CC BY
20
| Е.Б. Гридина // E.B. Gridina Gridina_EB@pers.spmi.ru
канд. техн. наук., доцент, зам. заведующего кафедрой безопасности производств ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский горный университет», 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия д.2
candidate of technical sciences, associate professor, Deputy Head of the Department of Production Safety, St. Petersburg Mining University, 199106, St. Petersburg, Vasilievsky Island, 21 line 2
I А.К. Мирошниченко // A.K. Miroshnichenko s195019@stud.spmi.ru
аспирант кафедры безопасности производств, ФГБОУ ВО "Санкт-Петербургский горный университет", 199106, Санкт-Петербург, Васильевский остров, 21 линия, д. 2. post-graduate student of Department of Industrial safety, Saint-Petersburg Mining University 199106, Saint-Petersburg, Vasilievsky island, 21 line, h. 2
УДК УДК 622.822
УСТРАНЕНИЕ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЙ УГЛЯ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФЯНЫХ ПОЖАРНЫХ СТВОЛОВ COAL SELF-IGNITION FOCI SUPPRESSION BASED ON PEAT FIRE NOSEPIECES USE
В статье рассматривается проблема возникновения эндогенных очагов возгораний на угольных предприятиях России. Приводится статистика, которая показывает превышение эндогенных пожаров как вида аварий над остальными видами на протяжении анализируемого периода времени. Рассматриваются используемые на угольных предприятиях методы ликвидации эндогенных пожаров, а именно: нанесение изолирующего материала, частичная или полная перевалка навала горной массы, склонного к самовозгоранию, нагнетание жидких ингибиторов и воды в массив навала. Перечислены достоинства и недостатки, каждого из используемых методов. На основе наиболее популярного метода нагнетания воды в массив навала предложено усовершенствование данного способа за счет использования торфяных пожарных стволов. При использовании предложенного улучшения процесс ликвидации эндогенного очага возгорания возможно довести до автоматизации, что в свою очередь обеспечит повышение безопасности условий труда персонала, задействованного в ликвидации пожара. Отмечается также, что шнековые лопасти в конструкции пожарного ствола позволят затрачивать меньше усилий на процесс достижения очага возгорания. В выводах обобщаются достоинства предложенного метода ликвидации эндогенного пожара на буроугольных разрезах.
The article deals with the problem of endogenous fire foci initiation at coal enterprises in Russia. Statistics are presented that show the excess of endogenous fires as a type of accidents over other types every year for several years. The methods of endogenous fire suppression used at coal enterprises are analyzed, namely: application of insulating material, partial or complete bulk transfer, pumping of liquid inhibitors and water into the bulk. Each method advantages and disadvantages used are listed. Based of the most popular method of water pumping into the bulk, an improvement of this method is proposed to use peat fire nosepieces. When using the proposed improvement, the process of endogenous fire foci suppression can be brought to automation, which in turn will increase the safety of workers involved in the fire suppression. It is also noted that the auger blades in the structure of the fire nosepiece will allow less effort to be spent on the process of reaching the fire focus. The conclusions summarize the proposed method advantages for endogenous fire suppression in brown coal mines.
Ключевые слова: ЭНДОГЕННЫЙ ПОЖАР, САМОВОЗГОРАНИЕ УГЛЯ, УГОЛЬНЫЙ РАЗРЕЗ, БУРЫЙ УГОЛЬ, АНТИПИРОГЕН, ПОЖАРНЫЙ СТВОЛ, ГОРЮЧИЕ ВЕЩЕСТВА, СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ. Key words: ENDOGENOUS FIRE, COAL SELF-IGNITION, OPENCAST MINE, BROWN COAL, ANTIPYROGEN, FIRE NOSEPIECE, FLAMMABLE SUBSTANCES, PROTECTION METHODS.
