CC BY
22
| А.С. Голик // A.S. Golik
д-р техн. наук, проф., академик АГН, МАНЭБ, заслуженный деятель науки, научный консультант АО «НЦ ВостНИИ», 650002, Россия, г. Кемерово, ул. Институтская, 2 doctor of technical sciences, professor, academician of AGN, MANEB, honoured science worker, scientific consultant of AO "ScC VostNII", 2, Institutskaia St., Kemerovo, 650002, Russia
| С.В. Новоселов // S. V. Novoselov
канд. экон. наук, доцент, академик МАНЭБ, ведущий научный сотрудник АО «НИИГД», 650002, Россия, г. Кемерово, пр-т Шахтеров ,14 candidate of economic sciences, academician of MANEB, leading researcher of of AO "NIIGD", 14, Shakhterov Av., Kemerovo, 650002, Russia
fife ААШ(у
ÉIÉ
| А.С. Ярош // A.S. Yarosh rosniigdbuh@mail.ru
канд. техн. наук, академик МАНЭБ, генеральный директор АО «НИИГД», 650002, Россия, г. Кемерово, пр-т Шахтеров, 14
candidate of technical sciences, academician of MANEB, general director of AO "NIIGD", 14, Shakhterov Av., Kemerovo, 650002, Russia
I В.Б. Попов // V.B. Popov
д-р техн. наук, проф., академик МАНЭБ, научный консультант АО «НЦ ВостНИИ», 650002, Россия, г. Кемерово, ул. Институтская, 2 doctor of technical sciences, professor, academician of MANEB, scientific consultant of AO "ScC VostNII", 2, Institutskaia St., Kemerovo, 650002, Russia
УДК 614.8:622:658.3
СИСТЕМА ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ
РАБОТНИКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ПРИ ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ, ОСЛОЖНЕННЫХ ВЗРЫВАМИ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ COAL MINE WORKERS LIFE SUPPORT SYSTEM IN CASES OF UNDERGROUND FIRES COMPLICATED BY METHANE-AIR MIXTURE EXPLOSIONS CONTROL AND FIGHTING
В статье раскрыты основные положения системы жизнеобеспечения работников угольных шахт при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси. Приведена классификация основных способов по тушению пожаров: активные, пассивные, комбинированные и инновационные способы тушения пожаров. Основная идея концепции - оснащение ВГСЧ современной мобильной многофункциональной техникой и тренировка персонала - в целом определяет превентивную политику.
The article describes the main provisions of coal mine workers life support system at control and fighting the underground fires complicated by methane-air mixture explosions. The classification of the main ways to extinguish fires: active methods of extinguishing fires, passive methods of extinguishing fires, combined methods of extinguishing fires, innovative ones. The main idea of the concept is equipping VGSCH (Mine Rescue Unit) with modern mobile multifunctional equipment and personnel training, which generally determines the preventive policy.
Ключевые слова: АВАРИЯ, СИСТЕМА ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ, «ЗОЛОТОЙ ЧАС», ОПЕРАТИВНОСТЬ, ЛОКАЛИЗАЦИЯ, ЛИКВИДАЦИЯ, МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНОСПАСАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС Key words: ACCIDENT, LIFE SUPPORT SYSTEM, "GOLDEN HOUR", EFFICIENCY, CONTROL, FIGHTING, MULTIFUNCTIONAL MINE RESCUE COMPLEX
Современные тенденции развития угольной промышленности России определяются радикальным увеличением нагрузки на очистные забои, где рекордсмены добывают более 50000 т/сутки, что в свою очередь, требует адекватного развития системы безопасности. Добыча ведется и на шахтах III категории, и сверхкатегорийных с от-
носительной метанообильностью соответственно более 10 м3/т и 15 м3/т, поэтому априори попадающих в категорию опасных шахт по взрыву метана и угольной пыли, что определено ПБ [1, С. 91].
При несложных расчетах, по техническим характеристикам скорости подачи комбайна 30 м/мин (естьи выше), мощности пласта 5 м и
ширине захвата 1 м - будем иметьдаже при коэффициенте газоотдачи пласта к = 0,2, порядка 450 м3 метана в минуту, а количество воздуха в очистной забой за минуту при максимальных сечениях лавы и скорости воздуха, составит произведение: 12м2 ■ 4 м/с ■ 60 с = 2880 м3/мин, следовательно, при ориентировочном объемном расчете метаноздушной смеси получаем соотношение 1:6,4 или концентрацию СН4 в 13,5 %.
Это, конечно, укрупненный расчет, но даже при любых допущениях данное настораживает, т.к. коэффициент естественной дегазации массива угля очистной выработки в первые полчаса может достигать кед - 0,7 и более, согласно графика [2, С. 291].
