CC BY
93
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПЫЛЕВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Н.В. Трубицына
доктор техн. наук, директор по научной работе ООО «ВостЭКО»
С.Н. Подображин
доктор техн. наук; ведущий эксперт отдела по надзору
за открытой угледобычей и обогащению углей Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору
Н.Н. Ахлестин
первый заместитель директора
Группы Компаний ООО «ВОСТЭКО». ООО «Горный-
ЦОТ»
С.В. Спирин
Технический директор ООО «Горный-Цот»
УДК 622.8
В статье приведены подходы к организации системы пылевзрывобезопасности угольных шахт, требования к элементам системы мониторинга интенсивности пылеотложений.
Ключевые слова: ПЫЛЕВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТЬ ГОРНЫХВЫРАБОТОК,ИНТЕНСИВНОСТЬПЫЛЕОТЛОЖЕНИЙ, КОНЦЕНТРАЦИЯ ПЫЛИ, СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА.
Б
целом.
езопасное ведение горных работ, сохранение жизни и здоровья работников подземных угольных предприятий является неотъемлемой частью позитивного развития угольной промышленности Кузбасса и России в
Вместе с тем, история шахтерского труда и шахтерских побед, к сожалению, омрачена трагедиями повлекшими гибель и травмирование людей, связавших свою жизнь с опасной горняцкой профессией.
Крупные аварии с человеческими жертвами происходят чаще всего при недостаточном или полном отсутствии должного контроля за производственным процессом со стороны руководителей, специалистов и исполнителей работ. Также, аварии неизбежны при отсутствии непрерывного автоматического контроля состояния рудничной атмосферы в действующих горных выработках и выработанных пространствах выемочных участков (полей).
Вспомним аварии прошлых лет. В 2005 году авария — пожар и взрыв в выработанном пространстве шахты «Есаульская» с гибелью 8 работников предприятия и 17 горноспасателей; в 2006 году взрыв в выработанном пространстве шахты «Томская» в результате которого гибнет шахтер и принимается решение по закрытию предприятия; в 2009 году взрыв в изолированном пространстве шахты «им. Ворошилова» с гибелью двух бойцов Прокопьевского ОВГСО. Затем аварии 2007 года: «Ульяновская», «Юбилейная», унесшие жизни 149 человек, 2010 года — авария на шахте «Распадская», где смертельные травмы получили 71 шахтер и 20 горноспасателей. Последние аварии и их масштабность произошли по причине участия отложившейся угольной пыли во взрыве метано-воздушной смеси, что заставило в корне пересмотреть отношения к созданию безопасных условий труда, как специалистами шахт, надзорных органов, горноспасательных частей, так и научных организаций.
В результате внедрения новых безопасных методов ведения горных работ, высокопроизводительной техники и
научно-технический журнал № 4-2015
ВЕСТНИК
6
устройств, выполнение проектных решений и научных проработок с применением способов и средств по предупреждению аварий и инцидентов стало возможным на порядок сократить количество травм и аварий и в тоже время позволило увеличить объемы добычи угля.
С другой стороны повышение нагрузок на забои угольных шахт привело к тому, что ситуация с обеспечением пылевзрывобезопасности горных выработок угольных шахт сложилась крайне не однозначная: декларировать собственно безопасность на практике невозможно. Это обусловлено целым комплексом причин, поясним главные из них.
1. В настоящее время все мероприятия, направленные на обеспечение безопасности регламентируются двумя документами: ГОСТ Р [1] и инструкцией [2], и по сути многочисленный комплекс мероприятий, поддерживающий должный уровень пылевзрывозащиты, вынесен за рамки обязательных, открывая тем самым абсолютно не защищённые в данном контексте ниши.
2. Высокие нагрузки на забои сопровождаются, что очевидно, многократно возросшей интенсивностью пылеотложений, которая не нашла отражения в действующих нормативных документах. Следствием этого является то, что периодичность и эффективность профилактических мероприятий ни в коей мере не обеспечивают сколько-нибудь приемлемый уровень пылевзрывозащиты.
