień przystropowych, jest prędkość po­wietrza.

Przy małych prędkościach cząsteczki powietrza poruszają się w kierunku przepływu po torach w przybliżeniu równoległych. Jest to tzw. ruch albo przepływ uwarstwiony, nie sprzyjający mieszaniu się powietrza z innymi gazami wydzielającymi się do wyrobiska.

Przy prędkościach większych występują ruchy pulsacyjne cząsteczek o kierunku poprzecznym do kierunku głównego. Przepływ ten, którego warunkiem jest większa prędkość - zwany przepływem burzliwym - sprzyja mieszaniu się powietrza z wydzielającym się do wyrobiska metanem, przy czym intensywność mieszania wzrasta z prędkością przepływu.

W polach metanowych wyrobiska przewietrza się prądem o większej prędkości niż w polach niemetanowych. Przepisy bezpieczeństwa nakazują, aby prędkość prądu powietrza w polach metanowych była większa od 0,3 m/s, a w wyrobiskach z trakcją elektryczną przewodową w polach metanowych nie mniejsza jak 1 m/s.

Minimalne prędkości powietrza w wyrobiskach ślepych przewietrza­nych za pomocą lutniociągu w polach metanowych i niemetanowych kopalń węgla kamiennego podano w rozdz. 6.4.5.

Temat: 7.5.3. Zwalczanie przystropowych nagromadzeń metanu.

Możliwość powstawania przystropowych nagromadzeń metanu opisano w rozdz. 7.2. Warunkiem powstania takiego nagroma­dzenia jest istnienie skupionego punktowego wypływu metanu. Lonty metanowe mogą powstać wskutek rozwarstwienia się metanu z powietrzem.

Kontrolę występowania przystropowych nagromadzeń metanu prowadzi się w polach zaliczonych do II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego.

Sposób wykonywania pomiarów i miejsca objęte obowiązkiem kontroli podano w rozdz. 7.5.8.

Zwalczanie niebezpieczeństwa przystropowych nagromadzeń me­tanu prowadzi się wieloma sposobami, a mianowicie:

- przez zwiększenie prędkości przepływu powietrza,

- za pomocą przegród wentylacyjnych (rys. 7.6),

- za pomocą przysłon nachylonych pod kątem 30 do 70° w kierunku przepływu powietrza (odstęp przysłon około 3 m, odległość od stropu 0,2 do 0,3 m - rys. 7.7),

- za pomocą różnej konstrukcji lutniociągów (rys. 7.8 - tzw. lutnie zaślepione),

- za pomocą tzw. lutni wirowych,

- za pomocą specjalnych dysz powietrznych umieszczonych pod stropem.

Lutnie wirowe są to lutnie zaślepione mające na swej powierzchni dysze rozmieszczone spiralnie oraz umieszczone naprzeciw nich pro­wadnice. W efekcie wypływające dyszami i kierowane prowadnicami powietrze nabiera wkoło lutni ruchu wirowego i opłukuje strop i ociosy z gazów szkodliwych. W Polsce stosowane były lutnie wirowe typu Rennera i Coanda.

Rys. 7.6. Likwidacja przystropowych nagromadzeń metanu za pomocą przegród

a - przekrój poprzeczny wyrobiska, 1 - prcystropowe nagromadzenie metanu,

b - przekrój w osi wyrobiska; 2 - intensywny wypływ metanu, 3 - przegroda

Rys. 7.7. Likwidacja przystropowych na­gromadzeń metanu za pomocą przysłon 1

Rys. 7.8. Likwidacja przystropowych nagromadzeń metanu za pomocą lutniociągów zaślepionych

Temat: 7.5.4. Odmetanowanie górotworu.

Głównym zadaniem odmetanowania górotworu jest odciągnięcie z niego maksymalnej ilości metanu w celu umożliwienia bezpiecznej eksploatacji złoża minerału użytecznego. Niewątpliwą korzyścią jest odzyskanie metanu stanowiącego cenny surowiec dla różnych gałęzi gospodarki narodowej. W złożach węglowych stosuje się różne sposoby odciągania metanu. Najczęstszym sposobem jest odwiercenie w zło­żu szeregu otworów wiertniczych, tzw. otworów drenażowych, do których wymusza się dopływ metanu przez wytworzenie w nich podciśnienia (depresji).

Rozmieszczenie otworów odmetanowania, ich kierunki, średnice i długości powinny być określone w dokumentacji techniczno-rucho­wej oddziału.

Wyloty otworów drenażowych są podłączone do rurociągów odmetanowania tworzących w kopalni hermetyczną sieć połączoną ze stacją odmetanowania, w której znajdują się maszyny wytwarzające podciśnienie i tłoczące metan do miejsc jego użytkowania (jako gaz opałowy) lub do prądu powietrza zużytego.

Rurociągi odmetanowania oznaczone są pierścieniami malowany­mi żółtą farbą na każdej rurze w pobliżu kołnierzy.

Otwory drenażowe wierci się w węglu lub w skałach płonnych wiertłami o średnicach: 65, 80 i 95 mm. Długość otworów dochodzi do 110 m.

