Okhrana_truda_v_ugolnoy_promyshlennosti

результате быстрого сгорания газогенерирующего заряда образуется большое количество газов, поступающих в контейнер взрывоподавителя и выбрасывающих пламягасящий порошок в очаг воспламенения. При этом в объеме выработки на протяжении 15 м создается инертная среда, не позволяющая пламени распространяться по выработке.

Эксплуатация автоматической системы требует специальной организации и подготовки обслуживающего персонала. Монтаж, наладка и обслуживание системы должны проводиться назначенными лицами, прошедшими соответствующее обучение. Зарядку устройства подавления вспышек газогенерирующим зарядом и пиропатроном допускается проводить мастеру-взрывнику по нарядпутевке. Снаряжение устройства подавления вспышек пламягасящим порошком может проводиться как на поверхности, так и непосредственно в месте установки, Снаряжение газогенерирующим зарядом и пиропатроном должно производиться непосредственно на месте установки. Ежедневно горным мастером участка ВТБ должен проводиться контроль работоспособности; датчиков, напряжения питания и состояния цепи пиропатрона, проверка ориентации окна фотоприемника датчика пламени и очистка его от пыли и влаги. Ежемесячно должна проводиться проверка целостности соединений в клеммном отсеке устройства подавления вспышек. Один раз в год должна проводиться замена пламягасящего порошка и мастеромвзрывником газогенерирующего заряда. На обслуживание и эксплуатацию автоматизированной системы должен быть заведен журнал, в котором должны отражаться результаты профилактических и текущих осмотров, проверок, ремонтов или замены отдельных деталей и узлов.

18 Профилактика и тушение шахтных пожаров

18.1Общие положения

Кшахтным пожарам относятся подземные пожары в горных выработках и угольном массиве, а также пожары на объектах промплощадки, если они угрожают жизни людей в шахте. Пожары, даже в начальной стадии своего развития, представляют большую угрозу жизни людей, находящихся на пути распространения пожарных газов.

261

Мировой и отечественный опыт угледобычи свидетельствует о катастрофических последствиях пожаров. В 1910 г на одной из шахт Англии при пожаре погибло 344 человек. В США при пожаре на шахте в 1909 г погибло 267 человек, а в результате двух крупных пожаров в 1911 г соответственно 202 и 341 человек. Тяжелыми последствиями сопровождаются подземные пожары в Донбассе. Так, в 1991 г на шахте Южно-Донбасская №1 ПО «Донецкуголь» произошел подземный экзогенный пожар, в результате которого пострадало 38 чел., в т.ч. 32 - смертельно, а в 1996 г при пожаре на шахте Суходольская-Восточная ПО «Краснодонуголь» и им. Г Димитрова ПО «Красноармейскуголь» погибло соответственно 8 и 4 человека.

Опасность пожара возрастает, как источника воспламенения метановоздушной смеси и поступления взрывоопасных газов. Особую проблему создают развитые сложные пожары, ликвидация которых достигает нескольких месяцев, а иногда и лет. Доля ущерба от подземных пожаров достигла 27% от общего объема и стала доминирующей среди всех видов ущерба от аварий на шахтах. На долю пожаров приходится 74% всех аварий, в ликвидации которых принимает участие ГВГСС.

Количественное соотношение экзогенных и эндогенных пожаров в различных геолого-промышленных районах существенно отличается, и зависит, в основном, от удельного веса добычи в них склонных к самовозгоранию углей, но в целом по шахтам Украины составляет соответственно 76 и 24%.

Также как и наземные, подземные пожары условно разделяются на классы: А - горение твердых веществ и материалов; В - горение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей; С - горение газов; Д - совместное горение веществ и материалов с участием металлов или их сплавов; Е - горение электроустановок. При этом пожары категории Д не являются характерными для шахтных пожаров, а категория Е включает пожары на электроустановках до 1140 В.

Основными горючими компонентами в горных выработках являются стойки, затяжки и верхняки деревянной крепи, конвейерная лента, гибкие кабели, минеральные масла и полимерные материалы, уголь, метан. Наибольшее число пожаров возникает в результате воспламенения оболочек кабеля и конвейерных лент - свыше 48% от общего числа пожаров (табл. 18.1)

262

Таблица 18.3 - Распределение эндогенных пожаров по местам возникновения очагов самовозгорания

На поверхностном комплексе часто наблюдается самовозгорание угля на шахтных складах. Горение угля здесь начинается в виде отдельных небольших очагов, чаще всего в конических скоплениях вблизи металлических опор эстакад. Практически во всех угольнопромышленных районах самовозгораются отвальные породы.

