CC BY
198
-------------------------------- © С.А. Алексеенко, Ю.Ф. Булгаков,
Я.В. Мельникова, В.И. Муравейник,
И.А. Шайхлисламова, 2009
УДК 622.867
С.А. Алексеенко, Ю. Ф. Булгаков, Я.В. Мельникова,
В.И. Муравейник, И.А. Шайхлисламова
СПАСЕНИЕ ШАХТЕРОВ ПРИ ПОЖАРАХ В ДЛИННЫХ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТКАХ
Приведены статистические данные по аварийности на шахтах Украины и анализ существующих средств и способов спасения горняков при пожарах и авариях в длинных тупиковых выработках. Показано, что в настоящее время надежных средств и способов спасения людей в подобных аварийных ситуациях не существует. Это предопределило направление дальнейших исследований и позволило сформулировать цель работы. Авторами предложено новое техническое решение по спасению рабочих и безопасного ведения аварийно-спасательных работ при пожарах и авариях в длинных тупиковых выработках шахта.
Ключевые слова: подземные пожары, угольная промышленность, самоспасение шахтёров, передвижная камера-убежище.
Я а сегодняшний день подземные пожары остаются одним из наиболее сложных и опасных видов аварий, которые опустошают недра, уничтожают горные выработки и дорогостоящее оборудование, наносят огромный моральный и материальный ущерб угольным предприятиям, а зачастую сопровождаются человеческими жертвами. Ежегодно на шахтах Украины происходит в среднем от 120 до 200 подземных пожаров (рис. 1).
Доля ущерба от подземных пожаров в угольной промышленности Украины достигла 27 % от общего объема и стала доминирующей среди всех видов ущерба от аварий на шахтах (рис. 2).
Тушение развитых подземных пожаров и спасение людей - одна из наиболее сложных и актуальных научно-технических проблем угольной промышленности. Есть два пути решения проблемы: первый - широкое использование научно обоснованных профилактических мероприятий, исключающих возможность возгорания и последующее развитие пожара, и второй, создание способов и средств тушения развитых пожаров и
200-і
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
2002 2003 2004 2005 2006 2007
Рис. 1. Количество экзогенных пожаров на шахтах Украины
Рис. 2 Экономический ущерб от подземных пожаров на шахтах Украины
спасения людей, застигнутых аварией. При этом необходимо создать многоступенчатую систему самоспасения шахтёров и горноспасателей при ведении АСР, учитывающую разнообразие условий разработки угольных месторождений, степень опасности шахт, профессию, размещение рабочих мест горняков и другие факторы. Такая система должна предусматривать применение индивидуальных средств защиты органов дыхания (кислородных самоспасате-лей различного типа), групповых средств: передвижных пунктов переключения в резервные самоспасатели, передвижных и стационарных камер-убежищ и средств аварийного воздухоснабжения. Только совместное использование этих средств самоспасения и их взаимное резервирование может обеспечить эффективность самоспасения горняков во время подземных аварий [2-4]. Существующие групповые средства защиты от воздействия газа, тепла и пыли для обеспечения нормальной жизнедеятельности при авариях в угольных шахтах Украины - это пункты переключения ПСПМ, 1111В, ПСА, АД. Они представляют собой металлические контейнеры, в которых находятся резервные самоспасатели и альтернативные источники свежего воздуха, поступающего от пневмосети, баллонов со сжатым воздухом или регенеративных патронов. Эти аппараты просты по конструкции, длительная эксплуатация в шахтах показала их высокую надежность. Однако значительное увеличение протяженности горных выработок, особенно при столбовой системе разработки, усложнение условий добычи, связанных с увеличением температуры шахтного воздуха, заставляет применять новые средства: передвижные и стационарные камеры-убежища, которые имеются почти во всех угледобывающих странах мира [5].
