Идентификация подземного пожара

Горная 

РЕДАКЦИОННЫЙ 
СОВЕТ 

Председа 
телъ 

Л. А. 
ПУЧКОВ 

Зам. 
председателя 

л.х. гитис 

Члены 
реАсовета 

И.В. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

A. П. 
ДМИТРИЕВ 

Б.А. 
КАРТОЗИЯ 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

Э.М. СОКОЛОВ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 

В.В. ХРОНИН 

B. А. 
ЧАНТУРИЯ 

Е.И. 
ШЕМЯКИН 

ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МЛН 
ВНЕ 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

ГОРНЫЕ НАУКИ 

В.В. Некрасов 
О.В. Михеев 
В.Г. Казанцев 
A. И. Гук 
B. И. Магдыч 

ИДЕНТИФИКАЦИЯ 
ПОДЗЕМНОГО 
ПОЖАРА 

Издание 2-е, 
стереотипное 

А 

М О С К В А 
«ГОРНАЯ 
К Н И Г А » 
2007 

м 

УДК 622.822.22 
ББК ЗЗн 
Н48 

Книга соответствует 
«Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для взрослых. 
СанПиН 1.2.1253-03», утвержденным Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. 

Некрасов В.В., Михеев О.В., Казанцев В.Г., Гук А.И., 
Магдыч В.И. 

Н 48 
Идентификация подземного пожара. — 2-е изд., стер. — 
М.: Издательство «Горная книга», 2007. — 52 с. 

Приведены экспериментальные данные и рассмотрены признаки наличия эндогенного пожара. Изложена методика моделирования фильтрационных 
н диффузионных процессов нестационарного газопереноса. Дан метод определения возможного местоположения эндогенного пожара. 

Для специалистов горно-добывающей промышленности. 

УДК 622.822.22 
ББК ЗЗн 

© В.В. Некрасов, О.В. Михеев, В.Г. Казанцев, 

А.И. Гук, В.И. Магдыч, 1995, 2007 
©Издательство «Горнаякнига», 1995, 2007 
© Дизайн книги. Издательство МГГУ, 1995, 
2007 

I СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 
6 

Глава 1. Признаки эндогенного пожара 
10 

1.1. Данные замеров газового состава 
10 

1.2. Данные подпочвенной съемки 
20 

1.3. Результаты анализа 
22 

Глава 2. Экспериментально-теоретический анализ, и 

идентификация местоположения пожара 
23 

2.1. Математическая модель газопереноса в 
выработанном пространстве и по геологическим сечениям 
24 

2.2. Моделирование и анализ газопереноса по полю пласта III. Эксперимент-расчет 
33 

2.3. Результаты расчетов газопереноса по 
пространству пласта III. Экспериментальнотеоретический прогноз местоположения эндогенного пожара 
35 

Глава 3. Направление дальнейших исследований 
51 

Список литературы 
52 

5 

I ВВЕДЕНИЕ 

В
поле пласта III шахты Томская АО УК «Кузнецкуголъ» приборами зарегастрировано наличие эндогенных пожаров. Два очага зафиксированы в. юго-западных 
окраинных 
частях 
пласта. 
Вместе 
с тем 
экспериментальные данные по замерам СОг и данные подпочвенных съемок указывают на наличие еще одного 
очага пожара, который может быть расположен в восточной части пласта III. Местоположение очага пожара не 
установлено, хотя анализ проб смеси газов, взятых из 
восьми пробуренных скважин в центральной и восточной 
частях пласта указывает на наличие источника пожара (до 
12 - 14 % содержания СО2 500 ед.показаний прибора при 
подпочвенных съемках). К сожалению, этих данных оказывается недостаточно для идентификации местоположения пожара. 

Температура, замеренная в скважинах, пробуренных 
в зону обрушения и ожидаемую зону пожара, оказалась 
на уровне 21°С, что указывает на отсутствие пожара. 

