Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт

московский 
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 

Золь председателя 

Л.Х. 
ТИТИС 

Членыредсовапа 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

АЖ 
ДМИТРИЕВ 

Ъ.А. КАРТОЗИЯ 

В.В. КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В. И. О СИПОВ 
э:м. соколов 

КН 
ТРУБЕЦКОЙ 

В. В. ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО 
ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
•Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАН 
ВШ 

академик 
РАН 

профессор 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

A.M. СМИРНОВ 

s 

Ы 
i 

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО 
МОНИТОРИНГА 
УГОЛЬНЫХ 
ШАХТ 

МОСКВА 

A 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 
МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

2 0 0 3 

УДК 622.8:622.28 
ББК 20.18 
С 50 

Смирнов А.М. 

С 50 
Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. М.: Издательство Московского государственного горного 
университета, 2003. - 268 с: ил. 

ISBN 5-7418-0308-3 

Выполнены исследования в области создания раздельных подсистем 
геомониторинга угольной промышленности и экологической безопасности. 
Представлены материалы, являющиеся основой для последующего создания объединенной системы геоэкомониторинга подземной угледобычи. 
Содержатся вопросы размещения сенсоров, их чувствительности, частоты 
опроса Рассмотрены возможности структурной организации системы на 
различных уровнях, а также построения информационной базы. Изложен 
ряд социально-медицинских проблем как часть экологической подсистемы 
геомониторинга на региональном и отраслевом уровнях. 

Для научных и инженерно-технических работников горно-добывающей 
промышленности. 

Табл. 27, ил. 11, список лит. - 93 назв. 

УДК 622.8:622.28 
ББК 20.18 

ISBN 5-7418-0308-3 
© A.M. Смирнов, 2003 
© Издательство МГГУ, 2003 
© Дизайн книги. Издательство 
МГГУ, 2003 

П Р Е Д И С Л О В И Е 

Проблемы геоэкологического мониторинга на предприятиях 
угольной промышленности и в угольных регионах России остаются 
актуальными, несмотря на последовательное снижение объемов 
угледобычи. Более того, их актуальность в последнее время все 
более возрастает. 

Во-первых, разрабатываются газообильные шахты на больших 
глубинах, что существенно повышает взрьгео- и пожароопасность, 
опасность горных ударов, выбросов породы и угля. 

Во-вторых, естественное желание производственников снижать 
себестоимость путем всемерной экономии реализуется на практике 
экономией, в том числе и на системах безопасности, которые действительно являются значительной расходной статьей. В результате требуемый уровень технического оснащения в области безопасности зачастую не достигается. 

В-третьих, падение престижности шахтерской профессии и низкая доходность угледобывающего производства снижает средний 
уровень квалификации персонала и ведет к падению дисциплины 
на предприятиях. Предписанные меры безопасности выполняются 
зачастую неудовлетворительно, что, естественно, вызывает негативные последствия. 

Финансирование природоохранных работ также является недостаточным, очистные сооружения вводятся медленно и в недостаточном объеме. 

Достоверным источником исходных данных о фактическом и 
прогнозируемом состоянии промышленной и экологической безопасности в угольной отрасли является геоэкологический мониторинг. На его базе можно эффективно решать оптимизационные задачи любой сложности по построению систем безопасных условий 
труда, а также по природоохранной деятельности предприятия и 
угольного региона. Таким образом, задача состоит прежде всего в 
том, чтобы обеспечить получение объективных и достоверных исходных данных, которые являются основой для построения разнообразных оптимизационных моделей. 

Следует отметить, что в настоящее время на отечественном 
рынке имеется достаточно широкий выбор технических средств 

5 

геоэкологического мониторинга. Трудности технической реализации систем связаны в основном с финансовыми проблемами из-за 
высокой стоимости используемых средств. Поэтому задача минимизации затрат на построение подобных систем является одной из 
важнейших при их создании. 

