Автор неизвестен - Організація та управління профілактикою та ліквідацією аварій в процесі надрокористування - страница 5

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9 

Анализ литературных источников, посвященных исследованию связи самовозгорания угля и геомеханических процессов в пластах и вмещающих породах, позволяет сделатьзаключение о противоречивости и неопределенности существующих представлений. В первую очередь требуется уточнение закономерностей разрушения угля в пластах, и формирования в толще пород каналов для транспортировки газообразных продуктов окисления и воздуха. Необходимо изучить, механизм образования пустот в выработанном пространстве лав с учетом скорости очистных забоев, литологического строения толщи пород кровли, характеристик околоштрековых сооружений и нестабильных горно­геологических условий залегания пластов; разработать основы прогнозирования пожароопасных зон в выработанном пространстве высоконагруженных лав. Это позволит исследовать параметры движения воздуха в выработанных пространствах лав и за крепью подготовительных выработок. Особенно важным представляется исследовать условия возникновения очагов самонагревания угля в зонах неупругих деформаций вблизи пересекающих геологические нарушения подготовительных горных выработок.

1.3 Проблемы, связанные с профилактикой и тушением подземных эндогенных пожаров в труднодоступных местах

На основании обобщения содержащейся в литературных источниках информации не удается создать цельную картину влияния горнотехнических и горно-геологических условий отработки угольных пластов на формирование очагов самонагревания и возгорания в подземных выработках. Исходя из представлений о процессе самонагревания угля, следует в первую очередь составить представление о возможных каналах движения воздуха в выработанном пространстве или за крепью, а также о его фильтрации через разрушенные породы. Однако вследствие недоступности этих мест существуют весьма противоречивые сведения о характере движения в них воздуха. При оценке значения геомеханических факторов следует обратить внимание на использование при создании физических и математических моделей очагов самонагревания устаревших представлений о состоянии горных пород в выработанном пространстве.

Выполненный авторами анализ хода ликвидации сложных аварий на угольных шахтах Украины показал, что в выработанном пространстве лав, отрабатывающих пласты пологого и наклонного падения, очаги горения метана располагались на удалении не превышающем шаг посадки основной кровли, а горение угля и деревянных элементов крепи (костры, органные ряды и др.) на еще меньшем расстоянии [110].

Для выбора направлений дальнейших исследований использован системный подход, основы которого применительно к разработке угольных месторождений разработаны в Национальном Горном Университете [111]. Обобщая данные об условиях возникновения и ликвидации эндогенных пожаров, а также сведения из литературных источников, измельченный уголь можно представить как систему материальных элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и окружающей средой. Основные элементы системы "измельченный уголь" - частицы угля с породными включениями, а также заполняющие пространство между частицами газ и жидкость.

Для системы характерны три типа состояния:

- нормальное сост оянне, когда она находится в равновесии, в том числе динамическом;

- опасное сост оянне, когда из-за внутренних событий или внешних воздействий она выходит из равновесного состояния, это состояние поддается прогнозированию и управляемо, не представляет непосредственной угрозы для людей;

- аварийное сост оянне - непрогнозируемое и неконтролируемое перераспределение энергии в системе, связанное с угрозой для людей и с материальным ущербом.

Преобразуя известную дефиницию аварии, эндогенный пожар можно рассматривать как несанкционированное, неконтролируемое превращение и перераспределение содержащейся в угле энергии, связанное с материальным ущербом или угрозой для жизни и здоровья горняков.

Измельченный уголь в процессе ведения горных работ образуется довольно часто, но не всегда в нем происходит самонагревание или самовозгорание. Инициирующие события и условия могут заключаться в каком-либо нарушении технологии выемки угля, например оставлении сверхнормативных потерь в выработанном пространстве; отказе технических средств, к примеру, отсутствии воды в пожарно-оросительном трубопроводе; воздействии на систему какого-либо природного явления, такого как тектоническое нарушение пласта, а также в сочетании этих факторов.

