Ежегодно на шахтах Украины возникает большое количество эндогенных пожаров от 160 до 200. Они не только представляют серьезную опасность для рабочих, но и являются существенным фактором, сдерживающих развитие горных работ и увеличение добычи угля.

         Наибольший удельный вес (более 50 процентов от общего числа) занимают подземные пожары, причем соотношение эндогенных и экзогенных за последнее время стало 2:1. Большинство пожаров (70 процентов) от самовозгорания угля возникло в местах, труднодоступных для непосредственного применения средств пожаротушения, то есть в выработаных пространствах действующих, отработанных, но неизолированых, изолированых участков и куполах горных выработок газовых шахт.

         Для тушения и локализации подземных пожаров подразделения ВГСЧ оснащены современными средствами водяного, газового, порошкового и пенного пожаротушения. Однако, как показал анализ, существующие способы и средства тушения подземных пожаров в труднодоступных местах являются трудоемкими, а иногда и малоэффективными из-за ограниченности зоны охлаждения водой, низкой охлаждаемой способности инертного газа или опасности взрыва пожарных газов при тушении пожаров воздушно-механической пеной, содержащей в газовой фазе кислород воздуха.

         В связи с этим около 12 процентов экзогенных и более 75 процентов эндогенных пожаров изолируют, выводя на длительное время из строя отдельные участки и горные выработки с подготовленными запасами угля для выемки и дорогостоящим оборудованием.

         Поэтому для успешной ликвидации подземных пожаров в таких местах горноспасательные части должны оснащаться новейшими дистанционными средствами активного пожаротушения. Одним из таких средств может быть инертная пена на основе азота, исключающая недостатки газообразного азота и воздушной пены.

         Достоинства инертных пен, при тушении горячих жидкостей на поверхности, по сравнению с воздушной пеной неоспоримы.

         Следовательно, исследование и разработка дистанционного способа тушения подземных пожаров в труднодоступных местах инертной пеной яввляется актуальной темой.

         Разработка мероприятий по предупреждению, тушению и локализации эндогенных пожаров в условиях АП «Шахта им. А.Ф. Засядько». И использование их для предупреждения и тушения эндогенных пожаров в шахтах.

         Идея работы заключается в использовании современных методов и средств для профилактики, тушения и предотвращения эндогенных пожаров.

         Склонность угля к самовозгораний - совокупность физико-химических свойств угля, предопределяющая опасность развития процесса самовозгорания.

         Самовозгорание угля - самоускоряющийся процесс, обусловленный накоплением тепла в скоплении угля в результате окисления его кислородом воздуха и приводящий к возгоранию. Этот процесс проходит три стадии.

         Стадия самонагревания угля протекает в интервале температур от 20...50 °С до критической 70...140 °С, выше которой начинается резкое увеличение скорости окисления.

         Возникновение и развитие процессе самонагревания возможно при наличии достаточного по величине скопления разрыхленных масс угля повышенной химической активностью и притока воздуха. Химическая активность обусловлена способностью угля вступать во взаимодействием с кислородом. Ее показателем является константа скорости реакции взаимодействия кислорода с углем. Разогревание угля начинается после того, как в его скоплении создаются условия для аккумуляция тепла. При этом происходит испарение влага, что влечет за собой активизацию процесса окисление угля. В атмосфере, окружающей угольное скопление, появляются микропримеси оксида углерода и непредельных углеводородов (этилена, а затем и ацетилена).

         Ранняя стадия самовозгорания угля характеризуется интервалом температур от критической до температуры воспламенения летучих веществ (для каменного угля 300...350 °С, тощих углей 650...800 °С). На этой стадии завершается процесс испарения влаги и начинается интенсивное окисление угля. Состав атмосферы вокруг угольного скопления претерпевает изменения: снижается содержание кислорода, увеличивается выделение оксида и диоксида углерода, водорода, предельных и непредельных углеводородов. Продолжительность этой стадии при благоприятных условиях может быть весьма малой.

         Стадия горения угля характеризуется температурой, превышающей температуру воспламенения летучих веществ.

         Однако, проведенные экспериментальные и теоретические исследования профессора, доктора технических наук Зборщика Михаила Павловича в этой области свидетельствуют о том, что первопричина опасных и вредных геомеханических проявлений в горных породах угольных месторождений является окислительное выщелачивание содержащегося в них пирита при участии тионовых бактерий с выделением теплоты и веществ новообразования элементной серы, серной кислоты и соединений железа. В зависимости от условий протекания биогеохимических процессов возможно самовозгорание гонных пород, инициируемое самовоспламенением паров серы или образование в них сернокислотных зон.

