Травматизм при взрывах газа и пыли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра АОТ и ОС

Реферат

на тему:

Травматизм при взрывах газа и пыли

Тула 2009.

Содержание

Введение

1. Взрывы метана и угольной пыли в шахтах: причины и следствия

2. Взрывозащита угольных шахт

Заключение

Список литературы

Введение

Травматизм, вплоть до гибели людей, - это прямая зависимость от наличия в шахтной атмосфере вредных примесей: метана, углекислого и угарного газов, угольной и породной пыли. В числе основных причин гибели людей - взрывы метана и угольной пыли в подземных горных выработках. Большинство шахт, по данным Государственного комитета по надзору за безопасностью труда, отнесены к первой категории с повышенной опасностью взрыва метана. До 35% опасны также по взрывам угольной пыли.

При взрыве метановой или угольно-метановой смеси одновременно действует температура свыше 2000єС, ударная волна, удушливая атмосфера, задымленность воздуха и возможность повторных взрывов. При взрыве выделяется много тепла и образуется высокотоксичный угарный газ (CO). Кроме того, за счет горения уменьшается содержание кислорода в воздухе шахты и образуется избыток углекислого газа. Все это приводит к несчастным случаям, иногда со смертельным исходом.

При разработке метаноносных пластов угля подземным способом выделяющийся метан создает две проблемы. Первая - обеспечить эффективную работу высокопроизводительной выемочной техники. Вторая - обеспечить безопасные условия работы в шахте для людей.

Высокие достигнутые нагрузки на очистной забой на метаноносных пластах и увеличение количества взрывов и возгораний метана в шахтах показывают неэффективность способов решения проблем безопасности. Ежегодно на угольных шахтах России происходят десятки вспышек и взрывов метана.

Число аварий, связанных со взрывом, вспышками, горением газа и пыли в 2004 году - 9, в 2005 году - 8, в 2006 году - 4, в 2007 году - 6 случаев. Число смертельных травм при этом в 2003 году составило 7, в 2004 году - 67, в 2005 году - 33, в 2006 году - 3, в 2007 году - 162. В ходе профилактических обследований в 2007 году личным составом ВГСЧ было выявлено 5719 нарушений режима проветривания и 7096 нарушений пылевого и газового режимов.

1. Взрывы метана и угольной пыли в шахтах: причины и следствия

Что же является первопричиной взрывов шахтной атмосферы: природный или «человеческий фактор»?

При расследовании взрывов шахтной атмосферы часто причиной называют «человеческий фактор», который проявляется при нарушении Правил безопасности (ПБ) или некомпетентности работников. Взрывы почему-то происходят тогда, когда в месте нарушения ПБ оказывается недостаточно свежего воздуха для разбавления газа. Это происходит в очистных забоях, в забоях подготовительных выработок, в выработанном пространстве за лавой, в забое квершлага, в магистральной выработке. Например, в шахте «Распадская» взрыв произошел в магистральной выработке при пробое электрического кабеля упавшей породой. Взрывная волна через загазированные выработанные пространства нескольких отработанных лав прошла в наклонную выработку, где стоял газоотсасывающий вентилятор. Взрывоопасная концентрация газа была как в магистральной выработке, так и в выработанном пространстве. Если бы концентрация газа была меньше, то взрыв бы не произошел.

Существующее в России государственное законодательство защищает жизнь и безопасность работников, занятых в угольной отрасли. Комплекс действующих законов обязывает работодателей обеспечить безопасность производственных процессов при добыче угля. Поэтому решение проблемы повышения рентабельности должно сопровождаться обязательным технологическим и организационным обеспечением безопасных условий.

Шахтная атмосфера становится опасной в локальных зонах подземного пространства там, где выделяется много рудничного газа, а расход чистого проточного воздуха недостаточен для разбавления газа до неопасной концентрации. Взрывоопасная смесь, распространяясь в подземном пространстве, создает «объемную газовую бомбу», и при появлении любого источника тепла возгорается и взрывается, разрушая ударной волной километры горных выработок. Нейтрализовать взрыво- или пожароопасность можно только интенсивным проветриванием опасных зон достаточным расходом воздуха или искусственным уменьшением (дегазацией) выделения газа в шахтную атмосферу. Но дегазируемый газ не должен попадать в шахтную атмосферу. Таким образом, первопричиной возгорания и взрывов шахтной атмосферы необходимо считать природный фактор - неожиданное увеличение концентрации опасного газа, а следствием - появление инициирующих источников тепла.

При выполнении очистных и подготовительных работ рудничный газ будет выделяться в шахтную атмосферу всегда. Для обеспечения безопасности не имеет значение, каким способом будет поддерживаться безопасная концентрация. Однако основным принципом должно быть предупреждение аварии. В связи с этим, выбор способов обеспечения безопасности должен иметь приоритет перед выбором технологических параметров и интенсивности выемки при освоении запасов метаноносного угля (рис. 1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Блок-схема последовательности выбора параметров обеспечения безопасности и технологии разработки метаноносных пластов угля

Что нужно сделать, чем можно помочь, что предложить и рекомендовать по предупреждению таких аварий, особенно катастроф или это рок, своеобразная расплата за нарушение целостности недр, всевозможные нарушения правил дорожного движения водителями как на автомобильном транспорте?

Из прошлого и современного обобщенного трагического опыта установлено, что взрывы метана и угольной пыли из всех аварий на шахтах являются наиболее сложными и опасными. В результате часто возникают пожары, обрушения, завалы в горных выработках, отравления и другие не менее тяжелые последствия. Иногда, даже невозможно извлечь пострадавших и восстановить выработки в пределах участка, крыла шахты для возобновления горных работ.

В России, после прекращения добычи и ликвидации около 180 наиболее опасных и сложных шахт, частота взрывов метана с катастрофическими последствиями за последние 10-11 лет увеличилась по сравнению с любым десятилетием работ шахт бывшего Минуглепрома СССР. Причем, на первый взгляд, особых причин к этому нет.