Z otworu drenażowego można zasysać gaz do sieci rurociągów odmetanowania do czasu, dopóki zawartość metanu w żadnym odcinku sieci nie jest mniejsza od 30%. Ujmowany metan należy odprowadzać rurociągami odmetanowania na powierzchnię. W uza­sadnionych przypadkach metan można odprowadzać do prądu po­wietrza zużytego.

Odmetanowanie górotworu należy prowadzić w kopalniach meta­nowych, eksploatujących pokłady zaliczone do IV kategorii zagroże­nia metanowego. W kop. Brzeszcze, oprócz otworów drenażowych o średnicy 75 mm, 95 mm, a nawet 216 mm (wierconych wiertnicą TURMAG), wykonuje się chodniki drenażowe w przewidywanej strefie spękań górotworu.

Temat: 7.5.5. Odcięcie dopływu metanu do wyrobisk

W przypadku bardzo silnych dopływów metanu, uniemożliwiających prowadzenie robót górniczych, odcina się dopływ metanu przez zacementowanie szczelin, którymi wypływa metan. Cementację wykonuje się wtłaczając do ociosu węglowego lub skalnego mleko cementowe pod ciśnieniem 10 MPa.

Odcięcie dopływu metanu z ociosów i stropu wyrobiska korytarzo­wego uzyskać można również przez wykonanie obudowy powłokowej z betonu natryskowego lub przez torkretowanie.

W przypadkach tych często stosuje się ujęcie metanu spoza wykonanej powłoki żelbetowej, przez wykonanie krótkich otworów podłączonych do sieci odmetanowania.

Temat: 7.5.6. Inicjatory zapalenia metanu.

Inicjatorami zapalenia metanu w kopalniach mogą być:

- otwarty płomień,

- wadliwie prowadzone roboty strzelnicze,

- iskry elektryczne,

- iskry mechaniczne.

Wzrost elektryfikacji kopalń i mechanizacji urabiania spowodowały zwiększenie się udziału zapłonów metanu od iskier elektrycznych i mechanicznych w ogólnej liczbie zapaleń metanu.

Niebezpieczeństwo otwartego płomienia. Przepisy bezpieczeństwa zabraniają używania we wszystkich wyrobiskach podziemnych otwartego ognia i lamp z otwartym płomieniem, palenia tytoniu oraz posiadania przy sobie środków do wzniecania ognia.

W polach metanowych zakaz ten ma szczególne znaczenie. Lekko­myślne zapalenie papierosa może spowodować nieobliczalne skutki zarówno dla palącego, jak i jego otoczenia. Załogi kopalń, w których były wypalenia i wybuchy metanu, wiedzą jak to wygląda i nierzadko w tych kopalniach nowo przyjęci pracownicy są bacznie obserwowani przez towarzyszy pracy, czy nie palą papierosów.

Zdarzały się przypadki, że nieświadomy rzeczy pracownik usiłował w ukryciu zapalić papierosa i wyszukał do tego miejsce, gdzie właśnie zagrożenie było największe.

Wystrzegaj się sam niebezpieczeństwa i szanuj bezpieczeństwo towa­rzyszy pracy!

Kierownictwo kopalń metanowych przeprowadza okresowe rewizje zjeżdżających na dół pracowników, sprawdzając czy nie posiadają oni papierosów lub zapałek. Nie jest to przyjemne ani dla rewidują­cych, ani dla rewidowanych, ale jest to niestety konieczne dla wspólnego dobra - bo giną potem górnicy i jak to niekiedy bywa przez lekkomyślność oraz cwaniactwo jednostek.

Płomień otwarty występuje również przy cięciu, spawaniu i lutowa­niu metali. Wymienione prace mogą być wykonywane w zakładach górniczych metanowych tylko po uzyskaniu zezwolenia kierownika ruchu zakładu.

W polach metanowych zabronione jest rozpoczynanie cięcia, spawania i lutowania metali bez stwierdzenia bezpośrednio przed rozpoczęciem tych prac, że nagromadzenie metanu w tym miejscu nie przekracza 0,5%.

Przed spawaniem, w czasie spawania i po spawaniu powinien być zainstalowany na miejscu metanomierz stacjonarny SIGNAL-2.

Roboty strzelnicze. W przodkach gdzie występuje metan, stosować wolno tylko materiały wybuchowe powietrzne i powietrzne specjalne.

Przepisy bezpieczeństwa zezwalają w razie stwierdzenia pod stropem wyrobiska zawartości metanu:

- do 1%, prowadzić w tym wyrobisku wszystkie roboty, z tym że przy wykonywaniu robót strzelniczych wolno stosować ma­teriały wybuchowe powietrzne,

- od 1% do 1,5%, prowadzić w tym wyrobisku wszystkie roboty, z tym że przy wykonywaniu robót strzelniczych wolno stoso­wać tylko materiały wybuchowe powietrzne specjalne,

- od 1,5 do 2%, prowadzić wszystkie roboty z wyjątkiem robót strzelniczych materiałami wybuchowymi.

W uzasadnionych przypadkach Wyższy Urząd Górniczy może zezwolić na wykonywanie urabiania metodami bezogniowymi (Car­dox, Armstrong).

Zapalenia metanu przy robotach strzelniczych bywają spowodowane głównie błędami strzelania. Należą tutaj tzw. zerwanie otworu, amputacja lub odsłonięcie boczne. Przyczyną może być również zła jakość środków strzelniczych i materiałów wybuchowych.

