книги / Промышленная безопасность. Опасные производственные объекты горнорудной промышленности
.pdf4. ОСНОВНЫЕ МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ, ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И ЛИКВИДАЦИЯ АВАРИЙ В ГОРНОРУДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Применительно к горным предприятиям авария – неуправляемое, часто стихийно развивающееся происшествие в технической системе горного предприятия, нарушающее нормальное течение технологического процесса, приводящее к нарушению технических средств, восстановление которых невозможно или экономически нецелесообразно, а также создающее угрозу здоровью и жизни персонала горного предприятия.
При разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом возможны следующие аварии:
–разрушение оборудования, приборов, устройств, кабелей или нарушение их штатного режима работы;
–разрушение зданий и сооружений на поверхностном комплексе;
–пожары или взрывы на поверхностных объектах и установках;
–аварии, вызванные природно-технологическими явлениями (взрывы пыли, газовоздушной смеси, горные удары, внезапные выбросы пород и газа, суфлярные газовыделения, прорывы воды в подземные выработки), обусловлены нарушением относительного равновесия горных пород в результате горных работ;
–пожары в подземных выработках от внешних (огневые работы, трение, выгорание взрывчатых веществ (ВВ), короткое замыкание и т.д.) и внутренних (самовозгорание полезного ископаемого) причин.
Первые три вида аварий в равной степени характерны и для промышленных предприятий других отраслей народного хозяйства России. Два последних присущи только предприятиям горнодобывающего комплекса. Аварии, обусловленные природно-технологичес- кими силами, и пожары на подземном комплексе настолько грозны
испецифичны, что для их ликвидации и спасения людей создана специализированная горноспасательная служба.
61
Взрывы метана и рудничной пыли
Взрывы метана и рудничной пыли в шахтах являются одной из самых опасных аварий. Разрушительная сила взрывной волны бывает огромной. Взрывная волна, распространяясь по выработкам, разрушает крепь, в результате чего образуются завалы, в ряде случаев преграждающие выход пострадавшим из охваченных взрывом участков и проход к ним горноспасательных команд. Застигнутые аварией люди подвергаются угрозе поражения взрывной волной, а также опасности отравления ядовитыми продуктами взрыва.
Взрывы метана
Метан (СН4) – газ, не имеющий ни цвета, ни запаха, ни вкуса. Удельный вес его 0,554, вследствие чего он обычно скапливается в верхних частях выработок. В смеси с воздухом он образует взрывчатую смесь. Смесь эта взрывается при концентрации метана от 5 до 15 %. Для предотвращения скопления метана в горных выработках правилами безопасности допускается содержание его в воздухе, исходящем из шахты, не свыше 0,75 % , а в исходящих струях участков не выше 1 %. Воздух, использованный уже для проветривания подготовительных или очистных выработок, может быть направлен в другие выработки лишь в том случае, если он содержит не более 0,5 % метана. При содержании газа свыше 1 % принимаются меры по устранению его скоплений, а при 2 % люди выводятся из загазованного участка и работы приостанавливаются.
Наибольшей силы взрыв достигает при концентрации метана 9,5 % , так как в этом случае на его сжигание используется весь кислород воздуха. Температура взрыва метановоздушной смеси достигает 2150–2650 °С, если взрыв происходит в замкнутом пространстве, и 1850 °С, если продукты взрыва могут свободно распространяться.
Как уже говорилось, горючесть и взрывчатость метановоздушной смеси зависят от процентного содержания метана. Смесь, содержащая до 5 % СН4, не взрывчата, но может гореть при наличии источника высокой температуры; смесь, содержащая от 5 до 15 % СН4,
62
взрывчата; смесь, содержащая свыше 15 % метана, не взрывчата и не поддерживает горения, а с притоком кислорода извне горит спокойным пламенем, как светильный газ. Наиболее легко воспламеняется газовая смесь, содержащая 8 % СН4.
Указанные свойства метананеобходимо иметь в виду при ликвидации рудничных пожаров в газовых шахтах. Нельзя вести активные работы по тушениюпожараприконцентрацииметанавпределахот5 до15 %.
