все вопросы Подписка на рубрику Вопрос - Ответ ВестиПБ.ру

вопрос - ответ

Вопрос:
В эксплуатации находится ОПО, в состав которого входит котельная установка с двумя паровыми...

Ответ:
Здравствуйте. Согласно Приказу Ростехнадзора № 168 «Об утверждении требований к ведению...


Федеральные
законы
Правила
безопасности
Руководящие
документы
Документы
Ростехнадзора
18+

Научно-технические статьи

Предупреждение и локализация взрывов газа и пыли в угольных шахтах

Дата публикации: 7.07.2009

Взрывы газа и угольной пыли относятся к авариям с наиболее тяжкими последствиями в социальном и экономическом плане. Нередко они сопровождаются групповыми несчастными случаями, в отдельных случаях уносят сотни человеческих жизней.

За последние 30 лет на шахтах Российской Федерации произошло более 20 катастрофических взрывов газа и пыли, на относительно малоаварийных польских шахтах – 15 взрывов метановоздушной смеси, при этом пострадало 426 человек, в том числе 219 – смертельно. Наибольшее число несчастных случаев фиксируется на шахтах Китайской Народной Республики (КНР): только за последние 15 лет более 30 мощных взрывов, в результате которых погибли свыше 2 тыс. человек [1].

К сожалению, взрывы газа и пыли на угольных шахтах России, особенно в последние годы, стали доминирующими травмирующими факторами по сравнению с другими видами аварий с групповыми несчастными случаями. Нормативная база, регламентирующая безопасность ведения горных работ на угольных шахтах по пылегазовому фактору [2], основывается на исследованиях, выполненных в 50-60-е годы XX в. [3]. За прошедший период существенно изменилась технология подземной угледобычи, что отрицательно сказалось на факторах риска взрывов газа и угольной пыли. Об этом свидетельствует ряд аварий с массовой гибелью людей, происшедших в 2007-2008 гг. на шахтах постсоветского пространства: «Ульяновская», «Юбилейная» (Россия), им. А.Ф. Засядько (Украина), «Абайская» (Казахстан) и др. О необходимости коренной реконструкции угольных предприятий, направленной на их противоава-рийную устойчивость, свидетельствует ряд публикаций [4, 5].

Как показывает практика, обеспечение надежной пылевзрывозащиты – сложная организационно-техническая задача, решение которой зависит от объективной оценки факторов опасности взрыва. Основные из них:

  • нижний концентрационный предел взрываемости пылевого аэрозоля, образующегося из взвешенной и отложившейся пыли;
  • масса отложившейся пыли на единицу поверхности выработки и горношахтного оборудования;
  • способы и параметры профилактических мероприятий по предупреждению образования взрывчатых концентраций метана и аэрозоля из отложившейся пыли;
  • способы локализации взрыва пылегазовоздушных смесей в выработках.

Трудозатраты на выполнение комплекса противопылевых мероприятий определяются степенью пы-левзрывобезопасности горных выработок:

T = δ/P,

где Т – время накопления взрывоопасного количества пыли, сут (ч); δ – нижний концентрационный предел взрываемости отложившейся пыли, г/м3; Р – интенсивность пылеотложения, г/м3 в сутки (г/м3 в час).

Нижний концентрационный предел взрываемости отложившейся пыли, полученный в опытной штольне МакНИИ [6], выражается зависимостью

где A, K1, K2 – экспериментальные коэффициенты, которые для опытной штольни составляли соответственно 25,08; 22,71; 0,69; Vr – выход летучих веществ, %; n – содержание метана в выработке, %.

Согласно требованиям правил [2] для каждого разрабатываемого пласта контрольные испытания на взрывчатость пыли должны проводиться один раз в год для углей с выходом летучих веществ ≥15% и один раз в три года для углей с выходом летучих веществ <15%. Проведение контрольных испытаний с такой периодичностью не позволяет быстро выявлять изменения степени взрывчатости пыли и, соответственно, своевременно корректировать сроки выполнения мероприятий по пылевзрывозащите.

Контрольные испытания взрывов отложившейся пыли не проводятся из-за отсутствия в Российской Федерации опытных штолен и шахт с отвечающей современным требованиям контрольно-измерительной аппаратурой. Поэтому в п. 293 действующих правил [2] и в инструкциях по борьбе с пылью и пылевзрывозащите указано, что нижние концентрационные пределы взрываемости отложившейся пыли определяются в лабораторных условиях по взрывчатости пылевого аэрозоля или по номограмме, построенной МакНИИ на основании уравнения

δ = 133,2exp(-0,045Vr ) + 3,5ехр(-0,032Vr ) Ac,

где Ac – содержание золы в угле в долях единицы от концентрации пыли, %.