С точки зрения выполнения научных разработок отставания от других стран нет, по механизации выемки угля - тоже, реструктуризация осуществляется достаточно высокими темпами. Открытый способ добычи угля стал основным. Системам, способам разработки пластов угля, проветриванию шахт, осуществлению мероприятий по ТБ посвящены сотни, если не тысячи научно-исследовательских работ, книг, статей и других публикаций, в том числе фундаментальных.

Следовательно, есть какие-то другие причины, факторы, тенденции, которые не учитываются в профилактической работе при осуществлении добычи угля подземным способом.

Иногда специалисты шутят, “если есть метан - искра всегда найдется”. Но так только кажется, на самом деле все сложнее, причин и факторов, оказывающих влияние на скопление - загазирование и взрывы метана несколько десятков (главные, сопутствующие, косвенные, прочие). Рассмотрим основные причины и тенденции.

Особенность метана и его опасность

Основной особенностью метана является его необычная характеристика и отсутствие у работников ощущения опасности метана. Многие виды опасности, такие как обрушения угля, породы, режущие и движущиеся части машин и оборудования, мы видим каждый день, естественно опасаемся их, при необходимости принимаем соответствующие меры, чтобы обезопасить себя, не заходить в опасную зону. Однако имеется ряд видов опасности, которые визуально нельзя рассмотреть, например, радиацию, электромагнитные и другие излучения, так как они не имеют явных признаков - цвета, запаха, вкуса. Эта особенность оказывает отрицательное влияние в профилактической работе. В угольных шахтах к таким видам опасности следует отнести метан. С тем, чтобы избежать этого воздействия необходимо не только хорошо знать характеристику метана, но и чувствовать, ощущать интуитивно, помнить постоянно о его присутствии, опасности скопления, проявлении в виде взрыва. Наличие такого чувства помогает, с одной стороны, пунктуально соблюдать требования Правил безопасности и принимать своевременно соответствующие меры, аналогично осуществляемых по предупреждению обвалов и обрушений, с другой - своевременно покинуть опасную зону.

Многие работники, как показывают проверки и расследования аварий, к сожалению, метан знают не очень хорошо. Только немногие (примерно 2-3%) работающие на шахте четко представляют, имели возможность непосредственно встречаться с этим видом аварий, и то, чаще всего, в процессе восстановительных работ при ликвидации последствий взрывов метана. В связи с специфическими особенностями шахт и адаптацией работающих к условиям среды, громадная постоянная опасность от наличия метана и угольной пыли работниками не ощущается, однако, от этого среда не становится менее опасной. Отсутствие этого ощущения, если хотите - “страха” (не патологического)является тем человеческим фактором, сопутствующей, косвенной причиной несоблюдения и нарушения ПБ и взрывов. По этому поводу кто-то из академиков прошлого поколения сказал примерно следующее: “Шахта - это очень серьезно, к осуществлению горных работ необходимо относится с уважением и большой ответственностью, если не хочешь иметь больших неприятностей. Руководители, ИТР, работающие в шахте должны знать и помнить о специфике среды и относиться к принятию решений, осуществлению мер безопасности очень серьезно и ответственно”.

Если кто из руководителей сомневается, что многие работающие неудовлетворительно знают характеристику метана, взрывчатости угольной пыли и взаимодействия этих компонентов при взрыве достаточно попросить 10 человек ИТР добычных и подготовительных участков рассказать о свойствах метана, в том объеме, каком они инструктируют рабочих. И вы убедитесь, что объем этих знаний в лучшем случае достигает 1/10 от требуемого согласно ПБ, Инструкций. Отсюда действия, поступки работников, основанные на “смелости незнания опасности” и адаптации к ней.

Второй негативной особенностью метана является постоянная тенденция осложнения проветривания шахт, в связи с увеличением глубины, увеличением дебита метана, удлинением протяженности и сопротивления сети горных выработок и других факторов. Ретроспективный анализ причин взрывов метана при ведении горных работ на 1-3 горизонтах показывают, что при переходе работ с первого на второй горизонт (а иногда со 2-го на 3-й) по указанным причинам недооценки негативных факторов допускаются взрывы. После их руководители и специалисты начинают принимать действительно меры адекватные условиям и взрывы на 5-8 лет прекращаются. Так было на шахтах “Тайбинская”, “Зиминка”, им. Калинина, “Красногорская”, “Юбилейная”, “Антоновская” и др. Вывод может быть один - необходимо своевременно, критически оценивать изменившиеся горные и газовые условия (до взрыва), а не после взрыва. Обобщенный опыт показывает, что у многих взрывов имеется инкубационный период “созревания” и он бывает достаточно длительный с явно выраженными признаками опасности.

Основные наиболее характерные причины нарушения проветривания и загазирования горных выработок

Нарушение режима проветривания из-за перераспределения воздуха между выработками. В одном случае это происходит за счет очередной сбойки двух выработок и отсутствия контрольного замера специалистами участка ВТБ за количественными изменениями подачи воздуха по забоям и выработкам, в первую очередь, наиболее удаленных от главных вентиляторов и трудно проветриваемых; в других - вследствие нарушения целостности вентиляционных сооружений при выполнении ремонтных, монтажных и других работ, в-третьих, это открытие вентиляционных дверей и перемычек (преднамеренное, вынужденное, непреднамеренное) рабочими при передвижении и транспортировке грузов. В настоящее время на угольных шахтах нет профессии дверовых, основные вентиляционные двери в околоствольных и главных выработках автоматизированы или имеют дистанционное управление с блокировкой для шлюзования. К сожалению, участковые вентиляционные двери не обслуживаются, многие не имеют дистанционного контроля их положения и блокировки при шлюзовании. По указанным причинам проветривание часто является не полностью управляемым, хорошо, если на шахте имеется значительный резерв воздуха, за счет которого частично покрываются потери.

