Государственная военизированная горноспасательная служба Министерства топлива и энергетики Украины (ГВГСС) ежегодное принимает участие в ликвидации 73-210 аварий связанных со значительными разрушениями и травмами (в том числе смертельными) людей. Большинство подземных аварий, ликвидированных ГВГСС, это пожары, удельный вес которых составляет 54% (рис 1), обрушения горных пород (22,5%) и загазованность (7,7%). При объеме добычи угля составляющем 2% от мирового, количество аварий 1-й категории, (пожары, взрывы газа и пыли) на украинских шахтах составляет 37% от общего количества в угольной промышленности всех стран мира.

На протяжении последних пятнадцати лет в шахтах Украины ежегодно регистрировали от 6 до 36 эндогенных пожаров. Активным способом было погашено 36%, изолировано - 59%, комбинированным способом ликвидировано 5% пожаров. Они стабильно остаются на втором месте, после экзогенных пожаров, по количеству и на первом за размером нанесенных ущербов, которые достигали от 12 до 40% от потерь, причиненных авариями в угольной промышленности (например, в 1999 году составили 21,4% или около 8 млн. гривень). Кроме прямых убытков, связанных с потерей техники, горных выработок и подготовленных к выемке запасов угля, в интенсивно отрабатываемых выемочных полях особенно большие убытки связаны с простоями лав или несвоевременной подготовкой фронта очистных работ. За последние годы эндогенными пожарами были выведены из эксплуатации или осложнена подготовка самых продуктивных в Украине выемочных полей на шахтах: "Привольнянская", им. А.Ф. Засядько, им. Г.Г. Капустина, "Самсоновская-Западная" и др.

Рис. 1. Динамика пожаров в угольных шахтах Украины

Эндогенные пожары возникают из-за самонагревания угля в труднодоступных местах, таких как выработанное пространство, в целиках, за крепью подготовительных выработок. Подавление очагов горения в таких условиях затруднено, чем обусловленная самая высокая продолжительность ликвидации этого вида подземных аварий. Наметилась тенденция к увеличению продолжительности и трудоемкости их тушения. В этой ситуации предотвращение или ограничение до безопасных пределов самонагревания угля – самый перспективный путь борьбы с эндогенными пожарами.

Одним из наиболее перспективных способов предупреждения, локализации и тушения пожаров в шахтах является инертизация атмосферы аварийного участка, под которой понимают искусственное снижение концентрации кислорода в атмосфере горных выработок путем подачи у него инертного газа. Инертизациия с помощью газообразного азота позволяет решить следующие задачи в ходе ликвидации подземного пожара: сократить срок ликвидации аварии; предотвратить взрывы газовоздушной смеси на аварийном участке; ускорить охлаждения высокотемпературной зоны до безопасного уровня; сократить к минимуму или полностью прекратить процесс горения.

- при изоляции пожарных участков, а также при изоляции в сочетании с разными способами ускорения процесса охлаждение очага пожара (рециркуляция, периодическое изменение направления движения пожарных газов и т.д.) для предупреждения взрывов и прекращения горения:

- при ликвидации пожаров в горизонтальных тупиковых выработках любой длины, в случае подачи азота в тупиковую часть по трубопроводу (возможен вариант подачи азота через вентиляторы местного проветривания и вентиляционные трубопроводы);

при ведении взрывных работ в горных выработках для создания инертной среды в месте производства взрыва;

- для предупреждения эндогенных пожаров в скоплениях угля, которые образовались в результате внезапных выбросов или по другим причинам.

Способы и средства подачи азота выбирают, исходя из горнотехнических условий, наличия технических средств подачи азота, принятой технологической схемы выпуска его в горные выработки аварийного участка и избранного способа ликвидации аварии. Для этого, как правило, используют жидкий азот и установки для его газификации. Применение жидкого азота сдерживают присущие этой технологии недостатки: необходимость применять сложное дорогостоящее криогенное оборудование; сложность и дороговизна транспортировки и хранения, значительные потери при этом; затраты энергии на газификацию и др.

