«В.А. Портола, П.В. Бурков, В.М. Гришагин, В.Я. Фарберов БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ И ГОРНОСПАСАТЕЛЬНОЕ ДЕЛО Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области горного дела в качестве ...»

1 – сорбционный сосуд; 2 – пробка; 3 – стеклянные палочки; 4 – кран; 5 – пробоотборная пипетка; 6 – емкость с раствором; 7 – вакуумный насос Испытываемая проба угля помещается в сорбционный сосуд 1, заполненный воздухом, на слой стеклянных палочек и герметически закрывается. Предварительно на дно сосуда заливают около 10 см3 воды, с условием, что уголь не контактирует с водой. Опыт протекает при постоянной температуре (обычно 25оС), для чего сорбционный сосуд помещают в термостат. По истечении определенного времени (обычно через 24 часа) из сорбционного сосуда отбирают пробу газа и определяют убыль в ней кислорода.

Для отбора пробы газа пипетка 5 заполняется раствором из емкости 6 и соединяется с сорбционным сосудом 1. С помощью вакуумного насоса 7 в емкости 6 создается разряжение, что приводит к перемещению в него раствора из пипетки 5. Воздух из сорбционного сосуда 1 замещает раствор в пипетке 5. Затем краны 4 закрываются, а отобранная проба воздуха подается в газоанализатор для определения концентрации кислорода. Для продолжения опыта в сорбционном сосуде 1 восстанавливают нормальный состав воздуха. С этой целью его продувают воздухом в течение 5 мин, затем вновь герметизируют.

Если через V обозначить объем воздуха, находящийся в соприкосновении с углем массой М, то количество Н сорбированного кислорода на единицу массы угля за единицу времени равно:

где С – концентрация кислорода в сосуде, доли единицы; – время контакта воздуха с углем, ч.

Экспериментально установлено, что скорость сорбции пропорциональна концентрации кислорода:

где К – кинетическая константа скорости сорбции, численно равная скорости сорбции при концентрации кислорода 100 %, см3/(г·ч).

Интегрирование этого уравнения позволяет получить следующую зависимость для определения константы скорости сорбции кислорода углем:

где С0 – начальная концентрация кислорода в сосуде; С – концентрация кислорода через время.

Поглощение кислорода углем происходит при постоянном объеме газа в сорбционном сосуде, что приводит к разряжению воздуха. После отбора пробы она сжимается, что вызывает увеличение в ней концентрации кислорода. Для вычисления истинной концентрации кислорода в сорбционном сосуде применяется формула:

где СА – концентрация кислорода в пробе отобранного воздуха.

С учетом изменения барометрического давления и упругости водяных паров в воздухе вычисление константы скорости сорбции кислорода производится по формуле:

где В – барометрическое давление перед началом сорбции, мм рт. ст.;

23,8 – упругость паров воды при 25оС, мм рт. ст.

По мере проведения опыта химическая активность угля уменьшается, что объясняется образованием слоя окисленного угля, препятствующего проникновению кислорода к активным центрам. Поэтому в течение эксперимента определяют константы скорости сорбции через 50, 100, 150, 200 и 250 ч и наносят на график (рис. 5.21).

М/(г.ч) 0, 0, Рис. 5.21. Изменение константы сорбции кислорода углем во времени Затем определяют среднеарифметическое значение, которое является основным показателем химической активности угля и обозначается К25:

где n – число определений константы скорости сорбции кислорода углем в процессе эксперимента; Кi – текущее значение константы скорости сорбции кислорода углем, см3/(г·ч).

Значения константы скорости сорбции за первые двое суток не входит в вычисление показателя химической активности угля потому, что в начале сорбции воспроизводимость результатов хуже, чем в дальнейшем. По данным многолетних исследований химическая активность бурых углей освоенных месторождений России колеблется в пределах 0,080–0,160 см3/(г·ч). Для каменных углей характерны значения химической активности от 0,010 до 0,080 см3/(г·ч).