Изменения режима работы добычных машин и организации работ в сторону ускорения, непринятие при этом соответствующих мер по увеличению подаваемого в забой воздуха. На угольных высокомеханизированных шахтах эта причина, пожалуй, одна из распространенных и характерных первопричин загазирований и аварийности. Так, например, на шахтах можно встретить документацию, в которой расчет количества воздуха, необходимого для проветривания очистного забоя, выполнен, исходя из средней нагрузки 1000 т/сут, а в конце месяца 2-3 дня работают с интенсивностью 2000-3000 т/сут. Аналогичное несоответствие расчетных данных по проветриванию, фактическому режиму работы имеет место при скоростном проведении горных выработок проходческими комбайнами. При этом руководители участков и инженерных служб шахты не только не осуществляют перерасчет количества воздуха, необходимого для соблюдения требований Правил безопасности, но и не увеличивают частоту уборки и увлажнения угольной пыли.

Изменения горно-геологических условий. Чаще это бывает при вскрытии забоем выработки геологического нарушения, зоны разгрузки пласта, устьев дегазационных, разведочных и других технических скважин без принятия соответствующих мер по улучшению проветривания. Следует подчеркнуть, что изменение среды горно-геологических условий в очистных и подготовительных выработках бывает не очень ярко выражено -- в виде перемятого угля, появления пликативного нарушения. При этом рабочие продолжают по инерции выполнять необходимый цикл работ в забое по установившемуся ранее режиму и параметрам. Аналогичную позицию по отношению к параметрам и организации работ во многих случаях занимают горные мастера и руководители участка. Хотя по правилам ведения горных работ известно, что в новых условиях нельзя продолжать работу прежними приемами и методами. Природа как бы предупреждает людей, работающих в забое, прямыми или косвенными признаками об изменении горно-геологических условий и приближающейся опасности. К таким признакам относятся изменение структуры и кливажа угля, крепости и устойчивости вмещающих пород, “потение” забоя и бортов выработки, увеличение притока воды, горного давления на крепь, потрескивание и шелушение забоя на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, и др. Главное для руководителей и рабочих: во-первых, своевременно уловить эти предупреждения природы, порой даже по неярко выраженным проявлениям, во-вторых, расшифровать их, а при необходимости пригласить геолога, маркшейдера, выполнить замеры, произвести бурение разведочных скважин, в-третьих, на основании имеющейся информации, опыта и даже интуиции сделать прогноз условий впереди забоя; в-четвертых, в соответствии с прогнозом внести соответствующую коррекцию в параметры технологии, организации работ в забое и меры по безопасности труда.

Многие, забывают, что проведение почти любой выработки -- это всегда в определенной степени разведка пласта и вмещающих пород, так как более половины всех мелких геологических нарушений (с амплитудой менее 10 м), к сожалению, вскрываются только при проходке выработок. Наблюдения и контроль за структурой и поведением пласта нужны не только геологу и маркшейдеру для нанесения на планы горных работ, а в первую очередь тем, кто работает в забое.

При разработке метаноносных пластов существует высокий риск возникновения аварии в результате неполноты информации об изменении природной метаноносности угля в пласте впереди забоя горных выработок и во вмещающих породах; при отсутствии приборного контроля выделения метана из различных источников и формирования взрывоопасной концентрации метановоздушной смеси в различных частях подземного пространства.

В настоящее время природная метаноносность устанавливается геологами для шахтопласта или его части по результатам замеров метана в угле из разведочных скважин. При этом отсутствует прогноз локальных изменений метаноносности угля, несмотря на то, что многие ученые на практике это установили. Неравномерность накопления метана в угле также доказали внезапные выбросы метана и угля, суфлярное и повышенное выделение метана.

Распространено мнение, что природная метаноносность в пласте изменяется незначительно, но увеличивается с глубиной. Однако результаты замеров природной метаноносности показывают, что на одинаковой глубине залегания пласта угля как природная метаноносность, так и давление газа в угле могут существенно отличаться.

Анализ шахтных замеров показал, что усредненную природную метаноносность пласта, полученную геологами по разведочным скважинам, нельзя использовать для проектирования вентиляции и разработки способов дегазации и предотвращения внезапных выбросов газа в подземное пространство. Нужен научно обоснованный прогноз изменения метаноносности по площади распространения пласта, оснований на природных закономерностях торфоотложения, изучении физико-химических условий преобразования исходного материала.

Пласт угля - это геологическое тело, параметры которого дают представление только об его распространении. По мощности угольные пласты являются многослойными образованиями, состоящими из переслаивания углей различных ингредиентов и породных прослойков. По простиранию и по падению пласта характеристика угольного вещества неодинакова и сохраняет многообразие геолого-генетических условий и физико-химических процессов, происходивших во время торфонакопления и углеобразования. В комплексе это многообразие предопределило неравномерность распределения метана в пластах угля. Для прогнозирования участков пласта с аномальной метаноносностью необходимо знать закономерности формирования пластов. Метаноносность зависит от восстановленности органического вещества, наличия глинистых включений и степени метаморфизма угля.

Прогнозирование горно-геологических условий, возможных осложнений и принятия без перестраховки соответствующих мер по безопасности можно, без преувеличения, отнести к элементам горного искусства, которым должны владеть все специалисты, осуществляющие надзор и контроль за ведением горных работ на шахте.

Неудовлетворительное управление кровлей. Проведение неплановых и ненужных выработок с последующей их изоляцией без погашения. В этом случае скопление метана происходит в выработанном, но не обрушившемся пространстве очистных забоев. Некоторые руководители и ИТР шахт недооценивают скрытые, неконтролируемые скопления метана в куполах, завале за механизированной крепью лавы, в изолированной, но не погашенной выработке, на основании того, что метан всегда есть в выработанном пространстве. Нельзя считать изоляцией тесовую или органную перемычку, например, в тупиковой части вентиляционного или конвейерного штреков лавы, и, тем более, профилактической мерой против попадания метана в действующие выработки участка.