         Эндогенны пожар - пожар от самовозгорания, признаками которого являются: проявление в горных выработнах шахт открытого огня; раскаленного угля; дыма; запаха гари или продуктов возгорания; оксид углерода, водорода, предельных и непридельных углеродов, превышающих фоновое содержаниею.

         Фоновое содержание - среднее содержание различных газов или паров в атмосфере горных выработок при установившихся технологихеских режимах отбойки угля, управления кровлей и проветривания очистного забоя при отсутствии очага самонагревания угля. Источниками формирования фона являются: низкотемпературное окисление углей, технологические процессы выемки угля и управления кровлей, работы промышленных предприятий, автомобильного транспорта и др.

         Рецидив пожара - повторное возникновение эндогенного пожара в одном и том же месте.

         Пожарный участок - место очага пожара с примыкающими горными выработками, в которые потупают или могут поступать продукты горения.

         Эндогенная пожароопасность - комплекс горно-геологических и горно-технических условий, определяющих возможность возникновения эндогенного пожара в горных выработках.

         Шахтопласт - угольный пласт в пределах шахтного поля.

         Выемочное поле - часть этажа, в пределах которого разработка пласта (пластов) осуществляется помощью одного (общего для нескольких пластов в случае групповой разработки) участкового бремсберга, уклона или квершлага.

         2.1. Краткое описание физико - химических процессов самовозгорания угля

         Подземные пожары от самовозгорания угля относятся к числу природных опасностей, сопровождающих ведение горных работ в шахте.

         Основа успешной борьбы с эндогенными пожарами заложена в понимании физико - химических процессов самовозгорания угля.

         В процессе самовозгорания выделяют три стадии - стадия самонагревания, ранняя стадия самовозгорания и стадия горения. При этом интенсиный,самоускоряющийся и протекающий в течении сравнительно коротного промежутка времени процесс возгорания подготавливается более длительным процессом самонагревания. Поэтому влияние физических условий сказывается прежде всего на процесс самонагревания.

         Физические условия самонагревания в горных породах угольных месторождений является окислительное выщелачивание содержащегося в них пирита при участии тионовых бактерий с выделением теплоты и веществ новообразования: элементной серы, серной кислоты и соединений железа. В зависимости от условий протекания биогеохимических процессов возможны самовозгорание горных пород, инициируемое самовоспламенением паров серы, или образование в них сернокислотных зон.

         Все процессы самонагревания и горения углей и углистоглинистых пород протекают на фоне выделений и превращений элементной серы, являющейся одним из основных горючих компонентов. Поэтому при самовозгорании горных пород выделяются сернистые газы SO2, H2S, СS2, СОS. При горении горных пород образуются, кроме углерод- и серусодержащих газов, аммиак, нашатырь, оксиды азота, оксид мышьяка, цианводород, тиоцианаты.

         При повышении температуры поровых растворов в нагревающихся горных породах вода испаряется и концентрация серной кислоты в них увеличивается. Горячая концентрированная серная кислота окисляет углефицированное вещество и серу, взаимодействует с пиритом и с карбонатом кальция. В естественных условиях под действием серной кислоты происходит беспламенное выгорание углей и углисто-глинистых пород.

         После достижения критической температуры в очаге нагретого угля, при при достаточном доступе воздуха, скорость окисления начинает увеличиватся. Тепло, выделяемое при окислении угля, при благоприятных внешних условиях, обусловленных превышением генирации тепла над ее расходом, приводит к самонагреванию и возгоранию.

         Таким образом, интенсивность тепловыделения определяется химической активностью угля, а накопление тепла и разогрев его зависит от характера теплообмена с окружающей средой, что в свою очередь зависит от горно-геологтческих условий залегания пласта и горно-технических условий ведения горных работ. Кроме того следует учитывать, что процесс самонагревания происходит при очень незначительных расходах кислорода, поэтому профилактика эндогенных пожаров должна базироватся не только на совершенствовании способов и средств изоляции угольных скоплений от доступа воздуха, но и на снмжениеи химической активности угля, инертизация атмосферы вокруг угогльного скопления или на ее охлождения.

         2.2. Характерные места и причины возникновения эндогенных пожаров

         Анализ статистических данных показывает, что характерными местами, в которых возникают эндогенные пожары, являются:

           - выработанные пространства действующих очистных забоев (25 %);

           - отработанные изолированные участки (30...40 %);

           - отработанные неизолированные участки (12...37 %);

           - капитальные и подготовительные выработки (30...40 %).