Niebezpieczeństwo zapalenia metanu iskrą elektryczną lub mechaniczną.

Iskra elektryczna może powstać w czasie eksploatacji lub uszko­dzenia urządzeń elektrycznych stosowanych w procesie produkcyj­nym. Może powstać również jako efekt wyładowania elektryczności statycznej, np. w czasie przepływu powietrza zawierającego pyły (węglowy i kamienny) przez lutnie z tworzyw sztucznych. Ocieranie się cząstek pyłu o tworzywo sztuczne powoduje powstawanie ładunków elektryczności statycznej. Podobne ładunki mogą powstawać na taśmie transportowej z tworzyw sztucznych, na bieliźnie nylonowej, swetrach itp.

Zapalenie metanu elektrycznością statyczną może nastąpić w wa­runkach suchych. Zwalczanie polega na właściwym uziemieniu urzą­dzeń, w których mogą powstać większe ładunki elektryczności sta­tycznej.

W kopalniach węgla kamiennego w wyrobiskach korytarzowych drążonych w polach zaliczonych do IV kategorii zagrożenia należy stosować lutniociągi z lutni metalowych.

Na kombajnach ścianowych pracujących w polach metanowych III i IV kategorii zagrożenia metanowego powinny być zabudowane metanomierze kombajnowe.

Urządzenia elektryczne stosowane w polach metanowych muszą odpowiadać warunkom bezpieczeństwa występującym w miejscu ich lokalizacji.

W zależności od stopnia zagrożenia niebezpieczeństwem zapalenia i wybuchu, wyrobiska oraz pomieszczenia w polach metanowych dzieli się na:

- ze stopniem „a" niebezpieczeństwa wybuchu, tj. takie, w których nagromadzenie się metanu w powietrzu powyżej 0,5% jest wykluczone,

- ze stopniem „b" niebezpieczeństwa wybuchu, tj. takie, w których w normalnych warunkach przewietrzania nagromadzenie metanu w powietrzu powyżej 1 % jest wykluczone,

- ze stopniem „c" niebezpieczeństwa wybuchu, tj. takie, w których nawet w normalnych warunkach przewietrzania nagromadzenie metanu w powietrzu może przekroczyć 1 %.

Zaliczenia pomieszczeń do poszczególnych stopni niebezpieczeństwa wybuchu dokonuje okręgowy urząd górniczy.

W pomieszczeniach ze stopniem niebezpieczeństwa „b" i „c" wolno stosować tylko takie urządzenia elektryczne, których typ został dopuszczony do użytku w takich pomieszczeniach przez Wyższy Urząd Górniczy, oraz które zostały zaopatrzone w odpowiednią cechę dopuszczenia.

Istnieją cechy dopuszczenia:

BI - budowa iskrobezpieczna,

BS - budowa specjalna,

BM - bezpieczna pod względem metanu.

Iskry mechaniczne powstają w wyniku uderzenia metalu o metal lub metalu o piaskowiec. Najbardziej niebezpieczne są iskry powstałe przez uderzenie metali lekkich (aluminium) zardzewiałą stalą, a rów­nież od piaskowca przy tarciu lub uderzaniu stalą.

Zjawisko to najczęściej występuje w czasie niespodziewanego natrafienia organem urabiającym kombajnu na przerost piaskowcowy, nieumyślnego przybrania stropu kombajnem itp:

Temat: 7.5.7. Zabezpieczenie metanometryczne kopalń.

Zabezpieczenia metanometryczne kopalni, zwane również metano­metrią_, automatyczną, stanowią dodatkowy system kontrolno-zabez­pieczający, który w czasie wystąpienia nagłych i niebezpiecznych nagromadzeń metanu:

- ostrzega i alarmuje zatrudnionych w danym rejonie ludzi,

- przez wyłączenie energii elektrycznej powoduje wyłączenie wszystkich maszyn oraz urządzeń elektrycznych z ruchu z wyjątkiem sieci telefonicznej, metanometrycznej, sygnalizacyjno-alarmowej i zasilania wentylatorów lutniowych.

W tej sytuacji system zabezpieczający uniemożliwia powstanie iskry elektrycznej, gdyż prąd jest wyłączony.

Elementy zabezpieczeń metanometrycznych stanowią metanomierze stacjonarne, anemometry, rejestratory stężeń metanu, sygnalizatory i urządzenia wyłączające sieć elektryczną.

Rys. 7.9. Metanomierz ROW-3E

W polskim górnictwie węglowym w systemach zabezpieczeń meta­nometrycznych stosuje się metanomierze Barbara ROW-3A, Barbara ROW-3E i Barbara MIS-3.

Metanomierz stacjonarny Barbara ROW-3E (rys. 7.9) jest metano­mierzem żarowym zasilanym powietrzem sprężonym. Ma on możli­wość alarmowania i wyłączenia energii elektrycznej przy stężeniach metanu (tzw. progach działania) 0,5, 1,0, 1,5 i 2,0%.