Проведенное физическое (в лабораторных условиях) и математическое моделирование показали, что процесс самовозгорания угля имеет несколько стадий (рис. 5.22).

Рис. 5.22. Изменение максимальной температуры угля в процессе самовозгорания Первая стадия – низкотемпературное окисление – характеризуется медленным, но постепенно возрастающим повышением температуры до 50–80оС. Выделение тепла происходит в основном из-за адсорбции кислорода. По мере повышения температуры адсорбция переходит в хемосорбцию. В результате образуются комплексы кислород-уголь, покрывающие пленкой поверхность угля. Незначительная часть комплексов разрушается с выделением оксида углерода, углекислого газа, водорода и др. газов. Длительность первой стадии зависит от химической активности угля, условий теплообмена скопления с окружающей средой и может продолжаться от 10 до 100 суток.

Первая стадия может закончиться остыванием скопления угля или переходом во вторую стадию в зависимости от свойств угля и внешних условий. Так, образующаяся пленка окисленного угля препятствует доступу кислорода к активным центрам, что снижает скорость взаимодействия компонентов и количество выделяющегося тепла. В то же время с повышением температуры экспоненциально возрастает химическая активность угля по отношению к кислороду. В зависимости от того, кокой из этих процессов будет доминирующим, зависит исход первой стадии.

Вторая стадия происходит при выпаривании имеющейся изначально в угле влаги, а также образованной в результате химических реакций воды в интервале температур 60–120оС. Из-за больших потерь тепла на испарение жидкой фазы температура скопления стабилизируется или даже немного понижается. Длительность второй стадии может доходить до 30 суток и зависит от интенсивности выделения тепла и его потерь в окружающее пространство. После испарения жидкости большая часть образующегося тепла идет на повышение температуры угля.

Начинается третья стадия – возгорание, особенностью которого является быстрый рост температуры окисляющегося материала. Поступающий кислород перестает удерживаться углем, и весь переходит в летучие продукты окисления. При дальнейшем повышении температуры летучие горючие вещества (СО, Н2, СН4 и др.), выделяемые углем, начинают реагировать с кислородом. Когда концентрация этих веществ вблизи поверхности угля достигает предела воспламенения, образуется пламя.

При температуре воспламенения с углем начинают реагировать СО2 и Н2О. Образующиеся горючие газы СО и Н2 взаимодействуют с притекающим кислородом, выделяя значительное количество тепла. Реакция угля с СО2 и Н2О эндотермична (поглощает тепло), поэтому температура угля становится ниже температуры прилегающего к нему слоя газа. Она поддерживается конвективным переносом тепла и излучением из фронта пламени. После появления пламени температура очага стабилизируется на уровне, определяемом притоком свежего воздуха.

Развитие первой стадии (низкотемпературного окисления) может происходить при небольшом притоке кислорода. Исследования показали, что необходимое количество кислорода может обеспечить молекулярная диффузия. Однако по мере роста температуры потребность в кислороде увеличивается и для его подвода требуется фильтрация воздуха через разогревающееся скопление.

В зависимости от физико-химических свойств окисляющегося материала существует оптимальная скорость фильтрации воздуха, которая обеспечивает максимальный для данных условий прирост температуры.

В случае, если скорость воздуха меньше оптимальной, скорость повышения температуры замедляется, начинается перемещение очага навстречу потока воздуха. Превышение скорости фильтрации воздуха оптимального значения приводит к усиленному выносу тепла из очага, что сопровождается замедлением процесса самовозгорания и может вызвать перемещение очага по ходу струи газа.

По мере повышения температуры угля в скоплении начинает увеличиваться выделение различных газов. Так, возрастает выделение метана, радона, на стадии выпаривания усиливается вынос водяного пара.

Экспоненциально с ростом температуры увеличивается образование оксида углерода, водорода, углекислого газа, этана, пропана, этилена, пропилена и других углеводородов.

