CC BY
40
© Г.В. Овчаренко, Л.В. Пихконсн, 2015
УДК 622.273.212
Г.В. Овчаренко, Л.В. Пихконен
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СПОСОБОВ ИЗОЛЯЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
Представлена статистика аварий на подземных объектах, предложены способы изоляции подземных участков возгорания на угольных шахтах с использованием мягких оболочек. Ключевые слова: подземные пожары, способы изоляции, мягкие оболочки.
В 2012 г. подразделениями ВГСЧ МЧС России на обслуживаемых объектах ликвидировано 29 аварий, в том числе: подземных пожаров - 9, пожаров на поверхности обслуживаемых объектов - 6, взрывов и вспышек метана - 4, обрушений горной массы - 4, прочих аварий - 6. Информация об авариях, происшедших в организациях, обслуживаемых ВГСЧ МЧС России, за 2011 - 2012 гг. представлена в табл. 1. [1].
Таблица 1
Вил аварии 2011г. 2012 г.
Подземные пожары, в том числе 11 9
экзогенные 2 6
эндогенные 9 3
Пожары на поверхности 9 35
Взрывы 5 56
Обрушения горных пород 8 17
Прочие аварии 5 112
Итого 49 238
• Внушение правил безопасности
■ Несоблюдение требований д{ясгвук>щих нормативных документов
□ Нарушение правил, инструкций по эксплуатации горно-шатгаого оборудования, правил устройства и эксплуатации элжтрооборудования
• Недостаточный уровень производственного контроля соблюдения требований промышленной "безопасности со стороны инженерно-технических работников
■ Недостаточный контроль за эндогенной пожароопасносгью угольных шахт
Рис. 1. Распределение количества пожаров по причинам их возникновения
На угольных предприятиях в 2012 г. зарегистрировано 19 действующих, изолированных взрывоустойчивыми перемычками, пожаров (в 2011г. было зарегистрировано 20 действующих пожаров). Мероприятия по тушению, изоляции и мониторингу действующих пожаров являются важным фактором повышения безопасности и ведения эффективности аварийно-спасательных работ в подземных условиях.
Основными предпосылками возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС), связанных с возникновением подземных пожаров, являлись: высокая эксплуатационная нагрузка на технические устройства, используемые в технологическом процессе, высокий уровень износа основных и производственных фондов и систем защиты, нарушение технологической дисциплины при разработке пластов угля, склонных к самовозгоранию, сложные горно-геологические условия при добыче полезных ископаемых, выраженные тектоническими нарушениями, недостаточный контроль за ранними стадиями возникновения эндогенных пожаров.
Анализ аварийностипоказывает, что в настоящее время тушение пожаров в горных выработках является до сих пор не
решённой проблемой горноспасательного дела. Несмотря на множество разработанных способов тушения пожаров от выбора решения по применению того или иного способа тушения зависит результативность ликвидационных мероприятий по устранению чрезвычайной ситуации.
В статье рассматривается один из пассивных способов тушения пожара, который сводится к прекращению доступа воздуха к очагу горения вследствие изоляции участка перемычками, возводимыми в горных выработках. Его применяют при невозможности потушитьпожар активным способом: путем непосредственного или дистанционного воздействия на очаг огнетушащими веществами (водой, пеной, инертными материалами и пр.) или когда очаг пожара недоступен и возможно взрывоопасное скопление метана и попадание его к очагам горения.
При возведении изолирующих перемычек необходимо обеспечить меры, снижающие вероятность травматизма, путём применения специальных конструкций, устройств и технических средств, сокращающих время пребывания горноспасателей в условиях повышенной опасности. Одним из перспективных направлений по изоляции очагов горения являются легко транспортируемые и быстровозводимые опалубки, которые можно было бы сравнительно просто адаптировать к различным профилям поперечного сечения горных выработок.
В этой связи разработка способовбыстрой изоляции выработок с участками возгорания является актуальной научно-технической задачей безопасного ведения горноспасательных работ.
Изоляция пожарных участков, проветриваемых за счёт общешахтной депрессии, заключается в сооружении различного вида перемычек во всех примыкающих к нему выработках. Пассивный способ тушения пожаров изоляцией следует считать эффективным, если в изолированном пространстве в районе горения будет достигнуто содержание кислорода воздуха, при котором прекращается горение горючих материалов (для угля 2%).
Многообразие условий добычи полезных ископаемых подземным способом обусловило применение перемычек разнообразных типов и конструкций. Для возведения пере-
мычек в горных выработках применяются, главным образом, дерево, природные камни, кирпич, бетон, железобетон и металлы; в качестве покрытий, вяжущих материалов и заполнителей — глина, известь, гипс, цемент, песок, щебень и бутовый камень.
Тип и конструкция изоляционных сооружений определяются оперативным планом ликвидации аварии. Несмотря на многообразие конструкций шахтных перемычек общими для всех видов перемычек являются следующие требования:
— устойчивость перемычек против горного давления, размыва водами и разрушающего действия агрессивной шахтной среды (кислотные воды, влажный воздух и др.);
— устойчивость от динамических воздействий;
— экономичность при возведении и эксплуатации перемычек (долговечность для перемычек постоянного типа, минимальная трудоемкость возведения, минимальная первоначальная стоимость и небольшая стоимость поддержания перемычек в период их эксплуатации);
— минимальная скорость возведения перемычек.
