Тушение подземных пожаров в труднодоступных местах, таких как выработанные пространства лав, деформированные угольные целики, купола за крепью подготовительных выработок, бункера и тому подобное, является наиболее трудоемким, продолжительным, опасным и дорогостоящим видом подземных горноспасательных операций в современной мировой практике угледобычи. В Украине ежегодно происходит несколько пожаров такого рода, что приводит к значительным прямым экономическим ущербам, а также сопряжено с потерей добычи, подготовленных к выемке запасов угля и другого рода косвенным последствиям. Иногда подобного рода аварии происходят на угольных шахтах Китая, России, Польши и других угледобывающих стран.

Государственная военизированная горноспасательная служба Министерства угольной промышленности Украины (ГВГСС) ежегодно принимает участие в ликвидации 73-210 аварий в шахтах, приводящих к значительным разрушениями выработок и травмам (в том числе смертельным) людей. Тенденция к снижению числа аварий обусловлена не снижением уровня аварийности, а сокращением добычи угля в стране и закрытием старых шахт. Большинство подземных аварий, ликвидированных ГВГСС, связано с пожарами, удельный вес которых составляет 54%, с обрушениями горных пород (22,5%) и загазованностью (7,7%). При объеме добычи угля, составляющем 2% от мирового, количество аварий 1-й категории, связанных с пожарами, взрывами газа и пыли на украинских шахтах составляет 37% от общего количества в угольной промышленности всех стран мира.

На протяжении последних пятнадцати лет в шахтах Украины ежегодно регистрировали от 6 до 36 эндогенных пожаров. Активным способом было погашено 36%, изолировано - 59%, комбинированным способом ликвидировано 5% пожаров. Они стабильно остаются на втором месте, после экзогенных пожаров, по количеству и на первом за размером нанесенных ущербов, которые достигали от 12 до 40% от потерь, причиненных авариями в угольной промышленности.

Кроме прямых убытков, связанных с потерей техники, горных выработок и подготовленных к выемке запасов угля, в интенсивно отрабатываемых выемочных полях особенно большие убытки связаны с простоями лав или несвоевременной подготовкой фронта очистных работ. За последние годы эндогенными пожарами были выведены из эксплуатации или осложнена подготовка самых продуктивных в Украине выемочных полей на шахтах: "Привольнянская", им. А.Ф. Засядько, им. Г.Г. Капустина, "Самсоновская – Западная", "Краснолиманская", «Красноармейская – Западная» №1 и др.

Наряду с этим подземные пожары также оказывают негативное экологическое воздействие и на окружающую среду. В результате пожара в атмосферу выбрасываются такие вредные вещества, как двуокись углерода и серы, окиси углерода и азота, в воду поступают фенолы и формальдегиды, снижается прочность и проницаемость горелой породы, в результате чего требуется применение более мощной крепи в горных выработках.

Непосредственное воздействие в таких условиях на очаг горения огнетушащими средствами, как правило, невозможно из-за сложности проникновения к очагу горения, угрозы осложнения таких аварий задымлением, загазированием, а нередко взрывами пылегазовоздушных смесей, обрушениями горных пород в выработки, нестабильности режимов проветривания и повышенными температурами в местах ведения аварийных работ. Вследствие труднодоступности и неинтенсивного проникновения воздуха неэффективным является использование водяных, пенных, порошковых и других, находящихся на оснащении горноспасательных частей средств пожаротушения. Технологии, основанные на изоляции аварийных выработок искусственными сооружениями с последующим созданием камер выравнивания давления, представляются весьма громоздкими и недостаточно надежными. Наиболее перспективным, а нередко единственно возможным, представляется дистанционное тушение с помощью газовых средств.

Особенно сложным представляется тушение происходящих в труднодоступных местах пожаров от самовозгорания взаимодействующего с воздухом угля. Эндогенные пожары возникают из-за самонагревания угля в выработанном пространстве, в целиках, пластах-спутниках, за крепью подготовительных выработок. Подавление очагов горения в таких условиях затруднено, чем обусловленная самая высокая продолжительность ликвидации этого вида подземных аварий. Наметилась тенденция к увеличению продолжительности и трудоемкости их тушения. В этой ситуации предотвращение или ограничение до безопасных пределов самонагревания угля – самый перспективный путь борьбы с эндогенными пожарами.

Одним из наиболее перспективных способов предупреждения, локализации и тушения пожаров в шахтах является инертизация атмосферы аварийного участка, под которой понимают искусственное снижение концентрации кислорода в атмосфере горных выработок путем подачи в него флегматизирующего горение газа. Чаще всего, в настоящее время, используют газообразный азот, хотя существуют технологии применения диоксида углерода, парогазовой смеси. Инертизациия с помощью газообразного азота позволяет решить следующие задачи в ходе ликвидации подземного пожара: сократить срок ликвидации аварии; предотвратить взрывы газовоздушной смеси на аварийном участке; ускорить охлаждения высокотемпературной зоны до безопасного уровня; сократить к минимуму или полностью прекратить процесс горения. Для снижения депрессии используют так называемые камеры выравнивания давления (КВТ) в которых за счет использования энергии вентиляторов местного проветривания (ВМП) нейтрализуют перепад давления между изолирующими перемычками. Громоздкость этих сооружений не разрешает обеспечить точное и оперативное регулирования давления, а также приводит к дополнительным потерям энергии.

Способы и средства подачи азота выбирают, исходя из горнотехнических условий, наличия технических средств подачи азота, принятой технологической схемы выпуска его в горные выработки аварийного участка и избранного способа ликвидации аварии. Для этого в Украине, как правило, используют жидкий азот и установки для его газификации. Применение жидкого азота сдерживают присущие этой технологии недостатки: необходимость применять сложное дорогостоящее криогенное оборудование; сложность и дороговизна транспортировки и хранения, значительные потери при этом; затраты энергии на газификацию.