Do współpracy z nim przeznaczone są urządzenia:

- rejestrujące RSM-2, które zabudowane w dyspozytorni kopal­nianej zapisują na taśmie papierowej wartości stężenia metanu podawane z metanomierza,

- sygnalizacyjno-alarmowe SM-6, alarmujące sygnałem optycz­nym lub akustycznym przekroczenie dopuszczalnych stężeń metanu,

- wyłączająco-sygnalizacyjne WSA-3, stanowiące elementy po­średnie pomiędzy metanomierzem a wyłącznikiem mocy.

Z chwilą przekroczenia dopuszczalnego stężenia (progu działania) urządzenie wysyła impuls do sieci elektrycznej, powodujący jej wyłą­czenie. Urządzenie jest wyposażone w optyczną sygnalizację lokalną, ostrzegającą światłem zielonym o stężeniu 1 % metanu i alarmującą światłem czerwonym przekroczenie 2%. Sygnały świetlne kasuje się spec­jalnym przyciskiem. Światło żółte lub migo­tanie sygnalizuje uszkodzenie metanomierza lub przewodów.

Nowszy typ stanowi metanomierz Barbara MIS-3. Jest to wielofun­kcyjny metanomierz stacjonarny mający lokalne zasilanie elektryczne z baterii 7,5 V, a więc nie wymagający doprowadzenia powietrza sprężonego.

W kopalniach silnie metanowych znajdują się dyspozytornie meta­nometryczne, w których koncentruje się nadzorowanie nie tylko systemów zabezpieczenia metanometrycznego, ale również nadzoro­wanie oraz kontrola parametrów powietrza kopalnianego, mających wpływ na zagrożenie metanowe i nie tylko metanowe (pożarowe, wentylacyjne, klimatyczne). Obowiązki dyspozytora metanometrii automatycznej oraz zasady jego współpracy z dozorem ruchu i od­powiedzialności służbowej określa kierownik ruchu zakładu.

Dyspozytornia metanometryczna CTT-63/40U. Służy ona do scen­tralizowanej kontroli powietrza kopalnianego. Znajduje się w niej 40 czujników włączanych okresowo co 4 min. Obok czujników stężeń metanu (niskich dla powietrza kopalnianego i wysokich dla sieci odmetanowania) znajdują się w niej również anemometry, pozwalające na nadzorowanie prędkości powietrza w poszczególnych bocznicach systemu wentylacyjnego.

Istotnym problemem skuteczności zabezpieczenia metanometrycz­nego jest położenie czujnika metanomierza stacjonarnego. Uregulowane jest to w kopalniach węgla kamiennego szczegółowymi przepisami. Jako zasadę przyjmuje się zabudowanie czujnika w odległości nie większej niż 10 cm poniżej najniższego punktu w świetle obudowy.

Temat: 7.5.8. Kontrola zagrożenia metanowego.

Nadzorowanie i kontrolę zagrożenia metanowego nie sposób oddzielić od całokształtu nadzorowania i kontroli przewietrzania kopalni. Zagadnienia te nadzoruje w kopalniach główny inżynier wentylacji, mający do pomocy zastępców i służbę wentylacyjną. Podlegają mu również metaniarze - pracownicy specjalnie przeszkoleni i powołani do badania zawartości metanu w powietrzu kopalnianym.

W zakładach górniczych stosujących metanometrię automatyczną powinna być zorganizowana odpowiednia służba metanometryczna. W kontroli zagrożenia metanowego najważniejsze są pomiary wentylacyjne i pomiary zawartości metanu.

W polach metanowych należy prowadzić pomiary:

- zawartości metanu w świetle przekroju wyrobisk górniczych,

- dla wykrycia przystropowych nagromadzeń metanu w wyro­biskach górniczych,

- dla określenia zawartości metanu za tamami izolującymi nie­czynne wyrobiska i zroby zawałowe.

Pomiary zawartości metanu w świetle przekroju wyrobisk należy wykonywać pod stropem, nie niżej niż 10 cm od najwyższego punktu nie zabudowanego stropu lub szczelnej obudowy albo wykładziny obudowy.

Pomiary w celu wykrycia przystropowych nagromadzeń metanu należy wykonywać w wyrobiskach górniczych:

- w najwyższym punkcie na styku z me zabudowanym stropem lub szczelną obudową,

- w przypadku nieszczelnej obudowy w najwyższym dostępnym miejscu nad obudową.

Pomiary zawartości metanu w świetle przekroju wyrobisk górniczych powinni wykonywać:

- przodowi w miejscach pracy, przed rozpoczęciem pracy na każdej zmianie i co dwie godziny w czasie pracy: w ścianach i ubierkach, w wyrobiskach przewietrzanych wentylacją odrębną, w wyrobiskach przewietrzanych zużytymi prądami powietrza, we wnękach wiertniczych, w miejscach wykonywania robót spawalniczych i w innych miejscach wyznaczonych przez osoby dozoru ruchu,

- metaniarze co najmniej raz na dobę - w ścianach i ubierkach oraz w prądach dopływających i wypływających z tych wyrobisk, w przodkach przewietrzanych wentylacją odrębną oraz w prądach powietrza dopływających i wypływających z tych wyrobisk, w komorach, we wnękach wiertmczych, przy tamach izolacyjnych, w miejscach zabudowy urządzeń elektrycznych w wyrobiskach z wentylacją odrębną oraz w wyrobiskach przewietrzanych obiegowymi zużytymi prądami powietrza i w innych wyrobiskach oraz miejscach wyznaczonych przez inżyniera wentylacji,

- osoby dozoru ruchu w miejscach określonych dla przo­dowego i metaniarza w czasie kontroli tych wyrobisk i miejsc pracy.

