Источник: Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах. Сборник научних трудов МакНИИ. 2000. - с. 55 - 65
В последние годы проведена определенная работа, направленная на повышение безопасности и эффективности взрывных работ:
• разработаны и внедрены высокопредохранительные ВВ V и VI классов, устойчивые против выгорания - углениты 13П, 13П/1 и 10П, разработано также предохранительное ВВ IV класса, устойчивое против выгорания - аммонит Ф-5 и непредохранительное ВВ II класса аммонит ВК-1;
• в стадии приемочных испытаний находятся предохранительные электродетонаторы мгновенного действия повышенной безопасности - ЭД-ОПБ;
• разработаны взрывные и контрольно-измерительные приборы нового поколения: взрывное устройство ЖЗ-2460, предназначенное для одновременного взрывания 200 шт. электродетонаторов; измеритель сопротивления малогабаритный цифровой ХН-2570;
• кабели для постоянных взрывных магистралей с изоляцией из самозатухающего полиэтилена типа НГШМ;
• для взрывозащиты горных выработок при взрывных работах разработан генератор водяных аэрозолей типа ГПВ и пластичная забойка шпуров.
Кроме этого, разработан ряд нормативных документов [1,2] по совершенствованию организации руководства взрывными работами, по составлению режимов ведения взрывных работ. Готовится к изданию «Сборник нормативных документов по взрывным работам в угольных шахтах», не вошедших в «Единые правила безопасности при взрывных работах».
Несмотря на принятые меры, тенденции к снижению числа аварий и травматизма при взрывных работах не наблюдается. За период с 1992 г. по январь 1999 г. на шахтах при взрывных работах произошло пять аварий, в результате которых были травмированы люди. Нанесен большой материальный ущерб.
По результатам расследования этих аварий были разработаны конкретные мероприятия, направленные на предотвращение подобных аварий, что нашло отражение в приказах Минуглепрома Украины. Однако по истечении времени в результате безответственного отношения руководителей ряда шахт к выполнению требований правил безопасности и указаний Минуглепрома подобные аварии возобновились.
26.09.80 г. в конвейерном ходке 6-й центральной лавы пласта к8 гор. 900 м произошло воспламенение метано-воздушной смеси, перешедшее во взрыв метана и угольной пыли. Взрыв распространился по всей сети горных выработок, прилегающих к центральному уклону. Образование опасной концентрации метана в тупиковой части конвейерного ходка допущено вследствие недостаточного количества воздуха, подаваемого в забой ВМП. Источником воспламенения явилось взрывание открытого накладного заряда аммонита Т-19 для дроблении негабаритной глыбы породы (это самая крупная авария на угольных шахтах Украины за последние 50 лет, при этой аварии было травмировано 86 человек, из них 63 - смертельно). Наконец, 21.02.89 г. в верха ней части выработанного пространства 2-й северной лавы пласта к8 гор. 600 м напротив верхней ниши и в погашенной части конвейерного ходка 1-2-й северной лавы пласта к8 произошла вспышка метано-воздушной смеси, приведшая к пожару в выработанном пространстве. Источником воспламенения метана явилось выгорание переуплотненного из-за уменьшения расстояния между шпуровыми зарядами да 0,15 м и выброшенного в выработанное пространство лавы патрон Ш2ЦБ-2.
Во всех приведенных выше примерах имели место нарушения «Единых правил безопасности при взрывных работах» и других действующих нормативных документов. Основные среди этих нарушений следующие:
• неудовлетворительное проветривание забоя;
• неудаление людей из опасной зоны, в том числе из выработок с исходящей струей;
• использование ВВ, не разрешенных к применению в данных условиях (нарушение § 223 ЕПБ ВР);
• применение накладных зарядов;
• другие нарушения (неприменение или неправильное применение предохранительной среды; одновременное заряжание всех шпуров в забое, взрывание их в два приема; сближенное расположение шпуровых зарядов, особенно при взрывании по углю; взрывание без забойки; неправильное уничтожение неиспользованных ВМ, в том числе предназначенных для образования предохранительной среды и т.д.).
Катастрофические последствия воспламенений метана чаще всего имеют место в тех случаях, когда во взрыве принимает участие угольная пыль вследствие нарушений правил пылевзрывозащиты. Обстоятельства, причины и последствия рассмотренных выше аварий аналогичны происшедшим и ранее. Анализ 14 аварий, происшедших за период с 1983 г. по январь 1999 г. показывает, что взрывы распределяются следующим образом:
• по видам взрыва: взрыв метана - 64%, взрыв метана с участием угольной пыли - 36%.