Расчеты варьирования концентрации метана в очистном забое при различных скоростях очистного комбайна, метанообильности и коэффициента десорбции метана приведены в [3, С. 33], при этом массовая доля метана в смеси и концентрация метана может быть снижена до нормальных условий работы, только при использовании предварительной дегазации с коэффициентом дегазации кдег > 0,5, при этом расчетная массовая доля метана в смеси снижается в 4 раза, в корреляции с объемной концентрацией метана, которая с диапазона 1,5 - 9,9%, уходит в диапазон 0,4-2,7%, резко снижая вероятность наступления взрыва метана.
Статистика смертельного травматизма, взрывов метана на основе данных, приведенных [4] (см. табл. 1), позволяет сделать вывод: 1 взрыв - в 1,5 года, с максимальным периодом в 3 года между авариями, происходит 1 взрыв метановоздушной смеси (МВС). Однако мы уточняем, что аварии, связанные со взрывами метана, как определил Бабенко А.Г. 4], имеют причину - взрыв, а точнее - совпадение двух причин (факторов), приводящих к взрыву метана: взрывоопасной концентрации 4-14% и температуры 650-750 °С.
При анализе данных отчетов о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору [6], [7], [8 (см. табл. 2) по динамике общего количества взрывов и вспышек метана за период 2003-2017гг., по методу наименьших квадратов, уравнение линейного тренда (1) получены закономерности: количества произошедших взрывов (2), развития добычи (3), удельного показателя смертельного травматизма (4).
Yt = а + Ь I, (1)
t - условное обозначение периодов ; п - количество лет в динамическом ряде. Коэффициенты а и Ь определяются по вы-
ражениям:
Yat = 11,86 - 2,5t УД1 = 326,67 + 0,102t YTt = 0,24 - 0,03t
(2)
(3)
(4)
В целом (2), (3), (4) характеризуют положительное развитие угольной отрасли России: аварийность снижается на 2,5 аварии в год, смертельный травматизм на 0,03 чел/млн т в год, а добыча растет на 100000 тонн в год.
Однако математическими методами спрогнозировать точное количество аварий (продляя линейный тренд) , а тем более время наступление аварии невозможно (иррациональный прогноз и высокая неопределенность), хотя вероятность (риски), безусловно, надо рассчитывать для ранжирования наиболее опасных объектов. Такие расчеты раскрывают превентивно меру опасности в процессе добычи.
На шахтах России функционируют новейшие многофункциональные системы безопасности: это системы «Радиус-2», РадиуСкан (ЗАО НВИЦ «Радиус», Красноярск), СУБР-1П (ООО «Ингортех», Екатеринбург), система PED (ООО «НПФ «Комплексные автоматизированные системы» («КАС», IAS), дистрибьютор Mine Site Technologies, Австралия) , «Талнах» (Компания «Информационная Индустрия»), МСА 1000 (MineCom, в составе PBE Group) и FLEXCOM (MRS (Mine Radio Systems), в составе PBE Group), «МИКОН» (аэрогазовый контроль); ООО НПФ «ГРАНЧ» - система ГОРНАСС (SBGPS) и др.
Пока никакие системы безопасности на 100% не могут гарантировать исключения аварии. Шахта - это опасное производство, и в ней присутствуют факторы неопределенности и риска, человеческий фактор, теория надежности машин и механизмов, наработка на отказ электрооборудования, усталость металла и т.д., которые никто отменить «приказом» не может, поэтому при определенном стечении неблагоприятных факторов-инициаторов аварии происходят.
Тогда, в первую очередь, требуются ВГСЧ, МЧС, пожарные, медики и другие органы государственных служб, обеспечивающие жизнеобеспечение работников угольных шахт при локализации и ликвидации аварий.
Самое проблематичное в данных ситуациях - это жизнеобеспечение работников уголь-
Таблица1. Характеристика взрывов метана на угольных шахтах в России за период 1992-2016гг. Tablel. Methane explosion characteristics in coal mines in Russia for the period of 1992-2016.