Если выделяющийся горючий газ состоит не из чистого метана, а из смеси отдельных газов (метан, этан, водород и т.д.), то указанные пределы взрываемости смесей могут весьма сильно меняться.
Пределы взрываемости смесей метана с воздухом, содержащим различные концентрации кислорода, показаны на диаграмме (рис. 27). Из диаграммы видно, например, что при содержании 18 % кислорода метановоздушная смесь взрывчата, при содержании метана в пределах 5,3–14 %.
Рис. 27. Треугольник взрываемости метана
63
Опасность взрыва метана в шахте главным образом заключается в том, что взрывной волной обычно разрушаются вентиляционные устройства и нарушается проветривание не только на участке, на котором произошел взрыв, но и на смежных участках, куда проникают продукты взрыва. Эти продукты взрыва и являются главной причиной несчастных случаев с людьми, застигнутыми аварией в шахте.
Метан выделяется в угольных шахтах из толщи угля и боковых пород, а также из отбитого угля и выработанных пространств. Различают три вида выделения газа в шахтных выработках: обыкновенное, суфлярное и внезапное.
Обыкновенное выделение метана происходит из не видимых глазу пор и трещин в угле или боковой породе по всей их обнаженной поверхности. Это медленное, но непрерывное и длительное выделение дает наибольшее количество газа. Его признаками являются шипение, тонкий свист, легкое потрескивание и шорох. Главное средство борьбы с обыкновенным выделением метана – вентиляция.
Суфлярное выделение представляет собой иногда довольно бурное истечение метана, скопившегося в трещинах и пустотах в толще угля или боковых пород, через видимые глазу трещины. Оно обычно сопровождается шипением, а, если газ выделяется через воду, бурным клокотанием. Дебит суфляров может достигать нескольких тысяч и даже десятков тысяч кубических метров в сутки. Давление газа в начале действия суфляраможет измеряться несколькими атмосферами.
Внезапные выделения газа представляют собой выбросы в течение короткого времени огромных количеств метана (десятки и сотни тысяч кубических метров), сопровождающиеся выбросом угольной мелочи в количестве от нескольких тонн до нескольких сот и даже тысяч тонн. Внезапные выбросы угля и газа сопровождаются звуковыми явлениями, которые иногда доходят до грохота и гула, напоминающего орудийный выстрел. Скорость газовой волны иногда может достигать 200–300 км/ч.
Все три вида выделения метана в шахтах представляют серьезную опасность, так как могут явиться причинами загазирования выработок, взрыва газа, больших завалов и обрушений горных выработок.
64
Меры борьбы со взрывами метановоздушных смесей в шахтах заключаются в предотвращении образования в горных выработках опасных скоплений метана и воспламенения скопившегося газа, локализации взрыва, а также в управлении газовыделением.
К мероприятиям, направленным на предупреждение воспламенения скопившегося газа, относятся:
–недопущение использования открытого огня в подземных выработках;
–применение для освещения выработок предохранительных ламп;
–максимальное сокращение применения взрывных работ;
–использование при взрывных работах предохранительных взрывчатых материалов;
–применение взрыво- и искробезопасного оборудования и средств защиты от коротких замыканий, перегрева (рис. 28).
Рис. 28. Взрыво- и искробезопасное рудничное электрооборудование
65
Для ограничения района действия взрывов и уменьшения числа жертв при их возникновении необходимо делить шахту на возможно большее число участков с обособленным проветриванием и обеспечивать всех рабочих и надзор шахт индивидуальными самоспасателями.
Таким образом, одним из эффективных способов уменьшения вероятности взрывов газа в шахте и уменьшения содержания пыли и вредных веществ в рудничной атмосфере является проветривание рудников. С этой целью созданы специальные установки (рис. 29, 30).
Рис. 29. Здание главной вентиляционной установки
Требования по проветриванию подземных выработок изложены в Единых правилах безопасности.
Содержание кислорода в воздухе выработок, в которых находятся или могут находиться люди, должно составлять не менее 20 % (по объему). Содержание углекислого газа в рудничном воздухе не должно превышать на рабочих местах 0,5 %, в выработках с общей исходящей струей шахты – 0,75 %, а при проведении и восстановле-
66
нии выработок по завалу – 1 %. Суммарное содержание горючих газов метана и водорода в выработках не должно превышать 0,5 % по объему (10 % – нижней концентрации предела взрываемости).
