CC BY
40
УДК 622.817.35:622.25
Н.П.Куприянов, В.П. Доманов, Ю.А Масаев
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ ПРИ ПРОХОДКЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ, ПЕРЕСЕКАЮЩИХ ВЗРЫВООПАСНЫЕ ЗОНЫ
При проходке вертикальных стволов неоднократно имели место загорания метана, переходящие во взрывы большой разрушающей силы. Так, при проведении вентиляционного ствола Спутник IV крыла шахты «Коксовая» комбината «Про-копьевскуголь» в момент
вскрытия замка антиклинальной складки пласта «Безымянного» на глубине 474м после взрывания шпуровых зарядов произошло воспламенение метана с рядом последующих вспышек, которое через 30-40 минут перешло во взрыв метана.
Пламя было выброшено на поверхность и распространилось выше нулевой площадки на высоту 15-20 метров, по радиусу ствола на 25 метров. На восстановление и начало проходки ствола ушло 4 месяца. Аналогичный по силе взрыв произошёл при строительстве шахты «Мушкетовская-
Заперевальная №1». В августе 2006 года при строительстве рудника «Удачный» АК «АЛРОСА» при проведении «Вентиляционно-вспомогательного» ствола произошла авария. После взрывания шпуровых зарядов с интервалом 3-5секунд последовали серия взрывов, стали падать панели обшивки копра, нанесён значительный материальный ущерб.
Ранее для предотвращения аварий при проходке вертикальных стволов пытались призабойное пространство ствола заполнять углекислым газом на высоту не менее 20 метров. Из-за технологической сложности подачи углекислого газа и высокой стоимости этот способ не нашёл применения.
На некоторых шахтах Донецкого бассейна при проходке вертикальных стволов по газоносным пластам осуществляли
изоляцию забоя с помощью слоя специально подготовленной глины слоем в 25-30 см. Этот способ также не нашёл широкого применения.
Руководством по буро-
взрывным работа при проведении горных выработок, разработанным ВНИИОМШС, рекомендовано при выделении метана из забоя ствола до 1,5м3/мин. забой подтапливать на высоту 50 см. При большем выделении метана (1.5-2,0 м3/мин.) подтопление должно быть на высоту не менее 100 см. от наиболее выступающей точки забоя.
В настоящее время основным способом предотвращения взрывов и вспышек метана при проходке вертикальных стволов является подтопление забоя ствола на высоту не менее 20 см от наиболее выступающей точки забоя. При этом следует отметить, что, после взрывания шпуровых зарядов ВВ, вода, предназначенная для подтопления, уходит под разрушенную горную массу и при появлении
выгорающего патрона ВВ он может воспламенить опасную смесь.
Для предотвращения загораний и взрывов опасной газовоздушной смеси и нефтепрояв-лений от высокотемпературных продуктов взрыва и выгорающих шпуровых зарядов ВВ при проходке вертикальных стволов был предложен «Способ повышения безопасности взрывных работ в вертикальных стволах с пенной защитой».
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что непосредственно перед взрыванием шпуровых зарядов призабойное пространство ствола заполняется воздушно-
механической пеной на высоту не менее 8-10 м, в зависимости от кратности пены. Подача этой среды в забой ствола осуществляется по вентиляционному ставу.
При заполнении призабойного пространства ствола пенной средой имеющаяся там газовая смесь вытесняется, а неф-тепроявления оказываются ло-
2 3 4 5 6 7
Рис. 1. Общий вид пеногенераторной установки УПГ-2В: а - эжекторно-смесительное устройство; б - пенообразующее устройство ; 1-уровнемер; 2-вентиль; 3-клапан сброса воды; 4-трубка; 5-манометр; 6-эжектор; 7-всасывающий патрубок; 8-пенообразователь; 9-рама; 10-ёмкость; 11-форсунка; 12-пенообразующая смесь; 13-прорезиненный рукав; 14-вентиляционный трубопровод; 15-сетка; 16-пена; 17-направление вентиляционной струи.
кализованными предохрани-
тельной средой из пены. При взрывании шпуровых зарядов ВВ высокотемпературные про-
дукты взрыва, проходя через эту среду, теряют свою воспламеняющую способность.
