CC BY
35
УДК 622.86
A.Ф. Павлов
ОАО «НЦ ВостНИИ»
B. П. Баскаков ОАО ХК «СДС-Уголь» А. В. Давыдов
ООО «Разрез «Новобачатский» ОАО «Белон» А. В. Кондаков
ОАО «КЭЗСБ»
Задачи совершенствования и развития средств и способов обеспечения пылевзрывозащиты угольных шахт
Показано, что борьба с угольной пылью является приоритетным направлением в части разработки и совершенствования технических средств и способов предотвращения крупномасштабных аварий на угольных шахтах.
Ключевые слова: ПЫЛЕВЗРЫВОЗАЩИТА, УГОЛЬНАЯ ШАХТА, СХЕМЫ И ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЯЦИИ, ИЗОЛИРОВАНИЕ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА, ЗАБЛАГОВРЕМЕННАЯ ДЕГАЗАЦИЯ, ИНЕРТИЗАЦИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ, БЕЗОПАСНОСТЬ ЛЮДЕЙ В АВАРИЙНЫХ СИТУЦИЯХ
A.F. Pavlov, V.P. Baskakov, A.V. Davydov, A.V. Kondakov. Tasks of improvement and development of means and methods of coal mines dust explosion protection
It is shown that dust suppression is the priority trend in development and improvement of technical means and methods of large scale accidents prevention at coal mines.
Key words: DUST EXPLOSION PROTECTION, COAL MINE, SCHEMES AND PARAMETERS OF VENTILATION, GOB AREA ISOLATION, ADVANCED DEGASSING, COAL DUST INACTIVATION, PEOPLE SAFETY IN ACCIDENTAL SITUATIONS
На основании выполненного анализа состояния риска крупных аварий на угольных шахтах можно обозначить приоритетные направления в части разработки и совершенствования технических средств и способов обеспечения безопасности горных работ от отдельных видов опасных проявлений. Таковым, безусловно, является разработка средств и способов:
- предотвращения возникновения взрыва метана и угольной пыли;
- безопасного вывода людей в аварийных ситуациях;
- безопасной и эффективной локализации и ликвидации аварийной ситуации.
Каждое из этих направлений содержит свои актуальные задачи.
Отсюда не следует, что иные направления не заслуживают внимания. Вопрос лишь в том, что следует предпринять в первоочередном плане для того, чтобы погасить волну крупных аварий со взрывами метана и угольной пыли.
Предотвращение
взрыва метана и угольной пыли
При современной интенсивности ведения горных работ и возрастающей газоносности угольных пластов текущая дегазация уже не справляется с возложенными на нее задачами. Дело даже не только в том, что при современной интенсивной отработке угольных пластов долговременная дегазация входит в противоречие с вынужденным долговременным задалживанием производственных ресурсов на ведение горных работ в целом. Даже сугубо с технических позиций простой расчет показывает, что при современной газоносности пластов для того, чтобы выдать дегазированный метан по газоотводящим трубам и довести остаточную газоносность угольных пластов до приемлемого уровня за приемлемое время, скорости движения газа в газопроводах должны быть почти «космическими», что все мероприятие делает нереальным.
Решение проблемы видится в двух направлениях:
1) разработка угольных месторождений как газоугольных;
2) использование принципов дегазации средствами вентиляции, то есть отводить исходящие струи с неограниченной концентрацией опасных газов по специальной вентиляционной сети.
Первое направление предполагает две самостоятельные технологии по добыче газа и угля. Для этого пока нет необходимости в каких-либо новых технических средствах обеспечения безопасности. Ясность в этом вопросе возникнет по мере становления и развития этих технологий.
Второе направление уже достаточно долго используется в отдельных своих частях, например, таких, как использование выработанного пространства в качестве элемента вентиляционной сети, газодренажных выработок, камер смешения и т.п.
Надо признать, что традиционно сложившиеся принципы вентиляции угольных шахт безнадежно устарели. Проветривание, основанное на 100-кратном разбавлении и выносе опасных газов по сети действующих горных выработок, не только создает дополнительный дискомфорт из-за возросших скоростей движения воздуха, но и дополнительные источники опасности. Возросшие скорости движения воздушных потоков разносят угольную пыль по обширной сети горных выработок, создавая, таким образом, условия для распространения и развития взрыва угольной пыли практически по всей шахте. Все это, не говоря уже о возросших затратах производственных ресурсов на непрерывный нагрев и перемещение огромной массы воздуха, многократно превышающей массу добываемого угля, создает дополнительные проблемы для предотвращения подземных пожаров.
Второе направление для своей реализации требует многократно меньшее количество подаваемого в шахту воздуха. Прямоточная схема проветривания угольной шахты с активными регуляторами, без реверсирования воздушных потоков в аварийных режимах потребует новых технологических решений по вскрытию и подготовке шахтных полей. Основанием для таких
новаций является современная техника и технология угледобычи, современные средства автоматизации и дистанционного управления производственными процессами, в том числе и вентиляцией горных выработок угольных шахт.