Важнейшим шагом в направлении минимизации затрат на геоэкомониторинг в угольной промышленности должно стать создание единой системы геоэкомониторинга угольного предприятия, 
структурно состоящей из подсистем промышленной и экологической безопасности, что, безусловно, соответствует современному 
направлению развития систем мониторинга и уже находит воплощение в химической, нефтеперерабатывающей и других отраслях 
промышленности. 

В настоящей работе объединены исследования, выполненные в 
области создания раздельных подсистем геоэкомониторшп а шахтной промышленной и экологической безопасности. Задача их объединения должна послужить материалом для последующей работы. 

Представленные в работе материалы являются основой для последующего создания объединенной системы геоэкомониторинга 
подземной угледобычи. В работе решен ряд актуальных задач создания этой системы. В частности, содержатся вопросы размещения 
сенсоров, их чувствительности, частоты опроса. Исследованы статика и динамика процессов, определяющих промышленную и экологическую безопасность, рассмотрены возможности структурной 
организации системы на различных уровнях (от предприятия до 
отрасли в целом), а также построения информационной базы. Изложен 
ряд социально-медицинских проблем, составляющих важную часть экологической подсистемы геоэкомониторинга на региональном и отраслевом уровне. 

МОНИТОРИНГ 
БЕЗОПАСНОСТИ 
В УГОЛЬНЫХ 
ШАХТАХ 

ЧАСТЬ 
1 

В В Е Д Е Н И Е 

1. А Н А Л И З А В А Р И Й Н О С Т И 
П Р И С У Щ Е С Т В У Ю Щ И Х 
С Р Е Д С Т В А Х 
Б Е З О П А С Н О С Т И Н А У Г О Л Ь Н Ы Х Ш А Х Т А Х 

2. П О С Т А Н О В К А З А Д А Ч И И С С Л Е Д О В А Н И Я 
П О О П Е Р А Т И В Н О М У 
К О Н Т Р О Л Ю 
Б Е З О П А С Н О Г О В Е Д Е Н И Я Р А Б О Т 
Н А У Г О Л Ь Н Ы Х Ш А Х Т А Х 

3. П Р И М Е Р Ы Р Е А Л И З А Ц И И С И С Т Е М 
З А Р У Б Е Ж О М 

4. О Б З О Р А Л Г О Р И Т М О В 
Р А С П О З Н А В А Н И Я 
Р А Н Н И Х С Т А Д И Й П О Д З Е М Н Ы Х П О Ж А Р О В 

5. С О С Т О Я Н И Е Р А Б О Т П О А В Т О М А Т И З А Ц И И 
К О Н Т Р О Л Я Ш А Х Т Н О Й С Р Е Д Ы 
В С С С Р И Р О С С И И 

6. О П И С А Н И Е А Л Г О Р И Т М О В К О Н Т Р О Л Я 
Р У Д Н И Ч Н О Й А Т М О С Ф Е Р Ы 
П О Г А З О В О М У Ф А К Т О Р У ( М Е Т А Н — В О З Д У Х ) 

7. О П И С А Н И Е П О С Т А Н О В К И З А Д А Ч И 
П О К О Н Т Р О Л Ю В Н Е З А П Н Ы Х В Ы Б Р О С О В 
Н А Ш А Х Т Е И М . А . А . С К О Ч И Н С К О Г О 

8. И С С Л Е Д О В А Н И Я С П О С О Б А 
А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н О Г О П Р О Г Н О З А 
В Ы Б Р О С О О П А С Н Ы Х З О Н 
П О Г А З О В Ы Д Е Л Е Н И Ю 

9. Н Е К О Т О Р Ы Е В О П Р О С Ы О Б Н А Р У Ж Е Н И Я 
Р А Н Н И Х С Т А Д И Й П О Д З Е М Н Ы Х 
П О Ж А Р О В 

10. А В Т О М А Т И З И Р О В А Н Н А Я 
С И С Т Е М А 
К О Н Т Р О Л Я З А С О С Т О Я Н И Е М 
Б Е З О П А С Н О С Т И 
Н А Ш А Х Т Е ( А С У Т Б ) 

В В Е Д Е Н И Е 

Обеспечивать стабильность угледобычи на шахтах отрасли с 
каждым годом становится все труднее. Одна из объективных причин - низкий коэффициент использования высокопроизводительного горного оборудования, работающего в условиях взрывоопасной, выбросоопасной, пожароопасной шахтной среды. Причем рост 
опасности, а следовательно, и ухудшение условий угледобычи связаны с ведением горных работ на все большей глубине. 

