Горно-геологические факторы пожарной опасности

Условия самовозгорания создаются при ведении горных работ благодаря появлению притока воздуха к скоплениям разрыхленных пород, склонных к возгоранию.

Степень пожарной опасности определяется геологическими особенностями месторождения, способами и скоростью ведения горных работ. Относительную пожарную опасность залежи или пласта можно оценить по числу пожаров, приходящихся на 1 млн. т добычи при одинаковых системах разработки. Аналогично оценивают пожарную опасность систем разработки при применении их в разных геологических условиях. Иногда оценивают пожарную опасность по времени возникновения пожара от начала работ на участке.

Важнейшими геологическими факторами пожарной опасности являются:

1) мощность пласта или рудного тела;

2) угол залегания;

3) сближенность пластов или рудных залежей;

4) тектоническая нарушенность;

5) характер вмещающих пород;

6) глубина залегания;

7) петрографический, химический состав пласта или рудного тела.

Чем больше мощность пласта или рудного тела, тем выше пожарная опасность. Это обусловлено тем, что нарушения продуктивной толщи увеличиваются с ростом возмущающего воздействия. Кроме того, с увеличением мощности увеличиваются потери по площади, растут и потери в целиках, разрушаемых силами горного давления и представляющих собой скопления высокопроницаемого материала.

На мощные пласты месторождений Челябинского и Карагандинского бассейнов и Прокопьевско-Киселевского месторождения Кузбасса приходится около 85-90 % всех эндогенных пожаров, 10-15 % - на пласты средней мощности и 0-2 % - на тонкие пласты

С увеличением угла падения рудного тела или пласта увеличивается вертикальная мощность залежи, а также тепловая депрессия вентиляционной струи. При этом затрудняется пневмогидроизоляция отработанных площадей залежи. При прочих равных условиях крутые угольные пласты имеют в 3-3,5 раза больше очагов самовозгорания (Челябинский и Кузнецкий бассейны). Практически при углах падения менее 20° и мощности менее 3 м месторождение можно считать малоопасным по самовозгоранию.

После отработки сближенных пластов возникают большие нарушения в боковых породах и общие провалы на поверхности, что аналогично по своим последствиям отработке одиночного пласта большой мощности. Чем больше угол падения пластов, тем большее значение имеет их сближенность.

Связь тектонических нарушений с пожарной опасностью обусловлена высокой проницаемостью пород и трудностью выемки полезного ископаемого из нарушенных зон. Вследствие этого увеличиваются аварийность горных работ и потери ископаемого в выработанных пространствах.

В Донецком бассейне больше половины эндогенных пожаров зарождается в целиках, оставляемых в местах тектонических нарушений.

Нарушенные вмещающие породы легче обрушаются в выработанных пространствах и разрушают целики. Как показал В. С. Веселовский с сотрудниками, в тектонических нарушениях и вблизи них каменные угли часто имеют повышенную химическую активность. Это объясняется раскрытием в них микропор вследствие разгрузки от горного давления.

Крепкие боковые породы оседают в выработанном пространстве большими глыбами, между которыми остаются каналы для проникновения воздуха. Вследствие запаздывающего обрушения кровли предохранительные целики разрушаются. Некрепкая кровля легко обрушается и плотно заполняет выработанное пространство, особенно если породы кровли распадаются при смачивании водой. Таким образом, характер вмещающих пород влияет на разрушение целиков и плотность заполнения выработанного пространства.

Проницаемость вмещающих пород также имеет большое значение. Наиболее проницаемы трещиноватые каменистые горные породы. На верхних горизонтах обычно все метаморфизованные породы имеют большую трещиноватость, вследствие чего перемычки плохо изолируют выработанные пространства. Очень легкопроницаемые горельники, т. е. породы в зонах выгорания угольных пластов. Практической непроницаемостью обладают глинистые породы в увлажненном состоянии.

Прослои угольных пород по химической активности подобны углям. Если они остаются в выработанном пространстве, то увеличивают скопления горючего материала и, следовательно, пожарную опасность. В отдельных случаях отмечена повышенная склонность к самовозгоранию углистых сланцев в угольных месторождениях. При разработке рудных месторождений, в которых добываемая руда не способна самовозгораться, большие осложнения могут вносить углистые породы. Аналогичную роль может играть пирит в сульфидных месторождениях.

Вблизи земной поверхности, иногда до глубины 50 м, горные породы, а также целики угля и руды имеют пониженную устойчивость. Это увеличивает пожарную опасность, так как в результате ведения горных работ сильнее развиваются нарушения, которые облегчают приток воздуха. Целики быстро разрушаются и перестают выполнять свое назначение. В надштрековых целиках образуются куполообразные обрушения.

Сульфидные руды в зоне выветривания приобретают повышенную химическую активность вследствие образования вторичных сульфидов железа.