Вместе с тем и первое, и второе направления не исключают активного поступления газа и пыли в сеть действующих горных выработок из очистных и подготовительных забоев. Поэтому задача предотвращения взрывов метана и угольной пыли в любом случае остается актуальной.
Простая логика показывает, что бороться с метаном и угольной пылью техническими средствами должно быть легче у места их образования, чем по обширной сети горных выработок.
Что касается метана, то выделить и изъять его из воздушного потока, куда он попал, практически уже невозможно. Поэтому в пределах действующих горных выработок, где находятся люди и технологическое оборудование, остается одно - разбавлять воздухом до приемлемой концентрации, что повсеместно и делается при проветривании горных выработок.
С угольной пылью проще. Она поддается улавливанию, причем в непосредственной близости от мест ее образования. Улавливают ее достаточно эффективно, но не у нас в России. У нас, надо признаться, для этого нет достаточно надежных и эффективных средств пылеулавливания и пылеподавления, способных справляться с интенсивным потоком пыли, который возникает при использовании современной техники отбойки и транспортировки угля.
Таким образом, опять просматриваются два направления технических решений проблемы взрывов метана и угольной пыли. Первое - это активизировать проветривание горных выработок, разбавляя содержание метана в воздушном потоке действующих горных выработок до приемлемого уровня. Второе - улавливать угольную пыль в непосредственной близости у мест ее образования.
Для реализации второго направления необходимо разработать технические средства и сделать их доступными для широкого использования. Чтобы понять, насколько это важно, сделаем следующие пояснения.
Как показывает опыт последних лет, воспламенения метана и угольной пыли в лаве, в непосредственной близости от комбайна, как правило, происходят при повреждении кабеля или иного достаточно мощного источника пламени. Известно, что при мощных источниках поджигания, таких как электрические разряды, угольная пыль взрывается и без присутствия метана. Также известно, что при содержании метана даже в нормально допустимых пределах (1,0 - 1,5%) при высокой концентрации угольной пыли и достаточно мощном источнике поджигания он может воспламеняться.
Отсюда следует, что и при нормальной работе угольного комбайна в непосредственной близости от него практически всегда присутствует взрывоопасная среда и все зависит от того: появится или не появится источник поджигания. Вместе с тем техническое решение этой проблемы возможно путем:
- предварительной дегазации угольного пласта до приемлемого уровня;
- нормального проветривания подготовительных и очистных забоев;
- надежного и эффективного пылеулавливания в местах образования пыли.
Опыт научной и производственной деятельности отрасли, борьбы со взрывами метана и угольной пыли в угольных шахтах в самом крупном плане привел к пониманию следующего.
Выбор схем и параметров вентиляции в лучшем случае повышал надежность и эффективность проветривания в 2-3 раза, но для перспективы этого недостаточно. Многие известные решения с управлением газораспределением по сети действующих горных выработок, если как-то и были правомерны в прошлом, как вынужденная мера для действующих шахт, то для перспективных проектных решений вовсе не пригодны.
Изолирование выработанного пространства стало делом невозможным. Сегодня трудно представить выработанное пространство вне вентиляционной сети. Оно активно используется для решения вентиляционных задач, для отвода исходящих струй с неограниченной концентрацией опасных газов. Выработанное пространство - то звено, которое нередко связывает вентиляционные сети соседних участков и даже шахт. В этом плане видятся неперспективными надежды и усилия на совершенствование средств и способов изоляции выработанного пространства как способа борьбы с подземными пожарами. С экономических и технологических позиций для борьбы с подземными пожарами более перспективно управление давлением в вентиляционной сети горных выработок, а вместе с этим и управление содержанием газов в вентиляционных потоках.
Заблаговременная дегазация в классическом ее представлении уже не справляется с возрастающей газоносностью пластов и интенсивностью их отработки по техническим и экономическим обстоятельствам. Традиционная техника и технология уже не справляется с теми задачами, которые возникли перед нею при новой технике и технологии отбойки и транспортировки угля при подземной его добыче. Кроме того, потребность в интенсивной отработке угольных пластов вошла в противоречие с долговременным задалживанием производственных ресурсов на дегазацию, что резко снижает оборачиваемость финансовых ресурсов.
Для осуществления этих взаимосвязанных направлений понадобится масса разнообразных технических средств и способов безопасного обеспечения дегазации и безопасного использования метана. К решению этих задач следует подключаться на самых ранних стадиях конструирования и проектирования, изготовления новой техники и технологии заблаговременной дегазации угольных пластов и использования метана.