Из этих причин следуют два комплекса необходимых действий: детальный и глубокий анализ реальной ситуации по количественной оценке интенсивности пылеотложений в горных выработках, на основе которого должна быть разработана инструкция по обеспечению пылевзрывобезопасности с адаптированным комплексом регламентированных мероприятий и их периодичностью.
Экспериментальная оценка уровня интенсивности пылеотложений в очистных и проходческих забоях была проведена коллективом исследователей в 2011-2012 гг., [3-5] которая показала, что действующая периодичность мероприятий обеспечивала лишь частичный уровень безопасности. Кроме того, отсутствует мониторинг реальной ситуации этого показателя, в нормативной документации отсутствуют удобные для практического применения методы оценки, а приборы для автоматического определения интенсивности пылеотложений до сих пор не разработаны.
Сегодня, предприятиями подземной добычи угля ведется активная работа по внедрению на шахтах современных систем и приборов контроля производственных процессов, мониторинга рудничной атмосферы по содержанию вредных газов и запыленности на рабочих местах, разработанных заводами-изготовителями средств измерений.
При существующем положении наиболее быстро с позиций организационных и практических можно реализовать только один поход (при этом уделив пристальное внимание разработке инструментов для автоматического мониторинга): вернуться к старому методу оценки интенсивности пылеотложений с помощью двух приборов стационарного и непрерывного контроля концентрации пыли в воздухе, четко регламентировав места их установки и алгоритм автоматического расчета показателя с выводом в диспетчерскую службу шахты и сигнализацией о необходимой периодичности используемого мероприятия по обеспечению пылевзрывобезопасности. Что должно быть внесено в проектную документацию, а также разработаны регламенты предприятий по предупреждению взрывов.
При этом не стоит полагаться и руководствоваться установленным техническим руководителем (главным инженером) шахты порядком по контролю состояния взрывозащиты, пылевзрывобезопасности с выполнением определенных мероприятий по предупреждению взрывов угольной пыли. Учитывая человеческий фактор и другие, вдруг возникшие, негативные обстоятельства, позволяющие привести горную выработку (шахту) в предаварийное состояние, необходимо обеспечить надежный автоматический контроль у источника пылевыделения с установкой специального устройства (двух измерителей запыленности) с вводом их в систему АГК. В системе АГК в качестве уровня тревоги должно быть введено значение нижнего предела взрываемости отложившейся угольной пыли для конкретного угольного пласта. При достижении 90-процентного значения нижнего предела взрываемости система выдает сигнал тревоги и горный диспетчер приостанавливает горные работы и выдает команду на приведение выработки в пылевзрывобезопасное состояние.
Для реализации этого алгоритма могут быть использованы любые приборы непрерывного действия включённые в систему АГК, и допущенные к эксплуатации в установленном порядке.
Суть алгоритма определения интенсивности пылеотложений и выбора периодичности профилактических мероприятий заключается в следующем.
1. В соответствии с руководством по АГК на исходящих из очистных и проходческих забоев угольных шахт должны устанавливаться приборы непрерывного контроля запыленности воздуха, с выдачей результатов на пульт диспетчера шахты. В 50 м от этого датчика должен быть установлен второй, также
научно-технический журнал № 4-2015
ВЕСТНИК
соответствующий этим требованиям.
2. Сервер диспетчера должен быть оснащён программным обеспечением, которое бы обеспечивало регистрацию показаний с двух датчиков и автоматический расчёт интенсивности пылеотложений на участке выработки между ними и прогнозной оценки интенсивности пылеотложений на прямом участке выработки далее за местом установки второго датчика на расстояние не менее 1 км.
3. Результаты расчета должны сравниваться с нормативными показателями для данного забоя и по мере достижения порога накопления опасности сигнализировать о необходимости проведения следующего цикла профилактических мероприятий диспетчеру. Диспетчер обязан сообщить об установленной необходимости и отдать распоряжение на приведение выработки в пылевзрывобезопасности состояние.
