Взрывозащита конвейерных выработок при авариях (на примере шахты им. "Баракова")

Н. Р. ШЕВЦОВ, доктор техн. наук; газета "Уголь Украины" № 6 от 3.06.2000.

На шахте им. "Баракова" (г. Краснодон) 11 марта 2000 г. в 12 ч 55 мин. произошла самая крупная (после взрыва 18 июля 1908 г. в 20 ч на Рыковских копях — шахта 4-бис, Юзовка) по катострофическим последствиям авария в Донбассе. Правительственная комиссия в акте предложила, в частности, Министерству топлива и энергетик” совместно с Министерством образования и науки "включить в программы обучения студентов и учащихся изученне обстоятельств и причин аварии...”.

В ДонГТУ такой подход сшествует уже давно. На кафедре “Строительство шахт к подземных сооружений” в 1996 г. был разработан и внедрен в учебный процесс курс “Взрывозащита горных выработок при их строительстве” для шахтостроительной специальности. Для включения в рабочую программу и в учебно-методическую карту по данной дисципплине вопросов, связанных со взрывоч на шахте им. Баракова, пришлось проанализировать официальные документы расследования причин и обстоятельств этой аварии. Особый интерес представляло следующее обстоятельство: по ходу движения вснтиляционной струи пламя взрыва распространилось на значительно меньшее расстояние, чем по свежей воздушной струе.

Вот о чем свидетельствуют результаты анализа. Взрыв пылевоздушной смеси произошел в 31-м западном штреке на сопряжении с магистральным штреком и распространился навстречу свежей струе вдоль этого штрека длина 650 м), воздухоподающему ходку (длина 700 м), по полю 27-й лавы (длина 250 м) и центральному вентиляцмонному ходку (длина 1300 м) вплоть до загрузочного бункера скипового ствола, об этом свидетельствуют следы ожогов открытых частей тела потерпевших, обугливание оболочки бронированного кабеля, пламенное горение элементов деревянной крепи на сопряжении 27-го восточного штрека с воздухоподающим ходком.

Следует отметить, что на пути распространения взрыва сработало шесть сланцевых заслонов, в том числе два — в 31-м западном штреке и четыре — в центральном вентиляционном ходке. Все заслоны были укомплектованы и размещены в соответствии с требованиями Правил безопасности: содержали 32—34 полки и имели длину 33—37 м. Тем не менее пламя взрыва распространялось по сети выработок так, как будто бы зтих заслонов не было.

В условиях шахты им. Баракова, при отсутствии загазирования выработок и слоевых скоплений метана (комиссия установила, что в перечисленных выработках аварийного участка были взрывоопасные отложения утольной пыли, но метан не обнаружен) достаточно сработать заслону, ближайшему к центру взрыва, чтобы его локализовать, т. е. погасить пламя. Единственным объяснением такого характера развития аварии является то, что взрывное горение распространялось в изолированном от выработки пространстве.

На шахте уголь по наклонным и горизонтальным выработкам транспорируется ленточными конейерами IЛ-100К, причем в 31-м ыитреке линия состояла из четырех последовательных конвейеров, а в центральном ходке —из трёх . В заключении Правительственная комиссия подчеркнула, что необходимые мероориятня по предупреждению взрывов угольной пыли в конвейерных выработках аварийного участва (зачистка почвы. обмывка или осланцевание, связывание смачивающе-связывающимм составами) не выполнялись. Учитывая это, а таюке то, что пыль пласта с выходом летучих веществ 29,9% является весьма взрывчатой (нижний предел взрываемости48г/м3, норма осланцевания 85%), можно предположить, что взрыв пылевоздушной смеси беспрепятственно распространялся по стационарной конвейерной линии, подконвейерное пространство в данном случае выполняло функцию проводника. Этот вывод подтверждается и состоянием аварийных выработок после взрыва: по всей длине 31-го штрека ленточные конвейеры разрушены, роликоопоры сбиты и частично разбросаиы по выработке; элементы всех сработанных заслонов располагались практически только в месте их установки — длина запылённогоо участка выработки ме превышала 40 м; по всей длине центрального холка роликоопоры сбиты с канатов, пожарно-оросительный и воздушный трубопроводы разорваны в трех местах, а в пяти образовались вывалы объемом 1,5—4 м3, разруена телефонная связь и сигнализация конвейеров.

Последнее свидетельствует о том, что заслоны сработали от ударной волны, распространяющийся снизу-вверх (перпендикулярно заслону), а не вдоль выработки, иначе деревянные полки и сама инертная пыль располагались бы вдоль участка выработки значительной длины. То, что воспламенение пылевоздушной смеси происходило не при вспышке (разрушения заслона могли быть незначительны), а режиме взрыва свидетельствует приведенный выше объем и характер повреждений на аварийном участке. Образовавшийсяся при взрыве яадовитые газы вентиляционной струей распространились в южное крыло аварийного участка и явились причиной отравления примерно 80% всех погибших шахтеров (у этой группы пострадавших механических повреждений и ожогов не было).

Чем же тогда объяснить то, что пламя взрыва не распространнилось на значительное растовние по ходу движения вентиляционной струи, т. е. по оборудованному ленточными конвейерами магистральному штреку (длина 600 м)? Во-первых, отсутствием взрывоопасных отложений угольной пыли в данном направлении. Во-вторых, наличием на пути распространения взрывного горенияя физической преграды, например. заштыбованного на определенной длине пространства между почвой выработки м конвейерной лентой. Такое наиболее вероятно на сопряжении магистрального конвейерного штрека с воздухоподающим ходком (примерно в 70 м от центра взрыва), где роликоопоры конвейера IЛ-100К выбиты взрывом на протяжении 10 м. Реальность зтого косвенно подтверждается еще и тем, что именно ниже сопряжения обнаружена самая дальняя, считая от центра взрыва по ходу движения вектиляционной струи, группа пострадавших со следами ожогов открытых частей тела.