Pomiary w celu wykrycia przystropowych nagromadzeń metanu powinni wykonywać metaniarze:

- w drążonych wyrobiskach korytarzowych i komorowych z wen­tylacją odrębną w strefie 50 m, licząc od przodku w odstępach nie większych jak 10 m - co najmniej raz na dobę,

- w wyrobiskach przewietrzanych wentylacją odrębną, w których zainstalowane są urządzenia elektryczne w odstępach nie większych niż 50 m - co najmniej raz na miesiąc,

- w wyrobiskach przyścianowych przewietrzanych zużytym prądem powietrza, w których zabudowane są urządzenia elektryczne,

- w miejscach instalowania stacjonarnych urządzeń elektrycznych,

- w innych miejscach wyznaczonych przez inżyniera wentylacji.

Pomiary zawartości metanu za tamami izolacyjnymi wykonują metaniarze.

We wszystkich wyrobiskach górniczych, w których prowadzone są roboty strzelnicze, należy wykonywać pomiary zawartości metanu w świetle przekroju wyrobiska. Pomiary te powinni wykonywać strzałowi:

- w przodku oraz w strefie 10 m od miejsca wykonywania robót strzelniczych przed przystąpieniem do załadowania MW do otworów strzałowych, przed podłączeniem zapalników elektrycznych do linii strzałowej i po odpaleniu otworów strzałowych,

- w strefie 5 m od stanowiska strzałowego przed podłączeniem zapalarki do linii strzałowej.

W wyrobiskach korytarzowych i eksploatacyjnych w polach III i IV kategorii zagrożenia metanowego, w których prowadzone są roboty strzelnicze, należy prowadzić pomiary przystropowych na­gromadzeń metanu. Pomiary_. te powinni wykonywać strzałowi przed każdym strzelaniem i metaniarze co najmniej raz na dobę.

W wyrobiskach korytarzowych drążonych z zastosowaniem kombajnów i zespolów wrębiąco-ładających należy wykonywać pomiary zawartości metanu w świetle przekroju wyrobiska. Pomiary te powinni prowadzić przodowi w 10-metrowej strefie przyprzodkowej przed rozpoczęciem pracy i co dwie godziny. W polach metanowych II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego należy prowadzić pomiary dla wykrywania przystropowych nagromadzeń metanu. Pomiary te przeprowadzają przodowi w 20-metrowej strefie przyprzodkowej w odległościach co 5 m przed rozpoczęciem urabiania i metaniarze w strefie 50 m od przodku w odlegościach co 10 m, co najmniej raz na dobę. W przypadku stwierdzenia przekroczeń dopuszczalnych zawartości metanu w świetle wyrobiska lub przystropowego nagromadzenia metanu o zawartości 5% lub powyżej w odległości mniejszej od 20 m od czoła przodku, urabianie należy wstrzymać do czasu likwidacji przystropo­wego nagromadzenia metanu.

Uwzględniając powtarzające się przypadki zapłonu metanu przy mechanicznym drążeniu kombajnami, Kopalnia Doświadczalna Barbara opracowała „Zasady zabezpieczenia przed zapłonem metanu przy urabianiu kombajnami lub zespołami wręboładującymi zwięzłych skał, urabianie których może spowodować zapłon metanu". Stwierdzono w nich, że w polach metanowych - począwszy od II kategorii - urabianie mechaniczne zwięzłych skał może być prowadzone wyłącznie w uzasadnionych przypadkach, pod warunkiem stosowania odpowiednich środków zabezpieczenia przed zapłonem metanu.

Wybór mechanicznego drążenia:

a) powinien być poprzedzony szczegółową analizą warunków naturalnych, tzn. powinno się uwzględniać własności skał, a głównie ich zdolność iskrzenia zapalającego metan, kształ­towanie się zagrożenia metanowego oraz predyspozycję do tąpań i wyrzutów gazów i skał,

b) powinien uwzględnić stan przewietrzania, a głównie stabilność prądu powietrza, stan zabezpieczeń metanometrycznych, stan zraszania noży kombajnowych, stan odmetanowania i zakres kontroli metanowo-pyłowej.

Prędkości powietrza powinny być zgodne z przepisami, przy­stropowe nagromadzenia metanu nie powinny występować w od­ległości mniejszej niż 50 m od miejsca mechanicznego urabiania skał oraz nie powinno być przekraczane stężenie 1 % CH₄ w wyrobiskach korytarzowych z wentylacją odrębną.

Ponadto przewiduje się między innymi zastosowanie:

- dodatkowych urządzeń wentylacji pomocniczych w celu uinten­sywnienia rozrzedzenia metanu w strefie przodku oraz zapobie­gania tworzeniu się lokalnych nagromadzeń metanu,

- metanomierzy kombajnowych, jak również dodatkowych meta­nomierzy o skróconym czasie reakcji, wyłączających kombajn, lub przenośnych metanomierzy o ciągłym pomiarze sygnalizu­jących wzrost zawartości metanu,

- zwiększenie kontroli zagrożenia metanowego.