Дата Шахта Причина взрыва Смертельный травматизм, чел
01.12.1992 Шевякова Взрыв МВС 25
04.09.1995 Первомайская Выброс метана 15
22.08.1997 Шахта №12 Выброс метана 5
2.12.1997 Зыряновская Взрыв МВС 67
21.03.2000 Комсомолец Взрыв МВС 12
16.06.2003 Зиминка Взрыв МВС 12
10.01.2004 Сибирская Взрыв МВС и последующий экзогенный пожар 6
16.04.2004 Тайжина Взрыв МВС 47
28.10.2004 Листвяжная Взрыв МВС 13
09.02.2005 Есаульская Взрыв МВС 25
19.03.2007 Ульяновская Взрыв ПМВС 110
24.05.2007 Юбилейная Взрыв МВС 39
8-9.05.2010 Распадская Взрыв МВС 91
20.01.2013 Шахта №7 Взрыв МВС 8
25-29.02.2016 Северная Взрыв МВС и последующий пожар 36
Таблица 2. Динамика общего количества взрывов и вспышек метана (Yai) за период времени (ti) 2003-2017гг. Table 2. Methane explosions and flares total number dynamics (Yai) over 2003-2017 period of time (ti)
Год (n) Кол-во аварий, Yai Добыча угля, Ydi млн т Удельный травматизм, Ymi чеп./мпн т Период, ti Yiti ti*2
2003 7 270,3 0,37 -7 -49 49
2004 9 284,5 0,52 -6 -54 36
2005 8 300,2 0,36 -5 -40 25
2006 23 214,1 0,23 -4 -92 16
2007 21 316,0 0,73 -3 -63 9
2008 12 319,47 0,16 -2 -24 4
2009 9 301,79 0,15 -1 -9 1
2010 22 323,16 0,41 0 0 0
2011 13 337,4 0,13 1 13 1
2012 16 355,2 0,10 2 32 4
2013 11 352,01 0,17 3 33 9
2014 8 358,2 0,07 4 32 16
2015 8 373,4 0,05 5 40 25
2016 8 385,4 0,14 6 48 36
2017 3 408,9 0,044 7 21 49
115 178 0 -112 280
ных шахт при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами МВС, или взрывов МВС, осложненных пожарами.
Организованность служб в послеаварий-ный момент времени особенно важна. Это время у горноспасателей называется «золотым ча-
сом», и, как отмечалось в [5], пока превышает время «золотого часа». Сразу извечный вопрос: что делать? Ответ логичен: сокращать время. Но как? Поэтому в настоящее время специалистами АО «НИИГД», Региональным Сибирским отделением МАНЭБ, ФГКУ ДПО «Националь-
ный аэромобильный спасательный учебно-тренировочный центр подготовки горноспасателей и шахтеров» МЧС России, ООО «Сибэлектро» реально ведутся работы по созданию спасательной техники.
Авторами предлагается концепция системы жизнеобеспечения работников угольных шахт в аспекте локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси или взрывов МВС, осложненных пожарами (рис. 1).
Эффективность взаимодействия в системе жизнеобеспечения работников угольных шахт в аварийной ситуации, при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси, в первую очередь определяется оперативностью и правильностью действий горного диспетчера и его связи с ВГСЧ. В принципе, в системной концепции нет ненужных элементов, важна опера-
тивность и четкое выполнение задач от горного диспетчера до 4-го респираторщика в отделении горноспасателей при движении к месту аварии.
Концепция системы жизнеобеспечения работников угольных шахт при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси (см. рис.1), разработанная в АО «НИИГД» г.Кемерово, позволяет при внедрении проектов [9] и других разработок, проведенных в институте в практику, максимально снизить человеческие жертвы и материальный ущерб.
Как уже отмечалось [1С , АО НИИГД ближе всех приблизилась к практической реализации проекта мобильного многофункционального горноспасательного комплекса с элементами роботизации для ликвидации последствий аварий в горных выработках шахт и рудников.
Кроме того, АО НИИГД проводится технико-экономическое обоснование данных про-
Рисунок 1 - Взаимодействие в системе жизнеобеспечения работников угольных шахт при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси (концепция АО «НИИГД», г. Кемерово) Figure 1 - Interaction in the life support system for coal mine workers at control and fighting of underground fires, complicated by methane-air explosions (concept of AO "NIIGD", Kemerovo)
ектов, предварительные результаты которых доказывают их уникальность, экономичность и конкурентоспособность по сравнению с мировыми аналогами.
Следовательно, только инновационное оснащение ВГСЧ позволит реализовать Единую
систему спасения шахтеров и один из ее важнейших элементов «Систему жизнеобеспечения работников угольных шахт при локализации и ликвидации подземных пожаров, осложненных взрывами метановоздушной смеси», в целях минимизации человеческих жертв и материального ущерба.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ 05-618-03). Серия 05. Выпуск 11 / Колл. авт. М.: Федеральное государственное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности», 2005. 296с.
2. Подготовка и разработка высокогазоносных угольных пластов: Справочное пособие / Артемьев В.Б. [и др.]. Под общ. ред. А.Д. Рубана, М.ИМ. Щадова. М.: Изд-во «Горная книга», 2010. 500 с.
3. Новоселов С.В., Панихидников С.А. Основной путь ликвидации взрывов метана в высоконагруженных забоях угольных шахт, опасных по газу, - предупреждение создания взрывоопасной метановоздушной смеси // Уголь. 2018. № 4. С. 31-35.