Таким образом, система взрывозащиты конвейерных выработок требует прнципиального совершенствования. Применяемые способы предупреждения взрывов пылевоздушных смесей выполняются, как показали результаты расследования аварии, грубыми нарушемиями установленных требований или вообще игнорируются. В настоящее время 80% всех аварий в шахтах связано с "человеческим фактором”. Учитывая это, а также техническую, технологиическую и организационную сложность практической реализапии направлений по прелупреждению воспламеаений пылегазовоздушных смесей а конвейерных выработках, единственно эффективным надёжным направлением решения проблемы является применения автоматической системы локализации взрыва в начальной стадии развития.

истемы выполнены в виде двух электркчески связанных между собой самостоятельных блоков: датчика пламени (чаще всего оптического инфракрасного или ультрафиолетового) и взрывоподавляющего устройства (взрывоподавителя), содержащего пламягаситель (чаще всего порошковый ингибитор), средство его распыления (взрывчатое вещество, сжатый инертный газ, пиротехнический заряд) и пусковой мехаииизм (электродетонатор, злектровоспламенитель и пр.). Системы включаются автоматически при возникновении воспламенения газопылевоздушной смеси. Применение вех позволяет свести к минимуму зависимость уровня надежности линии взрывозащиты от индивидуальных особенностей исполнителя, т. е. "человеческого фактора".

Подобные по своей сложности задачи решались и решаются при взрывозащите замкнутых технологических аппаратов, проходческих комбайнов, а также призабойного пространства выработок во время взрывных работ. Доказано, что если используются взрывопозаватели направленного действия, то возникают неразрешимые технические трудности при разработке технологической схемы размещения в стесненных условиях конструктивных элементов автоматической системы. Поэтому для взрывозащиты подконвейерного пространства автоматическая система должма базироваться только на линейном (протяжённом) взрывоподавителе, который может представлять собой закрытую трубку (диаметром 50 мм) из хрупкого материала, заполненную порошковым пламягасителем, например ПВХ-1, применяющимся в системе СЛВА, внеутри которого находится детонирующий шнур с электродетонатором, подсоединённым к датчику пламени.

Взрывоподавитель прокладывается вдоль конвейерной линии, периодически он разрывается для подсоединения к датчику пламени. Соответствующий датчик фиксирует пламя, взрывает злектродетонатор и скрепялённый детонирующий шнур в связанном с ним взрывоподавителем. Под действием взрыва всё внутриконвейерное пространство на заданной длине а течение 2—4 мс заполняется предохранительной средой, взаимодействуя с которой пламя гасится.

Реальность создания описанной системы подтверждается зарубежным и отечественным опытом разработки взрыавоподавителей линейного типа. В частност, в 1987 г. МакНИИ совместно с другими организациями была создана автоматическая система “Заслон АВП. 1” для локализации взрывов при взрывных работах в выработках. Она включала взрьавоподааитель из состыкованных между собой лиенейных контейнеров трёхжелобчатого профиля. В каждой желобчатой полости были проложены полиэляленовые ампулы с порошком и детонирующим шпуром, скреплённым с электродетонатором, подсоединённым датчику пламени. В процессе промышленной эксплуатации система "Заслон АВП.I” показала способность стабильно функционировать в выработках. Однако ее выпуск Краснноармейским спецзаводом средств пылеподавления прекращён из-за ряда конструктивных, технологических и экономических трудностей.

В США с использованием линейных взрывоподавителей. контейнер которых представляет собой или закрытый решёткой жёсткий корытоообразный канал, или закрытую трубку, или два симметрично размещенных крыла, создана автоматическая система для подавления взрывов на проходческих комбайнах (1).

Заложив в конструкцию более прогрессивные технические решения отдельных узлов, можно усовершенствовать авоматические системы с линейным взрывоподавителем. сделав их более компактными и удобными для конвейерных выработок. Более того, существует принципиальная возможность применения в качестве пламягасящего вещества низкоработоспособных, т. е. не пригодных для разрушительных целей, активных (взрывчатых) систем (типа бикарбитов, противопожарных аэрозольных составов и др.). которые содержат более 90% порошкового ингабитора. Такой подход исключит необходимость использования в линейном взрывоподавителе детонирующего шнура.

В настоящее время созданы применительно к системе СЛВА датчик пламени и пламягасящий порошок ПВХ-1, разработаны научные основы создания системы, позволяющие рассчитать параметры надежного ее функционирования, оставив за испытаниями натурального образца только одну функцию—проверочную. Всё это в сочетании с высококвалифицированными кадрами, уникальной лабораторной базой, а также богатым заводским опытом по созданию шахтного оборудования оставляет надежду на успешное разрешение проблемы взрывозашиты конвейерных выработок.

Литература

1. Шевчов Н. Р. Взрывозащита горных выработок при их строительстве (конспект лекций): Учебное пособие.-Донецк: Новый мир, 1998.

2. Веселов А.И., Мешман Л.ч. Автоматическая взрывозащита предприятий химической и нефтехимической промышленности.— М.: Химия, 1978.

3. Судиловский М. Н., Колышенко М.н., Эйнер Ф.Ф. Предупреждение и лоокализация аварий в шахтах ФРГ.— М.: Недра, 1988.