W celu skuteczniejszego zwalczania iskrzenia mechanicznego kombajny powinny mieć układ tylnego zraszania noży, wysoko wydajne dysze i urządzenia zraszające przez noże we właściwym stanie technicznym.

Temat: 7.5.9. Dokumentacja pomiarów metanu.

W podziemnych kopalniach węgla kamiennego i brunatnego pomiary metanu należy wykonywać zgodnie z Zarządzeniem Ministra Przemysłu z dnia 24. 10. 1990 roku oraz instrukcją opracowaną przez kierownika ruchu zakładu.

Osoby dokonujące pomiarów powinny być pouczone i przeszkolone w posługiwaniu się metanomierzami. Wyniki pomiarów metanu powinny być - po wykonaniu pomiaru - wpisane:

- do dzienników strzałowych - przez przodowych i strzałowych, - na metanowej tablicy kontrolnej umieszczonej nie dalej niż 10 m od miejsca pomiaru - przez metaniarzy i osoby dozoru ruchu,

- do specjalnego notesu, który każda osoba dozoru oraz metaniarz powinni mieć przy sobie w czasie pełnienia służby,

- do przodkowej książki kontroli przewietrzania i zagrożenia metanowego - po wyjeździe na powierzchnię przez osoby dozoru ruchu i metaniarzy.

W ramach ogólnej kontroli przewietrzania należy dokonywać okresowych badań zawartości metanu we wszystkich prądach po­wietrza, tj. głównych, rejonowych, wlotowych i wylotowych, w wy­branych miejscach przez inżyniera wentylacji, we wszystkich przod­kach, wyrobiskach ślepych i w komorach. Na stacjach pomiaru powietrza, niezależnie od pomiarów dokonanych metanomierzem, należy pobierać próbki do analizy chemicznej.

Temat: 7.6. Wyrzuty gazów i skał w kopalniach.

Za wyrzut gazów i skał należy uważać gwałtowne oraz niekon­trolowane wyrzucenie z calizny do wyrobisk górniczych mas skalnych, połączone z równoczesnym wypływem gazów.

Wyrzucone skały zasypują wyrobiska górnicze w najbliższym sąsiedztwie wyrzutu, wydzielone natomiast gazy wypełniają sieć wyrobisk. Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne i stanowi duże zagrożenie dla ludzi zatrudnionych w podziemnych wyrobiskach górniczych.

W zależności od rodzaju gazu wydzielającego się w czasie wyrzutu, rozróżnia się wyrzuty dwutlenku węgla i skał, wyrzuty metanu oraz skał lub mieszaniny tych gazów i skał oraz innych gazów pochodzenia naturalnego (np. azotu). Wielkość wyrzutu określa się ilością wyrzuconych skał w tonach i ilością wydzielonych gazów w m³.

W Polsce zagrożenie tego typu występuje w kopalniach węgla na Dolnym Śląsku, gdzie występują wyrzuty dwutlenku węgla, a czasem i metanu oraz wyrzuty azotu w kopalniach soli. Największy z notowa­nych wyrzutów w Zagłębiu Dolnośląskim miał miejsce w dniu 22. 10. 1958 roku w kop. Nowa Ruda. Wielkość wyrzutu mas skalnych wynosiła 5000 t, a ilość wydzielonego gazu 750 000 m³. Wyrzut trwał osiem minut.

Przyczyny oraz przebieg wyrzutów gazów i skał. Przyczyny powstawania wyrzutów gazów i skał w czasie eksploatacji złóż nie są właściwie dokładnie rozeznane.

Na pewno największe znaczenie mają takie czynniki, jak:

- wysoka gazonośność złoża,

- wysokie naprężenie w złożu, spotęgowane eksploatacją górniczą,

- mała wytrzymałość węgla.

Istotne znaczenie w procesie wyrzutu ma intensywność oddawania gazu przez złoże, czyli desorpcja. Stanowi ona niejako siłę motoryczną zdolną wyrzucić węgiel lub skałę płonną z calizny do wyrobiska górniczego. W wyniku wyrzutu powstaje pusta przestrzeń, czyli tzw. kawerna powyrzutowa, której obnażony strop najczęściej załamuje się tworząc zawał.

Wyzwolona energia przemieszcza masy skalne. Gdy ilość jej zostanie wyczerpana, wówczas przemieszczanie materiałów skalnych ustaje i wyrzut się kończy. Celowe jest więc stworzenie na drodze przypuszczalnego wyrzutu sztucznych oporów, na których rozładowana zostaje energia wyrzutu. Takim urządzeniem jest krata zaporowa wykonana z elementów stalowych i siatki, skutecznie tłumiąca wyrzut gazów i skał (rys. 7.10).

Wyrzuty, których wielkość ograniczono sztucznie przez urządzenia tłumiące, nazywa się wyrzutami tłumionymi.

Rys. 7.10. Krata zaporowa

Zagrożenie wyrzutami skał i gazów. Do zakładów górniczych za­grożonych wyrzutami gazów i skał zalicza się zakłady górnicze, w których stwierdzono choćby jeden nagły wypływ gazu lub też istnieje możliwość wystąpienia takich zjawisk. W tych zakładach poszczególne pokłady lub ich części powinny być zbadane i zakwalifikowane pod względem stopnia zagrożenia.