На шахтах Украины средства коллективной защиты горнорабочих при авариях и аварийных ситуациях в виде камер-убежищ практически отсутствуют, за исключением комплекса бокс-базы горноспасательной КБГ. Этот комплекс имеет ограниченную область применения и не может быть использован при таких авариях как пожары и взрывы газа и угольной пыли, когда температура шахтного воздуха может превышать 1000оС. Только на трёх шахтах Украины из оставшихся 190 (ГП «Шахта «Красноармейская-Западная», ОП «Шахта «Суходольская-Восточная» ГП «Красно-донуголь» и ОП «Шахта «Ждановская») выполняются проекты и устраиваются стационарные камеры-убежища. Передвижных ка-
мер-убежищ на оснащении подразделений ГВГСС Украины и на шахтах вообще нет.
В НИИГД «Респиратор», ДонНТУ (г. Донецк) и НГУ (г. Днепропетровск), несмотря на отсутствие финансирования, проводятся поисковые работы и научные исследования в этом направлении. На кафедре аэрологии и охраны труда НГУ ещё в 2003 году было разработано техническое решение на установку для защиты рабочих от перегревания, которая при авариях и аварийных ситуациях может быть временным убежищем для шахтёров и горноспасателей. В июне 2007 года на это изобретение получен патент Украины [6]. В работах [7, 8] авторами отмечается, что данное техническое решение может быть прототипом для разработки и создания промышленной передвижной камеры-убежища.
Авария, произошедшая на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» заставила руководящих работников Минуглепрома и ГВГСС Украины вспомнить наконец-то о безопасности горнорабочих и прибегнуть к конкретным действиям. В результате были выделены денежные средства и на кафедре подземной разработки месторождений НГУ совместно с 11111 ГВГСС и МакНИИ в 2006 году разработан Стандарт Минуглепрома Украини СОУ 10.1.202020852.002 -2006. «Стационарные камеры-убежища спасательные шахтные» [9]. Это уже большой прогресс для угольной промышленности Украины, лишь бы все эти начинания и проэкты не остались на бумаге, как обычно у нас бывает. Вместе с тем, наряду с явными достоинствами, стационарные и передвижные камеры-убежища имеют и существенные недостатки. В первую очередь, это невозможность спасения шахтёров и ведение АСР непосредственно в рабочих зонах горных выработок, где чаще всего возникают аварии и аварийные ситуации. Следует отметить и преимущество передвижных камер-убещищ в сравнении со стационарными. Первые, как правило, могут быть демонтированы и вновь установлены на новом месте. При этом они должны быть транспортабельны (мобильны) для того, чтобы имелась возможность постоянно перемещать их вслед за горными работами [6-8].
Проблема повышения эффективности борьбы с подземными пожарами, врывами и обрушениями приобретает особую актуальность в связи с усложнившимися горно-геологическими и горнотехническими условиями шахт, ведением очистных и подготовительных работ на глубоких горизонтах (1000 м и более). Значи-
тельное увеличение газовыделения, горного давления, скорости движения вентиляционного потока и температуры шахтного воздуха усложнили работы по спасению людей при ликвидации последствий аварий. Как уже отмечалось, пожары и взрывы пылегазовых смесей в угольных шахтах уносят множество жизней и наносят огромный материальный ущерб. В особо сложной ситуации при этом оказываются горнорабочие на добычных участках - в лавах и прилегающих выработках. Многие из них травмируются и даже при наличии изолирующих кислородных самоспасателей не могут самостоятельно выйти в безопасную зону. Оказание им своевременной помощи со стороны горноспасателей затруднено в связи с большой протяженностью подземных выработок, высокими температурами в них и завалами. Поэтому объективно существует необходимость в разработке специальных способов и средств спасения горнорабочих, оказавшихся в опасной зоне при пожарах, взрывах и обрушениях на добычных участках угольных шахт.