• по типам выработок: тупиковые выработки - 64%, очистные забои- 21%, выработанное пространство лав - 15%.
• по причинам загазирования: неудовлетворительное проветривание (наличие взрывоопасной концентрации метана до проведения взрывных работ) - 51%, выделение метана из отбитого угля - 29%, наличие трещин, заполненных метаном, - 14%, прочие - 7%.
• по источникам воспламенения: высокотемпературные продукты детонации ВВ (накладной заряд) - 36%, выгорание ВВ - 29%, прорыв продуктов детонации ВВ по трещинам, заполненным метаном, - 28%, уничтожение электродетонаторов совместно со взрыванием шпуровых зарядов - 7%.
Показательно, что если в 60-70-х гг. основным источником воспламенения являлись выгорания ВВ, то за последние 10-15 лет это были высокотемпературные продукты детонации ВВ. С учетом случаев прорыва продуктов взрыва по трещинам на этот источник приходится 64% от общего числа взрывов газа.
Из анализа аварий за период с 1992 г. по январь 1999 г. также следует, что три аварии произошли при использовании предохранительного ВВ IV класса - аммонита Т-19, одна авария - при использовании непредохранительного ВВ II класса - детонита М и одна авария - при взрывании электродетонаторов в загазированной атмосфере одновременно со взрыванием шпуровых зарядов с целью их уничтожения. Четыре из пяти аварий, происшедших за период с 1992 г. по январь 1999 г., можно было бы предотвратить, если бы при взрывных работах вместо непредохранительного ВВ II класса и недостаточно предохранительного ВВ IV класса применялись высокопредохранительные ВВ VI и VII классов. Аналогичный вывод можно сделать и при рассмотрении причин и обстоятельств аварий, происшедших за более длительный период. Из анализа аварий, происшедших за период 1983-1999 гг. следует, что 13 до 14 аварий можно было бы исключить, если бы при взрывных работах вместо ВВ IV класса применялись современные ВВ V, VI и VII классов и выполнялись требования § 223 ЕПБ ВР по применению ВВ различных классов. Широкое внедрение новых предохранительных ВВ в сочетании со строгим выполнением требований §223 позволило бы кардинально повысить безопасность взрывных работ в угольных шахтах.
Как показывает анализ условий ведения взрывных работ в угольных шахтах, для выполнения требований § 223 ЕПБ ВР необходимо, чтобы доля ВВ V класса составляла не менее 50-60%, а доля ВВ VI класса -10-15% от ВВ IV класса: До 1986 г. такое соотношение имело место. Однако в последние годы началось неуклонное снижение доли ВВ V класса до 30% в 1994 г. и до 10% - в 1998 г. Из общего количества забоев, в которых необходимо применять ВВ V класса, фактически это ВВ в настоящее время применяют менее чем в 10% забоев. Применение высокопредохранительных ВВ VI класса в последние годы практически прекратилось, хотя в соответствии с § 223 имеются условия, где должны применяться только ВВ этого класса (восстающие выработки с газовыделением, верхние ниши лав с повышенным выделением метана, верхние и смешанные подрывки мягких пород в вентиляционных штреках, забои выработок, проводимых по нарушенному массиву).
Неблагоприятная обстановка также сложилась и при сотрясательном взрывании. Применение предохранительных и, соответственно, мощных ВВ при взрывании на пластах, опасных и угрожаемых по внезапным выбросам угля и газа, обусловлено необходимостью обеспечения наиболее полного отрыва горной массы проектного оконтуривания выработки и исключения ручных операций по оформлению забоя. Однако, как оказывает опыт, в ряде случаев: переход на режим сотрясательного взрывания используют для оправдания применения ВВ IV класса вместо ВВ V и VI классов. Это приводит к снижению безопасности взрывных работ в этих условиях, тем более, что в таких случаях режим сотрясательного взрывания, как правило, не соблюдается.
Необходимо также отметить, что в 29% случаев источниками; воспламенения явились выгорания зарядов ВМ. Для снижения аварий по этой причине МакНИИ разработаны, а заводами-изготовителями: освоен выпуск новых предохранительных ВВ V класса - угленитов 13П и 13П/1 и VI класса - угленита 10П, которые обладают высокой устойчивостью против выгорания и имеют повышенную работоспособность по сравнению с ранее выпускаемыми угленитами Э-6 и 12ЦБ. Кроме того освоен выпуск предохранительного ВВ IV класса с повышенной устойчивостью против выгорания - аммонита Ф-5. Аммонит Ф-5 по своим взрывотехническим показателям аналогичен широко применяемому в настоящее время аммониту Т-19, но значительно превосходит его по устойчивости к выгоранию.