Неудовлетворительная изоляция выработанного пространства, наличие пустот, больших утечек воздуха неоднократно являлись причинами самовозгорания угля и взрывов метана с приостановкой горных работ на длительное время в целом по шахте. Такие крупные аварии, в том числе с человеческими жертвами, имели место на шахтах “Байдаевская”, “Томская” ПО - “Южкузбассуголь”, им. 50-летия Октябрьской революции ПО “Караганда-уголь”, “Юбилейная” ПО “Гидроуголь”, “Воркутинская”, им. Бажанова в Донбассе.

Нарушение проветривания тупиковых забоев в результате остановки вентилятора местного проветривания, разрыва вентиляционных труб, пережатия и несвоевременного их наращивания в призабойном пространстве. По этой причине были взрывы на шахтах “Инская”, “Тайбинская”, “Чертинская” (Кузбасс).

Низкие скорости движения воздуха по выработке. В результате недостаточной турбулентности воздушной струи образуются слоевые скопления метана высокой концентрации, загазирование куполов, “кутков”, тупиков и других слабо обдуваемых участков выработок (забоев). Согласно исследованиям, около половины вспышек и взрывов метана в подготовительных выработках прямо или косвенно связано с наличием слоевых скоплений метана. Из-за недостаточного проветривания (скорости струи воздуха) возникает скопление метана высокой концентрации в местах воздействия исполнительного органа проходческих и добычных комбайнов на угольный массив.

Интенсивное выделение метана в процессе после производства взрывных работ из отбитого угля, обнаженного массива, груди забоя и бортов выработки. Замерять концентрацию метана и определять кратковременное загазирование после взрывных работ через 3-5 минут можно с помощью специальной аппаратуры с дистанционным набором проб воздуха над отбитым углем в забое выработки. При загазировании и нарушении требований ПБ при взрывных работах неоднократно происходили загорания, вспышки и взрывы метана от высокотемпературных продуктов взрыва или выгорания ВВ. Такие аварии имели место на шахтах “Западная”, “Чертинская”, “Тайбинская”.

Внезапные выбросы угля и газа, суфлярные выделения метана. На шахтах Кузнецкого бассейна аналогичные загазирования выработок участка, крыла, горизонта неоднократно произошли при вскрытии пластов квершлагами, сотрясательном взрывании, когда все люди из шахты выведены и электроэнергия отключена. Из практики известны случаи взрывов метана во время или после внезапных выбросов, в том числе спровоцированных выбросов и ликвидации их последствий (шахта “Первомайская” в Кузбассе).

Отсутствие на шахтах дегазации. Только средствами вентиляции обеспечить концентрацию метана в шахтной атмосфере в пределах допустимых норм на некоторых шахтах невозможно. Дегазационные станции на подавляющем большинстве газовых шахт при строительстве проектом не предусматривается, а когда в них появляется необходимость быстро построить их невозможно. Дегазация с поверхности через скважины осуществляется не постоянно с одинаковой эффективностью, имеет место несвоевременное бурение новых скважин, высока аварийность с оборудованием и электроснабжением (взрыв на шахтах “Октябрьская”, “Комсомолец” в Кузбассе, “Сокурская” в Караганде).

Неудовлетворительное состояние главных вентиляторов, вентиляционной сети, из-за нарушений схем вскрытия, недостаточного сечения выработок. Это приводит к громадным внешним и внутренним потерям воздуха и не позволяет увеличить количество подаваемого в шахту воздуха. Чаще всего, в этом случае, расчеты необходимого количества воздуха подгоняются за счет различных коэффициентов к максимально возможной величине. Это относятся, к так называемой, категории шахт с неудовлетворительным проветриванием, вследствие недостаточной производительности вентиляторов. На некоторых шахтах, до их ликвидации производительность главных вентиляторов достигала 25-40 тыс.м³/мин., а подавалось в шахту 15 тыс.м³/мин, при потребности 18-20- тыс.м³/мин. (шахта “Сокурская” и др. в Караганде).

Помимо перечисленных выше причин нарушения проветривания и загазирования горных выработок необходимо отметить также следующие:

- неправильное разгазирование ранее отперемыченных выработок в результате быстрого вытеснения из них метана высокой концентрации в действующие выработки;

- плановые остановки главных и вспомогательных вентиляторов в результате ревизии, ремонта, демонтажа и переноса оборудования, реверсии воздушной струи;

- аварии с вентиляторами, электрооборудованием и электрическими сетями (например, на шахте “Суртаиха”, г. Киселевск при остановке одного из главных вентиляторов и при достаточном количестве подаваемого в шахту воздуха работы продолжались в прежнем режиме. Однако из-за изменения депрессии, перераспределения воздуха между выработками и аэродинамической связи их с отработанным пространством происходили подсосы воздуха, непригодного для дыхания, что привело к групповым несчастным случаям);

- ограничение подачи воздуха в шахту (в выработку) по указанию руководителей (встречаются случаи, когда в зимнее время обмерзают вентиляционные стволы из-за недостатка тепла и неисправности калориферов и наблюдается естественное уменьшение поступления воздуха в шахту (аварии на шахтах “Сокурская” в Карагандинском бассейне, “Чертинская” в Кузбассе));

- применение несовершенных схем вскрытия, подготовки и отработки пластов, систем разработки (например местные скопления метана в "кутках" очистных забоев, нишах, тупиках у перемычек при возвратноточном проветривании. Причем эти местные скопления, практически, часто невозможно контролировать АГК, а работающие пренебрегают местным скоплением метана);

- скоплению взрывчатой концентрации метана в отдельных выработках способствует тепловая депрессия, в том числе возникающая при пожарах;

- инженерные ошибки в расчетах, замерах воздуха, в том числе при работе главных вентиляторов в различных режимах, на максимальное развитие горных работ;

- неправильно выбранный режим проветривания при ликвидации аварий, обрушений завалов (наиболее часто при пожарах) в том числе согласно плана ликвидации аварий (взрывы на шахтах “Томская”, “Сокурская”, “Центральная” в Челябинске и др.);

- неудовлетворительный контроль за проветриванием горных выработок.

Анализируя и обобщая причины скопления, загазирования, взрывов метана с позиции проветривания следует заметить, что каждая из причин имеют разновидности. Например, газодинамические явления имеют 11 выводов, в два раза больше геологических, гидрогеологических и других причин дающих залповое увеличение выделения метана.