При попытке систематизации сведений о системе, ее элементах (табл. 1.6) выявился двойственный характер влияющих факторов. В зависимости от конкретной ситуации они препятствуют или способствуют опасному состоянию системы, следовательно, управляя ими можно предотвратить аварию.

Таблица 1.6 - Основные исходные характеристики системы и ее элементов как

факторов угрозы или безопасности

Характеристика                 Проявление фактора угрозы (а) или безопасности (б)

Характеристики системы

Форма, размеры, площадь поверхности

а) Определяют условия критической массы (объема), площа-дей поверхностей контактов (тепломассообмена) с воздушной средой

б) При недостаточных размерах и площадях не возникает опасного состояния

Гранулометрический состав элементов, плотность, влияние горного давления, структура

а) Наличие мелких частиц угля и разрыхление способствуют фильтрации воздуха, повышенной теплогенерации

б) Преобладание крупных частиц, сегрегация и уплотнение угольных скоплений способствуют снижению скорости его окисления, препятствуют самонагреванию угля

Влага

а) Ускоряет реакции в минеральных примесях и органической составляющей угля, способствует дроблению угля и породы, обеспечивает вынос балластных веществ, что сокращает инкубационный период

б) В пленочном и капиллярном виде преграждает доступ кислорода к углю, при фазовых превращениях способствует охлаждению угля, прерывает горение

Состав газовой среды

а) Кислород инициирует самонагревание угля

б) Азот, метан, водяные пары, продукты окисления вытесняют из воздуха кислород, тормозя скорость реакции, способствуют отводу тепла из скопления

Температура вмещающего массива, его теплопроводность

а) С глубиной тепловой фон приближается к критической температуре, возрастает энергия молекул кислорода, низкая теплопроводность пород препятствует кондуктивному охлаждению угля

б) Снижение температуры затормаживает переход в опасное состояние

Характеристики элементов системы

Размеры частиц,

прочность

(дробимость)

а) Низкая прочность угля, высокая дробимость способствуют измельчению угля и его самонагреванию

б) Большая прочность и низкая дробимость препятствуют образованию мелочи

Химическая актив­ность вещества, пористость

а) Высокие химическая активность и пористость, способствуют реакции угля с кислородом

б) Низкая химическая активность и пористость способствуют стабильному состоянию угля

Влажность, наличие    а) Ускоряют реакции в углях, обеспечивают сокращение

минеральных примесей, загрязне-ние поверхности

инкубационного периода б) Способствуют повышению зольности угля, преграждают доступ к углю кислорода, при фазовых превращениях вода препятствует разогреванию, предотвращают опасное состояние

Для определения рациональных путей управления состоянием системы «измельченный уголь» следует знать связи и отношения между элементами и системы с окружающей средой. С позиций логико-вероятностной теории безопасности исследование аварийности системы сводится к составлению "сценария" самонагревания угля и его анализу, переходу от исследования конкретного опасного состояния к тем причинам, которые способны его вызвать, т.е. к инициирующим условиям и событиям.

В частности, инициирующими событиями для возникновения опасного состояния системы «измельченный уголь» является сочетание: достаточного объема разрыхленного угля, его химической активности, доступа к нему кислорода, влажности частиц угля. Без одного из этих пяти факторов самонагревание угля невозможно, остальные перечисленные в табл. Ошибка! Источник ссылки не найден. факторы определяют скорость реакции окисления и являются инициирующими условиями, результаты анализа которых показывают, что все их можно разделить по признаку фазового состояния на газообразные, жидкие и твердые, включая их комбинации: пены, суспензии, аэрозоли, бактерии и т.п.

При познании сложных форм возникновения самонагревающейся пожароопасной среды в специфических подземных условиях следует проводить исследования на основе рабочей гипотезы. В рассматриваемом случае такой гипотезой может служить физическая модель процесса самонагревания угля в горных выработках.