Dla złóż węgla kamiennego lub ich części rozróżnia się cztery kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.

Złoża węgla kamiennego lub ich części zalicza się:

- do I kategorii zagrożenia, jeśli nie występują wyrzuty gazów i skał, lecz stwierdzono w otworze badawczym nadciśnienie C0₂ nie większe od 0,3 at albo CH₄ nie większe od 0,8 at lub stwierdzono choćby jeden nagły wypływ gazów;

- do II kategorii zagrożenia, jeśli stwierdzono w otworze badaw­czym nadciśnienie CO₂ powyżej 0,3 at albo CH₄ powyżej 0,8 at lub chociażby jeden nie tlumiony wyrzut gazow i skał, przy którym została wyrzucona poza kawernę wyrzutową masa do 200 t skał;

- do III kategorii zagrożenia, jeśli stwierdzono chociażby jeden nie tłumiony wyrzut gazów i skał, w którym została wyrzucona masa ponad 200 t skał;

- do IV kategorii zagrożenia, jeżeli istnieją warunki zaliczenia do kategorii III, a zagrożenie występuje w warunkach szczegól­nych, polegających przede wszystkim na wielkości wyrzutów, ich częstotliwości oraz dużej ilości gazów wydzielających się w czasie wyrzutu.

Dla złóż soli i ich części ustalono trzy kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.

Zaliczenia złóż lub ich części do odpowiedniej kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał dokonuje okręgowy urząd górniczy.

W kopalniach Zofiówka i Pniówek stwierdzono w niektórych polach wypływ metanu z odrzutem węgla i skał. Stosownie do bieżącego rozpoznania występującego zjawiska kierownik ruchu zakładu uprawniony jest do zaliczania wyrobisk do zagrożonych lub nie zagrożonych wypływem metanu z odrzutem węgla i skał. Kopalnie obowiązane są prowadzić ewidencję tych zagrożeń i osoby dozoru ruchu powinny być z nią zapoznane. Wszelkie roboty górnicze w polach zagrożonych muszą być prowadzone z odpowiednimi rygorami.

Badania możliwości występowania wyrzutów gazów i skał. W po­kładach zagrożonych wyrzutami gazów i skał powinno się prowadzić stałą obserwację wzrokową oraz słuchową takich zjawisk, jak:

- odpryskiwanie drobnych cząstek węgla w przodku,

- wyciskanie węgla z ociosu,

- „trzaskanie" węgla w głębi calizny słyszane w przodku,

- wydmuchy zwiercin węgla podczas wiercenia,

- wzmożone wydzielanie gazów w przodku,

- zaciskanie wiertła podczas wiercenia otworów w węglu,

- wyraźnie wyższą ilość urobku w przodku po strzelaniu od normalnie uzyskiwanej,

- rozrzucenie urobku po strzelaniu na większą odległość niż zwykle.

Należy również systematycznie badać ciśnienie gazu w otworach o średnicy 42 mm i desorpcję oraz pobierać próbki gazów do analizy chemicznej. W pokładach zaliczonych do I kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał badania takie należy przeprowadzać co kwartał we wszystkich przodkach.

W pokładach zaliczonych do II, III i IV kategorii otwory badaw­cze oraz pomiary należy wykonywać po każdym zabiorze przodka, przy czym w wyrobiskach wybierkowych otwory wierci się co 25 m w czole przodka.

Do pomiaru ciśnienia gazu stosuje się przyrządy typu Nowa Ruda lub typu K. D. Barbara. Przyrząd typu K. D. Barbara pokazano na rys. 7.11.

Rys. 7.11. Podstawowe przyrządy pomiarowe do określenia ciśnienia gazu

a - przyrząd typu kop. Nowa Ruda, b - sonda K. D. Barbara;

1 - wlot gazu do przyrządu, 2 – guma uszczelniająca,

3 - ogranicznik wsuwu przyrządu do otworu badawczego,

4 - manometr z zaworem zwrotnym do kontroli ciśnienia uszczelniającego,

5 - manometr z zaworem zwrotnym dla odczytu ciśnienia gazu w otworze badawczym,

6 - wąż gumowy doprowadzający gaz z głębi otworu,

7 - wąż gumowy doprowadzający powietrze dla uszczelnienia przyrządu

Uszczelnienie w otworze stanowi guma uszczelniająca rozparta i uszczelniająca przez napompowanie. Specjalny manometr wskazuje ciśnienie w gumie uszczelniającej. Ciśnienie gazu doprowadzonego rurką perforowaną i przewodem odczytuje się na manometrze ciśnie­nia gazu.

Rys. 7.12. Desorbometr manometryczny cieczowy typu DMC-2

1 - zawory, 4 - podziałka,

2 - pojemnik na węgiel, 5 - U-rurka,

3 - komora desorpcyjna, 6 - zabarwiona ciecz

Desorpcję mierzy się badając zwierciny z otworu badawczego w desorbometrze. Na rys. 7.12 pokazano desorbometr cieczowy DMC-2.