Выделение причин и факторов скопления метана, классификация их в отдельные группы выполнены несколько условно, с тем, чтобы показать их многообразие, на конкретных примерах рассмотреть ту или иную особенность инкубационного периода скопления, загазирования и взрыва метана, обратить внимание на сочетание неблагоприятных факторов, недооценку пылегазовой обстановки в процессе работы.

Загазирования выработок, в том числе местные скопления метана чаще всего производят не по одной, а двум, трем и большему числу перечисленных выше причин. При расследовании взрывов определяется основная причина скопления метана, а косвенные, являющиеся не менее существенные упускаются. Более того, иногда причины скопления метана до взрывной концентрации не относят к разряду основных, так как все внимание при расследовании концентрируется на выявлении источника взрыва метана и угольной пыли. Это принципиальное неверное направление и ошибочное мнение. Если в выработке имеется систематическое превышение концентрации метана сверх норм ПБ источник воспламенения, как принято говорить, “всегда найдется”.

Две третьих перечисленных факторов и причин являются характерными для многих шахт, примерно, половина из них присуща шахтам III категории и сверхкатегорийным опасным по выделению и взрыву метана. Практически на каждой шахте, как указывалось выше, имеется тенденция из года в год к повышению газовыделения за счет ряда факторов.

Одновременно с наличием аналогичных причин взрывов метана и катастроф, есть десятки, сотни различных сочетаний и неблагополучных стечений обстоятельств, как с выделением метана, так и проветриванием. Каждый взрыв - это кто-то, чего-то неправильно оценил, спрогнозировал, принял ошибочное решение, неправильно действовал.

Согласно статистики данным ВостНИИ по наиболее метанообильным шахтам Кузбасса основным причинами загазирования за 10 лет были следующие:

- отключение электроэнергии - 35%, в том числе так называемые плановые отключения для ремонта, ревизии электрооборудования - 11%. На плановые отключения электроэнергии и остановки ВМП по техническим причинам приходилось около 14% всех загазирований и 30% случаев загазирования из-за отключения электроэнергии и отказов ВМП;

- остановки ВМП по причинам, не связанным с отключением электроэнергии, - 13%, в том числе плановым - 4%;

- нарушение целостности (отставание) вентиляционных трубопроводов от забоя - 9%;

- местное скопление метана - 9%;

- прочие причины - 21%.

Состояние и тенденции повышенной опасности угольной пыли

Первостепенное значение в работе руководителей и специалистов шахт по профилактике травматизма и аварийности в условиях интенсивного ведения горных работ является борьба с угольной пылью как источником профессиональных заболеваний и взрывов большой разрушительной силы.

К сожалению, коллективы трудящихся, инженерные службы многих шахт не готовы к этой борьбе ни технически, ни психологически, хотя бы на уровне представления и ощущения громадной потенциальной опасности от взрыва пыли. Борьба с метаном в шахтах осуществляется столетиями, накоплен опыт борьбы, каждый знает “гремучий газ” и чем он опасен. Например, возьмем крайний случай, никто не будет продолжать работать в забое, если содержание метана в воздухе будет 5-7%, т.е. взрывная концентрация. Одновременно те же рабочие, ИТР, руководители участков могут несколько раз в день проходить по выработке, где пыли, как принято образно говорить “по колено” и даже не обратят на это внимание, не говоря о приостановке работ по ликвидации взрывоопасной концентрации пыли.

Угольная пыль по многим параметрам является более опасным веществом на шахте, чем метан, а именно:

Участие пыли в газовоздушной метановой среде снижает нижний порог взрываемости метана до 3-4%. За счет участия пыли во взрыве метана повышается сила взрыва, часто на порядок по сравнению со взрывом только метановоздушной смеси.

При взрыве пыли или участии ее во взрыве метана, как правило, часть пыли частично сгорает, поэтому образуется большой объем оксидов углерода и других токсичных газов высокой концентрации, что при взрывах не менее опасно для находящихся в шахте людей, чем ударная волна и фронт пламени. Число погибших от отравления бывает значительно больше, чем непосредственно от взрыва.

Характерной особенностью взрывов метана и угольной пыли с катастрофическими последствиями и гибелью людей является то обстоятельство, что взрывная ударная волна воздуха, фронт пламени по ходу движения поднимают все дополнительные объемы пыли, взрывая или поджигая ее. В этом случае взрыв распространяется до 8 - 10 км от эпицентра, а продуктов его бывает достаточно, чтобы заполнить все выработки крыла, горизонта шахты. Известны случаи, при которых ударная волна громадной разрушительной силы достигала стволов и поверхности, разрушая надшахтные здания и другие сооружения (взрывы метана и пыли на шахтах “Колмогоровская”, “Распадская”, им. Шевякова, на двух шахтах в Остраво-Карвинском бассейне в Чехословакии).

С увеличением глубины разработки влажность углей уменьшается, а пылеобразование, как и количество метана, увеличивается.

С применением комбайнов с производительностью 8-12 т в минуту и в связи с интенсивным проветриванием возрос объем пыли до 1,2-1,5 кг на 1 т отбитого угля, резко увеличилось пылеобразование по всему очистному забою и распространение пыли далеко за пределы очистного забоя и даже выемочного участка.

Применение сплошной конвейеризации для доставки горной массы, увеличение скорости воздушной струи по выработкам способствует распространению пыли, практически по всей шахте.

Несовершенные методы борьбы с пылью, отсутствие инструментального контроля, экспресс-анализа и других инженерных, эффективных мер.