В качестве рабочей гипотезы рассмотрено параллельное течение химических и биохимических реакций в угле и рассеянной в нем породе (табл. 1.7). При этом биохимические процессы в горных выработках носят подчиненный характер так как для развития бактерий необходимы диоксид углерода и вода, которые в горной массе появляются только после окисления угля или пород, не всегда самовозгорание происходит в пиритосодержащих породах. Процесс самонагревания угля условно разделен на следующие этапы: инициирование, обусловленное измельчением угля; нагревание при низкотемпературном окислении и биогеохимическом выщелачивании содержащих пирит включений; сушка и диффузионное самонагревание угля, переходящее в возгорание.

Обобщенный "сценарий" стадий зарождения и развития аварии представлен на схеме (рис. 1.4), где рассмотрены момент возникновения условий для зарождения и период опасного состояния - развития очага самонагревания до достижения критической температуры, период самовозгорания угля, т.е. перехода опасного состояния в эндогенный пожар. Упрощенно показан этап развития очага горения, когда ликвидация пожара сводится к изоляции аварийного участка.

Основываясь на избранной гипотезе, очаг самонагревания угля рассматривается как управляемая природная трехфазная система с определенными внутренними параметрами (гранулометрический состав углей, их химические состав и активность, критический объем, влажность, газовый наполнитель пустот) и внешними связями (массо- теплообмен, силовое воздействие на угольное вещество). Обобщение и анализ литературной и статистической информации показали, что наименее изученным являются процессы, происходящие на самом первом этапе - инициировании.

Таблица 1.7 - Физико-химические процессы, происходящие при самонагревании угля в подземных горных выработках

Этапы

Состав трехфазной системы

Физико-химические процессы в

системе


Инициирование при

-углерод (уголь)

-механическая деструкция пласта

материнской

-пирит

(разрушение меж- и

температуре

-вода пластовая

внутримолекулярных связей,

массива

-метан

образование радикалов, трещин)

 

 

-разрыхление угля

 

 

-дренирование метана

Биохимическое и

-то же и:

-поступление в уголь воздуха, воды,

химическое

-кислород

бактерий

самонагревание до

-вода внешняя (атмосферная)

-окисление радикалов

60...70 0С

-бактерии

-размножение бактерий

 

-продукты окисления

-выщелачивание пирита (химическое

 

радикалов (в т.ч. Н2О, СО2)

и биохимическое)

 

 

-нагревание угля

Диффузионное

-то же и:

-окисление угля

самонагревание до

-продукты реакций (газ,

-прекращение деятельности бактерий

критической

жидкость, твердые вещества)

-увеличение скорости диффузионных

температуры

-десорбированный метан

процессов

самовозгорания

 

-испарение влаги

Возгорание

-то же

-возгорание серы, пирита

 

 

-возгорание метана и угля

Как следует из анализа аварийности на шахтах Украины, основное направление исследований следует направить на разработку методики прогнозирования ПОЗ в наиболее перспективных интенсивно отрабатываемых выемочных полях.

Наименее изученными представляются обстоятельства возникновения пожаров в выработанных пространствах лав и в пересекающих ЗГН подготовительных выработках. Это приводит помимо угрозы здоровью и жизни горнорабочих, высокой трудоемкости и стоимости аварийных работ, к значительным невосполнимым потерям добычи. Поэтому основное внимание должно быть направлено на установление механизма формирования ПОЗ в выработанном пространстве лав и в пересеченных подготовительными выработками ЗГН. При этом необходимо установить закономерности влияния литологического состава вмещающих пласты горных пород, а также горнотехнических условий, особенно скорости очистных забоев, на места расположения и размеры этих зон. В том случае, когда самовозгорание угля исключить невозможно следует предусмотреть способы подавления или ограничения его до безопасных пределов, применяя как специальные, так и общетехнические способы профилактики.