Одним из перспективных путей преодоления этих недостатков является реализация современных технологий получения из воздуха газовых смесей с низким содержанием кислорода с помощью газоразделительных мембран. Однако первые попытки использования мембранных газоразделительных средств ликвидации сложных подземных аварий не дали ожидаемых позитивных результатов. Причиной этого явилось несоответствие оперативных возможностей новой техники используемым тактическим приемам, а также некоторые технические недоработки, допущенные проектировщиками установок.

В силу технической сложности, отсутствия конструкторского опыта и четких требований заказчиков современные установки изготовлены в наземном, а не подземном исполнении. Они, имея высокую мобильность, в сравнительно короткое время могут быть доставлены на аварийную шахту, развернуты в рабочее состояние и подключены к трубопроводу или к скважине для подачи азота в шахту. В соответствии с действующими нормативными документами производят изоляцию перемычками аварийного участка сети горных выработок, возводят изолирующие сооружения на свежей и исходящей струях. При этом возведение перемычки в выработке с исходящей от пожара воздушной струей производят после местного реверсирования вентиляционного потока, либо в респираторах с использованием теплозащитных средств. Оба варианта осуществления изоляции сопряжены с потерей времени и удорожанием работ. После возведения перемычек начинают подачу азота в изолированный объем. Из-за действия общешахтной депрессии свежий воздух фильтруется через тело перемычки и окружающие ее трещиноватые горные породы в изолированный объем, усиливая горение. Несмотря на применение различных видов современных уплотняющих материалов, величина паразитных утечек воздуха сопоставима с подачей мембранной установки. Кроме того, в исходном, полученном из работающих в оптимальном режиме мембранных установок, азоте содержится до пяти процентов кислорода.

Для обеспечения рационального режима инертизации воздуха в изолированном объеме горных выработок предложено использовать энергию потока инертного газа, поступающего от мембранной установки [1]. Для этого в выработке возводят дополнительную изолирующую перемычку, а от трубопровода для подачи азота делают ответвление, через которое газ поступает в пространство (камеру) между двумя перемычками (рис.1).

Рисунок 1 – Технологическая схема подачи азота в аварийную горную выработку; 2 – воздухоподающая выработка; 2, 3 – изолирующие перемычки №1 и №2 соответственно; 4 – трубопровод; 5 – патрубок; 6, 7 – задвижки; 8 – манометр.

Когда камера заполняется азотом, подачу его через ответвление регулируют таким образом, чтобы выровнять давление в выработке со стороны поступающей свежей воздушной струи и между перемычками. В этой ситуации отсутствуют подсосы воздуха через перемычку в камеру.

Перепад давлений перераспределяется на участок выработки, разделенный дополнительной перемычкой, по обе стороны которой находится азот, он же составляет вещество утечек. Таким образом, возведением в воздухоподающей выработке дополнительной перемычки и подачей за нее азота достигается замена утечек воздуха на утечки азота, и, следовательно, исключаются подсосы воздуха в изолированную выработку. Это позволило разработать способы тушения подземных пожаров [2-4], позволяющие обеспечить эффективную ликвидацию аварии с учетом особенностей работы мембранных установок.

Однако при закрытии проемов в перемычках изменяется депрессия, приложенная к изолированному объему, и резко увеличивается поступление метана в него из выработанного пространства и вмещающих выработки трещиноватых газосодержащих пород. Кроме того, в период заполнения камеры инертным газом продолжаются утечки воздуха в изолированный объем сквозь тела перемычек и трещины в окружающем их горном массиве, что ведет при смешивании с метаном к образованию взрывоопасной смеси. Поскольку флегматизация газовоздушной смеси осуществляется путем подачи инертного газа от мембранной газоразделительной установки, продуктивность которой значительно меньше утечек воздуха в период заполнения камеры между перемычками инертным газом, это ведет к увеличению длительности периода образования смеси с низким содержанием кислорода, в результате чего значительный объем может быть заполнен взрывоопасной смесью. Таким образом, несмотря на увеличение эффективности тушения подземных пожаров в результате реализации предложенных способов [2-4], существувет угроза взрыва в изолированном объеме горных выработок, обусловленная значительной длительностью периода образования взрывобезопасной газовой смеси с низким содержанием кислорода. Это обстоятельство значительно снижает эколого-экономическую эффективность предложенных способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах. [1].

 

Список использованной литературы

1. Костенко В.К. /Технологія профілактики та гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях/ В.К.Костенко, Т.В. Костенко// Форум гірників – 2000: матеріали міжнарод. конф., 12-14 жовт. 2005 р. Т.3.–Дніпропетровськ, 2005. – С. 47 – 54.

2. Пат. на корисну модель №5775 Україна, МПК Е21F 5/00. Спосіб гасіння підземних пожеж /В.К. Костенко, Т.В. Костенко; заявник і власник ДонНТУ. – № 20040806955; заявл. 20.08.2004; опубл. 15.03.2005, Бюл. №3.

3. Пат. на корисну модель №10260 Україна, МПК Е21F 5/00. Спосіб попередження та гасіння джерел самонагрівання або горіння/ В.К. Костенко, Т.В. Костенко; заявник і власник ДонНТУ. – № 2005022993; заявл. 01.04.2005; опубл. 15.11.2005, Бюл. №11./4. Пат. на винахід №77132 Україна, МПК Е21F 5/00. Спосіб подачі інертного газу до джерела горіння або самонагрівання вугілля/ В.К. Костенко, Т.В. Костенко; заявник і власник ДонНТУ. – № 200506546; заявл. 04.07.2005; опубл. 16.10.2006, Бюл. №10.