Работы по спасению и эвакуации горнорабочих в шахтах при авариях были выполнены в ДПИ (ныне ДонНТУ) к.т.н., доцентом Сухоруковым В.П. в 1991г. [10], однако дальнейшего развития они не получили по неизвестным причинам. Недостатками разработанного технического решения является следующее: невозможность применения устройства из-за повреждения гибкого вентиляционного трубопровода при пожарах, взрывах газа и завалах в выработках; невозможность доставки по вентиляционному трубопроводу горноспасателей и аварийно-спасательного оборудования в аварийную зону для оказания оперативной помощи пострадавшим; гибкий вентиляционный трубопровод не защищает пострадавшего от действия сверхвысоких температур при пожарах в горной выработке; для монтажа и прокладки нового вентиляционного трубопровода в выработке неоходимы значительные затраты времени, что не обеспечивает оперативную эвакуацию рабочих из аварийной зоны; устройство позволяет транспортировать одновременно только одного пострадавшего, а большинство шахтёров остаётся в аварийной зоне и подвергается влиянию негативных факторов аварии; при каждом цикле работы устройства возникает необходимость протягивать канат через всю длину вентиляционного трубопровода, что требует дополнительных затрат времени и может привести к задержке каната в трубе из-за её деформации; устройство не обеспечивает возможность подачи в аварийную зону сжатого воздуха, инер-
тных газов, питьевой воды, продутов питания и других рвеществ и материалов, в которых возникает необходимость при авариях.
Поэтому целью настоящей работы является разработка нового технического решения по спасению шахтеров.
В основу разработки нового технического решения поставлена задача усовершенствования известного устройства для эвакуации горнорабочих, в котором путём введения других конструктивных элементов обеспечивается возможность оперативного спасения горнорабочих путём эвакуации их из опасной зоны, выполнения комплекса оперативных АСР по ликвидации аварий и аварийных ситуаций в горных выработках [11]. За счёт этого повышается эффективность спасения горнорабочих и ликвидация последствий аварий в подземных горных выработках.
Задача решается таким образом. В известном устройстве [10] для эвакуации горнорабочих, включаю щем: вентиляционный трубопровод, вентилятор, устройство для транспортирования горнорабочего, тяговый механизм с гибкой тягой; вентиляционный трубопровод выполнен из жаростойкого материала в виде эвакуатора жёсткой круглой формы со шлюзами вдоль него и с промежутками между ними для входа людей в эвакуатор и выхода из него. Эвакуатор внутри оборудован роликовым транспортёром, концевой канатной дорогой с воз-можностью реверса и трубопроводом для подачи материалов и веществ, необхимых для выполнения АСР, имеет кабели для электроснабжения и связи. Именно такое сочетание и взаимное размещение взаимосвязанных элементов ПГСК: эвакуатора, вентилятора, шлюзов, роликового транспортёра, тягового механизма (лебёдки), тягового привода в виде концевой канатной дороги, трубопровода, кабелей энергоснабжения и связи, пускового устройства, воздухопровода обеспечивает возможность оперативной эвакуации горнорабочих из опасной зоны и выполнения комплекса АСР. За счёт этого повышается эффективность спасения горняков и ликвидация последствий аварий в подземных горных выработках. Круглая форма поперечного сечения эвакуатора обеспечивает наибольшую устойчивость от Рис. 3 Поперечное сечение эвакуатора ПГСК
внешнего давления при взрывах газа. Мощность эвакуатора по-выщается также за счёт жёсткого и жаростойкого матерала.
На рис. 3 изображено поперечное сечение эвакуатора ПГСК для спасения гонорабочих и безопасного ведения АСР.
На рис. 4 показано продольное сечение эвакуатора ПГСК.
8
С
о
&
26
О о
О О
Рис. 4. Продольное сечение эвакуатора ПГСК.
На рис. 5 представлена схема одного из возможных вариантов размещения в горных выработках элементов ПГСК для спасения горнорабочих и безопасного ведения АСР.
4
2
1
5
6
Рис. 5. Схема одного из возможных вариантов размещения в горнах выработках элементов ПГСК для спасения горнорабочих и ведения АСР
На рис. 6 изображены схемы вариантов возможного размещения эвакуатора ПГСК в поперечном сечении горной выработки.