Последнее требование является особенно важным в условиях ЧС, а при аварийных условиях первостепенным. Вышеуказанным требованиям в большой степени удовлетворяют конструкции из мягких оболочек.
Перемычки из мягких оболочек могут быть использованы для регулирования вентиляционных потоков, изоляции выработок от газов, воды и пожаров, удержания закладочных и заиловочных материалов, а также для предупреждения разрушающего действия взрывной волны. Кроме того, такие перемычки компактны и удобны для транспортировки в контейнерах практически на любых видах подземного транспорта.
Все перемычки из мягких оболочек можно разделить по конструктивным признакам на две группы [2].
К первой группе относятся конструкции, включающие жёсткое щитовое (каркасное) перекрытие по основному сечению выработки, которое фиксируется затем мягкими оболочками, контактирующими с одной стороны со стенками выработки, а с другой — со щитовым перекрытием.
Ко второй группе относятся перемычки, основным элементом которых являются мягкие оболочки, заполняющие
все сечение выработки. Устойчивость таких конструкций обеспечивается с помощью стропов, которые соединены с якорями или с канатами, расположенными в поперечном сечении выработки и закреплёнными за анкера. Для дополнительной устойчивости создаётся рифление поверхности мягких оболочек.
К этой же группе следует отнести взрывоустойчивые перемычки — мягкие оболочки, перекрывающие все сечение выработки и заполняемые, затем, твердеющей смесью.
Почти во всех перемычках этой группы сечение выработки перекрывается традиционным щитом, а мягкие оболочки служат для герметизации выработки и фиксации щита в определенном положении.
Одна из таких конструкций [3] мягкой изолирующей перемычки, относящейся ко второй конструктивной группе, представлена на рис. 2.
Перемычка состоит из соединённых между собой надувных баллонов 1 из эластичногоматериала (рис. 2) [3]. Баллоны 1 выполнены в виде прямоугольных призм с трапецеидальным основанием (рис. 2 а, б). Баллоны 1 со стороны действия нагрузки через один имеют прорезиненные фартуки 2. Расположены они на боковой поверхности призмы, ограниченной стороной меньшего основания трапеции и высотой призмы. Площадь каждого фартука 2 равна боковой поверхности призмы, ограниченной стороной большего основания трапеции и высотой призмы. Баллоны 1 укладываются на почву выработки 4 рядами, при этом все воздухоподаю-щие клапаны 3 должны располагаться со стороны, противоположной действию нагрузки (рис. 2, в). Заполнение баллонов 1 производится поочередно после укладки каждого ряда. При укладке сначала укладываются баллоны 1 без фартука (рис. 2 а), а затем баллоны — с фартуком (рис. 2 б). Таким образом, баллоны 1 устанавливаются клин в клин.
Для повышения устойчивости перемычки по сечению выработки на каждом ряду располагают канаты, закрепленные к анкерам, которые в свою очередь расположены в боках выработки.
Недостатком рассмотренных конструкций второй группы является необходимость выполнения дополнительных горных работ; бурения шпуров под анкера, установки якорей, строп и канатов.
Рис. 2. Перемычка из мягких оболочек для перекрытия горных выработок: а — форма баллона без фартука; б — форма баллона с фартуком; в-схема расположения баллонов в сечении выработки
Авторами[4] разработан способ возведения закладочной перемычки (рис. 3).
Способ возведения закладочной перемычки включает создание породного вала путем выкладки по ширине и высоте закладочной выработки крупных кусков породы 1, на которые насыпается слой более мелкой породы или песка 2 с пропуском дренажной трубы 3 через породный вал. На породный вал, высота которого меньше высоты выработки Н, устанавливают пневмобаллоны 4, которые распирают между породным валом и кровлей выработки путём подачи в пневмобаллоны 4 сжатого воздуха с распором больше предельной величины, при снижении которой происходит выдавливание пневмобаллонов 4 закладочным материалом 5 в сторону незакладываемой части выработки. Расстояние между породным валом и кровлей выработки определяют расчётным путём с учётом минимальной высотыпневмобаллона 4 в сложенном состоянии до подачи в него сжатого воздуха; Ьб — расстояние между породным валом и кровлей выработки.
Рис. 3. Способ возведения пермычки с заполнением выработки твердеющей смесью
О целесообразности применения воздушных подушек в качестве закладочных перегородок отмечают многие авторы [5, 6, 7, 8].
Изучение конфигурации и состояния горных выработок, в которых предусматривается установка мягких перемычек, а также проведенный анализ лабораторных и натурных испытаний применения их в горной промышленности позволили сформулировать технические требования к ним, которые можно положить в основу проектного задания для разработки новых конструкций перемычек [2]:
1. Перемычка должна состоять из отдельных элементов и включать мягкие оболочки, заполненные рабочей средой.
2. Необходимо, чтобы конструкция оболочек и других составных частей перемычки обеспечивала быстрый ее монтаж и демонтаж, а также возможность применения в выработках любой конфигурации сечением до 12 м2 и более.