Одним из путей повышения эффективности работы угольных 
шахт, обеспечения безопасных условий труда при увеличении природных опасностей, очевидно, является улучшение контроля за состоянием шахтной среды. Совершенствование контроля до недавнего времени в отрасли велось только в направлении оснащения 
шахт новой контрольно-измерительной аппаратурой и локальными 
автоматическими системами защиты. Однако увеличение количества технических средств отбора информации, устанавливаемых 
для контроля шахтной среды, не привело к существенному его 
улучшению по той причине, что организационно-техническая сторона, связанная с анализом результатов измерений, осталась без 
изменения. Операторы, например, газового контроля или сейсмопрогноза уже физически не в состоянии проанализировать и, следовательно, принять правильное решение в условиях значительного увеличения потока поступающей к ним информации. Кроме того, оператор всегда должен помнить определенные правила, по которым необходимо производить анализ, а эти правила бывают довольно сложны, с трудоемкими расчетами, особенно при оценке 
выбросоопасной или пожароопасной ситуации. Таким образом, 
дальнейшее повышение эффективности контроля шахтной среды 
связано с совершенствованием его аналитической стороны, что невозможно без применения современных средств вычислительной 
техники, обеспечивающей выполнение большого количества вычислительных операций в реальном масштабе времени, без разработки правил (алгоритмов), по которым должна быть обработана 
поступающая информация для эффективного выявления опасных 

9 

тенденций в поведении шахтной среды, в обнаружении предаварийных ситуаций. 

В данной работе рассматриваются основные результаты научных исследований, выполненных ФГУП Гипроуглеавтоматизация 
совместно с ВНИИГД, ННЦ ГП - ИГД им. А.А. Скочинского, Донецким политехническим институтом по созданию человеко-машинной автоматизированной системы оперативного контроля и 
управления шахтной средой. Исследуемая система является базой 
для проектирования более широкого класса автоматизированных 
систем - систем управления техникой безопасности (АСУТБ) на 
угольных шахтах и включает в себя решение вопросов! 

• централизации контроля и управления стационарными установками жизнеобеспечения (вентиляторы главного и местного проветривания, насосы и задвижки противопожарного 
водоснабжения, вакуум-насосные дегазационные установки, шлюзы и т.п.); 

• автоматизированного контроля рудничной атмосферы по 
газовому фактору (метан - воздух), позволяющего оперативно выявлять отклонение от заданных норм содержания 
метана и количества поступающего в горные выработки 
воздуха, выдавать рекомендации по поддержанию необходимого вентиляционного режима, распознавать предаварийные ситуации и оповещать об этом диспетчера, 
формировать и регистрировать учетные и аналитические 
данные* 

• автоматизированного обнаружения ранних стадий подземных пожаров, позволяющего заблаговременно распознавать пожароопасную ситуацию в шахте и указывать место 
ее возникновения, осуществлять диагностику работы технических средств контроля, формировать и регистрировать 
учетные и аналитические данные; 

• автоматизированного контроля внезапных выбросов угля и 
газа, позволяющего прогнозировать газодинамические явления в подготовительных и очистных забоях, контролировать ход разгазирования выработок после происшедшего 
выброса, определять количество выделившегося при этом 
метана, распознавать вид газодинамического явления и на 
основании этого формировать мероприятия по борьбе с 
внезапными выбросами; 

ю