Инициирующие условия (ИУ)

Инициирующие события (ИС)

Тушение (управление ИС и

ИУ)

Рис. 1.4. Схема зарождения и развития очага эндогенного пожара

Из таблиц 1.6, 1.7 и схемы (рис. 1.4) следует, что наиболее радикальными способами предотвращения эндогенного пожара являются те, которые направлены на недопущение инициирующих событий.

Тушение пожаров от самовозгорания угля осуществляют, как правило, средствами дистанционного тушения, используя способ изоляции или комбинированный на ее основе. Актуальным представляется совершенствование технических средств и тактических приемов локализации и тушения подземных пожаров в выработанном пространстве, за крепью подготовительных выработок в раздавленных целиках и других труднодоступных местах.

Практичне заняття № 4. Виявлення вогнищ самозаймання

Для своевременного обнаружения очага самовозгорания весьма важно знать закономерности его распространения.

Как правило, очаг горения распространяется навстречу фильтрующемуся воздуху.

При фильтрации воздуха (рис. 3.4) процесс горения от места возникновения пожара постепенно распространяется в сторону притока кислорода, поддерживающего горение, т. е. в направлении волнистых стрелок. Пунктирными стрелками показаны газы - продукты горения, выходящие из пожарного участка по трещинам и выработкам, соединяющим его с поверхностью.

Рис. 3.4. Схема распространения очага эндогенного пожара: 1 - направление воздушной струи; 2 - направления движения газов, продуктов горения и окисления; 3 -очаг самовозгорания; 4 - направление движения очага самовозгорания.

С повышением температуры увеличиваются как тепловая депрессия, способствующая подсосу воздуха в участок пожара, так и скорость реакций горения. В соответствии с этим возрастают активность и скорость распространения пожара.

Для быстрейшей локализации пожара необходимо полное прекращение к нему доступа воздуха с одновременным охлаждением очага горения.

При распространении очага эндогенного пожара различают следующие его зоны, последовательно перемещающиеся от очага возникновения в направлении притока воздуха (см. рис. 3.4).

I - зона испарения гигроскопической влаги; в этой зоне происходит выделение основной массы влаги, содержащейся в горючем;

II - зона выделения летучих, эта зона характеризуется пирогенетическим разложением горючего с выделением из него летучих веществ; здесь наблюдается начало практически заметного химического взаимодействия между кислородом и горючим веществом;

III - зона воспламенения; в ней происходит переход окислительного процесса во времени интенсивного горения. По размерам эта зона невелика, но роль ее значительна, так как она служит источником возникновения IV зоны;

IV - зона горения; для нее характерно наличие свободного кислорода и частиц раскаленного горючего;

V - зона восстановления; в ней газы - продукты горения - почти не содержат свободного кислорода, поэтому протекают преимущественно вторичные реакции восстановления;

VI - зона потухания, или инертная зона; характеризуется выгоранием горючего и накоплением золы, что в заметной степени происходит уже в зоне восстановления. В зоне потухания среди органической и неорганической массы, подвергнувшейся в той или иной степени пирогенетическому разложению, выделяются (как островки) включения негорючих инертных пород.

Если к очагу воздух поступает медленно сверху вниз, то пожар распространяется навстречу, вверх, или, как говорят, поднимается.

Первичной мерой обнаружения очагов является рассмотрение горногеологической обстановки по планам горных работ, разрезам толщи и времени ведения горных работ в сопоставлении с физическими данными возникновения очагов самовозгорания на данном шахтном поле.

Следующим шагом является организация контроля во всех местах, представляющих опасность.

Методы обнаружения эндогенных пожаров разделяют на четыре основные группы:

- методы физиологические, основанные на обнаружении пожаров по так называемым «внешним» признакам, т. е. непосредственно улавливаемым органами чувств (зрением, обонянием, через болевые ощущения и др.) без каких-либо специальных приборов и аппаратуры;

- методы химико-аналитические, с помощью которых устанавливают признаки пожарной опасности в основном по результатам опробования и химического анализа рудничного воздуха, рудничной воды, горных пород, материалов рудничной крепи и закладки;

- минералого-геохимический метод, являющийся дальнейшим шагом в деле изучения подземных пожаров по составу горных пород путем наблюдения за вторичными минералами, образующимися при развитии окислительных процессов в руднике;

- методы физические, основанные на распознавании пожара специальными приборами по тем физическим параметрам, которые в определенной мере зависят от теплового состояния среды, температуры рудничного воздуха, воды и горных пород, влажности рудничного воздуха и др.