В случае появления выгорающего заряда ВВ оказавшегося после взрыва на поверхности отбитой горной массы он гасится оставшимся после взрыва слоем пены высотой 1,5-2,0 м. Этот слой остаётся при заполнении призабойного пространства ствола перед взрыванием шпуровых зарядов ВВ на высоту 8-10м. За время отведённое для проветривания ствола после взрыва к началу работ в забое оставшийся слой пены полностью гасится.
Для создания предохранительной среды при проходке вертикальных стволов рекомендуется применять низкократную
воздушно-механическую пену кратностью 70-100. Высота должна быть не менее 8 м. В случаях затруднения получения
и доставки в забой низкократной пены допускается использование высокократной пены. Заполнение призабойного пространства пеной высокой и средней кратности должно быть не менее 10 м. Кратностью пены называется отношение, полученного объема пены к объему исходного раствора.
Для получения предохранительной среды из пены в ставе вентиляционных труб монтируется пеногенератор. Принцип получения пены заключается в том, что вода из противопожарного трубопровода, проходя через эжекторно-смесительное устройство, эжектирует пенооб-раэователь.
Получившаяся пенообра-
зующая смесь поступает по
прорезиненному шлангу к распылительной насадке (форсунке) и набрызгивается на сетку. При набрызгивании пенообра-
зующей смеси на сетку в ее ячейках образуются пленки, которые раздуваются воздушным потоком в пузырьки. Слипаясь, пузырьки образуют пену, которая струей воздуха отрывается от сетки и перемещается по вентиляционному трубопроводу заполняя призабойное пространство ствола.
Инертную среду в забое вертикального ствола из низко -кратной воздушно-механи-
ческой пены необходимо создавать с помощью пеногенераторной установки УПГ-2В (рис.1). Производительность установки 30-35 м3 /мин. Допускается использование и других типов пеногенераторных установок.
При этом кратность полученной пены должна находиться в ука-
Рис.2. Технологическая схема транспортирования пены в забой ствола с поверхности 1-установка пеногенераторная; 2-вентилятор; 3-вентиляционный трубопровод; 4-пена.
МР '
Рис.3. Технологическая схема подачи пены в забой ствола : с рабочего полка; 1-раструб; 2-ёмкость с водой; 3-пневмонасос Н-1М; 4-водоподающий шланг; 5-установка пеногенераторная; 6-вентиляционный трубопровод; 7-низкократная пена
занных пределах, а производительность не менее 30 м3/мин.
Пеногенераторную установку в летне-осенний период, когда температура окружающей среды плюсовая, целесообразно монтировать на поверхности (рис.2). В случае отрицательной температуры должно быть предусмотрено предотвращение замерзания воды, подаваемой в систему.
При отрицательной температуре пеногенератор монтируется на рабочем полке (рис.3).
Применение «Способа повышения безопасности взрывных работ в вертикальных стволах с пенной защитой» позволило безаварийно пройти пять стволов на шахтах Кузбасса в том числе: Вентиляционный
□ Авторы статьи:
Доманов Виктор Петрович
- канд.техн.наук, зав. лабораторией безопасности взрывных работ и госкон-трольных испытаний ВМ и СИ НЦ ВостНИИ
ствол Спутник IV крыла шахты «Коксовая» комбината «Про-копьевскуголь», «Вентиляционный ствол шахты «Юбилейная» комбината «Южкузбассуголь», «Ново-клетевой ствол шахты «Октябрьская» комбината
«Южкузбассуголь», вертикальный ствол блока № 5 шахты «Распадская» комбината «Южкузбассуголь», углубка 3-го вспомогательного ствола шахты «Коксовая» комбината «Про-копьевск-уголь».
Следует отметить, что проходка этих стволов осуществлялась в сложных и опасных по газу условиях, а в период проведения вентиляционного ствола на шахте «Юбилейная» с пенной защитой при взрывных работах, наряду со значитель-
Куприянов
Н.П.