При применении осланцевания степень взрывчатости угольной пыли практически не определяется, а оценивается по минимальной норме негорючих веществ, исключающей взрывчатость пылевого аэрозоля.

Получение более-менее достоверных данных о нижних концентрационных пределах взрываемости угольной пыли осложняется также отсутствием порядка их определения в соответствии с требованием п. 293 [2].

Вместе с тем, как показывает опыт, для практических целей основное значение имеет нижний концентрационный предел взрываемости отложившейся пыли, позволяющий обоснованно подойти к вопросу о периодичности применения мероприятий по предупреждению взрывов пыли и тем самым резко сократить затраты на их выполнение.

Интенсивность пылеотложения Р по сети горных выработок изменяется в широких пределах: от долей грамма до нескольких килограммов на 1м3 объема выработки в сутки [6]. Интенсификация и концентрация горных работ сопряжена с резким изменением факторов, определяющих интенсивность пылеотложения (скорость движения воздуха, концентрация пыли, увеличение машинного времени работы и др.). При основном технологическом процессе длительностью 2-3 ч в смену и комплексном гидрообеспыливании запыленность воздуха в рабочей зоне составляет 250-1100 мг/м3, а в исходящей вентиляционной струе 100-370 мг/м3 [7]. При такой запыленности и расходе воздуха через очистной забой 1500-2500 м3/мин интенсивность пылеоотложения в примыкающих выработках составляет 800-1500 г/м3 сут. Для большинства горнотехнических условий шахт Кузбасса и Воркуты при такой интенсивности пылеотложения периодичность выполнения работ по предупреждению взрывов угольной пыли составит от 0,010 до 0,025 сут, т.е. через каждые 15-30 мин работы машин и механизмов необходимо проводить профилактические взрывозащитные мероприятия.

Проверка шахт Кузбасса показала, что основным мероприятием по предупреждению взрывов угольной пыли все еще остается сланцевая пылевзрывозащита. При высокой интенсивности пылеотложения почти в любой момент времени поверх инертной пыли накапливается слой угольной пыли. В этих условиях взрывозащитные свойства инертной пыли резко снижаются, а в случае накопления взрывоопасного количества угольной пыли полностью аннулируются [8].

Массовое применение инертной пыли в шахтах в значительной степени увеличивает общую запыленность воздуха до вредных для дыхания человека размеров и тем самым усиливает силикозоопас-ность атмосферы горных выработок. Так, при передвижении людей по осланцованным выработкам запыленность воздуха составляет 240-300 мг/м3, а в процессе осланцевания и обметания выработок достигает 6000 мг/м3, что в сотни раз выше предельно допустимых концентраций (ПДК). Даже при отсутствии передвижения людей и транспорта запыленность воздуха в осланцованных выработках при скорости движения воздуха более 2 м/с достигает 50 мг/м3. Средне-сменные концентрации пыли по всей сети горных выработок, и особенно в рабочих зонах, значительно выше ПДК. В этих условиях в соответствии с требованиями СанПиН 2.2.3.570–96 должны контролироваться индивидуальные пылевые нагрузки, а вместо этого степень пылеопасности оценивается технически достижимыми уровнями (ТДУ), которые при контрольных проверках оказываются выше фактических уровней запыленности (справка № 142/1 от 29 апреля 2008 г. Управления по технологическому и экологическому надзору Рос-технадзора по Кемеровской области). Это свидетельствует либо о завышенных ТДУ, либо о низком качестве пылевого контроля и контроля пылевзрывобезопасно-сти, которые должны выполняться в соответствии с пп. 290,302 правил [2]. Результаты визуальных наблюдений и лабораторных испытаний набранных проб показали, что все конвейерные выработки находились в пылевзрывоопасном состоянии, несмотря на то, что весьма трудоемкие для шахт мероприятия по осланцеванию выработок проводились.

В целом мероприятия по предупреждению взрывов угольной пыли, основанные на применении инертной пыли, малоэффективны и в определенных условиях не гарантируют безопасность. Это доказывают взрывы, происшедшие в различных странах мира на шахтах, где использовалась сланцевая взрывозащита. Недостатки, присущие этому методу, еще более усугубились в современных шахтах с комплексом мокрых способов обеспыливания, сопровождающихся резким повышением относительной влажности воздуха.

В связи с этим в § 207 правил 1973 г. [9] в местах интенсивного пылеотложения предписывалось предупреждение взрывов угольной пыли способами, основанными на использовании воды вместо сланцевой пыли. Эти рекомендации были обязательными в то время, когда нагрузки на очистной забой в большинстве случаев не превышали 500 т/сут. В современных шахтах нагрузки на забой значительно выше.