         При этом частота эндогенных пожаров в различных выработках зависит от горно-геологических условий месторождения, своевременности и качества изоляции, а также объема проводимых профилактических мероприятий.

         Эндогенные пожары в выработанном пространстве действующих выемочных полей возникают от самовозгорания оставленных в нем целиков угля, измельченного угля, разрушенной краевой части целика особенно при щитовой разработке. Условия для самовозгорания угля благоприятны в зонах геологических нарушений вследствие неустойчивости и значительной трещиноватости угля, повышения его химической активности. Предотвращение самовозгорания угля в выработанном пространстве действующих очистных забоев затруднено в связи со сложностью изоляции оставленного угля от утечек воздуха.

         Самовозгорание угля в отработанных участках обусловлено их неудовлетворительной и несвоевременной изоляцией. Самовозгорается угля целиков на границе с выработанным пространством; уголь, оставленный в выработанном пространстве в зонах геологических нарушений; обрушенный уголь при потолкоуступной форме очистного на крутых пластах; в штреках, при извлечении из них крепи.

         Эндогенные пожары в проводимых подготовительных выработках в зонах геологических нарушений, в пустотах за крепью, а также после внезапных выбросов. В зонах геологических нарушений самовозгорается уголь за крепью, а также в пустотах. Образование пустот характерно для крутых пластов, особенно при применении сотрясательного взрывания. После внезапных выбросов имеет место самовозгорания выброшенного угля.

         В действующих подготовительных выработках самовозгорание угля имеет место в пустотам, образовавшихся при проведении выработок в раздавленных под действием горного давления целиках угля.

         Таким образом, условия самовозгорания угля весьма разнообразны. Они обусловлены многочисленными факторами: геологическими особенностями, способами подготовки и системами разработки; интенсивностью ведения очистных работ, режимом и схемами вентиляции, способом управления кровлей, надежностью изоляции выработанных пространств и др. Несмотря на разнообразие условий возникновения эндогенных пожаров, они определяется тремя физическими причинами: химической активностью окисляющегося угля; притоком к нему воздуха и повышением температуры вследствие накопления тепла, которое образуется в результате окисления.

         При неизменном для рассматриваемых условий значений химической активности угля предотвращение или уменьшение нагрева угля вследствие его окисления можно достичь двумя способами: увеличением количества подаваемого воздуха о целью превышения количества отводимого тепла над количеством генерируемого или уменьшением нагрева угля за счет снижения количества генерируемого тепла путем уменьшения содержания кислорода в рудничной атмосфере. Первый способ может быть применен при нагреве угля подготовительных выработках и технически неосуществим при нагреве угля в выработанном пространстве, где сложны регулирование и контроль утечек воздуха. С этих условиях наиболее целесообразен второй способ, когда применяется усиленная изоляция. Горные работы должны вестись таким образом, чтобы можно было осуществить надежную изоляцию выработанного пространства и тем самым обеспечить пожаробезопасную отработку шахтных и выемочных полей. Это возможно в результате применения схем вскрытия и подготовки выемочных полей, способов к средств проведения и поддержания подготовительных выработок, систем разработки, схем проветривания и способов управления кровлей, обеспечивающих снижение потерь угля и уменьшение величины и продолжительности утечек воздуха через выработанное пространство.

         3.1. Строительство шахт, вскрытие и подготовка выемочных полей, горизонтов, блоков, панелей осуществляются по проектам, имеющими разделы (проекты), касающиеся предупреждения поваров от самовозгорания угля. Разделы проектов (проекты), касающиеся предупреждения пожаров от самовозгорания угля должны проходить экспертизу в НИИГД.

         Эксплуатация выемочных участков, проведение и капитальней ремонт горных выработок должны осуществляться по паспортам, составляемым в соответствии с проектами и должны содержать разделы по предупреждению пожаров от самовозгорания угля.

         3.2. Паспорта подготовки и отработки участков пласта с геологическими нарушениями дополнительно должны содержать:

           - выбор технологии, обеспечивающей максимальную выемку угля;

           - порядок и объем применения антипирогенов в соответствии с "Рекомендациями по применению антипирогенов для предупреждения самовозгорания угля" (приложение В);

           - способы и средства изоляции оставляемых целиков, пачек, скоплений; усиление изоляции выработанного пространства со стороны примыкающих выработок;

           - организацию контроля за ранними стадиями самовозгорания угля.

         Главный маркшейдер и геолог шахты должны немедленно извещать главного инженера шахты и командира подразделения ГВГСС, обслуживающего данную шахту, о всех геологических нарушениях пластов, оставленных целиках, не предусмотренных проектом, оставленном угле в погашенных выработках и в выработанном пространстве действующих участков.