ПГСК включает: эвакуатор 1 круглой формы, выполненный из жаростойкого материала, ролики 2 з опорами 3, тяговые канаты: верхний 4 и нижний 5, эластичные захваты 6 на тяговых канатах, трубопровод 7 с креплениями 8, кабель электроснабжения 9, кабель связи 10. Кроме того, комплекс включает соединённые с эвакуатором 1 шлюзы следующих видов: начальный шлюз 21, промежуточные шлюзы 11 и конечный шлюз 19, а также включает лебёдку 12, соединённую с тяговыми канатами 4 и 5, вентилятор 13, воздухопровод 14. В шлюзе 19 размещено пусковое устройство для дистанционного включения в работу лебёдки 12. Диаметр трубы эвакуатора 1 устанавливают с расчётом обеспечения возможности передвижения по ней не менее двух горноспасателей одновременно в одном или разных направлениях в полном снаряжении в лежащем положении на роликах 2. Эвакуатор 1 размещают в подземной горной выработке 16 по одному из возможных вариантов (см. рис.3) в зависимости от особенностей горнотехнических условий, в частности - с учётом назначения, параметров, сроков
Рис. 6. Схемы вариантов возможного размещения эвакуатора ПГСК в поперечном сечении горной выработки
службы выработки, вида транспорта, особенностей горных пород, уровня опасности по газу, пыли, обрушений, внезапным выбросам. По варианту 4а эвакуатор 1 размещают на поверхности почвы горной выработки 16, по варианту 4б - частично углублённому в почве выработки. Размещение эвакуатора 1 по варианту 4в обеспечивает наиболее надёжную защиту её от действия взрывной волны, сверхвысоких температур, обрушений при взрывах газа и пожарах. Кроме того, в этом случае эвакуатор 1 не уменьшает свободную площадь поперечного сечения горной выработки, что очень важно для размещения в выработке транспортных средств и другого горношахтного оборудования.
Шлюзы 11, 19, 21 размещают соответственно в нишах 25, 17 20 выработки 16, для чего выполняют местные расширения выработки. Промежутки между шлюзами устанавливают с учётом схемы горных выработок и рабочих зон, вида работ, количества работников, уровня опасности пожаров, взрывов, обрушений, внезапных выбросов. Чем выше уровень опасности, тем чаще устанавливают шлюзы на эвакуаторе 1. Шлюз 21 размещают в нише 20 магистральной выработки 15. Все шлюзы ПГКС оборудуют системой клапанов с возможностью открытия их из внутри эвакуатора 1 во внешнем направлении. Эвакуатор 1 имеет два торца: торец 18 размещён в рабочей зоне выработки 16, а торец 22 - в магистральной выработке 15, по которой проходит све-
жий воздух. Торец 22 эвакуатора 1 имеет отверстия для прохождения тяговых канатов 4 и 5, соединённых с лебёдкой 12, размещённой в нише 20 выроботки 15. Эвакуатор 1 в торцевой части 18 оборудован (см. рис.2) опорным роликом 26 увеличенной мощности для удержания натяжения канатов 4 и 5. Длина эвакуатора изменяется соответсвенно перемещиния рабочих зон, для чего монтируют или демонтируют отдельные его секции.