Рекомендованные для оценки качества осланцевания приборы контроля пылевзрывобезопасности ПКП [10] не могут быть использованы для контроля пылевзрывобезопасности горных выработок шахт с интенсивной угледобычей, так как не дают текущего фактического накопления угольной пыли поверх сланцевой.

Совершенствование системы локализации вероятных взрывов газа и угольной пыли – составная часть проблемы пылевзрывозащиты шахт, решение которой одна из важнейших задач в области техники безопасности и охраны труда на ближайшие годы.

В настоящее время на большинстве шахт Российской Федерации для локализации взрывов применяются пассивные заслоны, в которых в качестве гасящего материала используется инертная пыль или вода. Впервые инертная пыль была применена на угольных шахтах Германии в конце XIX в. В середине 60-х годов XX в. на шахтах Германии использование сланцевой защиты фактически было запрещено из-за ее неэффективности и вредности для здоровья шахтеров.

Количество гасящего материала в сланцевых заслонах принимается из условий гашения наиболее сильных взрывов, и удельный расход инертной пыли определяется для наиболее взрывчатой угольной пыли с выходом летучих веществ >30%. Сланцевые заслоны, применяемые на угольных шахтах с момента их внедрения, не претерпели существенных изменений.

Основное требование к инертной пыли – способность легко переходить во взвешенное состояние после длительного пребывания во влажной атмосфере. Это требование губительно сказывается на эффективности сланцевых заслонов, т.е. с увеличением расхода воздуха и сечений выработок резко возрастает локальная турбулентность вентиляционной струи, обусловливающая унос свежей пыли с полок, а при нахождении в атмосфере с относительной влажностью более 80%, несмотря на все ухищрения, пыль слеживается, что требует ее частой замены. В целях увеличения срока пригодности допускалось полки заслона загружать расфасованной в мешки инертной пылью. После аварии на шахте «Ульяновская» такая загрузка запрещена, так как сланцевая пыль не перешла во взвешенное состояние и осталась в мешках, т.е. заслоны не выполнили свои функции – не локализовали взрыв и допустили распространение его по сети горных выработок.

Локализовать взрыв пассивным сланцевым или водяным заслоном практически невозможно из-за характерной особенности последнего, представляющего собой протяженное стационарное сооружение, занимающее 20- 30 м выработки, а также из-за неопределенности месторасположения, многочисленности, рассредоточенности и относительной подвижности некоторых источников воспламенения (распредпункты, электроприводы конвейеров и перегружателей, совокупности машин и электрооборудования на сопряже-J нии горных выработок и т.д.) [11, 12]. Исследования, выполненные Главным институтом горного дела (г. Катовице, Польша) и МакНИИ (г. Макеевка, Украина) в экспериментальных штольнях, показали, что сланцевый заслон способен сохранять свою эффективность при скорости распространения пламени до 200 м/с, а водяной заслон – до 280 м/с при количестве инертной пыли или воды в заслоне не менее 400 кг (л) на 1м2 площади сечения выработки в свету в месте установки заслона, т.е. пассивные заслоны эффективны только при подавлении балансирующих и слабых взрывов [13,14].

Таким образом, пассивные заслоны как громоздкие стационарные сооружения не способны локализовать взрыв в выработках с многочисленными и относительно подвижными потенциальными источниками воспламенения из-за сложности в производственных условиях постоянно поддерживать допустимые расстояния их установки. Кроме того, надежность действия заелонов в допустимом диапазоне скоростей горения в значительной степени зависит от качества изготовления и установки полок, соблюдения норм загрузки заслона инертной пылью или заполнения водой и сохранения этих норм в процессе эксплуатации.

В шахтных условиях трудно выполнить эти нормы, поэтому практика свидетельствует о повседневном нарушении действующих требований.

По указанным причинам применение как водяных, так и сланцевых заслонов на практике оказывается неэффективным. Вместе с тем дальнейшее развитие угольной промышленности сопряжено с разработкой более глубоких горизонтов, применением более производительных технологий и механизмов с увеличивающейся их энерговооруженностью, что приводит к повышению интенсивности газо- и пылевыделения в шахтах, а также к росту вероятности появления различных источников воспламенения, т.е. к усилению факторов, способствующих возникновению взрывов. Это обстоятельство вызывает необходимость совершенствовать весь комплекс взрывозащиты угольных шахт, в том числе и средств локализации взрывов (вспышек) метана и угольной пыли, в направлении резкого снижения количества развитых взрывов газа и угольной пыли в выработках, что позволило бы исключить сопряженные с ними травматизм горнорабочих и материальный ущерб.