4. Бабенко А.Г. Теоретическое обоснование и методология повышения уровня охраны труда в угольных шахтах на основе риск-ориентированного подхода и многофункциональных систем безопасности: Дисс. доктр. техн. наук. Екатеринбург, 2018.-259с.
5. Концепция единой системы спасения шахтеров при авариях и катастрофах в шахтах / Голик А.С. [и др.] // Пожарная и промышленная безопасность. Научно-технический журнал. 2018. № 2. С. 28-33.
6. Отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2004 г Режим доступа : http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/
7. Отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2008 г Режим доступа : http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/
8. Отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2017 г Режим доступа : http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/
9. Пат. RU 112270 U1 Российская федерация. Устройство для ликвидации завалов в шахте при спасении людей, застигнутых аварией / Бунин В.И. зарегистрировано 16.05.2011.
10. Ярош А.С., Малахов Ю.И. Бунин В.И. Обоснование разработки мобильного многофункционального горноспасательного комплекса с элементами роботизации для ликвидации последствий аварий в горных выработках шахт и рудников // Вестник научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2017. № 3. С. 46-50.
REFERENCES
1. Pravila bezopasnosti v ugolnykh shakhtakh (PB 05-618-03). Seriya 05. Vypusk 11 [Safety rules in coal mines (PB 05618-03).]. Moscow: Nauchno-tekhnicheskii tsentr po bezopasnosti v promyshlennosti - Scientific and technical center for safety in industry, Episode 05.Issue 11 (2005) [in Russian].
2. Artemyev, V. B., Zaburdyaev, V. S., Zakharov, V.N., Loginov, A.K., & Utaev, Ye.P. (2010). Podgotovka i razrabotka vysokogazonosnykh ugolnykh plastov: Spravochnoie posobie [Preparation and development of high gas containing coal seams: a reference guide]. Moscow: Gornaia kniga [in Russian].
3. Novoselov, S. V., & Panchenkov, S.A. (2018). Osnovnoj put likvidatsii vzryvov metana v vysokonagruzhennykh zaboiakh ugolnykh shakht, opasnykh po gazu, - preduprezhdenie sozdaniia vzryvoopasnoi metanovozdushnoi smesi [The main way to avoid methane explosions in high productive coal mine faces, dangerous for gas is to prevent hazardous concentration of methane-air mixture]. Coal - Ugol, 4, 31-35 [in Russian].
4. Babenko, A.G. (2018). Teoreticheskoe obosnovanie i metodologiia povysheniia urovnia okhrany truda v ugolnykh shakhtakh na osnove risk-orientirovannogo podkhoda i mnogofunktsionalnykh sistem bezopasnosti [Theoretical substantiation and methodology of increasing the level of labor protection in coal mines on the basis of risk-oriented approach and multifunctional safety systems]. Doctor's. thesis. Ekaterinburg [in Russian].
5. Golik, A.S., Yarosh, A.S., Mullov, A.B., et al. (2018). Kontseptsiia edinoi sistemy spaseniia shakhterov pri avariiakh i katastrofakh v shakhtakh [The concept of a unified system of miners' rescue in the event of accidents in mines]. Pozharnaia i promyshlennaia bezopasnost - Fire and industrial safety, 2, 28-33 [in Russian].
6. Otchet o deiatelnosti Federalnoi sluzhby po ehkologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru v 2004 g. [Report on the activities of the Federal service for environmental, technological and nuclear supervision in 2004]. Retrieved from: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/ [in Russian].
7. Otchet o deiatelnosti Federalnoi sluzhby po ehkologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru v 2008 g. [Report on the activities of the Federal service for environmental, technological and nuclear supervision in 2008]. Retrieved from: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/ [in Russian].
8. Otchet o deiatelnosti Federalnoi sluzhby po ehkologicheskomu, tekhnologicheskomu i atomnomu nadzoru v 2017 g. Report on the activities of the Federal service for environmental , technological and nuclear supervision in 2017]. Retrieved from: http://www.gosnadzor.ru/public/annual_reports/ [in Russian].
9. Bunin, V. I. Ustroistvo dlia likvidatsii zavalov v shakhte pri spasenii liudei, zastignutykh avariei [A device for eliminating blockages in a mine during the rescue of people caught by an accident].Patent RFno. RU 112270 U1,2011 [in Russian].
10. Yarosh, A. S., Malakhov, Yu.I. & Bunin, V. I. (2017). [Mobile rescue multifunctional complex with robotic elements for accidents' consequences elimination in mines development substantiation. Vestniknauchnogo tsentra po bezopasnosti rabot v ugolnoi promyshlennosti - Herald of Safety in Mining Industry Scientific Center, 3, 46-50 [in Russian]..
