Источник: Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Зборник научных трудов. Часть II: Макеевка-Донбасс. - 2005. - с. 137-142.
Известно, что в процессе добычи полезных ископаемых важное место занимают буровзрывные работы (БВР), как одно из мощных средств разрушения горных пород. Вместе с тем, ведение взрывных работ в угольных шахтах сопряжено с определенными опасностями, из которых наибольшую угрозу представляет воспламенение метановоздушной и пылевоздушиой смеси [1]. Такие воспламенения сопряжены как с материальными потерями, так и с человеческими жертвами.
Обеспечение безопасности взрывных работ на угольных шахтах является сложной научно-технической задачей и осуществляется одновременно по нескольким направлениям как организационными, так и техническими мерами. В последние годы на Украине проведена большая работа, направленная на повышение безопасности и эффективности взрывных работ но, несмотря на это, они продолжают оставаться источником повышенной опасности.
Так, например, за период с 1992 по 2003 год включительно на шахтах Украины при ведении взрывных работ произошло порядка 15 крупных взрывов и вспышек метановоздушной и пылевоздушной смеси. Взрывы метано- и пылевоздушной смеси со значительными разрушительными последствиями или человеческими жертвами перечислены ниже.
• 1992 г. ш. им. Менжинского ПО «Первомайскуголь»;
• 1993 г. ш. им.А.А.Скочинского ПО «Донецкуголь»;
• 1993 г. ш. «Глубокая» ПО «Донецкуголь»;
• 1994 г. ш. «Славяно-Сербская» ПО «Луганскуголь»;
• 1995 г. ш. «Пере вал ьская» ПО «Луганскуголь»;
• 1995 г. ш. «Суходольская-Восточная» ПО «Краснодонуголь»;
• 1996 г. ш. им. Косиора ПО «Луганскуголь»;
• 1997 г. ш. им. 17-го Съезда ПО «Шахтерекуголь»;
• 1998 г, ш. «Петровская» ПО «Донуголь»;
• 1998 г. ш. «Ждановская» ПО «Шахтерскуголь»;
• 1999 г. ш им. СМ. Кирова ПО «Луганскуголь»;
• 2000 г. ш. «Комсомолец Донбасса»;
• 2001 г. ш. им. А.А. Скочинского ПО «Донецкуголь»;
• 2002 г. ш. им. А.Ф. Засядько.
В результате этих аварий было травмировано 7 и погибло 68 человек. Анализ причин и обстоятельств взрывов и вспышек метановоздушной смеси в угольных шахтах Украины за последние годы показывает, что аварии по местам возникновения распределяются следующим образом:
• тупиковые забои - 67%;
• очистные забои (в основном ниши лав) - 24%;
• выработанное пространство лав (взрывная поездка кровли) - 9%.
Если проанализировать происшедшие аварии по источникам воспламенения, то мы увидим, что основным источником поджигания метановоздушной смеси при ведении взрывных работ в угольных шахтах являются высоко температypные продукты детонации шпуровых зярядов ВB - на их долю приходится около 40% аварий. Выгорания шпуровых зарядов предохранительных взрывчатых веществ являются причиной аварий в 29% случаев.
В последние 5-7 лет проведена большая работа по разработке новых предохранительных взрывчатых веществ с повышенной устойчивостью к выгораниям [2]. Разработанные взрывчатые вещества в последние годы освоены нашей промышленностью. Это ВВ IV класса аммониты Ф-5 и Г-5, ВВ V класса углениты 13П и 13П/1, а также ВВ VI класса угленит 10П. Их внедрение в угольных шахтах Украины существенно снижает вероятность возникновения взрывов и вспышек метана по причине выгораний ВВ.
Однако проблема повышения безопасности взрывных работ и зашита от воспламенения метано-воздушной смеси высокотемпературными продуктами детонации, по-прежнему, остается актуальной.
Одним из путей решения указанной проблемы и повышения безопасности взрывных работ является применение в шпуровом заряде специальных забоечных материалов, которые, с одной стороны, могли бы поглощать излишнюю энергию продуктов взрыва и тем самым способствовать быстрому их охлаждению. А с другой стороны, как можно дольше удерживать продукты взрыва в зарядной камере шпура, что позволит повысить коэффициент полезного действия взрыва и еще больше охладить продукты детонации. Желательно также, чтобы вещество забоечного материала могло поглощать токсичные газы, которые выделяются в процессе детонации шпурового заряда.
Целью работы является разработка новых ингибиторных забоечных материалов для повышения безопасности и эффективности ведения взрывных работ в угольных шахтах.