         3.3. При пересечении геологических нарушений выработкой, пройденной вприсечку к выработанному пространству, необходимо производить выборку разрыхленного угля, а образующиеся пустоты заполнять негорючими материалами.

         3.4. Запрещается оставлять в выработанном пространстве лав и других выработках скопления измельченного угля мощностью более 0,2 м.

         3.5. При перекреплении горных выработок и восстановлении крепи при обрушениях пустоты заполнять негорючими материалами и изолировать.

         3.6. Запрещается проветривать выемочные участки через ранее отработанные лавы.

         При длительной остановке лавы (более 15 суток) или при использовании отработанной лавы для проветривания других лав, должны быть разработаны мероприятия по прогнозу и предотвращению самовозгорания угля, включающие улучшение изоляции выработанного пространства и проведение ежесменного контроля за ранними признаками самовозгорания.

         3.7. Схемы проветривания выемочных участков выбирать исходя из возможности выключения их из общей вентиляционной сети - шахты в случае возникновения пожара на данном участке, снижать утечек воздуха до безопасной величины между выработанными пространствами смежных отработанных выемочных участков путем возведения бутовых или изолирующих полос из твердеющей пены, заполнения закрепленного пространства, проводимых вприсечку подготовительных выработок, песчано-глинистыми растворами со стороны выработанного пространства лав.

         3.8. Снизить поступление в выработанное пространство лав мелкодисперсных и тонких фракций угля путем изменения режима резания, схемы набора зубков исполнительного органа выемочных комбайнов и скорости их подачи на концевых участках лавы.

         3.9. В местах установки приводных и натяжных станций ленточных конвейеров регулярно убирать уголь, обмывать почву выработок водой, антипирогеном. После демонтажа станций уголь убрать, почву и боковые породы обмыть или осланцевать.

         4.1. При обнаружении признаков эндогенного пожара должен быть введен в действие "План ликвидации аварий" (далее ПЛА). В соответствии с ПЛА устанавливается режим вентиляции шахты. Главный инженер шахты ила лицо, его заменяющее, совместно с командиром ВГСО, прибывшим по вызову на аварию, если авария не ликвидирована до прибытия ГВГСС разрабатывает оперативный план ликвидации аварии. В тех случаях, когда пожар не удается ликвидировать в соответствии с оперативным планом и он принимает затяжной, характер, главный инженер шахты с привлечением ГВГСС, НИЙГД и других организаций разрабатывает проект локализации и тушения пожара.

         4.2. Выбор способа тушения зависят от конкретных геологических и горно-технических условий, степени активности и площади распространения пожара.

         4.3. Тушить подземные пожары, если доступ к ним возможен, необходимо непосредственным воздействием на очаг пожара (активным способом): водой, пеной, пульпой, огнетушащим порошком, песком, инертной пылью и другими веществами. При тушении и разборке горящего массива уголь следует грузить в вагонетки, тщательно заливать водой, засыпать песком или инертной пылью и выдавать на поверхность.

         4.4. Независимо от хода работ по непосредственному воздействию на очаг пожара необходимо вести подготовительные работы по его изоляции. Если невозможно ликвидировать пожар непосредственным воздействием на очаг, следует применить комбинированный способ тушения или способ изоляции.

         4.5. При комбинированном способе тушения пожарный участок временно изолируют перемычками, а затем производят непосредственное тушение путем:

           - заиливания;

           - заполнения изолированного участка водой;

           - заполнения изолированного участка инертным газом и т.п.

         4.6. Комбинированный способ тушения пожара с использованием инертных газов применять в том случае, когда неизвестно место расположения очага пожара и необходимо предупредить образование взрывчатых концентраций горючих газов. Если существует опасность проникновения инертных газов из пожарного участка в соседние рабочие участки, то должны быть предприняты дополнительные меры, обеспечивающие безопасность работ на смежных участках.

         4.7. Изоляцию и комбинированное тушение следует применять также при отсутствия подступов к очагу пожара, когда его ликвидация непосредственным воздействием на очаг связана с риском: для жизни работающих, при значительной затрате материальных средств и времени на ликвидацию пожара непосредственным воздействием на очаг.

         4.8. Способ изоляций следует применять при тушении пожаров, возникающих в выработанных пространствах лав, погашенных горных выработках за перемычками, а также в тех случаях, когда невозможно или нецелесообразно использовать другие способы ликвидации пожара.

