Песоцкий МК Бутуков АЮ Белодед АВ Песоцкий ММ Взрывные работы в забоях выработок

ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Главная страница Ссылки Библиотека Автореферат Отчет о поиске

М.К.Песоцкий, А.Ю. Бутуков, кандидаты техн. наук. А.В. Белодед, М.М. Песоцкий, инженеры (МакНИИ)

ВЗРЫВНЫЕ РАБОТЫ В ЗАБОЯХ ВЫРАБОТОК ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ

В угольных шахтах, разрабатывающих пласты, опасные но взрывам угольной пыли и опасные или угрожаемые по внезапным выбросам угля и газa, взрывные работы связаны с потенциальным воспламенением метановоздушнoй (MBC) и пылевоздушной смесей (ПВС). В течение длительного времени во всех странах мира, в том числе в Украине, исследуются причины и условия воспламенения смесей. Установлено, что воспламеняемость взрывоопасных смесей при взрывных работах определяется рядом факторов, основные из которых свойства взрывчатых веществ (ВВ) и горючих смесей, условия взрывания.

Для обеспечения безопасности при выборе классов ВВ необходимо учитывать степень опасности работ в забое (выработке) и условия взрывания зарядов ВВ, руководствуясь требованиями § 223 действующих Единых правил [I]. Взрывные работы в очистных и подготовительных забоях и на отдельных участках выработок, в которых наблюдается газовыделение или взрывчатая пыль, должны осуществляться при соблюдении определенного режима, разрабатываемого шахтой с учетом требований Методических указании [2] и согласованного с местным органом Госнадзорохрантруда Украины.

Несмотря на меры, предусмотренные указанными нормативно-техническими документами, случаются взрывы и вспышки МВС при взрывных работах в угольных шахтах Украины. Анализ причин и обстоятельств показал, что за последние 20 лет большинство аварий произошло в следующих забоях повышенной опасности:

-забои выработок, проводимых по нарушенному трещиноватому массиву, по завалу и вприсечку к нему, в зонах геологических нарушений, в смешанных забоях с верхней подрывкой слабых неустойчивых пород и при других условиях, где возможно боковое обнажение шпуровых зарядов ВВ. В них происходит 33,3% аварий от их общего количества;

угольные и смешанные забои выработок, проводимых по пластам, опасным и угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа. При взрывных работах с использованием ВВ IV класса в таких выработках количество взрывов и вспышек метана достигает 30,4%.

В связи с этим вопросам безопасности следует yдeлять больше внимания. В условиях, когда заряд ВВ имеет частичное обнажение и непосредственно соприкасается с МВС, вероятность воспламенения метана может быть высокой. Вместе с тем воспламеняющая его способность от взрыва предохранительных ВВ IV, V и VI классов при частичных обнажениях шпуровых зарядов изучена недостаточно.

Для установления возможности воспламенения метана были выполнены специальные лабораторно-полигонные исследования на стендах и установках, позволяющие воспроизводить реальные условия взрывания частично обнаженных шнуровых зарядов ВВ и обеспечивающие контакт продуктов взрыва ВВ с окружающей метановоздушной средой. Их проводили в опытном штреке при взрывании частично обнаженных зарядов ВВ IV, V и VI классов, размещаемых в специальной комбинированной мортире. Она позволяет располагать заряд одновременно в канале и в уголке без нарушения eго сплошности по длине.

Выполнено несколько серий опытов для определения частости (вероятности) виспламеняемости МВС oт взрыва частично обнаженных зарядов ВВ IV класса (аммонит Т-19), V (угленит 13П) и VI (угленит 10П). Сущность опытов заключалась в следующем. Комбинированную мортиру размещали во взрывной камере опытного штрека. Заряд ВВ (аммонит Т-19, углениты 13П и 10П) укладывали в цилиндрический канал мортиры, имитирующий шпур. По мере выдвижения колонкового заряда (из одного пли нескольких патронов) из канала на грани уголковой мортиры на определенную длину создавалось заданное боковое обнажение ВВ. Затем герметизировалась взрывная камера штрека диафрагмой, заполнялась метаном, который смешивался с воздухом, и его содержание контролировалось газоанализатором.