ПГСК работает следующим образом. Эвакуатор 1 защищает от повреждения рамещённое в ней оборудование: ролики 2 с опорами
3, тяговые канаты 4 и 5, трубопровод 7 с креплениями 8, кабель электроснабжения 9, кабель связи 10. Таким образом, обеспечивается возможность применения указанного оборудования при авариях. Вентилятор 13, установленный в выработке 15, постоянно нагнетает в эвакуатор 1 свежий воздух, в результате чего в ней поддерживается избыточное давление воздуха, что препятствует проникновению в эвакуатор 1 из выработки 16 взрывчатых, вредных и ядовитых газов. Таким образом, в эвакуаторе 1 постоянно поддерживается атмосфера, пригодная для дыхания людей, независимо от газовой ситуации в выработке 16. При возникновении аварийной ситуации или аварии в выработке 16, лаве 23 или в соседних выработках лебёдка 12 автоматично или по сигналу с рабочей зоны по кабелю связи 8 включается в работу таким образом, что верхний канат 4 в эвакуаторе 1 движется в направлении к магистральной выработке 15, где установлена лебёдка 12 и проходит струя свежо-го воздуха. Рабочие из опасной зоны входят в эвакуатор 1 через его конечный торец 18, через конечный шлюз 19, или через промежуточные шлюзы 11. Принудительное перемещение людей внутри эвакуатора 1 осуществляется по роликам 2 с помощью тягового каната 4 и закреплённых на нём эластичних захватов 6. Для самостоятельного перемещения вдоль эвакуатора 1 люди могут использовать ролики 2 и опоры 3 - в качестве дополнительных захватов. Ролики 2 при перемещении людей и грузов внутри эвакуатора 1 вращаются и облегчают движение людей и грузов.
При транспортировании по эвакуатору материалов, оборудования, или пострадавшего, который не имеет возможности самостоятельно контролировать и регулировать своё положения в эвакуаторе, применяют жёсткий лежак и закрепляют его к эластичным захватам 6 верхнеого каната 4 концевой канатной дороги.
Выход горнорабочих из эвакуатора 1 осуществляется через начальный торец 22, начальный шлюз 21, или через промежуточный 11 , если он находится в безопасной зоне. При возникновенни пожара в горных выработках используют трубопровод 7 для подачи в аварийную зону инертного газа (например, N2, CO2 и др.). Для перемещения по эвакуатору 1 горноспасателей и необходимого оборудования в аварийную зону изменяют направление движения тяговых канатов: проводят реверс барабана лебёдки 12 таким образом, чтобы верхний канат 4 двигался в направлении от лебедки 12 до концевого торца 18 эвакуатора 1. ПГСК обеспечивает возможность оперативной и безопасной доставки горноспасателей и ава-рийно-спастельного оборудования в аварийную зону даже при наличии завалов и сверхвысоких температур в выработке 16.
Выводы
Разработанное и предложенное нами техническое решение подземного полифункционального горноспасательного комплекса для спасения горнорабочих и безопасного ведения АСР при авариях и аварийных ситуациях обеспечивает:
1. Оперативную эвакуацию горнорабочих из опасных зон при пожарах, взрывах газа и обрушениях в горных выработках;
2. Защиту горнорабочих от действия сверхвысоких температур и токсичных газов при пожарах и взрывах газа в выработках;
3. Оперативную и безопасную доставку горноспасателей и горноспасательного оборудования в аварийную зону для оказания оперативной горноспасательной помощи горнорабочим, которые находятся в аварийной зоне при наличии обрушений в выработках, по которым проложен эвакуатор;
4. Возможность спасения горнорабочих независимо от стадии проходки выработки и вида работ в ней, причём для использования эвакуатора не потребуются дополнительные работы, поскольку он всегда находится в рабочем состоянии;
5. Возможность одновременного находжения и перемещеняя в эвакуаторе нескольких рабочих или горноспасателей;
6. Возможность подачи в аварийную зону сжатого воздуха, инертных газов, питьевой воды, продуктов питания и других веществ и материалов, в которых возникает необходимость при авариях в горных выработках.
Таким образом, разработка, создание и внедрение на шахтах Украины полифункционального подземного горноспасельного
комплекса обеспечит повышение эффективности спасения горнорабочих и безопасное ведение АСР при авариях и аварийных ситуациях в горных выработках шахт и рудников.
--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пашковский П.С., Мамаев В.В., Брюм В.З. Комплексная оценка аварийной опасности шахт //Уголь Украины. - 2008. - №2 - С. 21-23.