Пыль и еще раз пыль
Пылеподавление, основанное на принципах орошения, оказалось неспособным справляться с современной интенсивностью пылеобразования. Это следует рассматривать как понимание актуальности совершенствования и развития отечественных средств и способов пылеулавливания и пылеподавления для угольных шахт России.
Опыт последних 10-15 лет работы угольных шахт показал, что нет убедительных примеров локализации взрывов метана и угольной пыли сланцевыми заслонами и осланцеванием горных выработок. Есть знаковый пример, когда на шахте «Распадская» взрыв метана и угольной пыли в выработанном пространстве охватил очистной забой и локализовался в прилегающих к очистному забою вентиляционном и конвейерном штреках только потому, что эти выработки были сырыми, в них не было сухой пыли. Этот пример подтверждает правильность предложений по управлению влажностью рудничного воздуха.
Инертизация угольной пыли сланцевой пылью неустойчива и кратковременна. Ситуация такая же, как и с локализацией. Способ трудоемок, а в условиях интенсивного ведения горных работ малоэффективен. Отсюда следует, что надо искать иные технические решения.
А.А. Атрушкевич на статистическом материале взрывов метана и угольной пыли в угольных шахтах убедительно показал, что в зимнее время взрывов метана и угольной пыли происходит гораздо больше, чем в летнее. Объясняется это тем, что влажность воздуха летом больше, чем зимой. Зимой воздух при подаче в шахту еще подогревается и дополнительно высушивается, а сухой воздух высушивает сеть горных выработок и угольную пыль, накопившуюся в ней.
Замеченное явление интересно по своей важности, и его надо использовать в нужном направлении. Надо найти решения, позволяющие регулировать и управлять влажностью воздуха в горных выработках так, чтобы угольная пыль постоянно была в связанном, то есть влажном состоянии.
Таким образом, проблема разработки современных технических средств для локализации взрывов метана и угольной пыли обновилась.
Безопасный вывод людей в аварийных ситуациях
Первая задача, которая возникает в любой аварийной ситуации, это безопасный вывод людей. На решение этой задачи направлены многие требования безопасности и технические средства, но проблема часто возникает из-за того, что техника и технология горного производства постоянно меняется и технические средства безопасности становятся неадекватными для изменившихся условий.
Надо понимать, что угольная шахта даже на техническом уровне относится к категории сложных систем, не говоря уже о ней как о системе социально-экономической. Особенностью сложных систем является то, что любая новация в той или иной ее части непременно оказывает влияние на взаимодействующие части. Причем такое влияние может быть и позитивным, и негативным. Поэтому, совершенствуя сложную систему в любой ее части, обязательно требуется изучить, как влияет эта новация на все остальное. К сожалению, развитие современной техники и технологии отбойки и транспортировки угля не развивалось по такой методологии.
Интенсивная отбойка и транспортировка угля, интенсивное движение очистных забоев, интенсивная отработка выемочных столбов - все привело к тому, что коэффициент использования выемочных комплексов по выемке угля из-за частых монтажно-демонтажных работ стал резко падать. Решение увидели в удлинении выемочных столбов. За последние 20-30 лет протяженность выемочных столбов, а вместе с ними и протяженность подготовительных выработок, выросли в 10-12 раз.
Протяженность горных выработок возросла, а средства и способы безопасного вывода людей при аварийных ситуациях остались неизменными.
Возникла задача разработки новых технических средств обеспечения безопасности как для работников шахт, так и для работников служб спасения.
Локализация и ликвидация аварийной ситуации
Новая техника и технология изменили и облик сети горных работ, условия и характер проявления различных видов опасности. Все это потребовало внести соответствующие изменения
в технику и технологию локализации и ликвидации аварийных ситуаций, включая и вопросы материально-технического обеспечения.
Ликвидация взрывов и пожаров в угольных шахтах, как правило, связана с большими затратами ресурсов. Мало того, их необходимо иметь в нужное время, в нужном месте, в нужном количестве и безотлагательно. Все это можно обеспечить, только имея необходимые материалы и оборудование в резерве, в ждущем режиме.
Для отдельно взятой шахты обеспечить такой резерв трудно. Возникает вопрос об организационной форме создания необходимого резерва материалов и оборудования.
Выводы
Для угольных предприятий проблема крупных аварий с человеческими жертвами предстает многоплановой проблемой. В нее входят вопросы профессиональной подготовки и организации управления персоналом, производственного контроля и государственного надзора, материально- технического снабжения и финансового обеспечения. Однако в стратегическом плане наиболее значимое место заняли вопросы технического обеспечения безопасности горных работ, а среди них проблема пылевзрывозащиты. Вопросы научного изыскания, проектирования и изготовления новых средств и способов, обеспечивающих приемлемый уровень промышленной безопасности при использовании современной техники и технологии горных работ, необходимо решать безотлагательно.