Введение
Эндогенные возгорания угольных пластов и тление отвалов с угольной составляющей при открытой разработке месторождений продолжают оставаться серьезной проблемой для угледобывающих компаний
в связи с недостаточной обоснованностью методов обеспечения безопасности работ, что в свою очередь, в некоторых случаях приводит к необоснованным техническим решениям при разработке открытым способом угольного месторождения, повышению аварийности и, как
Таблица 1. Аварийность и смертельный травматизм на опасных производственных объектах угольной промышленности.
Table 1. Accident rate and fatal injuries at hazardous production facilities of the coal industry.
Вид аварии 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Пожар 4 3 5 1 3 4
Взрыв 4 3 - 4 2 -
Обрушение 1 1 2 1 1 -
Затопление 1 1 1 1 2 1
Горный удар 1 - - - - -
Загазирование - - - 1 - 1
Внезапный выброс - - - - 1 -
Итого аварий 11 8 8 8 9 6
следствие, травматизма. Из этого следует, что совершенствование методов профилактики производственного травматизма в условиях разработки марок угля, склонных к самовозгоранию, в частности, при локализации и ликвидации последствий самовозгораний, с целью улучшения условий труда персонала разрезов является актуальной научной задачей, имеющей важное экономическое и социальное значение 1].
Способы борьбы с эндогенными пожарами, существующие на угольных разрезах являются либо трудоемкими, либо малоэффективными и, в большинстве случаев, не исключают потери полезного ископаемого. Основной причиной возникновения эндогенных пожаров является самонагревание с последующим самовозгоранием угля. При соприкосновении с воздухом скоплений горючих ископаемых (торфа, угля, сернистых руд) и некоторых других материалов (например, древесных опилок, сена и пр.) иногда наблюдается самопроизвольное повышение их температуры - так называемое самонагревание [2]. Достигнув критического значения (обычно 70-80 °С), оно может быстро прогрессировать и вызывать возгорание этих ископаемых и материалов.
По причине образования большого количества тепла во время окисления вещества оно не успевает рассеяться во внешней среде, этим
и обусловлено самонагревание. Во время увеличения температуры окисления начинает возрастать и теплоотдача. Охлаждение начинается только при условии установления теплового равновесия, после которого обычно наступает прекращение нагревания. Возгорание достигается при условии нагревания и повышения температуры, при теплоотдаче во внешнюю среду. Подобное явление достигается только при определенных условиях [3].
2. Методы ликвидации эндогенных пожаров на угольных предприятиях
За последние несколько лет общее количество аварий в угольной отрасли хоть и имеет тенденцию к снижению, однако число возникающих эндогенных пожаров не снижается. За 20132018 годы, в угольной промышленности страны произошло в общей сумме 50 аварий, при этом в последние годы при ведении добычи угля открытым способом эндогенные пожары остаются самым распространенным видом аварий, на который приходится порядка 40% от общего числа техногенных происшествий 4,5].
Рассмотрим существующие на данный момент и технико-экономически обоснованные методы локализации и ликвидации очагов самовозгораний, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки 6]. В некоторых случаях оптимально использование нескольких методов сразу, при
Рисунок 1. Количество эндогенных пожаров, произошедших на опасных производственных объектах 2013-2018
гг.
Figure 1. The number of endogenous fires that occurred at hazardous production facilities in 2013-2018.