Во всем мире, в том числе в бывш. СССР, широко проводились научные исследования по созданию активных (автоматических) средств локализации взрывов метана и угольной пыли специальными ингибитор-ными порошками. На основании результатов испытаний опытных образцов автоматических систем во всех последних редакциях правил безопасности в угольных шахтах стран СНГ (Россия, Украина и Казахстан) предписывается применять сланцевые (водяные) заслоны только до внедрения автоматических систем. I Автоматические системы, в отличие от пассивных заслонов, снабжаются независимым от внешних условий источником энергии, служащим для принудительного диспергирования и подачи в зону воспламенения ингибиторного (взрывоподавляющего) вещества по сигналу датчика, реагирующего на какое-либо физическое явление, сопровождающее вспышку (взрыв). Такие устройства, как правило, представляют собой постоянно функционирующие системы, срабатывающие при возникновении вспышки или ударно-воздушной волны от взрыва метана и (или) угольной пыли. Гашение пламени взрыва осуществляется значительно меньшим (по сравнению с пассивными заслонами) количеством гасящего вещества. Устройства имеют небольшие габариты и массу, что позволяет их сравнительно легко перемещать по выработке по мере развития горных работ, не загромождая свободное пространство горной выработки, оставляя место для горношахтного оборудования различного назначения.

Наиболее удачной разработкой в этой области является автоматическая система взрывоподавления – локализации взрывов АСВП-ЛВ (Россия), имеющая лучшие в мире технические характеристики по быстродействию и параметрам создаваемого локализующего облака взрывоподавляющего порошка [15]. Она сертифицирована и допущена к применению в угольных шахтах России и Украины. Четырехлетний опыт эксплуатации автоматических систем на шахтах России показал эффективность и перспективность развития данного направления.

Следует отметить тот факт, что на шахтах «Томская», «Ульяновская», «Юбилейная» в Кузбассе и на шахте «Комсомольская» в Воркуте взрыв газа и угольной пыли был локализован за автоматическими системами АСВП-ЛВ на расстоянии не более 200- 300 м, при этом ни один человек за системами не погиб, а горные выработки и горношахтное оборудование не были разрушены. При аварии на украинской шахте им. А.Ф. За-сядько АСВП-ЛВ были установлены в 13-м восточном конвейерном штреке. Всего было установлено шесть АСВП-ЛВ на протяжении штрека и одна в тупиковой части выработки: две на ПК10, две на ПК37, две на ПК72 и одна на ПК145. Осмотренные после аварии в процессе обследования 13-го восточного конвейерного штрека системы АСВП-ЛВ (шесть штук до ПК72) оказались разрушенными: мембраны повреждены, приемные щиты согнуты, на одной из систем согнута выносная штанга, пламегасящий порошок выброшен из бункеров. Одна из установок с ПК72 (серийный № 06-591) была выдана на поверхность и доставлена в лабораторию МакНИИ на исследования, которые показали, что установка находилась в разряженном состоянии, т.е. она сработала в шахте. Анализ проб отложившейся угольной пыли, набранных на ПК72 и ПК8 (в 10- 20 м от установленных систем АСВП-ЛВ), показал, что угольная пыль не приняла участия во взрыве.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что ориентирование на применение устаревшей сланцевой защиты угольных шахт – путь малоэффективный и бесперспективный, что подтверждается практикой использования сланцевых заслонов за период более чем 100 лет. При сильных взрывах газа и пыли сланцевые и водяные заслоны, ввиду ограниченности их технических возможностей, взрыв не подавляют и не локализуют, это приводит к большим человеческим жертвам и значительному экономическому ущербу.

При высокопроизводительных технологиях и механизмах с высокой энерговооруженностью опасность взрыва газа и пыли может свестись к минимуму только при полной автоматизации всех процессов комплексного обеспыливания и пылевзрывозащиты.

Основой такого комплекса должны быть:

  • система мониторинга интенсивности накопления пыли и пылевзрывобезопасности горных выработок, аналогичная системе газового контроля;
  • автоматические системы пылеподавления и гидрообеспыливания, функционально связанные с системой мониторинга интенсивности накопления пыли;
  • автоматические системы подавления и локализации взрывов порошковыми ингибиторами.

Нормативную базу по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли необходимо скорректировать с учетом изменившихся технологий и интенсивности угледобычи. Рекомендации по способам и средствам пылевзрывозащиты должны быть органически увязаны с горнотехническими условиями ведения горных работ.