4. Контроль интенсивности пылеотложений с помощью двух датчиков измерения концентрации пыли в горной выработке при этом следует регламентировать как достаточный только на определенный временной период. Необходимо интенсифицировать работы по созданию инновационных приборов нового поколения по автоматическому контролю интенсивности пылеотложений. Спектр обязательно контролируемых параметров такого прибора должен включать: дисперсный состав витающей пыли, концентрацию пыли в атмосфере горной выработки, скорость движения воздуха в выработке, площадь сечения выработки, влажность воздуха. Кроме того, в программное обеспечение прибора должны быть заложены количественные оценки нижнего предела взрываемости угольного пласта и его зольность. Программное обеспечение прибора должно быть также оснащено алгоритмом экстраполяции показателя интенсивности пылеотложений до следующего по выработке источника интенсивного пылевыделения на основании данных регистрации в точке установки устройства.
Проведённые исследования показали, что используемые в настоящее время профилактические мероприятия (осланцевание, обмывка) требуют многократного снижения их периодичности для обеспечения требуемого уровня безопасности. В этой связи необходима разработка эффективных технологий и способов, которые бы обеспечивали максимальную периодичность для того чтобы по крайней мере не повышать затратную финансовую часть на их выполнение.
В концепте этой работы могут быть быстро реализованы два направления:
1. Разработка пылесвязывающих составов и технологии для их не затратного по времени и средствам нанесения, которые бы обеспечивали надежную защиту в течении не менее двух-трёх суток в местах интенсивных пылевыделений и пылеотложений, что обеспечит необходимость профилактики только по мере подвигания забоя. Эти работы уже несколько лет проводит ООО «Сибэкохим» (г.Омск). К недостаткам такого подхода можно отнести только одно: в любом случае состав будет обладать повышенной травмоопасностью для персонала, т.к. устранить скольжение при передвижении по обработанной горизонтальной поверхности вряд ли удастся.
2. Капсулированные инертизаторы и/или ингибиторы, которые бы не позволили в случае вспышки метана принять угольной пыли участие во взрыве. В этой технологии наиболее слабым местом является нанесение капсул с реагентом на вертикальные поверхности горных выработок, хотя возможно отработать алгоритм, исключающий эту необходимость.
Для создания этой технологии требуется разработка нового поколения инертизаторов и ингибиторов, которые бы повысили эффективность пылевзрывозащиты при минимальных концентрациях.
Кроме того, не следует выпускать из внимания тот факт, что в последние годы в научном сообществе сложились крайне полярные позиции о первичном составе газовой среды, которая взрывается в первую очередь. Большая часть мнений сходится на взрывоопасности метановоздушной смеси, другие утверждают о наличии более легко воспламеняемого водорода в призабойных пространствах, третьи - что минимальный поджиг метана влечёт за собой пиролиз угольной пыли причём в геометрической прогрессии, который сопровождается выделением ещё более взрывоопасных летучих веществ, обладающих высокой детонационной способностью.
В связи с этим возникает необходимость проведения широчайшей научной дискуссии, которую необходимо организовать в кратчайшие сроки.
Не выдерживает никакой критики также и методика определения нижнего предела взрываемости угольной пыли и, соответственно, нормы осланцевания. Данные нормативы устарели настолько, что даже в ближайшем приближении не обеспечивают минимальный уровень безопасности горных выработок.
Конструкции обязательных взрыволокализующих водяных и сланцевых заслонов также морально устарели, так как те уже не единожды наблюдаемые, после последних аварий в угольных шахтах,
параметры взрыва позволяют утверждать, что мы имеем дело с очень мощными детонационными эффектами, противостоять которым заслоны не могут, так как количество отложившейся угольной пыли увеличилось многократно, что и является причиной таких явлений.