Пожароопасность шахты в целом можно представить следующей зависимостью:

Pш = Pf (Pг , Pо , Pи , Pр , Pм , Pл ),

где Pг - вероятность наличия горючих веществ, материалов и содержащего их оборудования; Ро - вероятность наличия окислителя; Ри - вероятность возникновения опасного теплового импульса; Рр - вероятность развития и распространения пожара; Рм - вероятность нанесения материального ущерба; Рл, - вероятность угрозы жизни застигнутых пожаром людей.

Снижение уровня пожароопасности шахты может быть достигнуто за счет уменьшения величин всех рассмотренных выше вероятностей.

Головным по проблеме пожарной безопасности в угольных шахтах является НИИГД «Респиратор», отдельными вопросами пожарной безопасности занимаются МакНИИ, ДонНТУ и другие отраслевые институты и вузы.

Значительный вклад в теорию и практику предупреждения и тушения пожаров на угольных шахтах внесли известные

264

Осокин В.В, Осипов Г.Г., Жадан В.М., Маркович Ю.М., Быков Н.И., Мухин В.Е., Булгаков Ю.Ф. и др.

Требования Правил безопасности к пожарной безопасности предусматриваются уже на стадии проектирования и строительства шахты - в проекте строительства (реконструкции) шахты обязательным является разработка раздела «Противопожарная защита». Для действующих шахт в соответствии с требованиями КД 12.07.403-96 «Разработка проекта противопожарной защиты угольных шахт. Методика», разрабатывается «Проект противопожарной защиты шахты». Основные разделы проекта пожарной защиты содержат мероприятия пожарного водоснабжения, противопожарной защиты надшахтных зданий и сооружений, горных выработок, по предупреждению самовозгорания угля, локализации и тушения эндогенных пожаров и др. В процессе эксплуатации шахты проект противопожарной защиты корректируется два раза в год и не реже одного раза в три года проходит экспертизу в НИИГД «Респиратор».

Количество и вид технических средств противопожарной защиты, применяемые огнетушащие средства, источники и средства подачи воды для пожаротушения, запас специальных огнетушащих веществ определяются Инструкцией по противопожарной защите угольных шахт (НПАОП 10.0-5.18-04).

Порядок, способы и средства осуществления пожарнопрофилактических мероприятий при разработке пластов, склонных к самовозгоранию, устанавливаются в соответствии с руководящим нормативным документом КД 12.01.402-2000 «Руководство по предупреждению и тушению эндогенных пожаров на угольных шахтах Украины» и регламентированным этим документом другой нормативной документацией.

Мероприятия пожарной защиты выемочных участков включаются в паспорта выемочных участков, проведения и крепления подземных выработок.

Ответственным за состояние противопожарной защиты является директор шахты.

18.2Причины экзогенных пожаров

Кнаиболее часто повторяющимся причинам возникновения экзогенных пожаров на поверхностных комплексах шахт относятся неправильное ведение огневых и сварочных работ, нарушение правил

265

эксплуатации отопительных печей и устройств, электрических сетей и электрооборудования, разряды статического и атмосферного электричества, взрывы пылегазовоздушных смесей и паров (в том числе компрессорных), искрообразование и перегрев при трении, особенно при работе ленточных конвейеров, подшипников, редукторов и канатов.

Непосредственные причины подземных экзогенных пожаров: короткое замыкание токоведущих жил в бронированных и гибких кабелях; короткое замыкание контактных проводов; загорание электровозных аккумуляторных батарей; короткое замыкание в обмотках электродвигателей; загорание в пусковом электрооборудовании и контролирующих аппаратах и приспособлениях, возникающее из-за короткого замыкания или нагрева; трение конвейерных лент о приводные барабаны, роликоопоры и элементы крепи; трение канатов о направляющие и отводящие ролики, шпалы и элементы крепи; трение исполнительных органов машин и буровых механизмов о твердые породы (песчаник, колчедан и т. д.); перегрев масла в маслостанциях, гидросистемах и турбомуфтах; пламя при электросварочных работах и газовой резке и сварке; ведение взрывных работ; применение открытого огня.

