Газовый режим распространяется на шахту в целом даже в том случае, если в свите разрабатываемых пластов имеются негазоносные. Исключение составляют калийные шахты, где при разработке нескольких пластов или залежей газовый режим распространяется только на тепласты или залежи, на которых обнаружено выделение газа, при условии их обособленного проветривания.
Требования газового режима тем жестче, чем более газоносна шахта. По величине газообильности все шахты делятся на пять, а рудники – на четыре категории (табл. 1).
Таблица 1.
| Показатели | Категория шахт по газу | ||||
| I | II | III | Сверхкатегорные | Опасные по внезапным выбросам | |
| Угольные шахты | |||||
| Кол-во метана, выделяющегося в сутки на 1 т добычи, м3/т | до 5 | 5-10 | 10-15 | 15 и более; шахты, описанные по суфлярным выделениям | Шахты, разрабатывающие пласты, опасные или угрожающие по внезапным выбросам угля и газа; с выбросами породы |
| Рудные и нерудные шахты | |||||
| Количество горючих газов (метана и водорода), выделяющихся в сутки на 1 м3 средней суточной добычи горной массы, м3. | до 7 | 7–14 | 14–21 | 21 и более или шахты, разрабатывающие пласты, опасные по выбросам и суфлярным выделениям | – |
В тех случаях, когда в горные выработки выделяется водород или водород с метаном, 1 м3 водорода принимают эквивалентным 2 м3 метана, так как водород является более опасным газом из-за меньшего значения нижнего предела взрываемости (4% по сравнению с 5-6% для метана) и температуры воспламенения, меньшей на 100-200°С по сравнению с метаном.
Категорию шахты по газу устанавливают на основании замеров метана и количества воздуха, а также расчетов по определению газообильности всех участков, крыльев, горизонтов, пластов и шахты в, целом совместным приказом генерального директора производственного объединения (начальника комбината, управляющего трестом) и начальника управления соответствующего округа госгортехнадзора (госгортехнадзора союзной республики).
Строящуюся или действующую шахту, независимо от величины относительной газообильности, переводят в сверхкатегорную, если в ее выработках обнаружено суфлярное выделение.
Если на негазовой шахте обнаруживают выделение метана, то такую шахту немедленно переводят в первую категорию по метану и в ней устанавливают режим соответствующей категории.
По аналогичной методике устанавливают относительную газообильность калийных и других рудников.
Безопасность работ на газовых шахтах существенным образом зависит от концентрации горючих газов в рудничной атмосфере, которые строго нормируются Правилами безопасности.
Местными называются скопления метана в отдельных местах выработок с концентрациями, превышающими среднюю по сечению выработки. Опасными считаются местные скопления метана с концентрацией 2% и более.
Таблица 2
| Вентиляционная струя | Недопустимая объёмная концентрация метана, % |
| Исходящая из очистной или подготовительной выработки, камеры, участка | > 1 |
| Исходящая крыла, шахты | > 0, 75 |
| Поступающая в очистные выработки, к подготовительным забоям и в камеры | > 0,5 |
| Местные скопления метана в очистных, подготовительных и других выработках | 2 и более |
Еще более жесткие требования предъявляются к концентрации газо- и парообразных углеводородов, Присутствие высших углеводородов в рудничной атмосфере создает повышенную опасность, так как эти газы образуют взрывчатые смеси с воздухом при более низких концентрациях, чем метан, и, кроме того, являются высокотоксичными веществами. Пределы взрываемости в смеси с воздухом составляют, например, для этана 3,12–15%, для пропана 2,17–7,35% и для бутана 1,55–8,5%.
Высшие углеводороды наряду с метаном входят в состав газов угленосных отложений. Выделение парообразных углеводородов наблюдается при проведении выработок по нефтесодержащим породам (например, на угольных шахтах Кизеловского бассейна, на шахтах по добыче нефти подземным способом в Ухте и др.).
Нормы содержания газо- и парообразных углеводородов, для шахт, опасных по нефтегазопроявлениям, приведены в табл. 3.
Таблица 3.
| Вентиляционная струя | Недопустимая объёмная концентрация углеводородов (в том числе и метана), %, при наличии | ||
| только газообразных углеводородов | суммарно газо- и парообразных углеводородов | только парообразных углеводородов | |
| Исходящая из очистной или подготовительной выработки, участка, камеры | > 0,8 | > 0,6 | > 0,22 |
| Исходящая крыла, шахты | > 0,6 | > 0,6 | > 0,22 |
| Поступающая в очистные выработки, к подготовительным забоям и в камеры | > 0,4 | > 0,3 | > 0,01 |
| Местные скопления в очистных, подготовительных и других выработках | 1,6 и более | 1,3 и более | 0,025 и более |
| Перед производством взрывных работ | 0,3 и более | 0,6 и более | 0,015 и более |
Правильно организованный и выполняемый контроль за содержанием горючих газов имеет большое значение, так как позволяет своевременно обнаружить повышение их концентрации и принять необходимые меры по нормализации газового состава.