Борьба с метаном значительно легче по критериям определения опасной концентрации газа в атмосфере (при наличии многочисленных приборов замера, защиты), а процесс устранения опасных скоплений метана весьма прост и относительно нетрудоемкий (достаточно увеличить количество подаваемого в забой выработки воздуха и содержание метана приходит в норму). Труднее во многом осуществлять меры по борьбе с пылью. Во-первых, отсутствуют четкие количественные критерии определения взрывчатой концентрации пыли в выработке (на почве, на бортах выработки, за креплением). Во-вторых, не существует аппаратуры замера и контроля запыленности. В-третьих, вентиляционной струей со скоростью 4-6 м/с пыль, выносится (распространяется) практически по всем выработкам шахты, где она должна убираться, смываться водой или путем сланцевания приводить ее во взрывобезопасное состояние. Таким образом, трудоемкость мер по борьбе с пылью практически на порядок более высокая, чем с метаном.

Ослабление контроля за соблюдением пылевого режима в определенной степени проявляется при “мокром” способе борьбы. При уборке пыли - с помощью воды, мы лишились даже примитивного определения состояния взрывоопасности выработки по сланцевой пыли. Как известно, достаточно осланцованная (белая) выработка считалась безопасной, черная - запыленная взрывоопасной (имелась норма расхода пыли на 1м²). При мокром способе все выработки черные, вода при высокой температуре на большой глубине быстро испаряется, а пыль также быстро накапливается.

Отстали в этой области и научные исследования по определению параметров - периодичности выполнения мер по уборке и локализации угольной пыли в зависимости от производительности добычных машин, скорости воздушной струи, опасности пыли по взрываемости. Из практики известны многочисленные случаи, в том числе аварии (шахта “Сокурсная” и др.), когда зона ежедневной уборки и смыва угольной пыли по выработке устанавливается в 50-100 м от забоя, а пыль сильной вентиляционной струей выносится на 150-200 м и более. Периодичность выполнения противопылевых профилактических мер устанавливается раз в сутки, в неделю, а контрольные почасовые пылевые съемки (или суточные) показывают, что взрывчатая концентрация пыли в выработке при высокой производительности добычного комбайна до 1000 т в смену образуется за 5-7 часов.

Определение параметров и периодичности выполнения мер трудно регламентировать требованиями инструкций и ПБ производства работ. Хотя руководители технической, пылевентиляционной и других служб шахт, ВГСЧ при желании могут и делают соответствующие замеры, расчетным или опытным путем, применительно к местным конкретным горногеологическим условиям. Выполняется это участком вентиляции и техники безопасности экспериментальным путем по аналогии как определяется время, в течение которого содержание метана в выработке при остановке вентилятора местного проветривания достигнет 2%. Для своевременного выполнения противопылевых мер в особо запыленной выработке, достаточно произвести серию замеров величины отложившейся пыли (до опасной взрывной концентрации). Так, например, на вентиляционном штреке в 50-100-150-200 м от лавы в течение 1-2-3 смен производят замеры пылеотложения при наиболее распространенном режиме работы и максимальной производительности комбайна. В зависимости от данных, полученных при замерах, разрабатываются меры борьбы с опасными скоплениями угольной пыли, периодичность их выполнения и контроля.

Причиной - местом скопления угольной пыли опасной для взрыва, является пространство между крепью и стенками выработок. У многих выработок контур по периметру за крепью не ровный, особенно при буровзрывном способе отбойки горной массы и имеет площадь значительно большую, чем периметр выработки в свету, пространство между крепью и горным массивом редко бывает забученным полностью. В этом пространстве и по периметру массива происходит накапливание метана и угольной пыли, особенно в сухих выработках. При тщательном выполнении мер по уборке угольной пыли водой, часть пыли из-за крепления может смываться или увлажняться” при осланцевании же сланцевая пыль за борта крепи выработки попадает в незначительном количестве. Хотя это не говорит о том, что метод борьбы с пылью, основанный на применении воды, является более эффективным. Скорее, по мнению специалистов наоборот. Таким образом, выработка после выполнения противопылевых мероприятий может выглядеть удовлетворительной, на самом деле иметь значительное количество пыли за крепью. Этим можно объяснить реакцию руководителей участков и шахты перед взрывом посетивших горные выработки, которые, утверждали, что называется, "отдают голову на отсечение", что пыли в выработке перед взрывом не было.

Одной из основных причин опасного скопления пыли является отсутствие постоянных рабочих по осланцеванию, смыванию, уборке пыли как в подготовительных выработках, так и в выработках примыкающих к очистному забою.

Хотелось обратить внимание еще на одну причину взрывов угольной пыли, появившуюся с внедрением высокопроизводительных комбайнов, не похожую на описанную выше. Известно, что угольная пыль, как и другие виды пыли, взрывается только когда находиться в воздухе во взвешенном состоянии. Источником перехода пыли из статического во взвешенное состояние и взрыва ее, чаще всего является вспышка или взрыв метана. Действительно такое представление в целом правильное, но недостаточно полное и не мобилизует рабочих и ИТР негазовых шахт на борьбу с угольной пылью (и сланцевой пылью). Многие шахтеры, руководители, ИТР даже с большим стажем работы в угольной промышленности не могут припомнить случая взрыва угольной пыли без участия метана. Более того, на многих негазовых и газовых шахтах, где практически нет метана, в выработках очень высокая влажность, капеж, большие притоки воды, что приводит к тому, что меры борьбы с угольной или сланцевой пылью практически не осуществляются, и в ряде случаев в этом нет необходимости. Но на практике пыль даже в таких условиях при определенных обстоятельствах взрывается, причем без наличия следов метана в пласте, рудничной атмосфере и при высокой влажности горных выработок.

Источником образования пыли, который удерживает ее во взвешенном состоянии и взрывает, чаще всего является взрывчатое вещество при производстве буровзрывных работ, применяемое с нарушением правил безопасности.

Взрывы из-за нарушения пылевого режима и особенности при производстве буровзрывных работ в очистных и подготовительных забоях при отсутствии метана неоднократно имели место на газовых шахтах.