Короткое замыкание в гибких и бронированных кабелях возникает из-за загрубления или неисправности максимальной тепловой защиты, эксплуатации кабелей с поврежденной оболочкой, повреждения кабелей обрушившейся породой, исполнительными органами выемочных машин или подвижным составом.

Загорание оболочек кабелей может вызываться неправильной разделкой или неправильным подсоединением кабелей к электрооборудованию, перегрузками кабелей вследствие неправильно выбранного сечения, эксплуатацией кабеля сверхнормативной протяженности.

Замыкание контактных проводов на элементы крепи может происходить из-за отсутствия оттяжек, плохого их выполнения, неисправности или отсутствия пряжковых изоляторов, а также вследствие неправильного подсоединения к сети отходящих проводов, по которым подается ток.

Загорание элементов электровозных аккумуляторных батарей возникает вследствие отсутствия или несвоевременного контроля сопротивления изоляции батарей, повреждения батарей из-за неудовлетворительного состояния откаточных выработок,

266

эксплуатации батарей при неисправных блокировочных устройствах и средствах защиты на электровозах.

Короткое замыкание в обмотках электродвигателей может возникнуть при перегрузке электродвигателей, из-за уменьшения сопротивления изоляции обмоток или из-за попадания в обмотки воды или масла.

В обмотках трансформатора, распредустройств и пусковых агрегатов короткие замыкания возникают из-за недостаточного количества масла или применения масла, не соответствующего госту, несвоевременной замены масла, эксплуатации при загрубленной защите.

Трение конвейерных лент о невращающиеся (неисправные, заштыбованные) роликоопоры, пробуксовывающие барабаны натяжных головок перезагруженных конвейеров, а также элементы крепи выработок является следствием неправильной установки и неудовлетворительной центровки ставов, эксплуатации ленты с поврежденными бортами и конвейеров при неисправной аппаратуре автоматического контроля и управления или отсутствия автоматической тепловой защиты.

Трение канатов о направляющие и отводящие ролики, шпалы или элементы крепи возможно при неисправности роликов, их отсутствии или при неудовлетворительном состоянии горных выработок.

Воспламенение масла в турбомуфтах является следствием перегрузки, технической неисправности в конструкциях турбомуфт, эксплуатации при недостаточном количестве масла или применении масла, не соответствующего госту.

Нагрев зубков буров проходческих и добывающих машин об уголь, породу и особенно воспламенение так называемой «серной дорожки» в колчеданистых включениях, чаще всего происходит при отсутствии орошения.

Пожары при ведении огневых работ возникают при наличии у мест сварки легковоспламеняющихся материалов, вследствие подключения сварочных аппаратов к контактному проводу, ведения огневых работ с использованием неисправных аппаратов, сопутствующими причинами являются отсутствие контроля за концентрацией метана, а также за состоянием выработок после окончания работ, необеспеченность рабочего места средствами первичного пожаротушения.

267

При взрывных работах пожары возникают из-за несоблюдения расстояния между шпурами; уменьшения длины шпуров или некачественного выполнения забойки, использования нестандартных ВМ, нарушения очередности взрывания, применения накладных зарядов и др.

18.3 Эндогенные пожары. Условия и причины самовозгорания углей и глинисто-углистых пород

Впроцессе добычи (ведения горных работ) и при определенных условиях хранения (складирования) и транспортировке самовозгораются торфы, бурые и каменные угли, антрациты, горючие сланцы, углисто-глинистые породы, сернистые (сульфидные) руды.

Внастоящее время нет единого мнения о причинах самовозгорания твердых полезных ископаемых, хотя решающая роль кислорода атмосферного воздуха в этих процессах признается авторами всех без исключения гипотез (теорий).

Не вывает также возражения большинства специалистов положение, что факторы, влияющие на склонность к самовозгоранию углей разделяются на две группы: внутренние, зависящие от природных свойств угля и влияющие на способность угля к окислению (химический и минеральный состав, петрографические ингридиенты и др.), и внешние, в той или иной мере определяющие условия протекания окислительных процессов, которые, в свою очередь подразделяются на геологические (тектоническая нарушенность, мощность и угол падения пласта и т. п.) и горнотехнические (системы разработки, схемы проветривания и т. п.).

Восновном не решенным является вопрос об источниках тепла, под воздействием которого происходит повышение температуры твердого ископаемого до критического значения, вызывающее выпаривание поровых растворов, интенсификацию физикохимических процессов окисления веществ органического происхождения и в дальнейшем их возгорание.