Кардинально решение этой проблемы возможно только двумя путями:
1. Кратное увеличение нормы ослан-:- • ^ # / цевания горных выработок, причём на всём-
их протяжении вне зависимости от интенсивности пылеотложений от конкретного источника пылевыделения. Это полностью исключит возможность формирования детонационных эффектов в случае возникнове ния взрыва, позволит отказаться от крайне| не удобных сланцевых и водяных заслоно! и, соответственно, затрат на их обслужива ние.
Проблемными вопросами при данном! подходе останутся контроль за призабойной| зоной и участком по мере продвижения забоя и высокие скорости движения воздуха, обусловленные высоким уровнем метано выделения в угольных шахтах России. Для! минимизации развития сильного взрыва необходимо будет и контролировать интенсивность пылеотло-жений от первичного источника и увеличить частоту его профилактической обработки.
2. Многократное снижение периодичности (увеличение количества циклов мероприятия в единицу времени по сравнению с нормативными требованиями) весьма затратной профилактической обработки существующими материалами и составами и обеспечение системами надежного контроля за интенсивностью пылеотложений с выводом результатов оценки текущей ситуации на диспетчерский пульт. При такой схеме необходимость сохранения системы стационарных водяных либо сланцевых заслонов становится обязательным условием, для того чтобы хотя бы частично предотвратить возможность разгона взрывной волны до детонации. Новых разработок, доведенных до серийного производства, в области создания более эффективных и легко эксплуатируемых заслонов ни в России, ни за рубежом пока нет
По сути, этот путь характеризует существующую, текущую ситуацию с обеспечением пылевзры-возащиты на угольных шахтах России.
Таким образом, необходимо в кратчайшие сроки, объединив усилия научного, экспертного и производственного сообществ, выработать единую стратегию, принять решение по выбору технологических схем обеспечения пылевзрывобезопасности горных выработок и, соответственно, разработать нормативный документ для обеспечения общих требований и правил ведения профилактических мероприятий, методов и способов контроля обеспечения их качества и уровня ответственности за их выполнением.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ Р 54776-2011. Оборудование и средства по предупреждению и локализации взрывов пылевоздушных смесей в угольных шахтах, опасных по газу и пыли. Общие технические требования. Требования безопасности и методы испытаний.
2. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по локализации и предупреждению взрывов пылегазовоздушных смесей в угольных шахтах». Серия 05. Выпуск 25. -М: ЗАО «Научно-технический центр исследования проблем промышленной безопасности»., 2013 - 40 с.
3. Трубицына, Д.А. Исследование интенсивности пылеотложений в угольных шахтах/ Д.А. Трубицына, Д.С. Хлудов, Н.В. Трубицына // Безопасность труда в промышленности. - М.: 2014. № 9 - С. 62-67.
4. Трубицына, Д.А. Исследование дисперсного состава отложившейся пыли углей различной стадии метаморфизма/ Трубицына Д.А., Хлудов Д.С. //Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - 2014. № 1. - С. 13-23.
9
5. Трубицына, Д.А. Результаты шахтных исследований интенсивности пылеотложений по сети горных выработок/ Д.А. Трубицына, А.А. Анисимов, Д.С. Хлудов, С.В. Оленников, Н.В. Трубицына//Вест-ник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2014. - № 1. - С. 68-74.
ENFORCEMENT DUST EXPLOSIONS COAL MINE SAFETY
Trubitsyna N.V., Podobrajin S.N., Ahlestin N.N., Spirin S.V.
The article presents approaches to the organization of pylevzryvobezopasnosti coal mines, requirements for elements of the monitoring system of intensity pyleotlozheny.
Keywords; COAL MINE DUST EXPLOSION PROTECTION, INTENSITY OF COAL DUST DEPOSITS, DUST CONCENTRATION MONITORING SYSTEM.
Трубицына Нэля Вадимовна [email protected]
Подображин Сергей [email protected]
Ахлестин Николай Николаевич [email protected]
Спирин Сергей Владимирович [email protected]
10