2. Международное законодательство об охране труда. Конвенции и рекомендации МОТ. Т.1 К.: Основа, 1997. - 672 с.
3. Система саморятування гірників. Стандарт Мінпаливенерго України. СОУ. 1-00174102-002-2004. - 22 с.
4. Ильинский Э.Г., Конопелько Е.И., Овчаров В.К., Зборщик Л.А. Индивидуальные и групповые средства защиты в чрезвычайных ситуациях. Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи (Пожежна безпека - 2005): Матеріали УІІ Всеукраїнської наук.-практ. конф. - Київ: УкрНДІПБ МНС України, 2005. - С.33-39.
5. Камера-убежища в каменноугольной промышленности ФРГ /Ф.И. Кок, Г. Лангер, К. Бетхер, Фельзенцервек // Глюкауф. - 1989. - №15/16. - С. 6-9.
6. Установка для захисту робітників від перегрівання / В. Муравейник, С. Алексеєнко, І. Шайхлісламова, В. Король (Україна). № 20031211992; Заявл.22.12. 2003; Опубл. 25.06.2007, Бюл № 10].
7. Мобильная установка для спасения и защиты рабочих от перегрева при пожарах и взрывах в угольных шахтах /Алексеенко С.А., Бондаренко В.И. Муравейник В.И., Смоланов С.Н., Король В.И.// Сборник научных трудов МакНИИ, 2005. - С. 66-69.
8. Передвижная камера-убежище для самоспасения горнорабочих при авариях в шахтах/ Алексеенко С.А., Грядущий Б.А., Булгаков Ю.Ф., Король В.И.// Геотехнології та управління виробництвом ХХІ сторіччя. Том 1. / Під загал. ред. Булгакова Ю.Ф., Гребьонкіна С.С. - Донецьк: ДонНТУ, 2006. - С. 210-214.
9. Стаціонарні камери-сховища рятувальні шахтні. Загальні технічні вимоги. Стандарт Мінвуглепрома України. СОУ 10.1.202020852.002:2006. К. Мінвугле-пром України, 2007. - 21 с.
10. А.с. 1695029 СССР, МКИ Е21 F11/00. Устройство для эвакуации горнорабочих / В.П. Сухоруков и др. (СССР).- № 4720684/03; Заявл. 19.07.89; Опубл. 30.11.91, Бюл. №12.
11 . Установка для рятування гірників при аваріях. Заявка на винахід №.200803538 від 19.03.2008р. / Авт.: В.І. Муравейник, С.О. Алексеєнко, Ю.Ф. Булгаков, П.С. Воронов, I.A. Шайхлісламова. іііШ
Alekseenko S.A., Bulgakov J.F., Melnikova J. V.,
Muravejnik V.I., Shajhlislamova I.A
RESCUE OF MINERS AT FIRES IN LONG DEADLOCK DEVELOPMENTS Some statistics data on emergency situation at Ukrainian mines and analysis of the means and methods of mine workers resque during fires and emergencies in the long
deadlock mine workings have been given in the article. It has been said that nowadays there are no reliable and efficient means and methods of mine workers resque in the same type of emergencies. It predetermined the main trend of further researches and it helped to formulate the purpose of the given article. The new technical solution on mine workers resque and safe emergency and resque operations while having fires and emergencies in the long deadlock mine working has been suggested by the authors of the article.
Key words: undergroundfires, coal industry, self-rescue of miners, mobile refugechamber.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Алексеенко С.А. - кандидат технических наук, доцент кафедры аэрологии и охраны труда Национального горного университета, , тел. (80562) 46-90-66
Булгаков Ю. Ф. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой охраны труда и вентиляции ДонНТУ,
Бондаренко А.Ю. - кандидат технических наук, начальник МЧС по Донецкой области,
Муравейник В.И.- профессор Национальной металлургической академии Украины, кандидат технических наук, (80562) 68-17-35. Шайхлисламова И.А. - кандидат технических наук, ассистент кафедры аэрологии и охраны труда Национального Г орного университета.