Рис. 30. Главная вентиляционная установка рудника
Главной задачей проветривания (вентиляции) рудников является подача во все выработки, где находятся люди, необходимого нормированного количества воздуха с целью:
–разжижения всех ядовитых, взрывоопасных и других вредных компонентов до предельно допустимой концентрации (ПДК);
–механического выноса газов и пыли из забоев (рабочих зон). При этом должны соблюдаться санитарные нормы качества (соста-
ва) воздуха, еготемператураидопустимыескоростивоздушногопотока. На калийных рудниках применяется центральная схема проветривания. Она характеризуется тем, что воздухоподающие и вентиляционные стволы находятся на одной промплощадке и чаще всего расположены в центре шахтного поля. Упрощенная схема вентиляции калийного рудника показана на рис. 31. Для примера в руднике
67
две рабочие зоны: 8–9 в северном крыле и 16–17 в южном. Способ проветривания на всех калийных рудниках всасывающий. Главный вентилятор создает в шахте разряжение, и за счет депрессии свежий воздух поступает в шахту по стволам.
Тупиковые очистные и подготовительные выработки проветриваются вентиляторами местного проветривания (рис. 32).
Рис. 31. Центральная схема проветривания рудника
Рис. 32. Вентилятор местного проветривания
68
Рис. 33. Схема проветривания тупиковой выработки
Схема проветривания тупиковых очистных и подготовительных выработок показана на рис. 33.
Затопление выработок водой, прорывы в действующие выработки глины
изаиловочной пульпы
Кшахтным авариям относится прорыв воды, скопившейся в выработках верхних отработанных горизонтов шахты или рудника или
вестественных водоемах на поверхности, в действующие выработки. При этом создается угроза для жизни людей, находящихся на участке прорыва и других участках шахты, не только при непосредственном затоплении выработок, в которых они находятся, но и при затоплении выходов из шахты, что может воспрепятствовать подаче в шахту свежего воздуха и пищи для застигнутых аварией людей.
Причинами затопления горных выработок, как правило, являются:
–отсутствие обваловки устьев шурфов, вентиляционных сбоек и наклонных стволов, а также отводных канав в районе расположения этих выработок, вследствие чего талые воды в период весеннего
69
паводка, селевые потоки или дождевые потоки в период сильных ливней проникают с поверхности в шахту;
– невыполнение или отсутствие специально разработанных мероприятий по безопасному ведению горных работ под затопленным выработанным пространством в районе сильно обводненных пород и плывунов, в результате чего разрушаются изоляционные водоупорные перемычки и подрабатываются защитные водоупорные целики.
В связи с широким применением заиловочной пульпы для борьбы с подземными пожарами, закладки выработанных пространств в шахтах и рудниках стали происходить прорывы в действующие выработки заиловочных материалов. Основной причиной их прорыва является разрушение под действием давления вышележащих пород или в результате подработки целиков и перемычек, ограждающих снизу заиленные отработанные участки.
В практике известны также случаи, когда глина проникала в шахты с поверхности с дождевыми или талыми водами и, разрушив встречающиеся на ее пути целики или другие преграды, заполняла выработки. В горные выработки прорывалось от нескольких сотен до нескольких тысяч кубометров глинистой массы, которая заполняла их на длину до нескольких тысяч метров.
Следует отметить, что уборка прорвавшейся глинистой массы, помимо большой трудоемкости, сопряжена с опасностью повторных прорывов пульпы.
Внезапные выбросы пород и газа
Под внезапным выбросом в настоящее время понимается неожиданное по месту и времени быстропротекающее разрушение (от единиц до десятков секунд) части приконтурного массива с выносом разрушающей породы в выработку, сопровождающееся необычно большим газовыделением и образованием в массиве полостей различных очертаний, но с характерной трещиноватостью. Выброшенная порода при этом раздроблена до мелких кусков, зерен и даже пыли. Энергии, освобождающейся при внезапных выбросах, оказы-
70