Как отмечено выше, все аварии связаны с нарушениями требований правил безопасности. Нарушения, подобные вышеизложенным, выявляются не только при расследовании аварий, но также при обычных проверках безопасности при взрывных работах. Эти нарушения зависят от дисциплинированности, уровня квалификации, психологического состояния персонала, ведущего взрывные работы. Поэтому всегда существует вероятность того, что такие нарушения будут иметь место. Необходимо принимать все возможные организационные меры по снижению вероятности таких нарушений. Однако наряду с этим совершенно необходимо использовать технические средства предотвращения аварий, не зависящие от субъективных факторов. Такими средствами при взрывных работах прежде всего являются ВВ, имеющие повышенную безопасность, достаточную для исключения воспламенений взрывоопасной среды в условиях, где эти ВВ должны применяться. Безопасные свойства таких ВВ, заложенные в их технических характеристиках, и являются объективным фактором безопасности взрывных работ.
Как свидетельствует опыт, применение подобных ВВ позволяет исключить воспламенение взрывоопасной среды при взрывных работах.
Так, например, до 1968 г. на сланцевых шахтах Минуглепрома СССР использовался не предохранительный аммонит № 6ЖВ и при этом, неоднократно происходили воспламенения пыли горючих сланцев. Начиная с 1968 г., по рекомендациям МакНИИ [3,4], аммонит 6ЖВ в этих шахтах был заменен предохранительными ВВ IV класса (ПЖВ-20, Т-19), а в 90-х годах - III класса (АП-5ЖВ). На сланцевых шахтах, где проведение выработок и добыча сланца ведутся исключительно взрывным способом, за 30 лет израсходовано порядка 300 тыс. тонн предохранительных ВВ и при этом не произошло ни одного воспламенения пыли. Однако как только на шахте "Сомпа" треста Эстонсланец" в августе 1973 г. была сделана попытка снова перейти на применение непредохранительного аммонита 6ЖВ, как вновь произошло воспламенение сланцевой пыли, в результате которого было травмировано 22 горнорабочих. Подобная ситуация имела место на угольных шахтах Германиии Англии. Так, до 70-х годов, когда в этих странах применялись ВВ подобные тем, какие в то время применялись в СССР, аварийность при взрывных работах у них была примерно такой же, как и в нашей стране. Однако с 70-х годов, когда в Германии в качестве основных предохранительных ВВ были введены устойчивые к выгоранию ВВ класса Шс, примерно соответствующие современному отечественному ВВ V класса углениту 10П, а в Англии - ВВ классов Р5, Р4/5 (аналоги современных отечественных ВВ V класса), - воспламенения метана при взрывных работах в этих странах прекратились.
Необходимая эффективность взрывных работ с использованием менее мощных, но более предохранительных ВВ в развитых угледобывающих странах достигается за счет применения электродетонаторов короткозамедленного действиях большим диапазоном общего времени замедления (400-500 мс) и большим интервалом замедления между соседними сериями (25-75 мс). В связи с этим следует отметить, что для инициирования шпуровых зарядов в нашей стране с 1968 г. применяются электродетонаторы типа ЭДКЗ-ПМ с интервалами замедлений 15, 30, 45, 60, 80, 100 и 120 мс, первые четыре ступени которых имеют разброс по времени срабатывания ±7мс, а остальные - ±10 мс что обеспечивает интервал замедления в ряде случаев между сериями всего лишь 1-2 мс, вместо научно обоснованных 15-20 мс. Таких интервалов явно недостаточно для получения нужной эффективности короткозамедленного взрывания. Поэтому малые интервалы между сериями и общее время замедления электродетонаторов являются одной из причин широкого примнения более мощных, но менее предохранительных ВВ.