Целесообразнее всего комплексно пользоваться всеми имеющимися способами, взаимно дополняя и проверяя полученные данные.

+ Методика обнаружения стадий самонагревания и самовозгорания угля

Практичне заняття № 5. Технологія ведення аврійно-рятувальних при різних видах аварій

1. Ведение аварийно-спасательных работ в условиях взрыва

Главной целью ведения аварийно-спасательных работ при взрывах в шахтах является установление мест нахождения людей в горных выработках и их спасение. Для этого перед отделениями ГВГСС, направляемыми в горные выработки, ставят следующие основные оперативно-тактические задачи:

- провести разведку для уточнения места взрыва, характера его развития и размеров зоны поражения;

- определить местонахождение и количество застигнутых аварией людей; оказать медицинскую помощь пострадавшим;

-измерить температуру и газовый состав на маршрутах движения;

-при незначительных разрушениях вентиляционных устройств восстановить проветривание аварийного участка.

Маршруты первым горноспасательным отделениям обычно определяют на командном пункте (КП) на основании первоначальной информации, получаемой от служб шахты о возможных местах нахождения людей, а последующим - по уточненной информации, поступающей из шахты. На КП оценивают возможность появления осложняющих факторов, таких как повторные взрывы, пожары, загазирование смежных участков и разрабатывают мероприятия по их ликвидации, обосновывают необходимые режимы проветривания аварийного участка и шахты, принимают меры по обеспечению устойчивого проветривания и разгазированию выработок.

Для обследования выработок аварийного участка обычно первое отделение следует по выработкам с исходящей струей воздуха, второе - с поступающей. Количество отделений и врачей РПГ, привлекаемых для ликвидации последствий взрыва, должно быть достаточным для оказания помощи и эвакуации всех пострадавших. Оснащение горноспасательных отделений и РПГ должно соответствовать табелю для этого вида аварии, а также необходимому оборудованию для выполнения работ в конкретной обстановке, сложившейся в зоне развития аварии.

Управление вентиляцией должно быть направлено на предотвращение опасности повторных взрывов, на обеспечение пригодной для дыхания состава воздуха на главных путях выхода рабочих из шахты и в выработках, где возможно нахождение большого количества людей.

При нормальном режиме проветривания возможно увеличение подачи свежего воздуха. Для сокращения протяженности выработок, по которым распространяются продукты взрыва, применяют закорачивание исходящей вентиляционной струи. В ряде ситуаций возможно проведение общешахтного или местного реверсирования струи на период выхода людей или выполнения определенного вида аварийно-спасательных работ.

При разрушениях вентиляционных устройств незамедлительно принимаются меры по их восстановлению или возведению временных устройств, например парашютных перемычек, кроссингов из металлических труб. Для снижения газовыделения на аварийном участке усиливают или налаживают дегазацию сближенных угольных пластов и выработанного пространства скважинами, а при суфлярных выделениях производят изолированный отвод газа. При осложнении взрыва пожарами ликвидируют очаги горения в соответствии с оперативными планами, в которых отражаются тактические приемы, применяемое оборудование и огнегасящие материалы, режим проветривания, вопросы безопасности работающих отделений ГВГСС и т.д.

Если на пути горноспасательных отделений встречен завал, то при наличии прохода, производят его осмотр, установку временной крепи и поочередный переход опасной зоны респираторщиками горноспасательного отделения.

При необходимости включения электроэнергии (для быстрого подъема пострадавших по наклонным и вертикальным выработкам, для механизации разборки завалов и другихвидов аварийно-спасательных работ) электроэнергия может быть подана на участок при достоверных данных об исправности электрооборудования и его защиты и доле метана в выработках не более 1 %.