После достижении наиболее опасной концентрации метана (9 -9.5%) взрывали частично обнаженный заряд, размещенный в комбинированной мортире, и фиксировали результат. При этом "воспламеыиемость" или "невоспламеыиемость" метана подтверждалась не менее 10 экспериментальными взрываниями.

Поскольку на воспламеняемость МВС влияют температура и относительная влажность воздуха [3], эти параметры фиксировались и в расчет принимали лишь, те результаты опытов, проведенных в сопоставимых условиях. Для получения более достоверных данных соблюдали такие условия:

опыты по изучению воспламеняемости МВС от взрыва обнаженных зарядов проводили для каждого класca и марки ВВ из одной партии;

каждую партию ВВ испытывали по всем показателям, предусмотренным стандартами;

отбирали только те ВВ, предохранительные свойства, физико-химические и взрывчатые показатели которых соответствовали нормам, указанным в действующих стандартах на них, и не истек гарантийный срок хранения.

Для исследований воспламеняющей способности МВС частично обнаженными зарядами использовались такие ВВ, изготовленные химкомбинатом им. Петровского:

-предохранительные IV класса - аммонит Т-19 от партии №1, изготовленной по ГОСТ 21982-76;

-повышенной предохранительности V класса - угленит 13П от партии №9, изготовленной по ТУ 12.0174086-002-92;

-высокопредохранительные VI класса - угленит 10П от партии №3, изготовленной по ТУ 12.0174086.001-95.

В качестве критерия оценки воспламеняющей способности МВС oт взрыва частично обнаженных зарядов предохранительных ВВ IV, V и VI классов принята частость (вероятность) воспламенений этой взрывоопасной среды. Результаты исследований, приведенные в таблице (в каждом случае по 10 опытов), математически обработаны и для каждого класса ВВ установлены функциональные связи частости воспламенений МВС в зависимости от площади обнажения зарядов. Получены следующие зависимости:

для аммонита Т-19 P=0,015342S-0,000064S*S

где Р - частость воспламенений МВС;

S — площадь обнажения зарядов ВВ, см2;

153,42 и 0,64 - коэффициенты, рассчитанные по методу наименьших квадратов [4];

для угленита 13П

Р=0,0018304S-0,00000031S*S;

для угленита 10П

P=0,0111-S— 5,7.

Анализ показывает, что частость воспламенений метановоздушной смеси oт взрыва частично обнаженных шпуровых зарядов имеет тенденцию возрастания при увеличении площади их обнажений. Установлено, что воспламеняются МВС в зависимости от площади обнажения с такой частостью:

от аммонита Т-19 при наличии даже незначительного обнажения (20—40 см2) вероятность воспламенений МВС достигает 0,6, а при обнажении заряда площадью 140 см2 она возрастает до 1;

от угленита 13П с площадью обнажения 260 см2 вероятность составляет 0,3, при обнажениях 400 см2 и более - 100;

от угленита 10П с площадью обнажения, достигающей 570 см2 (обнажено 3.25 патрона взрываемого заряда), также происходят воспламенения, частость которых 0,6, а при обнажениях 610 см2 (обнажено 3,5 патрона) — 1.

Вместе с тем при сравнении полученных в исследованиях нулевых частостей (воспламенения МВС не происходят) от взрыва частично обнаженных зарядов ВВ IV, V и VI классов (обнажения площадью 0; 175 и 520 см2 соответственно), в том числе при взрывании в стандартной уголковой мортире в процессе испытаний ПВВ V и VI классов (предельные заряды, не воспламеняющие МВС), видно, что по предохранительным свойствам ПВВ VI класса угленит 10П в условиях возможного обнажения шпуровых зарядов превосходит ВВ V класса угленит 13П в 4-6 раз, а в сравнении с ВВ IV класса (аммонит Т-19) - на порядок. В реальности же обнажения шпуровых зарядов [5] достигают 200 см2 (один патрон массой 200 г и диаметром 36 мм), а воспламенения МВС происходят в наиболее опасных условиях, но от взрыва больше трех обнаженных патронов угленита 10П. Следовательно, высокопредохранительное ВВ VI класса угленит 10П разрешается применять в самых опасных по газу забоя выработок, где возможны частичные обнажения шпуровых зарядов, без дополнительных средств взрывозащиты (водораспылительные, порошковые и воздушные завесы, гидрозабойка и др.).