Zasadniczą jego część stanowi U-rurka wyżłobiona w bloku szkła organicznego. Jedno jej ramię połączone jest kanalikiem z komorą desorpcyjną, w której umieszcza się pojemnik z próbką węgla po­branego w czasie wiercenia otworu. Drugie ramię ma przesuwną podziałkę z odczytem do 200 mm. Na obu ramionach U-rurki zabudowane są zawory, umożliwiające połączenie komory desorpcyjnej z atmosferą.

Pomiaru dokonuje się w następujący sposób. Do komory desorp­cyjnej wkłada się pojemnik objętości 5,5 cm³, w którym znajduje się 3 g badanego węgla w klasie ziarnowej 0,5 do 1,0 mm, pobranego spod wiertła w czasie wykonywania otworu. Desorpcja gazu powoduje wzrost ciśnienia i przesunięcie cieczy w U-rurce. Wartość ciśnienia odczytuje się na skali po dwóch minutach. Obrazuje ona intensywność desorpcji.

Stwierdzenie intensywności desorpcji powyżej 1,777 kPa (120 mm słupa H₂0) sygnalizuje istnienie zagrożenia wyrzuto­wego.

Pomiary wykonują odpowiednio przeszkoleni próbkobiorcy, którzy wyniki badań zapisują na tablicach i w dziennikach pomiarów, a po wyjeździe z dołu w przodkowych książkach przewietrzania.

Zwalczanie zagrożenia wyrzutami gazów i skał. Zagrożenie wyrzutami gazów i skał zwalcza się różnymi sposobami. Polegają one głównie na odprężaniu górotworu i uzyskaniu przynajmniej częściowego rozładowania naprężeń sprzyjających wyrzutom.

Należą do nich:

- odprężenie pokładów zagrożonych wyrzutami gazów i skał przez wybranie sąsiedniego pokładu;

- wykonanie otworów odprężających (tzw. zwiercających); me­toda ta, stosowana zarówno przy drążeniu chodników, jak i przy wybieraniu ścian, polega na wierceniu w przodku otworów o średnicy 42 mm i długości 15 m; w chodnikach wierci się z czoła przodku otwory rozmieszczone wachlarzowa­to, a w ścianach otwory prostopadłe do czoła przodku w od­ległości wzajemnej 3 do 5 m;

- strzelanie odprężające powodujące zniszczenie struktury węgla, co pomaga w jego odgazowaniu;

- prowokowanie wyrzutów gazów i skał za pomocą odpalania zwiększonych ładunków materiału wybuchowego.

Do metod aktywnego zwalczania zagrożenia wyrzutami gazów i skał zaliczyć można również poprzednio opisane tłumienie wyrzutów.

Prowadzenie robót górniczych w pokładach zagrożonych wyrzutami gazów i skał.

W złożu zagrożonym wyrzutami gazów i skał eksploatacja powinna być prowadzona czysto, bez pozostawiania jakichkolwiek resztek, które w przyszłości mogłyby stwarzać koncentrację ciśnień.

Urabianie węgla maszynami urabiającymi jest ograniczone. Wolno je stosować w pokładach I kategorii zagrożenia wyrzutami gazów i skał, w pokładach natomiast zaliczonych do kategorii II oraz III użycie ich jest dopuszczalne tylko w tych odcinkach ścian, w których ciśnienie C0₂ nie przekroczyło 0,3 at, a ciśnienie CH₄ nie przekroczyło 0,8 at. W pozostałych przypadkach wolno urabiać tylko przy użyciu materiałów wybuchowych.

W zakresie prowadzenia robót strzelniczych przepisy nakazują:

- dokonywanie odstrzału ładunków materiałów wybuchowych wyłącznie podczas nieobecności załogi w zagrożonych wyrobis­kach i drogach wentylacyjnych odprowadzających do szybu powietrze zużyte z tych wyrobisk,

- odpalanie ładunków materiałów wybuchowych spoza tam strzałowych o określonej wytrzymałości na ciśnienie statyczne lub z odległości 400 m, gdy ciśnienie gazów przekracza 0,3 at w odniesieniu do CO₂ albo 0,8 at w odniesieniu do CH₄ albo z odległości 200 m, gdy ciśnienie gazów nie przekracza 0,3 at w odniesieniu do CO₂ lub 0,8 at w odniesieniu do CH₄,

- używania w węglu materiałów wybuchowych nitrogliceryno­wych (barbarytów) o masie ładunków od 300 do 1000 g.

Pytania kontrolne

1. Podaj charakterystykę metanu.

2. W jaki sposób metan wydziela się do wyrobisk górniczych?

3. Jaki zakład nazywamy metanowym - wymień kategorie za­grożenia metanowego.

4. W jaki sposób odbywa się pomiar metanu metanomierzami typu VM?

5. Jakie znasz zasady i sposoby zwalczania zagrożenia metanowego?

6. Na czym polega odmetanowanie górotworu?

7. Jaki jest cel stosowania metanomierzy stacjonarnych - gdzie się je instaluje?

8. Kto, gdzie i kiedy dokonuje kontroli zagrożenia metanowego?

9. Jakie niebezpieczeństwo dla kopalni stwarza wyrzut gazów i skał?

10. Jak zwalcza się zagrożenia wyrzutami gazów i skał?