По результатам различных исследований способность угля к окислению зависит, прежде всего, от степени его метаморфизма, минералогического и петрографического состава, содержания и форм кислорода в органической массе, температуры, присутствия металлов переменной валентности, размера угольных частиц, концентрации свободных радикалов, содержания конденсированных и замещенных ароматических ядер и др.

268

Во второй половине XIX века имела признание пиритная теория самовозгорания углей и углистых пород. Предполагалось, что включения пирита в составе глинистых минералов угля и пород под действием кислорода воздуха и воды переходят в сульфат железа со значительным выделением тепла, под действием которого возгораются углефицированные растительные остатки. Однако с этих позиций не удавалось объяснить некоторые случаи самовозгорания, поэтому пиритная теория была признана несостоятельной.

По мнению Г.Л. Стадникова, самовозгорание углей и углистых аргиллитов происходит при участии так называемого пирофного железа, способного воспламеняться на воздухе. В последнее время эта гипотеза получила дальнейшее развитие, однако, убедительных доказательств образования пирофного железа и его возможности возгорания при наличии поровых растворов представлено не было.

Многие исследователи считают единственной причиной самовозгорания твердых горючих ископаемых взаимодействие их с газообразным кислородом атмосферного воздуха. Веселовским В.С. была изучена начальная стадия низкотемпературного окисления углей кислородом воздуха и установлены закономерности, общие для всего метаморфического ряда. Суть их состоит в том, что все угли при комнатной температуре поглощают кислород из воздуха. При этом выделяется незначительное количество продуктов окисления. Большая часть кислорода удерживается углем и не может быть извлечена из него в вакууме. По мере окисления угля сорбция кислорода замедляется, т.е. дезактивируется. Для свежих образцов скорость сорбции тем больше, чем меньше размер зерен. Однако с уменьшением размера зерен быстрее уменьшается скорость сорбции во времени, и мелкие зерна становятся менее активны, чем крупные. Зависимость скорости сорбции от температуры на полулогарифмической диаграмме изображается прямой линией. Скорость сорбции кислорода уменьшается с увеличением степени метаморфизма угля и зависит от петрографического состава.

Широко известна также теория цепного свободно-радикального механизма окислительных процессов, которая в последнее время все больше используется для объяснения закономерностей окисления органической массы топлива. В работах Кучера Р.В., Бутузовой Л.Ф. и др. приведены экспериментальные данные, позволяющие представить процесс окисления каменных углей молекулярным

269

кислородом с позиций радикально-цепной теории жидкофазного окисления углеводородов.

Согласно перекисной теории, образованию всех первичных молекулярных продуктов окисления предшествует появление переокисных радикалов. Существование последних в ископаемых углях пока однозначно не доказано, но, по мнению Бутузовой Л.Ф. определенный вклад в образование парамагнитных центров они вносят.

Один из аргументов противников этих теорий, свидетельствующих о невозможности самовозгорания твердых горючих ископаемых за счет окисления их кислородом атмосферного воздуха заключается в следующем. Самовозгорание их может произойти вследствие деструкции компонентов органического происхождения, выделения и самовоспламенения на воздухе горючих газов. Из всех газов, которые могут при этом выделиться, водород имеет наименьшую температуру самовоспламенения - около 530 ° С, т. е. условием самовозгорания твердых горючих ископаемых должно быть самонагревание их до температуры не менее 530 ° С, что маловероятно в условиях интенсивного газо- и теплообмена с окружающей средой.

В разные годы предпринимались попытки объяснить самовозгорание твердых горючих ископаемых протеканием в них биохимических процессов. Считается доказанным самовозгорание торфа и многих других недосушенных органических веществ, вследствие жизнедеятельности микроорганизмов.

Фундаментальные исследования, проведенные в последние годы М.П. Зборщиком и В.В. Осокиным, позволили разработать с этих позиций так называемую пиритную биохимическую теорию самонагревания углисто-глинистых пород. Согласно этой теории самовозгорание пород обусловлено: самонагреванием влажной горной массы вследствие биохимического окислительного выщелачивания, содержащегося в них пирита при участии тионовых бактерий и образования своеобразного химического экзотермического реактора; прогреванием химическим реактором поверхностного слоя пород и обогащение его элементарной серой; самовоспламенение паров серы возле нагретой до температуры 248261 ° С поверхности пород и возгорание метано-воздушной смеси; термической деструкции углефицированного вещества и

270