- канд.техн.наук, ведущ. научн. сотрудник ФГУП НЦ ВостНИИ
ным выделением метана, при вскрытии опасных пластов имели место нефтепроявления. Хроматографический анализ проб показал, что температура воспламенения смеси составляет 980 С.
Указанный способ является востребованным и в настоящее время. После взрыва в августе 2006 года на вспомогательном вентиляционном стволе рудника «Удачный» АК «АЛРОСА», для дальнейшей его проходки, в целях обеспечения безопасности взрывных работ принято решение в опасных по газу и нефтепроявлениях условиях применять ранее разработанный в НЦ ВостНИИ способ проходки вертикальных стволов с пенной защитой.
Масаев Юрий Алексеевич
- канд.техн.наук, доц. каф. строительства подземных сооружений и
шахт
УДК 622.235
В.П. Доманов, Н.П. Куприянов, Ю.А. Масаев, О.В. Зиберт
ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ВОСПЛАМНЕНИЯ МЕТАНО-ВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ И НАПРАВЛЕНИЯ ПО ИХ ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ
История использования взрывчатых веществ для отбойки горных пород в угольных шахтах сопровождается цепью таких негативных проявлений, как воспламенения метановоздушной атмосферы горных выработок.
При участии в этом процессе угольной пыли последствия еще более усугубляются, поскольку помимо возможной гибели людей, такой взрыв приводит к значительному разрушению горных выработок. На всем протяжении применения взрывчатых веществ происходили аварии с различными по тяжести последствиями, особенно тяжелые катастрофы произошли в начале XX века, когда о предохранительных взрывчатых веществах не было понятия, а применяли, в основном, динамиты.
В 1910 году профессором А.А.Скочинским была разработана и предложена методика проверки на предохранительность (ранее термин - анти-гризутность) взрывчатых веществ для угольных шахт. За прошедший период, практически до конца XX века эта методика совершенствовалась уче-
ными МакНИИ (Украина) и ВостНИИ. В настоящее время в России взрывчатые вещества в зависимости от условий применения делятся на VII классов, из них к предохранительным относятся ВВ III - VII классов, которые по взрывчатым и предохранительным свойствам должны удовлетворять соответствующим техническим требованиям.
Несмотря на разработку ряда составов предохранительных ВВ, средств беспламенного взрывания, гидровзрывания, совершенствование и разработку новых конструкций забойки, инертизации взрывоопасной атмосферы, аварийные ситуации при взрывных работах в угольных шахтах продолжают иметь место.
По данным Управления Ростехнадзара по Кемеровской области [1] только в Кузбассе за период с 2001 г. по 3-й квартал 2004 г. произошло 28 крупных аварий из-за воспламенения метано- и пыле-воздушной смеси при взрывных работах, в результате которых пострадало 204 горнорабочих, в том числе 96 со смертельным исходом. Наиболее
крупные аварии произошли в шахтоуправлении «Сибирское»-пострадало 21 человек, из них 6 со смертельным исходом, на шахте «Листвяжная»-30 рабочих, из них 13 со смертельным исходом и на шахте «Тайжина»-53 рабочих, из них 47 - со смертельным исходом.
Причины воспламенения метановоздушных смесей могут быть разные, но основной из них являются применяемые взрывчатые вещества. В настоящее время в угольных шахтах используются предохранительные взрывчатые вещества, которые условно можно подразделить на две группы
- аммиачноселитренные, в которых сенсибилизатором является тротил, и нитроэфиросодержащие на основе смеси нитроэфиров. Отмечаем, что при традиционной компоновке состава ВВ процесс взрывчатого превращения идет при температуре, превышающей температуру воспламенения метановоздушной смеси.
Однако, учитывая период индукции реакции окисления метана, наличие в зоне реакции ингибиторов этого процесса, массовую долю пламегасителей в составе ВВ и ряд других факторов, управление ими позволяет разрабатывать и иметь составы, обеспечивающие с достаточной степенью надежности требуемый уровень предохранительных свойств.
К первой группе относятся ВВ III класса - аммонит АП-5ЖВ и ВВ ^класса - аммониты ПЖВ-20 и Т-19. Ко второй группе относятся ВВ V класса - угленит Э-6 и VII класса - ионит. Взрывчатые вещества VI класса в настоящее время в России вообще не выпускается.