         4.9. От действующих выработок пожарный участок должен быть изолирован постоянными перемычками из негорючего материала (гипс, бетон, бетонит или другие изоляционные материалы). В перемычки должны быть заложены трубы для отбора проб воздуха, замера температуры и выпуска воды. Если в процессе тушения пожара возникает необходимость возведения дополнительных перемычек, контрольные трубки для отбора проб должны быть протянуты через все перемычки.

         4.10. Пожарные участки на газовых тахтах должны быть изолированы взрывоустойчивыми перемычками.

         4.11. Если по окончании возведения перемычек содержание кислорода в пожарном участке не снижается, изоляции следует усилить дополнительной герметизацией перемычек воздухонепроницаемым покрытием, возведением рубашек, снятием депрессии и т.п.

         4.12. На каждый изолированный пожар главным инженером шахты совместно с командиром ВГСО должен быть составлен проект тушения, предусматривающий меры по сокращению объема изолированных выработок, быстрому тушению пожара, расконсервации запасов угля и др. Проект тушения согласовывается с НИИГД и утверждается техническим директором ГХК.

         4.13. Специальные способы, технические средства и материалы для тушения и локализации пожаров (газогенераторы и пр.), при использовании которых возникает высокая температура, открытое пламя, повышенная концентрация вредных газов допускается применять но письменному разрешению руководителя ликвидации аварии при условии соблюдения требований "Устава ГВГСС по организации и ведению горноспасательных работ" и эксплуатационной документации ( руководства, инструкции).

         4.14. Решение о прекращении тушения пожара принимается после исчезновения признаков горения на основании результатов наблюдений за пожарным участкам.

         Устройство для бессеточного получения инертной пены УИП.

         Преднозначено для нагнетания по скваженам инертной или воздушно-механической пены при дистанционном тушении пожаров в труднодоступны местах.

         Техническая характеристика:

         1. Производительность, м3/с 0,166

         2. Расход жидкого азота, м3/с 0,0002...0,00025

         3. Расход газообразного азота с или сжатого воздуха, м3/с 0,17...0,20

         4. Рабочее давление, МПа 0,3...1,0

         5. Температура жидкого азота, °С -196

         6. Масса, кг 5

         Устройство УИП (рис. 1.) состоит из патрубка 1 с соединительными головками 2, уплотняющего узла 3, обратного клапана - распылителя 4 и подводящей трубки 5.

Рисунок 1. Устройство для получения инертной пены УИП

         Схема включения УИП для получения пены показаны на рис. 2. Краткое описание действия схемы: вода под давлением от насоса или пожарного трубопровода подается к пеносмесителю, в котором эжектируется пенообразователь. Полученный водный раствор пенообразователя от пеносмесителя поступает к устройству УИП, которое через обратный клапан - распылитель под давлением подается низкотемпературный азот. Полученная инертная пена подается для тушения пожара.

Анимированый рисунок 2. Схема включения устройства УИП для получения пены

Заключение

          В данной работе рассмотрено применение инертной пены для тушения и локализации эндогенных пожаров.

         Установленно, что подземные пожары продолжают состовлять более половины всех аварий на угольных шахтах. При этом соотношение между эндогенными и экзогенными пожарами стало 2:1, причем 71 процент эндогенных пожаров возникло в труднодоступных местах.

         Анализ способов и средств получения инертных пен, а также влияние различных инертных газов на процессы пожаротушения и пеногенерации показал, что для активного дистанционного тушения подземных пожаров в труднодоступных местах газовых шахт наиболее целесообразно применение инертной пены на основе азота.

Список использованной литературы

         1. Борьба с эндогенными пожарами в шахтах. - Кемеровское кн. изд-во. 1984. - 120 с.

         2. Зборщик М.П., Осокин В.В. Предотвращение экологически вредных проявлений в породах угольных месторождений.- Донецк, ДонГТУ, 1996. - 178 с.

         3. Руководство по борьбе с эндогенными пожарами на шахтах Минуглепрома СССР : Утв. Минуглепромом СССР 30.10.90. - Донецк : ВНИИГД,1990. - 223 с.

         4. Богатырев В.Г. Исследование и разработка дистанционного способа туения подземных пожаров в труднодоступных местах инертной пеной : Автореф. дис… к-та техн. наук: 05.26.01 / МакНИИ.- Макеевка, 1982.- 20

         5. Справочник горноспасателя / Ю.А. Гладков, А.И. Козлюк, Н.И. Привалов, А.Е. Ильин. - Донецк : Донбас, 1988. - 247 с.

         

---

---

Биография          Библиотека          Ссылки          Отчет о поиске          Организация и контроль охраны труда на производстве

---

---