3. Элементы перемычки должны использоваться многократно, быть удобными для переноски и иметь массу не более 40 кг.
4. В перемычках обязательно предусматриваются устройства, позволяющие сохранить рабочее давление в оболочках при незначительных утечках воздуха в пневмосистеме.
5. Мягкие оболочки должны обеспечивать герметизацию выработки, имеющей неровный контур до 100 мм, без предва-
рительной подготовки, при минимальном давлении сжатого воздуха 0,2 МПа.
6. Перемычка должна выдерживать статический напор жидкой твердеющей закладки высотой 10 м (от почвы выработки).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Государственный доклад о состоянии защиты населения и территорий российской федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2012 году. Москва, 2013.
2. Рахутин В. С. Пневматические конструкции в горном деле. Киев-Донецк, «Вища школа». 1983, 152 с.
3. Некрасовский Я.Э., Овчаренко Г.В., Борисов A.A. Перемычка для перекрытия горных выработок. A.C. 138291 кл. E21F15/02, Б.И. 1988, № 11.
4. Зубов В.П., Овчаренко Г. В. Способ возведения закладочной перемычки, патент 2382883
5. Дергунов А.Ё. Целесообразность применения пневматических конструкций на рудниках Талнахского месторождения. Горный журнал. 1976, № 3, с. 59-60.
6. Брайнер Г., Дрекер Р. Применение воздушных подушек в качестве полков и закладочных перегородок // Глюкауф, 1966, № 4, с.32-34.
7. Милетин Л.В., Кравченко В. Т. Карпов А. Т., Муравель М.О. Промышленные испытания способов изоляции выработок от закладки. - в кн. Добыча и переработка руд цветных металлов. Межвузовский сб. Норильск: Норильский индустр. ин-т, 1979, с. 35-40.
8. Рахутин В.С., Русских В. В. Пневматическая перемычка для систем разработки рудных месторождений с закладкой выработанного пространства. Горный информационно-аналитический бюллетень. (Московский государственный горный университет), 2003, № 2. ir.'j=i
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Овчаренко Г. В. — кандидат технических наук, профессор, [email protected],
Пихконен Л.В. — кандидат технических наук, заведующий кафедрой горноспасательного дела и взрывобезопасности, [email protected], Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России.
UDC 622.273.212
PROMISING DIRECTIONS WAYS INSULATION OF UNDERGROUND WORKINGS IN EXTINGUISHING FIRES IN COAL MINES
Ovcharenko G. V., candidate of technical Sciences, Professor, [email protected] St. Petersburg University of state fire service of EMERCOM of Russia,
Pikhkonen L.V., candidate of technical Sciences, head of the Department rescuers-tion of the case and explosion, [email protected] St. Petersburg University of state fire service of EMERCOM of Russia, Russia.
In the memoir presents the statistics of accidents in underground facilities, methods of isolation of underground fire stations in coal minesusing soft shells. Key words: underground fire,isolation methods, softshells.
REFERENCES
1. Gosudarstvennyj doklad o sostojanii zashhity naselenija i territorij rossijskoj federacii ot chrezvychajnyh situacij prirodnogo i tehnogennogo haraktera v 2012 godu. Moskva,
2. Rahutin V.S. Pnevmaticheskie konstrukcii vgornom dele (Pneumatic design in mining). Kiev-Doneck, «Vishha shkola». 1983, 152 p.
3. Nekrasovskij Ja.Je., Ovcharenko G.V., Borisov A.A. Peremychka dlja perekrytija gornyh vyrabotok (Jumper overlapping mining). A.S. 138291 kl. E21F15/02, B.I. 1988, No 11.
4. Zubov V.P., Ovcharenko G. V. Sposob vozvedenija zakladochnoj peremychki (Method of filling jumpers), patent 2382883
5. Dergunov A.L. Celesoobraznost' primenenija pnevmaticheskih konst-rukcij na rud-nikah Talnahskogo mestorozhdenija. Gornyj zhurnal. 1976, № 3, s. 59-60.
6. Brajner G., Dreker R. Primenenie vozdushnyh podushek v kachestve polkov i zak-ladochnyh peregorodok (Application airbags as regiments and stowing partitions) // Glju-kauf, 1966, No 4, pp.32-34.
7. Miletin L.V., Kravchenko V.T. Karpov A.T., Muravel' M.O. Promyshlennye ispy-tanija sposobov izoljacii vyrabotok ot zakladki (Industrial testing methods workings isolation from bookmarks). V kn. Dobycha i pererabotka rud cvetnyh metallov. Mezhvuzovskij sb. Norilsk: Noril'skij industr. in-t, 1979, pp. 35-40.
8. Rahutin V.S., Russkih V.V. Pnevmaticheskaja peremychka dlja sistem razrabotki rudnyh mestorozhdenij s zakladkoj vyrabotannogo prostranstva (Air bridge for systems development of the ore deposits goaf). Gornyj informacionno-analiticheskij bjulleten'. (Mosk-ovskij gosu-darstvennyj gornyj universitet), 2003, No 2.
2013.