При передвижении отделений по выработкам с поврежденной крепью необходимо производить оборку нависших глыб, установку верхняков и стоек для обеспечения возможности обратного выхода из этих выработок. Аварийно-спасательные работы должны выполняться так, чтобы находящиеся в выработке электрооборудование, аппаратура, светильники и все, что могло стать причиной воспламенения метана, оставались на своих местах до прибытия специальной комиссии по расследованию обстоятельств и причин взрыва. В случае необходимости изменения их положения делается эскиз этого места и описание начального состояния оборудования и его положения.

Эффективность ведения аварийно-спасательных работ в начальный период во многом зависит от достоверности полученной информации о характере аварии и своевременности вызова горноспасателей. Кроме того, эти условия являются определяющими при принятии решения о привлечении дополнительных сил, сверх предусмотренных диспозицией выездов, и технического оснащения, направляемого в первую очередь на аварийный объект.

Рассмотрим технологию ведения аварийно-спасательных работ в условиях взрыва в шахте на конкретном примере.

10 июня 2010 года в 3 часа 33 минуты произошел взрыв в 5-й северной лаве бремсберга блока №5 на ОАО «Угольная компания «Шахта Красноармейская-Западная №1». Схема аварийного участка 5-й северной лавы показана на рис. 3.2.

Схема аварийного участка 5 северной лавы бремсберга бл.5 ОАО УК "шахта Красноармейская-Западная №1" возникшей 10.06.2010 года в 3 час 33 мин. Схема на 6:00 10.06.10 г

Рис. 3.2. Схема аварийного участка 5-й северной лавы бремсберга блока №5

Обст ановка, сложившаяся на аварийном участ ке к момент у нрибыт ия первого подразделения ГВГСС

К моменту прибытия первых подразделений ГВГСС на аварийном участке сложилась следующая обстановка.

По информации работников шахты в 5-й северной лаве бремсберга блока №5 в тупике погашения вентиляционного штрека произошел взрыв. В действие была введена позиция Плана ликвидации аварии №125. Вентиляторы главного проветривания работали в нормальном режиме. Электрическая энергия в шахту была отключена. Газоотсос и ПДУ 5-й северной лавы бремсберга блока №5 отключены, поверхностная дегазация работает в нормальном режиме. На момент возникновения взрыва в шахте находилось 690 человек, на аварийном участке - 21 человек. Все люди с аварийного участка выведены. Из шахты люди выводятся согласно плану мероприятий, предусмотренных ПЛА.

Ход ликвидации аварии

Первому отделению ГВГСС было выдано задание спуститься в шахту по вспомогательному стволу на гор. 593 м, грузовой ветви, северному полевому откаточному штреку, нижней приемной площадке бремсберга блока 5, людскому ходку блока 5, сбойке людского ходка блока 5 с бремсбергом блока 5, ходку 3 южной лавы бремсберга блока 5, ходку 5 северной лавы бремсберга блока 5, вентиляционному штреку 5-й северной лавы бремсберга блока 5 для обнаружения пострадавших, оказания им помощи и вывода их на свежую струю воздуха.

Второму отделению ГВГСС было выдано задание спуститься в шахту по вспомогательному стволу на гор. 593 м, грузовой ветви, северному полевому откаточному штреку, нижней приемной площадке бремсберга блока 5, людскому ходку блока 5, 5-му северному конвейерному штреку бремсберга блока 5, 5-й северной лаве бремсберга блока 5 к месту аварии для ее ликвидации. По маршруту движения проверить открытие задвижек на пожарно-оросительном трубопроводе.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9 


Похожие статьи

Автор неизвестен - 13 самых важных уроков библии

Автор неизвестен - Беседы на книгу бытие

Автор неизвестен - Беседы на шестоднев

Автор неизвестен - Богословие

Автор неизвестен - Божественность христа