Разработаны новые способы тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах, обеспечивающие безопасность ведения работ по предупреждению и тушению очагов горения в горных выработках путем сокращения периода перехода от газовоздушной среды с опасной концентрацией горючих компонентов к инертной атмосфере и недопущения создания взрывоопасной метановоздушной смеси.

Ключевые слова: подземный пожар, инертный газ, газификационная установка, утечки воздуха, изолирующие перемычки, взрывоопасность, метановоздушная смесь.

Розроблені нові способи гасіння розвинутих підземних пожеж в важкодоступних місцях, що забезпечують безпеку ведення робіт по запобіганню і гасінню осередків горіння в гірничих виробках шляхом скорочення періоду переходу від газоповітряної середи із небезпечною концентрацією горючих компонентів до інертної атмосфери і недопущення створення вибухонебезпечної метаноповітряної суміші.

New methods are developed extinguishings of developing underground fires in difficult of access places, providing safety of conduct of works on warning and extinguishing of hearths of burning in the mining making by reduction of transition period from a gas-air environment with the dangerous concentration of combustible components to the inert atmosphere and non-admission of creation of explosive methane-gas mixture.

Актуальность темы. Несмотря на интенсивное развитие средств и способов ликвидации подземных аварий, актуальной остается проблема совершенствования технологий горноспасательных работ в газовых шахтах, особенно при выполнении тяжелых и длительных тактических мероприятий.

Технология ликвидации источников, причин и последствий тяжелых аварий связана с высокими рисками травмирования горноспасателей поражающими факторами взрыва газовоздушной смеси (ГВС), отравлением токсическими продуктами горения, действием высоких температур, обрушением горных пород.

По данным Государственной военизированной горноспасательной службы (ГВГСС) ежегодно на шахтах Украины происходит не менее четырех взрывов метановоздушной смеси, вызывающие жертвы, нередко многочисленные. Иногда взрывы являются следствием осложнения таких видов аварий, как загазованности выработок, пожары, особенно эндогенные, внезапные выбросы угля, газа, песчаников. Статистика свидетельствует о том, что наибольшее количество травм, которые случаются в горных выработках, возникает в результате взрывов, заваленные выработок, перемещение горения в труднодоступные места (в выработанное пространство, закрепительный пространство, раздавленные целики).

Вместе с тем, разработка украинскими учеными и освоения промышленностью выпуска мембранных газораспределительных установок открывает перспективы высокоэффективной дистанционной ликвидации тяжелых подземных аварий. Однако отсутствие соответствующих современным средствам технологий сдерживает прогресс в области противопожарной защите угольных шахт. При этом очевидно, что совершенствование технологий пожаротушения не должно сопровождаться снижением уровня безопасности горноспасателей.

В связи с вишенаписанным, исследования по оценке и снижению рисков горноспасательных операций, установления закономерностей формирования взрывобезопасного газовой среды в районе ведения аварийных работ, обеспечение дистанционного выполнения основных технологических операций с помощью средств контроля и автоматики является актуальной научно-технической задачей.

Анализ последних исследований и публикаций. Особенно сложным представляется тушение происходящих в труднодоступных местах пожаров от самовозгорания взаимодействующего с воздухом угля [1, 2]. 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.

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 [2, 3]. 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 охлаждение высокотемпературной зоны до безопасного уровня; локализовать или полностью прекратить процесс горения.

Для обеспечения рационального режима инертизации воздуха в изолированном объеме горных выработок авторами предложено использовать энергию потока инертного газа, поступающего от мембранной установки [4, 5]. 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 выравнять 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 [2-5], позволяющие обеспечить более эффективную ликвидацию аварии с учетом особенностей работы мембранных установок.

Однако при закрытии проемов в перемычках увеличивается депрессия, приложенная к изолированному объему, и резко возрастает поступление метана 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 [2-5], 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.

Постановка задачи исследований. Задачей данных исследований является совершенствование способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах с целью обеспечения безопасности ведения работ по предупреждению и тушению очагов горения в горных выработках за счет сокращения периода перехода от газовоздушной среды с опасной концентрацией горючих компонентов к инертной атмосфере и недопущения создания взрывоопасной метановоздушной смеси.

Результаты исследований. Авторами предложен способ предупреждения и тушения очагов горения в подземных выработках. На первом этапе в горной выработке 1 одновременно возводят перемычки 5, размещают несколько эластичных оболочек 9, один конец которых затянут хомутом 8, и наполняют их инертным газом из трубопровода 2 от газификационной установки через патрубок для подачи инертного газа 3, устанавливая расход с помощью регулятора расхода инертного газа 4 (рис. 2а). Причем объем элластичных оболочек должен быть не менее объема горных выработок на участке от изолирующих перемычек до очага горения. Затем после возведения перемычек патрубок 3 перекрывают, соединяют эластичные оболочки 9 с проемной трубой 7 с помощью хомута 8 и подают инертный газ в изолированный объем к очагу горения 6 одновременно от установки газификации по трубопроводу 2 и из эластичных оболочек 9 (рис. 2б). Регулирование депрессии осуществляют на основной перемычке с помощью регулятора расхода инертного газа 4.

а

б

Рисунок 2 –Способ предупреждения и тушения очагов горения в подземных выработках: 1 – выработка, 2 – трубопровод для подачи инертного газа от газификационной установки, 3 – патрубок для подачи инертного газа, 4 – регуляторы расхода инертного газа, 5 – изолирующие основная и дополнительная перемычки с отверстиями, 6 – очаг горения, 7 – проемная труба в изолирующих перемычках, 8 – хомут, 9 – эластичная оболочка.

Количество инертного газа, поступающего из оболочек, достаточно для заполнения участка от дополнительной перемычки до очага горения. Резкое сокращение количества кислорода в изолированном объеме горных выработок сводит к минимуму вероятность появления взрывоопасной метановоздушной смеси, тем самым обеспечивается безопасность ведения работ в период существования угрозы взрыва.

Выводы и направление дальнейших исследований. Таким образом, за счет размещения в горных выработках нескольких дополнительных эластичных оболочек, заполненных инертным газом, можно увеличить подачу инертных газов в изолированное пространство и достичь решения поставленной задачи осуществления безопасности ведения работ при предупреждении и тушении пожаров в подземных горных выработках в результате сокращения периода перехода от воздушной среды с опасной концентрацией горючих компонентов к инертной атмосфере в изолированном пространстве горных выработок. При этом сокращение времени ликвидации аварии ведет к уменьшению выделения парниковых и токсичных газов в окружающую среду, а также к снижению расходов на ведение аварийных работ, и следовательно увеличивается эколого-экономическая эффективность новых способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах.

 
Список литературы:

1. Краснянский М.Е. Утилизация и рекуперация отходов.-Донецк, 2004.–40 с.

2. Мочков В.С., Бронштейн Б.Е. Опыт использования отходов добычи и обогащения угля в дорожном строительстве: Обзор/ЦНИЭИуголь. - М., 1988. - 28 с.

3. Бурлака В. В. Шахты и экология/ В. В. Бурлака, В. Г. Назарчук // Экологические проблемы угольной промышленности Украины. – 2006. – №7. – С. 15 – 20

4. Иванцов О. Е. Влияние предприятий угледобывающей промышленности на окружающую среду/ О. Е. Иванцов, С. О. Лизун // Уголь Украины. - 2000. - № 7. - С. 27-32