Обобщения, связанные с проявлением опасности метана, и основные направления и меры по снижению взрывоопасности шахт

Извлечение метана, дегазация угольных пластов и горного массива с поверхности в региональном масштабе месторождений для подготовки запасов угля к высокоэффективной и безопасной работе пока не осуществляется, хотя научные наработки и практические предложения ученых Московского государственного горного университета, Института горного дела им. А.А. Скочинского и других имеются. Подземный способ дегазации пластов, спутников их, горного массива применяется в недостаточных объемах, чаще всего на тех шахтах (или пластах), где средствами вентиляции невозможно снизить содержание метана в горных выработках до норм, определенных ПБ, а не как профилактическая мера, повышающая безопасность, исключающая взрыв метана. Таким образом, метан, как и прежде, продолжает оставаться одним из самых опасных спутников шахтеров, особенно при проведении выработок и очистной выемки угля, создавая дополнительные трудности и экономические проблемы при разработке многих угольных месторождений. Основным направлением снижения взрывоопасности следует считать дегазацию в ее классическом виде.

В связи с интенсивностью горнопроходческих и очистных работ увеличивается количество выделенного метана из горного массива и отбитой горной массы. В отдельных, проводимых по углю выработках объем его достигает 1000-2000 м³ в сутки, а в очистных забоях в среднем 20-30 м³ на 1 т суточной добычи (на отдельных шахтах 100-150 м³). Этот фактор привел к тому, что некоторые очистные и подготовительные забои работают на пределах возможности по проветриванию (наличию содержания метана на исходящих струях до 1-1,3%), что не позволяет увеличить объем добычи и проходки за сутки. Работа постоянно на пределах допустимого и недопустимого и приводит к взрывам. Необходимо заменять локальные уклоны капитальными, с увеличенными планировочными параметрами вскрытия и отработки выемочных полей и участков, а также значительно увеличивать сечение горных выработок и подачу воздуха в забой.

Количество подаваемого в шахту воздуха на крупных шахтах достигает 20-40 тыс. м³ в минуту, а в пересчете его в весовые единицы получается, что на 1 т добытого угля в шахту подается 5-10 т воздуха. Однако, и этого воздуха иногда недостаточно. Полученные статистическим путем зависимости и выполненные на их основе расчеты отражают следующие для шахт Кузбасса тенденции. Относительная газообильность шахт в настоящее время колеблется от 1,6 до 146,6 м³/т, прирост глубины ведения горных работ в среднем составляет 2,3 -4,5% в год, газообильность увеличивается на 1,1 -6,5%, что приводит к росту количества воздуха, подаваемого в шахту на 1,2-7,7% в год. Указанную закономерность следует учитывать при текущем и перспективном планировании горных работ.

На шахтах имеется явно выраженные удлинения и усложнения вентиляционных сетей. Связано это, в основном, с прекращением проходки стволов, отставанием проходки капитальных горных выработок, вскрытием запасов на низлежащих горизонтах по временным локальным схемам. Это приводит к увеличению протяженности поддерживаемых выработок на 1000 т добычи угля, расходу электроэнергии на проветривание, росту внешних и внутренних потерь воздуха. При этом на многих шахтах не достигнуты положительные результаты. Сложность вентиляционных сетей, высокое сопротивление горных выработок, выборочная отработка “хлебных” пластов, проветривание требует на многих шахтах реконструкции вентиляции. Как горные выработки требуют ремонта, так и вентиляция периодически требует реконструкции и упорядочения ее основных параметров

Иногда выделение метана происходит неравномерно. Зональное, внезапное и залповое выделение при выбросах угля и газа, приурочено к периодическому обрушению основной кровли, геологическим нарушениям, в некоторых случаях трудно прогнозируемое и предсказуемое. Всякая внезапность увеличивает вероятность аварии. Из этого следует острая необходимость повысить достоверность горных и газовых условий.

При малейшем нарушении проветривания (5-10 мин), скопление метана опасной концентрации практически возможно в самых разнообразных местах - камерах, забоях и выработках шахты. При длительных нарушениях скопление происходит вплоть до объектов на поверхности, в жилых домах, аккумулирующих бункерах обогатительных фабрик, погрузочных железнодорожных пунктах (загорания метана, взрывы неоднократно имели место на ЦОФ “Кузнецкая”, “Тайбинская”, “Беловская”, “Чертинская”, на фабриках Карагандинского и Донецкого бассейнов). Следует ужесточить и уточнить ряд требований ПБ, особенно по принятию мер при остановках ВМП, отключения энергии по шахте, т.е. при загазированиях.

Реальная и высокая вероятность аварий (угроза) загорания метана, вспышки или взрывы на шахтах имеются в результате наличия проявления 12-15 источников открытого огня (искры). Конструкторам, машиностроителям следует повысить надежность и долговечность ГШО, с тем чтобы исключить в шахтах газосварочные работы.

Применение современных механизированных комплексов, высокопроизводительных выемочных комбайнов, привело к изменению параметров выемочных полей участков с 800-1000 м до 2000-2500 м, длины очистных забоев с 120-140 м до 200 и более метров. Многие схемы изменены без пересмотра проектных решений и организации производства работ (в этом легко убедиться, посмотрев схемы горных выработок шахты “Зыряновская”, “Воркутинская”, им. Шевякова и др.). Проектным институтом следует усилить авторский контроль за соблюдением проектных решений, более принципиально подходить к локальным решениям испрашиваемых руководителями шахт.

На основании причин и последствий взрывов метана с участием угольной пыли и катастрофическими последствиями за последние 8-10 лет, есть веские основания и предложения сместить приоритеты в работе институтов руководителей и специалистов шахт в сторону повышения эффективности профилактических мероприятий по снижению пылеобразования, отложению пыли в горных выработках, локализации ее взрывных свойств, как основного взрывчатого материала при катастрофических взрывах метана. Такая необходимость диктуется тем, что без участия во взрывах угольной пыли можно было бы избежать 70-80 % известных нам катастроф, они при всех прочих нарушениях могли состояться, но по силе взрыва и последствиям были бы отнесены к категории слабых или средней величины взрывов метана, число пострадавших было бы на много меньшим.

Не отрицая необходимость улучшения схем проветривания шахт, увеличения подачи воздуха главным приоритетом должен стать комплекс организационно-технических мероприятий борьбы с угольной пылью, в очистных выработках, где чаще всего за последние 10-15 лет происходят взрывы, используя для этого весь имеющийся комплекс средств.