Предохранительность указанных ВВ IV класса достигается за счет использования в качестве пламегасителя солей щелочноземельных металлов, совмещающих теплопоглощающие свойства с ингибирующей способностью по отношению к реакции окислителя метана. Количество этих солей в составе ВВ ограничено сочетанием уровня безопасности по предохранительным свойствам с эффективностью их действия. Безопасность применения таких ВВ должна обеспечиваться количеством воспламенений метановоздушной смеси не боле 50% при их испытании в канальной мортире.
Более высокого уровня предохранительности составов ВВ на основе тротила достичь не представляется возможным, поскольку увеличение доли содержания пламегасителя приводит к значительному снижению детонационной способности вплоть до ее полной потери.
К предохранительным взрывчатым веществам V и VI классов применяются более жесткие требования. Они не должны воспламенять метановоздушную смесь при испытаниях в опытном штреке открытым зарядом, а также в канальной мортире или боковой поверхностью при взрывании зарядов в уголковой мортире.
При использовании тротила в качестве сенсибилизатора достичь такого уговня предохрани-
тельности для этих ВВ не представляется возможным, поэтому в их состав входят смеси жидких нитроэфиров.
Расследование аварий, имевших место при производстве взрывных работ показало, что основными причинами их являются склонность применяемых штатных предохранительных ВВ к слеживанию и к выгоранию, особенно при короткозамедленном взрывании комплекта шпуровых зарядов.
Порошкообразная структура компонентов таких ВВ и их компоновка по принципу обеспечения безопасности путем снижения детонационных характеристик до предельных значений создает вероятность перехода детонации в режим взрывного горения.
Стендовые исследования, проведенные Мак-НИИ и ВостНИИ подтверждали эти недостатки предохранительных аммонитов и угленитов, которые могли быть наиболее вероятной причиной воспламенения взрывоопасной метановоздушной смеси в угольных шахтах.
МакНИИ был проведен анализ случаев воспламенения метана, имевших место при производстве взрывных работ в очистных и подготовительных забоях шахт СНГ, расположенных в европейской части за период 1966-1992г.г., в результате которого было установлено следующее [2]. С применением для взрывных работ аммонитов Т-19, ПЖВ-20, угленитов Э-6, П12ЦБ произошло 30 аварий из-за воспламенения метановоздушной смеси с тяжелыми последствиями. Причем, 53,3% воспламенений метана произошло при использовании взрывчатых веществ IV класса - аммонитов ПЖВ-20 и Т-19.
При применении Угленита Э-6 произошло 23,4% аварий, а угленита П12ЦБ - около 7% аварий. Как было установлено, основными причинами воспламенения метановоздушной среды являлись: выгорание шпуровых зарядов ВВ, прорыв высокотемпературных продуктов взрыва через трещины в угольном массиве и, в основном, раскаленные твердые частицы ВВ.
Учитывая отрицательные свойства этих ВВ, на Украине в 2002 г. запретили применение аммонитов ПЖВ-20, Т-19, угленита Э-6 и начали создавать более безопасные предохранительные ВВ.
В России совершенствование предохранительных ВВ в последние годы велось по двум направлениям. Взамен угленита Э-6 было разработано высокопредохранительное ВВ V класса -угленит М, предназначенный для взрывных в угольных шахтах, опасных по газу и пыли всех категорий, а также на пластах, опасных по внезапным выбросам угля и газа, за исключением их вскрытия. Увеличение предохранительных и детонационных свойств угленита М было достигнуто за счет некоторого изменения его состава.
Шахтные испытания угленита М показали, что он устойчиво детонирует в шпуровых зарядах
массой от 0,4 до 2,0 кг при групповом короткозамедленном взрывании. По сравнению с угленитом Э-6 результаты взрывания были лучше - КИШ увеличился на 11,7% , удельный расход на бурение уменьшился на 17,9% , удельный расход ВВ уменьшился на 28,7% , содержание вредных газов в продуктах взрыва не превышало допустимых концентраций.
Другим, принципиально новым направлением явилась разработка предохранительных эмульсионных ВВ.