Забои очистных и тупиковых подготовительных выработок, проводимых на пластах, опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа, где текущим прогнозом получено значение "опасно", также относятся к забоям повышенной опасности и согласно Методическим указаниям [2] отнесены к V группе. Для сотрясательного взрывания и таких забоях нормативными документами допущено применение малопредохранительного, но мощного ВВ IV класса — аммонита Т-19. Это связано с необходимостью обеспечения и наиболее полной отбойки горного массива и исключения применения ручных инструментов для оформления забоев.

В то же время, как показывает анализ аварий, в этих условиях наблюдается высокая аварийность при использовании ВВ IV класса, которая достигает 30%, что обусловлено прежде всего низким уровнем предохранительных свойств (высокая агрессивность по отношению к воспламенению МВС), а также мощным взрывным импульсом. Для сравнения определим взрывной импульс, воздействующий на горный массив (уголь, порода), от взрыва зарядов предохранительных ВВ различных классов [6|. Для аммонита Т-19 импульс I=8/27mD=11620,9 H*с, где m — масса заряда, принимаем m=1 кг; D —скорость детонации (средняя скорость детонации аммонита Т-19 составляет 3950 м/с); для угленита 13П импульс I=7355 Н*с и для 10П импульс I=5491,7 Н*с.

Таким образом, взрывной импульс у ВВ IV класса аммонита Т-19 в 1.5 раза больше, чем у ВВ V класса угленита 13П, и в 2.1 раза, чем у ВВ VI класса угленита 10П. Поэтому для кардинального повышения безопасности взрывных работ в забоях выработок, проводимых по пластам, опасным и угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа, необходимо ограничить применение ВВ IV класса за сет расширения области использование более безопасных V и VI классов.

Выводы. Количество воспламенений МВС от взрыва частично обнаженных зарядов предохранительных ВВ IV, V и VI классов возрастает с увеличением площадей их обнажения: чем выше класс ВВ, тем меньше частость воспламенений МВС при одинаковых площадях обнажения зарядов. Использование ПВВ IV класса для взрывных работ в угольных шахтах, опасных по газу, в условиях возможного обнажения шпуровых зарядов ВВ недопустимо. Использование ПВВ V класса допустимо, но при дополнительных мерах обеспечения безопасности взрывных работ (взрывозащита от воспламенений МВС).

Угленит 10П можно применять в забоях выработок повышенной опасности по газу без дополнительных средств взрывозащиты. Для исключения аварии при взрывных работах в забоях выработок повышенной опасности необходимо пересмотреть требования параграф 223 "Единых правил безопасности при взрывных работах" в целях ограничения области использования ВВ IV класса и расширения области V и VI классов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Единые правила безопасности при взрывных работах.- К.: Норматив, 1992.

2. Методические указания по составлению режимов ведения взрывных работ в угольных шахтах, опасных но газу или разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли.— Макеевка—Донбасс, 1994.

3. Сахненко 3. Н., Песоцкий М. К. Исследование статического метода предохранительных ВВ на воспламенение метановоздушной смеси// Взрывное дело.— М.: Недра. 1967.

4. Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. - М.:Гос. изд-во техннко-теорет. лит-ры, 1956.

5. Песоцкий М. К., Шаталов В. С. Взрывные работы в забоях выработок, проводимых по нарушенному массиву// Безопасность труда в промышленности.— 1974.— № 9.

б.Похил П. ., Садовский М. А. Импульс взрыва и его зависимость от формы и размеров заряда и свойств взрывчатого вещества// Физика взрыва,— 1952.— № 1.

Источник: Взрывные работы в забоях выработок повышенной опасности/ М. К. ПЕСОЦКИЙ, А. Ю. БУТУКОВ, кандидаты техн. наук, А.В.БЕЛОДЕД, М. М. ПЕСОЦКИЙ, инженеры (МакНИИ)// Уголь Украины. - 2001. - ноябрь-декабрь. с.41-43.

ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ> Главная страница Ссылки Библиотека Автореферат Отчет о поиске

Индивидуальное задание