В 2002-2003 годах институтами УкрНИИпроект и МакНИИ совместно с Донецким казенным заводом химических изделий и ООО «Ингибитор» по договору с Минтопэнерго № 110204020 проведена научно-исследовательская работа «Провести исследования и внедрить ингибиторные порошки для приготовления пластичной забойки при ведении буровзрывных работ». В ходе выполнения указанной работы были разработаны ингибиторные составы нового технического уровня. По ряду показателей, таких как ингибирующие свойства самого порошка, ингибирующие свойства забоечного материала, изготовленного из предложенного состава, удельный вес забоечного материала, его запирающая эффективность значительно (как минимум в 1,5 раза) превосходят допущенный в настоящее время для изготовления пастообразной забойки порошок-ингибитор типа КСВ-ЗО [3].
Определение взрывозащитной концентрации забоечного материала, диспергированного взрывом шпурового заряда, в условиях Сытного штрека МакНИИ, показало, что через 15 мс после детонации одиночного шпурового заряда с пластичной ингибиторной забойкой создается защитная среда. Взрыв в этой среде открытого патрона аммонита IV класса массой 300 г не вызывает воспламенения метана (в обычных условиях для поджигания метана достаточно 30-40 г аммонита).
В ходе проведения работы была разработана технология изготовления пластичного ингибиторного забоечного материала и его патронирования в полиэтиленовые ампулы. Состав забоечного материала подобран таким, чтобы при изготовлении и патронировании он оставался текучим и только через некоторое время становился пластичным (применяемый состав обретает пластичные свойства через 4-7 суток после изготовления). Удельный вес разработанного пластичного ингибиторного забоечного материала составляет 1,95-2,1 г/см3, что обеспечивает отличные показатели по запирающей эффективности. Пластичная ингибиторная забойка шпуров в условиях взрывания в канальной мортире задерживает выбрасывание продуктов взрыва на 8,69 мс (для сравнения - глиняная забойка такой же длины обеспечивает задержку на 5,88 мс). Кроме того, компоненты забоечного материала поглощают значительную часть токсичных газов взрыва, что положительно сказывается на экологическом, состоянии рабочей зоны призабойного пространства.
Учитывая положительные результаты лабораторно-полигонных исследований, Госнадзорохрантруда Украины разрешил проведение приемочных испытаний пластичного ингибиторного забоечного материала в ампулах. Испытания были проведены на 12 угольных шахтах Луганской и Донецкой областей. При этом при выборе мест испытаний руководствовались тем, чтобы охватить практически все возможные горно-геологические условия шахт Донбасса.
Испытания проводились при ведении взрывных работ в чисто породных, смешанных и угольных забоях. На пластах пологого, наклонного и крутого падения, как в обычном режиме и в режиме сотрясательного взрывания. При этом применялись взрывчатые вещества II, IV, V и VI классов. Паспортная глубина шпуров составляла от 1,0 до 2,2 м. Испытания показали, что применение пластичного ингибиторного забоечного материала позволяет значительно увеличить технико-экономические показателя ведения взрывных работ. В самых различных условиях КИШ возрастал на 5-15%. Заслуживают внимания результаты, полученные на ш. им. А.А. Скочинского. На этой шахте проводились исследования по возможности применения при проведении взрывных работ в режиме сотрясательного взрывания взамен ВВ IV класса (фугасность 280 см3 по пробе Трауцля) высокопредохранительных ВВ V и даже VI классов (фугасность 140-150 см3 по пробе Трауцля). Испытания показали, что применение пластичной ингибиторной забойки шпуров позволило довести КИШ при применении маломощных ВВ до показателей ВВ IV класса и даже несколько превысить их.
Большинство шахт, на которых взрывные работы велись с использованием пластичной ингибиторной забойки шпуров в значительных объёмах, оценили преимущества её применения и готовы широко применять её. Это такие шахты, как «Самсоновская-Западная», «Комсомолец Донбасса», шахты ГП «Макеевуголь» и «Донецкуголь» и др. В настоящее время пластичный ингибиторный забоечный материал нового поколения успешно прошел испытания в производственных условиях угольных шахт Донбасса и допущен к постоянному применению. Ведется подготовка материальной базы для изготовления пластичного ингибиторного забоечного материала в объемах, достаточных для обеспечения угольных предприятий Украины.
Основным источником поджигания метано-воздушной смеси при ведении взрывных работ в угольных шахтах являются высокотемпературные продукты детонации шпуровых зарядов ВВ.
Применение специальных ингибирующих материалов для забойки шпуров способствует быстрому охлаждению продуктов взрыва и тем самым снижает вероятность воспламенения взрывоопасной среды и позволит повысить коэффициент полезного действия взрыва. Вместе с тем, работы над созданием новых, более эффективных ингибируюших. забоечных материалов должны продолжаться и в дальнейшем.