В первую очередь следует сделать основную обязательную операцию при добыче угля и проведения выработок - увлажнения угля в массиве, расширить область применения сланцевой пыли.

Следует продолжать наблюдение за эффективностью мокрого способа борьбы с пылью, сопоставляя его с методом основанном на сланцевой пыли.

На пластах, где угольная пыль по взрываемости относится к 5-6 категории, при добыче угля в очистных забоях 1000 и более тонн в сутки и в подготовительных выработках с темпами более 200 м в месяц, необходимо ввести в практику обязательное проведение пылевых съемок на максимальную интенсивность работ для более правильного определения времени образования (скопления) в пыли до взрывной концентрации и правильного определения периодичности осуществления комплекса мер по уборке и локализации ее взрывчатых характеристик. Тем самым будут исключены случаи, когда противопыльные меры осуществляются раз в неделю (сутки), а взрывная концентрация при максимальной интенсивности образуется за сутки или даже несколько часов. Плановые наборы пыли ВГСЧ на взрывоопасность не дают должных (правовых) результатов, так как к ним на шахте готовятся.

Следует ускорить создание приборов для экспресс-анализа (методики) по определению пылевзрывоопасного состояния выработок, хотя бы по аналогии с ранее применяемым прибором определения взрывчатости пыли, которыми могли бы пользоваться специалисты участков ВТБ, других участков, контролирующих организаций и своевременно выявлять опасные ситуации по пыли (в том числе в шахте).

2. Взрывозащита угольных шахт

Согласно требованиям Правил безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618- 03), на шахтах, опасных по газу и разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли, наряду с мероприятиями по их предупреждению должны применяться средства локализации и предотвращения распространения взрывов по горным выработкам на большее расстояние (средства пылевзрывозащиты). Необходимость использования средств пылевзрывозащиты обусловлена принципиальной невозможностью обеспечить абсолютную надежность всех средств предупреждения взрывов метана и угольной пыли в шахтах.

угольный пыль метан взрывоопасность

Недостатки локализации взрывов с использованием водяных и сланцевых заслонов

До настоящего времени как в России, так и за рубежом в качестве основного средства пылевзрывозащиты использовали пассивные водяные или сланцевые заслоны, с помощью которых на шахтах изолировали наиболее вероятные очаги взрывов, в первую очередь, к их числу относятся очистные и подготовительные забои. Согласно статистическому анализу данных об авариях за 50-летний период на шахтах СССР и России на этих объектах происходит соответственно 45,5 и 36,5 % случаев взрывов. При этом в 80 % таких аварий источниками воспламенения взрывчатой метановоздушной или пылеметановоздушной смеси служили неисправное электрооборудование, взрывные работы и фрикционное искрение при работе выемочных и проходческих комбайнов, буровых станков.

Основной недостаток способа локализации взрывов с использованием водяных и сланцевых заслонов, применяемых в настоящее время, состоит в сложности достижения их эффективности, которая обеспечивается при полном переводе всей массы инертной пыли (воды) во взвешенное состояние; при сохранении инертной пыли (воды) во взвешенном состоянии до момента прихода фронта пламени.

Первое условие реализуется при применении наиболее легко разрушаемых конструкций полок (или сосудов), а также при расположении заслонов на оптимальном расстоянии от места возникновения взрыва либо входа фронта пламени в выработку. При расстояниях от 100 до 220 м для создания и надежной локализации взрывов пыли необходима удельная весовая нагрузка инертной пыли 50-150 кг на 1 м² поперечного сечения выработки. В случае расположения заслонов близко к возможному месту возникновения взрыва или, напротив, далее 250-300 м, для гашения взрывов требуются все большие весовые нагрузки. Согласно нормативу, количество сланцевой пыли, размещаемой на полках, должно определяться из расчета 400 кг на 1 м² поперечного сечения выработки, что соответствует, например, для выработки площадью сечения 15 м² - 6000 кг на один заслон.

Второе условие обеспечивается при расположении рядов полок (сосудов) заслона на оптимальном расстоянии друг от друга, составляющем 2-3 м и соответствующем времени существования облака 0,4-0,6 с. Если условия не позволяют достичь такого расположения, то необходимо сократить данное расстояние до 1 м, но при этом снизится надежность заслона. При меньших расстояниях концентрация инертной пыли (воды) в облаке становится настолько велика (20-25 кг/м³), что оно за 0,05-0,10 с оседает и к моменту подхода фронта пламени не сохраняется. Увеличение расстояния между рядами полок (сосудов) более 5 м нерационально, так как снижение концентрации инертной пыли (воды) обусловливает неполное использование механизмов действия заслона.

Следует отметить, что все параметры применяемых пассивных сланцевых заслонов введены в действие в соответствии с Правилами безопасности в каменноугольной и сланцевой промышленности, утвержденными народным комиссаром топливной промышленности СССР (приказ от 23.09.1939 № 497/а).

Эффективность пассивных заслонов носит вероятностный характер, и, даже при полном соблюдении таких параметров, вероятность отказа составляет 1/300 (т.е. один из 300 взрывов проходит заслон). Допустимые отступления от оптимальных параметров установки заслонов увеличивают вероятность отказа до 1/100. Однако в реальных условиях шахт вероятность эффективного срабатывания сланцевых заслонов всегда намного ниже вследствие определенных неточностей в установке и погрешностей в эксплуатации заслонов. Кроме того, принцип действия применяемых водяных и сланцевых заслонов имеет пассивный характер, и их скорость срабатывания несравнима с динамикой распространения фронта пламени по горным выработкам. По техническим возможностям пассивные заслоны имеют ограниченный диапазон эффективного срабатывания. Как показали экспериментальные исследования, выполненные в опытной штольне МакНИИ (Украина), они могут локализовать взрыв метана и (или) пыли в лучшем случае лишь при скорости распространения взрыва от 120 до 280 м/с.