В их основу положены зарубежные аналоги и несколько модификаций таких ВВ под общим названием «порэмиты», разработанных ГосНИИ «Кристалл» и предназначенных для применения на открытых работах. Производственные испытания порэмитов в скважинах диаметром 90, 120, 180 мм показали их преимущества перед другими ВВ - низкую чувствительность к внешним воздействиям, высокую водоустойчивость, низкую газовую вредность, хорошую восприимчивость к детонационному импульсу. Скорость детонации таких ВВ находится на уровне аммонита №6ЖВ и составляет 3500-4800 м/с.
По предложению МВК по ВД при АГН для взрывных работ в угольных шахтах, опасных по газу и пыли была разработана конструкция порэ-митного предохранительного монозаряда с ингибитором МППИ-!У(У)-36, в котором использовано водоустойчивое предохранительное эмульсионное ВВ IV класса - порэмит ПП-ІУ-1. Такой монозаряд представляет собой сборную конструкцию, состоящую из порэмита и пластичного забоечного состава (ингибитора) ПЗС-2К, размещенных в полиэтиленовых оболочках с наружным диаметром 36 мм.
Ингибиторный состав ПЗС-2К при взрыве распыляется и создает в призабойном пространстве инертную атмосферу, предупреждая воспламенение метановоздушной смеси и одновременно эффективно связывает ядовитые продукты взрыва,
создавая более благоприятную атмосферу в забое выработки.
Между собой оболочки с эмульсионным ВВ и забойкой соединяются стыковочной муфтой.
По сравнению с эмульсионными ВВ, применяемыми на открытых работах с гарантийным сроком хранения всего 6-8 суток и имеющими в своем составе газогенерирующую добавку, у по-рэмита 1111 - IV-1 в качестве сенсибилизатора применяется микросфера МС-В и гарантийный срок хранения монозарядов составляет 6 месяцев.
Масса монозаряда с оболочкой и муфтой -крышкой составляет 1 кг, длина 672 мм, плотность ВВ 1,1 г/см3 , скорость детонации заряда в оболочке 4500-5100 м/с.
Под методическим руководством НЦ Вос-тНИИ испытания в производственных условиях опытных партий монозарядов порэмитных предохранительных с ингибитором М1II 1И-!У(У)-36 проведены в 2003 и 2004 годах в ОАО «Шахта им. Дзержинского» и в ОАО «Шахта Зиминка».
В процессе этих испытаний на обеих шахтах имели место отказы отдельных патронов этих монозарядов. Анализ отказов патронов показал, что их возникновение зависит от способа расположения электродетонатора в патроне, возможного проявления канального эффекта или раздвижки патронов при короткозамедленном взрывании зарядов в соседних шпурах.
Тем не менее отмечалось, что разработанные эмульсионные предохранительные взрывчатые вещества соответствуют уровню предохранитель-ности ВВ IV класса и^ класса при взрывании зарядов в шпурах. Они более устойчивы к выгоранию и их применение может повысить безопасность производства взрывных работ по сравнению с применяемыми порошкообразными ВВ. Было предложено установить причины возникновения отказов патронов и усовершенствовать конструкцию заряда.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Информационный бюллетень Управления Ростехнадзора по Кемеровской области, №3(3). Декабрь 2004.
2. Джигрин А.В., Горлов Ю.В., Горлов В.В. Состояние и перспективы применения на угольных шахтах России предохранительных ВВ./ Сб. Взрывное дело. Вып. №95/52 Москва, 2005. с.42-49.
□ Авторы статьи:
Доманов Виктор Петрович
- канд.техн.наук, зав. лабораторией безопасности взрывных работ и госконтрольных испытаний ВМ и СИ НЦ ВостНИИ
Куприянов
Н.П.
- канд.техн.наук, ведущ. научн. сотрудник ФГУП Нц ВостНИИ
Масаев Юрий Алексеевич
- канд.техн.наук, доц. каф. строительства подземных сооружений и шахт
Зиберт
О.В.
-горный инженер (Кузбасский государственный технический университет)
30 КП^уприянов, В.П. Доманов, Ю.А Mасаев , О.В. Зиберт