Рисунок 2. Торфяной пожарный ствол 1 -тройник; 2 - клапан регулятор давления; 3 - удлинительный ствол; 4 - отверстия; 5 - ствол; 6 - шнековые лопасти; 7 - нижнее отверстие
Figure 2. Peat fire barrel 1 tee; 2 - pressure regulator valve; 3 extension barrel; 4 - holes;
5 - trunk; 6 - screw blades; 7 - bottom hole
этом выбор зависит от условий протекания процесса горения и масштабов пожара:
- нанесение изолирующего материала. Плюсами метода является перекрытие доступа кислорода к очагу горения, а также сведение к минимуму выделения вредных веществ в атмосферу в процессе тушения. Основной недостаток - отсутствие полной гарантии ликвидации пожара. Помимо этого, требуется большое количество бульдозерной и экскаваторной техники и изолирующего материала;
- частичная или полная перевалка навала. Предполагает минимальное количество специализированного оборудования и техники. К недостаткам можно отнести загрязнение окружающей среды посредством выбросов в атмосферу пыли и газов, а также усложнение условий труда и повышенная травмоопасность (выбросы газов, угроза взрывов и т.д.);
- нагнетание жидких ингибиторов в массив навала. Способ эффективен только при известном расположении очага горения. Из недостатков выделяются бурение большого количества скважин и высокие затраты при отсутствии гарантии ликвидации пожара;
- нагнетание воды в массив навала. Метод высокоэффективен на небольших по объему навалах, имеет небольшие затраты в сравнении с другими методами. Из недостатков можно выделить: требование большого количества воды, деформацию навалов, опасность образования и выбросов пара.
Наиболее распространенным методом ликвидации эндогенных пожаров на буроуголь-ных разрезах считается метод нагнетания воды в массив навалов, преимущественно из-за своей невысокой себестоимости. Однако, подобный метод можно улучшить, что в свою очередь позволит упростить задачу персоналу предприятий, задействованному непосредственно на ликвидации очагов возгораний 7].
3. Использование торфяных пожарных стволов при ликвидации эндогенного пожара
Как известно, бурый уголь образуется непосредственно из торфа, который отличается от каменного угля меньшим количеством углерода, значительно большим содержанием битуминозных летучих веществ и воды в своем составе. Исходя из этого, можно прийти к выводу, что мероприятия по локализации очагов самовозгорания и все дальнейшие меры по пожаротушению бурого угля, можно проводить на основе тушения торфяных пожаров. Таким образом, самым логичным и целесообразным будет предложить тушение непосредственно в пласт посредством предварительного увлажнения пластов нагнетанием воды, растворов или глинистой пульпы по скважинам, что позволит предотвратить пожар еще на стадии самонагревания и дальнейшего перехода в самовозгорание [8].
Из всех имеющихся на сегодняшний день мероприятий одним из самых целесообразных и экономически выгодных является применение прототипов торфяных пожарных стволов, которые позволят тушить пожар непосредственно на начальных этапах его появления еще внутри пласта. При использовании торфяных пожарных стволов затрачивается меньше усилий на процесс достижения очага самовозгорания за счет шнековых лопастей в конструкции ствола. Лопасти разрезают твердую породу при заглублении ствола, удерживают его в вертикальном положении и открывают свободные каналы для вывода излишков жидкостей на поверхность. За счет этого существенно снижается вероятность выталкивания ствола под напором тушащего вещества. В итоге появляется возможность освободить работников от постоянного дежурства у стволов и довести процесс тушения эндогенного пожара до автоматизации.
Процесс ликвидации эндогенного пожара при использовании торфяных стволов проводится таким образом, что вода (смачиватель) подается через отверстия в корпусе непосредственно вглубь источника горения, а не на поверхность. Однако при подаче огнетушащих веществ под большим напором, ствол начинает выдавливаться вверх из-за чего возникает необходимость вести работу с данным прибором небольшими бригадами по два человека, которые поочередно меняют друг друга. Если соединить между собой последовательно 10-20 торфяных стволов и снабдить каждый ствол регулятором давления, то это позволит равномерно распределять поток жидкости и при необходимости снизить давление в каждом из стволов без снижения общей подачи жидкости [9]. Данный метод профилактики и ликвидации эндогенного пожара снижает трудозатратность, что существенно облегчает задачу работников при проведении дан-
Анализ статистических данных по горным компаниям в угольной промышленности показал, что число эндогенных пожаров превосходит остальные виды аварий на протяжении рассматриваемого периода. На основании анализа методов локализации и ликвидации эндогенных пожаров на буроугольных разрезах можно сделать вывод, что наиболее экономически выгодным и технически оправданным является метод нагнетания воды в массив навала горной массы. Указанный метод можно усовершенствовать при помощи торфяных пожарных стволов. Данное устройство позволяет предварительно увлажнять пласты бурого угля посредством нагнетания воды или растворов сразу в пласт, что в свою очередь позволит предотвратить пожар еще на стадии самонагревания и перехода непосредственно в самовозгорание.