Подпочвенные съемки фиксируют результаты 
фильтрации продуктов сгорания при пожаре. При этом 
наличие геологических нарушений, обширных зон 
обрушений различной мощности в поле пласта III, искажающие схему однородной фильтрации, затрудняют исходя из анализа распределения СОг 
и 
данных 
подпочвенных съемок установить источник. 

Поэтому для восстановления картины фильтрации 
газов в места выхода скважин в обрушенное пространство 
и фильтрации газов до дневной поверхности в места 
проведения подпочвенных съемок, а также для оценки 
концентрации СОг в скважинах, необходимо использование методов математического моделирования указанных 
процессов. 

6 

ВВЕДЕНИЕ 

Успех на пути идентификации местоположения пожара с использованием математических моделей позволит 
значимо сократить время и материальные расходы, по 
сравнению с альтернативными путями поиска - бурением 
скважин и другими технологическими операциями. 

Схема 
теоретического 
анализа 
и 
геофильтрационного прогноза в условиях тектонических 
нарушений и развитого обрушенного пространства 
[1] 
может состоять из следующих этапов: 

1. Выявление и выделение структуры нарушенное™ 
месторождения. 

2. Расчеты проявлений горного давления и, на этой 
основе, 
последующие 
оценки 
к о э ф ф и ц и е н т о в 
порозности, пористости, проницаемости, диффузии. 

3. Проведение геофильтрационных расчетов. 
В настоящем исследовании при расчетах, анализе и 
обобщении приняты следующие допущения и соглашения. 

1. Поскольку отсутствуют исчерпывающие данные по 
структуре нарушенности угля и вмещающих пород от пласта III до дневной поверхности, для качественного анализа 
использованы средневзвешенные коэффициенты газопереноса в слоях, представленных квазиизотропным 
пористым и порозостным коллектором с хаотическим 
распределением систем трещин разной мощности в зонах 
первичного и последующего обрушений в угле и породах. 

2. В связи с тем, что тепловая мощность эндогенного 
пожара неизвестна, влияние температурного поля учитывается наличием избыточного давления газов в 
предполагаемом очаге пожара. Другими словами, задание 
давления на предполагаемой границе пожара обеспечивает вдув продуктов сгорания - смеси газов в обрушенное 
пространство, в результате чего и происходит процесс 
фильтрации. 

7 

ВВЕДЕНИЕ 

3. 
Настоящее 
исследование 
ограничено 
рассмотрением смеси двух газов углекислого газа и воздуха. При этом состав смеси описывается концентрацией с , 
определяемой как отношение массы СОг к полной массе 
смеси в элементе объема. 

4. Поскольку исследуется газоперенос смеси газов, то 
с речением времени распределение концентрации в смеси 
газа меняется. Это изменение будем учитывать в каждой 
точке 
пространства, 
во-первых, 
за 
счет 
макроскопического движения газа (фильтрация) и, вовторых , за счет молекулярного переноса СОг и воздуха 
из одного участка газа в другой (диффузия). 

Решение задачи геофильтрационного газопереноса с 
наложением диффузионных процессов для сложной геометрии физической и расчетной схем анализируемого 
пространства оказывается практически невозможной без 
привлечения численных методов и ЭВМ. Поэтому 
решение поставленной задачи строится на базе метода 
конечных элементов и осуществляется в рамках автоматизированной системы «Звезда-МГД», реализованной нами на ПЭВМ для решения нестационарных задач теории 
поля [2]. При этом учитывается трехмерная конфигурация обрушения пород пласта III. 

В первой главе отчета-справки рассмотрены экспериментальные данные и признаки наличия эндогенного 
пожара в поле пласта III шахты «Томская». Здесь проведен 
анализ подпочвенных съемок и изучен характер изменения концентрации СОг. Изложена методика обработки 
результатов экспериментов. В результате анализа сделан 
вывод о возможном местоположении пожара в северо-восточной части пласта III. 

