CC BY
12
г
А
В. Е. Александрова // V. Ye. Aleksandrova 1912000(g}mail.ru
аспирант кафедры «Химическая технология и промышленная экология» Самарского государственного технического университета Россия, Самарская область, г. Самара, Молодогвардейская ул., д.244
post-graduate student of the Department of Chemical Technology and Industrial Ecology, Samara State Technical University Russia, Samara region, Samara, Molodogvardeyskaya St., 244
УДК 622.86
РАСЧЕТ РИСКОВ КРУПНОМАСШТАБНОЙ АВАРИИ В УГОЛЬНОЙ ШАХТЕ
RISK CALCULATION OF A LARGE-SCALE ACCIDENT IN A COAL MINE
Рассматриваемая тема актуальна в настоящее время, так как на территории России расположено 23 угольных бассейна и 130 отдельных месторождений, добычу на которых осуществляют 67 угольных шахт. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций смеси метана, кислорода и пыли, взрыв которой вызывает разрушения, что ведет к росту опасности травмирования рабочих. В работе представлен расчет рисков аварии в угольной шахте «Северная» г. Воркута для двух вариантов событий. Первый вариант расчета был проведен на основе произошедшей аварии. Во втором была смоделирована ситуация, в которой понижен нижний концентрационный предел взрываемости угольной пыли в воздухе в 1,5 раза. По полученным результатам можно сделать вывод, что если газоанализаторы были отлажены хотя бы на такую концентрацию, которую рассчитывали во втором варианте, то разрушений и поражений персонала было бы почти в два раза меньше. Существуют много способов снижения взрывоопасности на опасном производственном объекте. Были разработаны несколько способов предотвращения аварий: дегазация угольных шахт, настройка систем контроля безопасности, применение взрывчатых веществ при предупреждении и ликвидации ЧС. Следует отметить, что точно установленный вид аварии, правильно составленный план ликвидации аварий для конкретной шахты и оперативная работа Горноспасательной части может уменьшить количество человеческих жертв, материальный ущерб, загрязнение окружающей среды при ЧС.
The topic under consideration is currently urgent, as there are 23 coal basins and 130 separate deposits on the territory of Russia, which are mined by 67 coal mines. This leads to the formation of explosive concentrations of a methane mixture, oxygen and dust, the explosion of which causes destruction, as well as an increased risk of injury to workers in methane and dust explosions. The paper presents the accident risks calculation at Severnaya coal mine in Vorkuta for two scenarios. The first version of the calculation was carried out on the basis of the accident. In the second, a situation was simulated in which the lower concentration limit of explosiveness of coal dust in air was lowered by 1.5 times. Based on the results obtained, it can be concluded that if the gas analyzers were adjusted to at least the concentration that was calculated in the second variant, then there would be almost two times less damage and injury to personnel. There are many ways to reduce the risk of explosion at a hazardous production facility. For our case, several methods have been developed to prevent accidents: degassing of coal mines, setting up security control systems, the use of explosives in the prevention and elimination of emergencies. It should be noted that a precisely defined type of accident, a correctly drawn up emergency response plan for a particular mine, and the operational work of the Mining Rescue Unit can reduce the number of casualties, material damage, and environmental pollution during emergencies.
Ключевые слова: УГОЛЬНАЯ ШАХТА, РИСКИ, МЕТАН, УГОЛЬНАЯ ПЫЛЬ, ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ
СИТУАЦИЯ.
Key words: COAL MINE, RISKS, METHANE, COAL DUST, EMERGENCY
Большое количество опасностей, возникающих при ведении подземных работ, создают риски появления аварий. Для горных работ характерны повышенная угроза жизни работников и риск развития профессиональных заболеваний.
По статистическим данным с 2010 по 2021 гг. в Российской Федерации на угольных шахтах произошло 177 аварий. Одними из главных причин гибели работников являются взрывы метана и угольной пыли - 34 %; обвалы и обрушения горной массы- 13 %; эксплуатация транспорта - 8 %.
Взрывы метановоздушной смеси и угольной пыли могут происходить при трех обязательных условиях: повышенной концентрации метана, достаточного объема взвешенной или осевшей пылевоздушной смеси, источника воспламенения достаточной мощности.
Процессы проведения подготовительных выработок, бурения, транспортировки и погрузки отбитой массы угля связаны с появлением пыли, оседание ее и накапливания на территории шахт. Это приводит к образованию взрывоопасных концентраций смеси метана, кислорода и пыли, взрыв которой вызывает разрушения.
