Автор: G. L. Smith, J. J. du Plessis.
Автор перевода: Федорченко А. А.
Интернет‑доступ: Control strategies for coal dust and methane explosions in underground coal mines: current South African research and development initiatives
Катастрофические взрывы угольной пыли и метана являются не приемлемым следствием подземных горных работ. Улучшение безопасности обычно включает в себя стратегию управления рисками на основе уменьшения вероятности событий на основе активного информирования об опасностях и процессов управления. Центральное место в этом подходе основывается на управлении механизмами взрыва, необходимом для предупреждения их появления, а также минимизации связанных с ними последствий.
Исследования в данном направлении ведутся в Южной Африке с использованием последних достижений в понимании механизмов взрыва и развитии систем управления. Большая часть этой работы была проведена на CSIR‑Mining Technology, горнодобывающем исследовательском подразделении CSIR South Afrika; эта статья содержит краткий обзор последних исследований проведенных организацией.
Южная Африка является пятым по величине производителем угля в мире и третьим по величине экспортером. Угольная промышленность является жизненно важным компонентом экономики Южной Африки с точки зрения занятости, иностранных доходов, питания, топлива, химических побочных продуктов, отопления, промышленного производства и отраслей поставок.
Хотя смертность и отчетные показатели по травматизму (на 1 000 работающих) показывают заметные тенденции к снижению от 1,54 и 51,5 в 1950 году до 0,4 и 4,2 соответственно в 1995 год, в результате взрывов метана и угольной пыли по прежнему гибнут люди.
Ключевым фактором для изменений в южноафриканской горнодобывающей промышленности было принятие Закона о здоровье и безопасности в шахте. В результате Южная Африка вступила в период возобновления социальной ответственности по отношению к безопасности и здоровью занятых.
Комиссия по расследованию несчастных случаев выделила четыре основные угрозы здоровью и безопасности:
Несмотря на то что перечисленные угрозы были выделены комиссией в Южной Африке, они актуальны во всем мире.
Основные позиции Закона о здоровье и безопасности в шахтах:
Эти понятия воплощают принципы совместной ответственности и элементы саморегулирования, без которых стратегии управления взрывоопасностью бессмысленны.
CSIR‑Mining Technology состоит из девяти дивизионов, начиная от авиационной
техники заканчивая транспортными технологиями, тут работают более 3 000
человек, это крупнейшая научно‑исследовательская организация в Африке.
Подразделение Mining Technology
работает в тесном сотрудничестве и
стратегическом партнерстве с горнодобывающей промышленностью, добывающие
компании и государственные учреждения участвуют в разработке и внедрении
технологий по улучшению безопасности и здоровья работников; а также повышению
прибыльности горнодобывающей промышленности.
Деятельность CSIR‑Mining Technology можно разделить на три научно‑исследовательских направления: горную инженерию, системы добычи, экология и техника безопасности. Недавний роспуск финансируемых государством горнодобывающих НИИ по всему миру подчеркнул важность проведения исследовательских работ на рациональных коммерческих началах. 80 % доходов от исследовательской деятельности получено благодаря тщательным исследованиям потребностей рынка и планирования деятельности предприятия в течении пяти‑десяти лет.
Программа экологической безопасности и техники безопасности обеспечивает междисциплинарные исследования, разработки и экспертизу решений в различных направлениях от физиологии человека и гигиены труда до контроля загрязняющих веществ, шахтных пожаров и взрывов, вентиляции, охлаждения и эвакуации.
Мероприятия по исследованиям проводятся в Клопперсбосском научно‑исследовательском центре, примерно в 110 км к северу от Йоханнесбурга. Этот объект был создан в 1987 году для определения взрывоопасности южноафриканских углей. С тех пор объект был расширен за счет включения:
Исследования проводимые данным центром направлены на развитие безопасных технологий. Важнейшими технологиями, которые, как ожидается, окажут существенное влияние на безопасность работ в угольной промышлености являются:
Большая часть угля, добываемого в Южной Африке добывается с помощью непрерывных технологических процессов. Из‑за горно‑геологических условий залегания пиритов и песчаников, образуются условия для фрикционного воспламенения метана. Помимо интенсивной вентиляции добычного участка, использования систем пылеподавления на основе распыления воды важным является применение активных систем подавления взрыва. Эти системы установлены на борту добычных горных машин и обнаруживают воспламенения метана с помощью световых датчиков. Электронный сигнал от датчиков используется для запуска системы подавления, создающей барьер для пламени, таким образом, предотвращающей дальнейшее развития и распространение взрыва угольной пыли или метана. Требования, предъявляемые к данным системам:
Система тестировалась при значениях концентрации метана от 7,5 до 12 %. На основании экспериментов был сделан вывод о ее эффективности.
Традиционно, последней линией обороны против взрыва метана и угольной пыли была пылевая или водяная завеса. Хотя данный тип защиты широко применяется, был поднят вопрос о его эффективности. Эти сомнения, в сочетании с тем, что монтаж и обслуживание системы является трудоемким и дорогостоящим, стали причиной для исследования новой системы. Новая системы построена на старой концепции: невозгораемая пыль содержится в емкостях, и в случае взрыва попадает в объем выработки. Однако в новой системе применены емкости из новых материалов, использован новый метод разрыва емкости, и подвески емкости в крепи. Два года исследований позволили составить эффективную конфигурацию системы локализации взрыва. Было установлено, что для надежной остановки распространения взрыва необходимо использовать 100 кг каменой пыли на каждый м2 сечения выработки.
Из‑за наличия в рудничной атмосфере после взрыва метана значительного количества угарного газа, эвакуация людей должна проводиться немедленно. Каждый горняк должен иметь самоспасатель. В промышленности ЮАР самоспасатели стали применяться в конце 80‑х годов ХХ века. Однако как показала практика – самоспасатели необходимые, но недостаточные для обеспечения безопасности людей при эвакуации.
Установлено, что при благоприятных условиях самоспасателя достаточно для преодоления 1500 м, в реальности – для преодоления 750 м. На основании данных наблюдений, был сделан вывод о необходимости создания дыхательных станций и убежищ на маршрутах эвакуации. Станции и убежища должны иметь повышенное давление, для исключения проникновения угарного газа и прочих продуктов взрыва из атмосферы выработок шахты. Расстояния между убежищами должны по оценкам Mining Technology составлять не менее 750 м. Давление взрыва, выдерживаемого убежищем не должно превышать давления взрыва при котором гарантированно не останется выживших.
Разработка нейронной сети для оценки риска взрыва была инициирована с целью разработать инструмент оценки рисков взрыва в режиме реального времени. Данный подход основан на концепции, согласно которой изменение определенных параметров может указать на повышение риска взрыва. На данном этапе планируется непрерывный контроль факторов с помощью технологических датчиков. Со временем планируется увеличить количество косвенно влияющих факторов.
Работы по четырем важнейшим направлениям являются составными частями общей стратегии минимизации последствий взрывов метана и угольной пыли на шахтах ЮАР.