Более прогрессивным представляется способ получения газообразного азота непосредственно на шахте с помощью устройств, разделяющих воздух на составляющие его компоненты – газоразделительных станций. Научные основы этой технологии были разработаны в НПО “Респиратор”, а в научно-исследовательском институте горной механики им М.М. Федорова с участием других украинских исследовательских организаций и производственных предприятий создана мощная передвижная установка типа АМГП-15/0,7СУ1 (табл.1). Она предназначена для получения из атмосферного воздуха газообразного азота, который используется для предупреждения, локализации и гашения подземных пожаров в шахтах, обеспечения безопасности ведения горных работ, а также для других пожаровзрывобезопасных технологий в народном хозяйстве.

Основными элементами установки являются мембранные газоразделительные аппараты, которые составляют единый блок (батарею). Аппараты работают по методу мембранного деления, суть которого состоит в разной скорости прохождения газов через плоскую полимерную перегородку за счет перепада парциальных давлений.

Атмосферный воздух сжимается компрессором до рабочего давления и подается в блок очистки, где отделяются капельная влага и масло, потом он поступает в фильтр-адсорбер, где отдаляются пары масла. Очищенный воздух поступает в мембранный блок, где за счет перепада парциальных давлений кислород проникает под мембрану и выбрасывается в атмосферу, азот - подается потребителю. С помощью регулирующего вентиля осуществляется изменение расхода и концентрации азота.

Перед подачей азота осматривают трубопровод и устраняют выявленные неисправности. После этого осуществляют пробный выпуск азота, выявляют местные утечки и устраняют их. По соответствующим методикам рассчитываются параметры подачи азота в аварийный участок. При этом подача азота может осуществляться со стороны откаточного или вентиляционного горизонтов, через проемы в изолирующих перемычках, а также по буровым скважинам, пройденным с поверхности в изолированный пожарный участок.

Однако, опыт применения газоразделительных установок при ликвидации подземных аварий на шахтах им. А.Ф. Засядько в Донецке, им. Ф.Э. Дзержинского ГП “Ровенькиантрацит” и других показал, что добиться эффективного подавления очагов горения с их помощью не удается.

Проблема заключается в том, что в полученном из работающих в оптимальном режиме мембранных установок азоте содержится до пяти процентов кислорода. Кроме того, в изолированный объем поступает в виде утечек воздух, который фильтруется через тело перемычки и трещины во вмещающих выработку породах (рис. 2). Концентрация кислорода в изолированном перемычками объеме может возрастать до 10% и более, не обеспечивается необходимый для подавления тлеющего горения состав газовой смеси, в которой содержание кислорода не должно превышать 1..2%.

б)

Обеспечить рациональный режим инертизации изолированного объема горных выработок представляется возможным за счет использования энергии потока инертного газа, поступающего от мембранной установки. Для этого в выработке возводят дополнительную изолирующую перемычку, а от трубопровода для подачи азота делают ответвление, через которое газ поступает в пространство (камеру) между двумя перемычками (рис.3).

Давление азота в трубопроводе может достигать одного МПа (см. табл.) и намного превышает вентиляционный напор воздуха на перемычку, составляющий несколько десятков даПа. Когда камера заполняется азотом, подачу его через ответвление регулируют таким образом, чтобы выровнять давление в выработке со стороны поступающей свежей воздушной струи и между перемычками. В результате прекращаются подсосы воздуха через перемычку в камеру.

Перепад давлений приходится на участок выработки, разделенный дополнительной перемычкой, по обе ее стороны которой выработка заполнена азотом, он же фильтруется через перемычку и породы в виде утечек. Таким образом, исключаются подсосы воздуха в изолированную выработку.

После заполнения азотом участка аварийной выработки между перемычками и очагом самонагревания или горения, интенсивность подачи инертного газа можно сократить. Этим обеспечивается такой режим работы газоразделительной установки, при котором снижается до минимума содержание кислорода в составе вырабатываемой инертной смеси, и обеспечиваются оптимальные условия инертизации аварийной выработки.