Исследованиями МакНИИ, выполненными еще в начале 70-х гг, [5,6], установлена возможность увеличения в угольных шахтах общего времени замедления электродетонаторов короткозамедленного действия при использовании ВВ V и VI классов до 320 мс. Однако указанные рекомендации до сих пор не реализованы. Таким образом, для условий сланцевых шахт достаточным явился уровень безопасности отечественных ВВ III и IV классов. Для условий угольных шахт такой уровень безопасности ВВ является не достаточным вследствие того, что энергия воспламенения метано-воздушной смеси ниже, чем пыли горючих сланцев, а окружение зарядов ВВ углем, в отличие от окружения горючим сланцем, повышает полжигаемость ВВ и, соответственно, увеличивает опасность выгорания. Поэтому ВВ для угольных шахтах должны иметь повышенные предохранительные свойства, отвечающие действующим техническим требованиям к ВВ V и VI классов и исключающие воспламенение взрывоопасной метано- и пылевоздушной среды, в том числе при наличии прямого контакта с этой средой. Предотвращение выгораний этих ВВ обеспечивается за счет их пониженной горючести (поджигаемости), обусловленной рецептурой ВВ. Подобным требованиям отвечали упомянутые выше зарубежные ВВ, при использовании которых были исключены воспламенения метана на угольных шахтах Германии и Англии. Таким образом, для резкого снижения аварий при взрывных работах необходимо сократить объем применения ВВ IV класса, выбор ВВ осуществлять в строгом соответствии с требованиями § 223 ЕПБ ВР.
Травматизм при взрывных работах и обращении с ВМ, происшедший за последние 7 лет и не связанный со взрывами и вспышками метана, обусловлен следующими причинами:
• нахождением посторонних лиц и лиц, проводящих взрывные работы, в опасной зоне (36%);
• нарушением правил проведения взрывных работ при сбойке выработок (3%);
• использованием взрывчатых материалов для удаления металлокрепи (9%);
• разбуриванием и механическим воздействием на отказавшие шпуровые заряды (46%);
• ошибочными действиями мастера-взрывника при использовании взрывного прибора ПИВ-100 для проверки взрывной сети в забое (6%).
Причиной попадания людей в опасную зону является то, что специальное время для ведения взрывных работ на шахтах, как правило, не выделяется. Взрывные работы совмещаются с выполнением других технологических операций. Причиной травмирования людей при перебуривании и механическом воздействии на отказавшие заряды, в первую очередь, является высокая чувствительность существующих электродетонаторов к механическим воздействиям, а появление отказавших зарядов обусловлено:
• низким качеством электродетонаторов;
• нарушением технологии заряжания;
• низким качеством ВВ;
• некачественной проверкой электродетонаторов перед выдачей их мастерам-взрывникам. Но основную роль в травматизме от отказавших зарядов играет качество электродетонаторов, поскольку чувствительность к механическим воздействиям электродетонаторов на порядок и более превышает чувствительность промышленных ВВ.
На травматизм от отказавших зарядов существенно влияет способ инициирования зарядов ВВ. На подавляющем большинстве шахт Украины применяется прямой способ инициирования, при котором патрон-боевик расплагается первым от устья шпура, а дно гильзы электродетонатора направлено ко дну шпура. В работе [7] на основании результатов исследований в шахтных и лабораторных условиях показано, что для снижения травматизма при взрывных работах целесообразно применять обратный способ инициирования.
1. Взрывные работы являются одной из причин воспламенения метана на угольных шахтах Украины. Вероятность этих воспламенений постоянно возрастает из-за широкого распространения недостаточно предохранительного и склонного к выгоранию ВВ IV класса аммонита Т-19 вместо более безопасных ВВ V и VI классов и, особенно в условиях, где согласно ЕПБ ВР должны применяться только ВВ этих классов.
2. Основными источниками воспламенений метана являются высокотемпературные продукты детонации недостаточно предохранительных ВВ и выгорания шпуровых зарядов ВВ.
3. Основной причиной травматизма людей при взрывных работах является их нахождение в опасной зоне взрыва.
4. Повышение безопасности взрывных работ может быть достигнуто за счет:
• применения современных высокопредохранительных и устойчивых к выгоранию ВВ V и VI классов в строгом соответствии с требованиями § 223 ЕПБ ВР, определяющими области безопасного применения ВВ каждого класса;
• в условиях, где § 223 ЕПБ ВР допущено применение ВВ IV класса, необходимо взамен аммонита Т-19 применять новый, устойчивый против выгорания аммонит Ф-5;
• проведения взрывных работ в специально выделенную смену или в междусменные перерывы, длительность которых определяется хронометражными наблюдениями, при отсутствии людей в опасной зоне и в выработках, по которым движутся продукты взрыва;
• применения обратного способа инициирования шпуровых зарядов ВВ, при котором патрон-боевик располагается первым от дна шпура, а дно гильзы электродетонатора направлено к устью шпура.
5. Для повышения эффективности взрывных работ с использованием ВВ V и VI классов следует разработать и внедрить электродетонаторы короткозамедленного действия с общим временем замедления 300-400 мс с интервалами замедления 25-50 мс.