Глава 
вторая 
посвящена 
моделированию 
фильтрационных и диффузионных процессов нестационарного газопереноса. Формулируется постановка задачи 

8 

ВВЕДЕНИЕ 

и математическая модель газопереноса от источников, которые располагались в различных частях поля пласта III. 
Последующими сравнениями с данными экспериментов 
устанавливается возможное местоположение эндогенного 
пожара - в северовосточной части пласта I I I ориентировочно лава 3-2-4. 

9 

Глава 1 I ПРИЗНАКИ ЭНДОГЕННОГО ПОЖАРА 

Целью настоящей главы является первичный анализ 
экспериментальных данных, свидетельствующих о наличии пожара в пласте III шахты «Томская», а также сопутствующей информации. Исходными данными для анализа 
являются: 

1) данные замеров газового состава в выработанном 
пространстве, полученные путем бурения скважин; 

2) данные подпочвенной съемки. 
3) план горных выработок и геологические сечения в 
вероятной зоне пожара. 

1.1. Данные замеров газового состава 

В таблицах 1,2 приведены результаты замеров концентраций СОг и Ог по скважинам соответственно. Замеры 
производились на протяжении 5 дней, причем в отдельно 
взятой скважине имеется от 1 до 5 замеров. В случае, когда 
имеется несколько замеров,для анализа использовалось 
среднее значение концентрации. 

В таблицах также приведены для информации положение скважин в использованной для анализа системе 
координат. Начало координат выбрано в северо-восточной оконечности пласта 3. Координатные линии 
направлены по параллелям и меридианам.Местоположение скважин получено путем снятия координат с плана 
горных выработок в масштабе 1 : 2000 с точностью около 
10 м. 

Как правило, данные по скважине в течение всего 
периода измерений отличаются от среднего значения на 
2-3%. В то же время данные по содержанию Ог и СОг 
хорошо согласуются друг с другом ( в местах более высо
10 

ПРИЗНАКИ ЭНДОГЕННОГО ПОЖАРА 

кой концентрации СОг замерено малое содержание кислорода и наоборот). 

Таблица 1.1 

г* 

скважины 

Концентрация СОг 
Ж 
Y 
г* 

скважины 20.07.94 21.07.94 22.07.94 23.07.94 24.07.94 Среднее 

Ж 
Y 

107 
7.2 
6 
6.6 
53.4 
28.8 

124 
9.5 
8,7 
11 
9,7 
12.2 
9,7 
12.9 
21.2 

128 
а з 
0,3 
0,1 
0,1 
0.5 
0.3 
26,8 
17.6 

130 
10.3 
6,5 
8.2 
6.6 
10,8 
8,2 
11.9 
20,1 

17 
10.8 
12,2 
10.6 
14 
11,5 
18,2 
20.2 

30-74 
10.6 
10.6 
52,9 
32.5
 
! 

30-75 
8 
8 
52.5 
35,7 

30-76 
10.8 
11.6 
9.5 
9 
11 
10,8 
51,6 
40,5 

30-78 
11.4 
11 
8 
8,4 
11.2 
11 
50.6 
46,5 

30-79 
10 
10 
38.7 
18.4 

35 
5,4 
5.6 
4.6 
3,3 
6.4 
5,4 
25.9 
19,4 

5 
6.9 
7 
5,8 
3,8 
6.7 
6,7 
10 
20.7 

78 
0,1 
0.1 
5,8 
5 
0,1 
0.1 
16.5 
32.2 

92 
0,1 
0.2 
10,6 
0.2 
24.4 
36 

93 
10.7 
10,7 
7,8 
8.4 
0,1 
8.4 
34.4 
40,3 

Необходимо отметить малое количество данных замеров газового состава и полное отсутствие данных в северо-восточной части пласта 3, что существенно 
затрудняет их интерпретацию. 

Для получения более наглядной картины построим 
линии уровня концентрации газов (рис. 1.1 и 1.2 соответственно), для чего проведем предварительную их 
обработку.