Список литературы

  1. Левкин Н.Б. Предотвращение аварий и травматизма в угольных шахтах Украины. – Макеевка: МакНИИ, 2002. – 392 с.
  2. ПБ 05-618-03. Правила безопасности в угольных шахтах. – Сер. 5. – Вып. 11/ Колл. авт. – М.: ГУП «НТЦ «Промышленная безопасность», 2003. – 296 с.
  3. Борьба с угольной и породной пылью в шахтах/Б.Д. Бекирбаев, Г.С. Гродель, П.А. Гульшин и др. – М.: Госгортехиздат, 1959. – 499 с.
  4. ТолченкинЮ.А., ЧекветадзеФ.А., РазумнякН.Л. Роль переподготовки руководителей и специалистов в повы­шении промышленной безопасности на шахтах отрасли/Уголь. - 2007. – № 10. - С. 41-44.
  5. Мохначук И.И. Проблемы безопасности на угле­ добывающих предприятиях// Уголь. – 2008. – № 2. – С. 21-26.
  6. КиреевА.М. Исследование пылевзрывобезопасности горных выработок в условиях шахт Донбасса: Автореф. дис... канд. техн. наук/ Тульский политехнический инсти­тут.–Тула, 1968.– 21 с.
  7. Трубицын А.А. Технологические основы системы управления пылевой обстановки в угольных шахтах для обеспечения безопасности ведения горных работ: Авто­реф. дис... д-ра техн. наук/ ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского. – Люберцы, 2002. – 216 с.
  8. Петрухин П.М., Качан В.Н. Теоретические основы пы­левзрывозащиты способами, основанными на примене­нии воды// Безопасность труда в угольных шахтах: Тр. МакНИИ. -Т. XXII - М.: Недра, 1972. - С. 89-103.
  9. Правила безопасности в угольных и сланцевых шах­тах. – М.: Недра, 1973. –510 с.
  10. Прибор контроля пылевзрывобезопасности горных выработок типа ПКП/А.А. Трубицын, М.Е. Попов, С.Н. Во­рошилов, Я.С. Ворошилов // Науч. сообщ. ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского. – 2005. – Вып. 321. – С. 89-103.
  11. Кравец В.М. Исследование и разработка рекоменда­ций по совершенствованию системы локализации взрывов угольной пыли в шахтах: Автореф. дис... канд. техн. наук/Новочеркасский политехнический институт. – Новочер­касск, 1980.– 21с.
  12. Шевцов Н.Р. Взрывозащита горных выработок. – \ Донецк: Нордпресс, 2002. - 286 с.
  13. Либецкий К. Пылевые опасности в горнодобываю­щей промышленности// Главный институт горного дела, Польша. – Катовице, 2004. – 486 с.
  14. Исследование возможности замены осланцевания и сланцевых заслонов мокрыми способами в условиях шахт Донбасса: Отчет по теме № 40/ МакНИИ, 1965. – 41 с.
  15. ДжигринА.В., Горлов Ю.В., Чигрин В.Д. Автомати­ческая система взрывоподавления – локализации взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли в подземных горных выработках угольных шахт// Безопасность труда в промышленности. – 2003. – № 8. – С. 22-26.

Джигрин А.В., д-р техн. наук, директор по научной работе (ФГУП ННЦ-ГП ИГД им. А А Скочинского)
Поздняков Г.А., д-р техн. наук, зав. лабораторией (ФГУП ННЦ-ГП ИГД им. А А Скочинского)
Новосельцев А.И., директор (ООО «ГорЭКС)
Корнеев А.П., канд. техн. наук, зав. лабораторией (МакНИИ, Украина)
Журнал «Безопасность труда в промышленности», № 4.2009

Последние Научно-технические статьи

Техническое диагностирование технологического трубопровода цеха № 1429, рег №  1194 и рег №  2095

Техническое диагностирование компрессорной установки цеха № 1419

Техническое диагностирование насоса марки RKM-100/200, тех поз. Н-28/4, зав № 131013

Техническое диагностирование технологического трубопровода цеха № 1415, рег № 777 и рег № 3402

Техническое диагностирование электронасоса цеха № 2411

другие статьи

Информация о Ростехнадзоре

СМИ о
Ростехнадзоре

Предприятия и надзор

Новости
компаний

Промышленные новости, аналитика, обсуждения

© 2006–2017 Вестник Промышленной Безопасности | Реклама на сайте | Связь с нами | Статистика
При полном или частичном использовании материалов Вести ПБ гиперссылка на сайт обязательна.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации ЭЛ №ФС77-36452 от 28.05.2009.