Также возникновение аварии, связанной со взрывом, возможно при ненадлежащем выполнении пылегазового режима. Одним из главных поражающих факторов при взрыве является воздействие избыточного давления ударной волны. ЧС будет происходить в такой последовательности: появление в атмосфере превышений концентрации метана, угольной пыли взрывоопасной концентрации, появление источника воспламенения, детонация, взрыв пыли, разрушение (повреждение) выработки элементов крепи.
По такому сценарию произошла одна из крупномасштабных аварий в угольной шахте "Северная" 25 февраля 2016 года, г. Воркута, Республика Коми.
Согласно официальной версии причиной аварии стал внезапный выброс метана и два взрыва, повлекшие обрушение породы.
25 февраля 2016 г. в шахте произошли два взрыва, в результате чего шахта частично обрушилась и четыре человека погибли, а двадцать шесть оказались в ловушке. Взрывы, произошедшие на глубине около 780 метров с разни-
цей в час, были вызваны возгоранием метана. Операции по спасению захваченных шахтеров начались незамедлительно, в них приняли участие не менее 500 человек. Этим усилиям мешало удаленное расположение Воркуты за Полярным кругом, наличие метана в шахте, который, как опасались рабочие, мог спровоцировать новый взрыв, и отсутствие связи с шахтерами, оказавшимися в ловушке. [1].
Утром 28 февраля в шахте произошел третий взрыв, предположительно вызванный метаном, который привел к дальнейшему обрушению. Шесть человек, пытаясь добраться до попавших в ловушку горняков, погибли. Были разработаны планы: тушить пожар, лишив его кислорода, либо частично затопить шахту после прекращения спасательных работ. Три дополнительных взрыва произошли в шахте в период с 28 февраля по 1 марта после прекращения спасательных работ, при этом сообщений о пострадавших не поступало [1]. Поскольку шахта теперь считается слишком опасной для входа рабочих, были задействованы специальные роботы, оснащенные камерами, датчиками газа и другими измерительными приборами, чтобы обследовать повреждения и определить, когда в шахту можно безопасно войти снова.
Подземные выработки конвейерного штрека 50-12 и Северного осевого вентиляционного штрека в связи с удаленностью больше подвержены взрывопожароопасным процессам.
Поэтому именно в этих местах необходимо провести оценку количества опасного вещества, участвующего в ЧС. Результаты расчетов массы угольной пыли, участвующей в ЧС и в создании поражающих факторов (табл. 1).
По данным геологов было известно, что форма сечения выработок прямоугольная, при рамном или железобетонном креплении - арочная. [2, р. 132] Сечение участковых штреков равно 16,5 м2, северного осевого конвейерного штрека - 17,6 м2, есть необходимое количество воздуха для проветривания при горных работах.
Далее рассчитаем показатели избыточного давления ударной волны взрыва угольной пыли (табл. 2).
Вывод. При возможном взрыве метано-воздушной смеси и угольной пыли в выработке на отметке +88,0 м произойдет сильное разрушение (50 %-ному) конвейерного штрека 50-
Таблица 1. Расчеты массы угольной пыли (1-й вариант) Table 1. Calculations of coal dust mass (1st option)
Наименование объекта Общий объем, м3 Масса угольной пыли, кг
Конвейерный штрек 50-12 16,5 30,6
Северный осевой вентиляционный штрек 17,6 32,4
12, сильное разрушение шахты - разрушение большей части элементов крепи, разрушение вентиляционных трубопроводов, противопожарных трубопроводов, водоотлива и перемычек. При этом могут сохраняться наиболее прочные элементы крепления, частично борта и кровля выработок и выработки, пройденные в северном поле, а также вышележащие. При сильном разрушении образуется завал [3]. Восстановление возможно с использованием сохранившихся частей и конструктивных элементов. Люди, находящиеся непосредственно в забое тупиковой выработки, погибнут, либо могут получить серьезные травмы.
Попробуем смоделировать ситуацию, в которой понизим нижний концентрационный предел взрываемости угольной пыли в воздухе в 1,5 раза, который будет равен 15 г/м3 (табл. 3).
Далее рассчитаем показатели избыточного давления ударной волны взрыва угольной пыли (табл. 4).
Вывод. При возможном взрыве метано-воздушной смеси и угольной пыли в выработке на отметке +88,0 м произойдут средние повреждения (28 %-ному) конвейерного штрека 50-12 и вентиляционного штрека. Средние разрушения характеризуются разрушением, главным образом, встроенных элементов, трещинами в стенах, обрушением чердачных перекрытий, подвалы сохраняются, завалы не образуются. Требуется капитальный ремонт [3]. Следовательно, если газоанализаторы были отлажены хотя бы на такую концентрацию, то разрушений
и поражений персонала было бы меньше.
Меры для снижения взрывоопасности.
Для соблюдения техники безопасности необходимо пользоваться рекомендациями главы 13 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». Первый шаг к обеспечению безопасной работы - это строгое соблюдение технологии производства всеми сотрудниками.