Этот контроль регламентируется Инструкцией по замеру концентрации газов в шахте и применению автоматических приборов контроля содержания метана.
Контроль концентрации метана в газовых шахтах должен осуществляться во всех выработках, где обнаружен или может выделяться этот газ. Места и периодичность контроля устанавливаются начальником участка ВТБ и утверждаются главным инженером шахты. Периодичность контроля зависит от категории шахты или рудника.
На шахтах I и II категорий у забоев действующих тупиковых выработок, в исходящих вентиляционных струях тупиковых и очистных выработок и выемочных участков при отсутствии автоматического контроля замеры концентрации метана должны производиться не менее двух раз в смену, на шахтах III категории, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам – в тех же местах не менее трех раз в смену. Первый замер выполняется в начале смены.
Отбор проб воздуха для последующего анализа в лабораторных условиях производится на негазовых шахтах и шахтах I и II категорий по газу, а также в зарядных камерах, не реже одного раза в месяц, в шахтах III категории, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам – не реже двух раз в месяц.
Наиболее опасными местами, где может скапливаться метан, являются тупиковые выработки, так как проветривание их осуществляется чаще всего с помощью дополнительных побудителей тяги, работа которых менее надежна, чем вентиляторов главного проветривания. Поэтому Правила безопасности жестко регламентируют способы контроля состава воздуха в этих выработках. В негазовых шахтах и шахтах I категории по газу, а также в шахтах II категории по газу в тупиковых выработках, где не обнаружен метан, для контроля содержания метана и углекислого газа должны применяться переносные приборы эпизодического действия. Такими приборами являются шахтные интерферометры ШИ‑3, ШИ‑5, ШИ‑10 и ГЙК‑1. В шахтах II категории по газу в выработках, где обнаружен метан, должны применяться переносные автоматические приборы контроля содержания метана и переносные приборы для контроля углекислого газа.
В шахтах III категории по газу, сверхкатегорных и опасных по внезапным выбросам должны применяться переносные или стационарные автоматические приборы контроля содержания метана в выработках, где обнаружен метан, а в остальных выработках – переносные приборы эпизодического действия.
Переносные автоматические сигнализирующие приборы подают звуковой и световой сигналы, если концентрация метана в месте установки прибора превышает установленную предельную величину. На шахтах применяются отечественные метанометры СМП-1, СШ-2 и СММ-1. Наиболее совершенным является прибор СММ-1, диапазон измерения концентрации метана у которого от 0 до 3%. Прибор подает прерывистый звуковой и световой сигналы при предельно допустимой концентрации метана, а при дальнейшем повышении концентрации метана сигналы становятся непрерывными. Кроме указанных приборов применяется автоматический сигнализатор метана СМС-1 («Маяк»), исполняющий еще и функции шахтного головного светильника.
В исходящих вентиляционных струях участков (очистных выработок) на шахтах III категории и сверхкатегорных с абсолютной метанообильностыо 3 м3/мин и более, а также при разработке пластов, опасных по внезапным выбросам и суфлярным выделениям метана, контроль содержания метана должен производиться при помощи автоматических стационарных приборов.
Отечественная промышленность выпускает несколько моделей аппаратуры автоматической газовой защиты (АГЗ).
Система АГЗ состоит из широко разветвленной сети анализаторов метана, установленных под землей и позволяющих контролировать 30-80 и более точек в шахте, каналов связи и устройств приема информации. Она обеспечивает непрерывный контроль за содержанием метана, автоматическое отключение электропитания контролируемого объекта при достижении установленной концентрации метана, передачу непрерывной информации о содержании метана на поверхность диспетчеру шахты, подачу местной и централизованной звуковой и световой сигнализации при достижении предельного значения концентрации метана.
Аппаратура автоматической газовой защиты в зависимости от условий и характера ее применения комплектуется заводом-изготовителем и поставляется на шахты в виде трех самостоятельных комплектов: АМТ-ЗТ, АМТ-ЗУ и АМТ-ЗИ. В настоящее время системы АГЗ эксплуатируются на всех наиболее опасных по газу угольных шахтах России.