ного пожарно-технического мероприятия.
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вагапов РР, Родионов В.А. Исследование процессов возникновения и развития эндогенных пожаров каменного угля // Надзорная деятельность и судебная экспертиза в системе безопасности. 2016. №1. С. 39-41.
2. Сафина Э.С., Кирьянова К.Э. Самовозгорание полезных ископаемых как источники эндогенных пожаров. // Экологическая и техносферная безопасность горнопромышленных регионов. 2018. С. 262-267.
3. Портола В.А. О расчете инкубационного периода самовозгорания угля // Безопасность труда в промышленности. 2016. № 1. С. 46-49.
4. Архипов И.А., Филин А.Э. Анализ состояния аварийности на угольных предприятиях России. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2019. № 1. C. 208-2015.
5. Виды аварий при ведении горных работ открытым способом [Электронный ресурс]. URL: https://studopedia.org/ (дата обращения 28.11.2020).
6. Петров А.Ю., Смирнов Ю.Д. Разработка защитных мероприятий по тушению эндогенных пожаров отработанных угольных разрезов // Современное общество: глобальные и региональные процессы. 2018. С. 41-43.
7. Казанин О.И., Рудаков М.Л. Особенности подготовки горных инженеров в промышленной безопасности и охраны труда // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2015. №S7. С. 292-299.
8. Широбоков С.В., Скоробогатова РИ., Садриев Р.И., Загуменов С.Ю. Ствол для тушения торфяных пожаров // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. 2017. С. 60-63.
9. Gridina E.B., Kovshov S.V., Antonenko T.I., Miroshnichenko A.K. Development of fire safety measures aimed at preventing and responding to spontaneous combustion in brown coal mines // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu 2020. № 6. 96-101.
REFERENCES
1. Vagapov, R.R., & Rodionov, V.A. (2016). Study of the origin and development of endogenous coal fires. Supervision activities and judicial expertise in the security system, 1, 39-41 [in Russian].
2. Safina, E.S., & Kiryanova, K.E. (2018). Mineral spontaneous combustion as sources of endogenous fires. Ecological and Technosphere Safety of Mining Regions, 3, 262-267 [in Russian].
3. Portola, V.A. (2016). On the calculation of the incubation period of coal spontaneous combustion. Labor Safety in Industry, 1, 46-49 [in Russian].
4. Arkhipov, I.A., & Filin, A.E. (2019). Analysis of accident conditions at coal enterprises of Russia. Mining information and analytical bulletin, 1, 208-215 [in Russian].
5. Types of accidents in opencast mining. Retrieved from: https://studopedia.org/ [in Russian].
6. Petrov, A.Yu., & Smirnov, Yu.D. (2018). Development of protective measures to extinguish endogenous fires from spent coal mines. Modern Society: Global and Regional Processes, 5, 41-43 [in Russian].
7. Kazanin, O.I., & Rudakov, M.L. (2015). Features of education and training of mining engineers in the field of occupational safety and health. Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal), S7, 292-299 [in Russian].
8. Shirobokov, S.V., Skorobogatova, R.I., Sadriev, R.I., & Zagumenov, S.Yu. (2017). Trunk for extinguishing peat fires. Bulletin of the Voronezh Institute of the State Fire Service of the Ministry of Emergencies of Russia, 3, 60-63 [in Russian],
9. Gridina E.В., Kovshov S.V., Antonenko T. I., Miroshnichenko A.K. (2020). Development of fire safety measures aimed preventing and responding to spontaneous combustion in brown coal mines. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 6, 96-101.