Дегазация угольной шахты. Для предотвращения аварий проводится дегазация угольных шахт: природные газы удаляются из массива угля вакуумными насосами и выводятся на поверхность. При этом за состоянием воздуха в шахте следят многочисленные газоанализаторы, совмещенные с системами оповещения и защиты. Если уровень метана в воздухе превысит допустимые пределы, сигнализация сработает и персонал будет эвакуирован.
Настройка систем контроля безопасности. Согласно документу «Правила безопасности в угольных шахтах», действующему на территории России, на угледобывающих предприятиях должны применяться многофункциональные системы безопасности.
Еще одним из современных способов борьбы со взрывами является применение ВВ при предупреждении и ликвидации ЧС на угольных шахтах. В большинстве угольных шахт выделяется метан, который с воздухом образует взрывчатую смесь. Метан воспламеняется не сразу при появлении источника высокой тем-
Таблица 2. Показатели избыточного давления (1-й вариант) Table 2. Indicators of overpressure (1st option)
Наименование объекта Общий объем, м3 Масса угольной пыли, кг Избыточное давление ударной волны, кПа Объем разрушений, м
Конвейерный штрек 50-12 16,5 30,6 42,3 200
Северный осевой вентиляционный штрек 17,6 32,4 41,9 0
Таблица 3. Расчеты массы угольной пыли (2-й вариант) Table 3. Calculations of coal dust mass (2nd option)
Наименование объекта Общий объем, м3 Масса угольной пыли, кг
Конвейерный штрек 50-12 16,5 19,8
Северный осевой вентиляционный штрек 17,6 21,1
Таблица 4. Показатели избыточного давления (2-й вариант) Table 4. Indicators of overpressure (2nd option)
Наименование объекта Общий объем, м3 Масса угольной пыли, кг Избыточное давление ударной волны, кПа
Конвейерный штрек 50-12 16,5 19,8 27,4
Северный осевой вентиляционный штрек 17,6 21,1 27,1
пературы, а с некоторым запозданием (период индукции). Для соблюдения этого условия при взрывных работах в шахтах, опасных по газу и угольной пыли, созданы предохранительные ВВ с температурой взрыва 1200-2800°С и высокой скоростью.
В настоящее время изготавливают специальные патроны СП-1 с зарядом угленита Э-6 массой 185 г. Для возбуждения взрыва заряда необходимо создать начальный импульс, затратив определенное количество энергии извне. Начальный импульс можно создать огневым, электрическим способом инициирования и инициированием с помощью детонирующего шнура.
Основная задача при создании современных предохранительных ВВ состоит в том, чтобы обеспечить наиболее высокие энергетические характеристики, тем самым повысить эффективность работ при добыче пород и угля [4].
Таким образом, многократное превышение уровня допустимого индивидуального риска наряду с катастрофическими социальными и экономическими последствиями свидетельствует о высокой актуальности задач по минимизации профессионального риска травмирования персонала угольных шахт при взрывах метана и пыли.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воркутинская шахта катастрофа: [сайт]. - 2016. - URL: https://www.hmong.press/wiki/Vorkuta_mine_disaster (дата обращения: 05.09.2022). - Текст : электронный.
2. Безопасность при взрывных работах: сборник документов / кол. авт. Вып. 1. Серия 13. - 2-е изд. - М.: Федеральное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзо-ра России», 2007.
3. Технология и безопасность взрывных работ, Учебное пособие, Кирюшина Е.В., Вокин В.Н., Кадеров М.Ю., 2018.
4. Основные свойства взрывчатых материалов: [сайт]. - 2016. - URL: http://dnop.kiev.ua/2014/08/osnovnye-svojstva-vzryvchatyx-materialov/ (дата обращения: 05.09.2022). - Текст : электронный.
REFERENCES
1. Vorkuta mine disaster: [website]. - 2016. - URL: https://www.hmong.press/wiki/Vorkuta_mine_disaster (accessed: 05.09.2022). - Text : electronic
2. Safety during blasting operations: collection of documents / Col. auth. Issue 1. Series 13. - 2nd ed. - Moscow: Federal Unitary Enterprise "Scientific and Technical Center for Industrial Safety of Gosgortehnadzor of Russia", 2007.
3. Technology and safety of blasting operations, Textbook, Kiryushina E.V., Fokin V.N., Kaderov M.Yu., 2018.
4. The main properties of explosive materials: [website], -2016. - URL: http://dnop.kiev.ua/2014/08/osnovnye-svojstva-vzryvchatyx-materialov / (accessed: 05.09.2022). - Text : electronic.
32
научно-технический журнал №4-2022
ВЕСТНИК