Эндогенная пожароопасность угольных шахт зависит в основном от химической активности окисляющегося материала, а также от горногеологических и горнотехнических условий залегания и добычи полезного ископаемого, способствующих образованию разрыхленных скоплений угля и притоку к ним необходимого количества воздуха.

Химическая активность угля по отношению к кислороду зависит от многих факторов и изменяется в широких пределах. С увеличение степени метаморфизма углей их сорбционная активность уменьшается, что связано с уплотнением молекулярной структуры и уменьшением числа свободных радикалов, реагирующих с кислородом. В пределах одной степени метаморфизма угли также могут сильно отличаться по химической активности. Даже у одного пласта в отдельных слоях химическая активность может существенно изменяться. По падению пластов наибольшая активность часто наблюдается на глубине 50–100 м. На меньшей глубине она меньше вследствие выветривания. Углистые сланцы нередко обладают большей активностью, чем угли той же стадии метаморфизма У угля, длительное время находившегося в контакте с воздухом при постоянной температуре, т.е. окисленного, наступает снижение химической активности. Ускорение процесса окисления такого угля может быть достигнуто за счет смачивания, ведущего к расширению и раскрытию микротрещин и разрушению образовавшейся пленки. Сульфидные руды сорбируют кислород в присутствии воды, поэтому при увлажнении их удельная скорость поглощения резко увеличивается.

Важнейшими горно-геологическими факторами, влияющими на эндогенную пожароопасность шахт, являются: мощность пласта; угол залегания; сближенность пластов; тектоническая нарушенность; характер вмещающих пород; глубина залегания; петрографический, химический состав пласта. Чем больше мощность пласта, тем выше опасность возникновения процесса самовозгорания, так как увеличиваются потери угля в оставляемых целиках и нарушениях. Одновременно при отработке мощных пластов увеличивается воздухопроницаемость подработанных пород, что способствует доступу воздуха к теряемому углю.

С увеличением угла падения образуются концентрированные скопления разрыхленного угля, возникает аэродинамическая связь с поверхностью и затрудняется изоляция отработанной части пласта, что приводит к проветриванию выработанного пространства. При отработке сближенных пластов возникает аэродинамическая связь между отработанными пластами, что обеспечивает приток воздуха к скоплениям угля.

В местах тектонических нарушений улучшается воздухопроницаемость угля и пород, образуются концентрированные потери угля и значительно возрастает его химическая активность.

Увеличение крепости породы в кровле отрабатываемого пласта приводит к ее обрушению крупными глыбами, что способствует фильтрации воздуха. Повышенная проницаемость вмещающих пород затрудняет изоляцию выработанного пространства, что также способствует притоку воздуха к углю и его самовозгоранию. Наблюдается рост эндогенной пожароопасности при увеличении глубины горных работ. Это связано с повышением температуры горных пород, что приводит к возрастанию химической активности угля, с ростом аварийности из-за растущего горного давления (при этом замедляется скорость отработки подготовленных запасов угля) и увеличением количества подаваемого в шахту воздуха.

Метанообильность угля также сказывается на развитии процесса самовозгорания. Так, при высоких скоростях выделения метана (более 0,04–0,05 мл/(г·час)) окисления угля практически не происходит, так как кислород оттесняется от поверхности угля метаном. За счет десорбции метана может происходить снижение температуры угля. Однако теплота адсорбции метана составляет около 3 ккал/моль, что значительно меньше теплоты сорбции кислорода углем (67 ккал/моль).

С понижением интенсивности выделения метана скорость поглощения кислорода вначале возрастает, затем начинает снижаться. Скапливаясь в выработанном пространстве метан инертизирует рудничную атмосферу, что уменьшает сорбцию кислорода. С другой стороны высокая метанообильность угля приводит к необходимости увеличения подачи в шахту больших объемов воздуха, что вызывает рост прососов воздуха через выработанное пространство, в том числе через дегазированные скопления угля.

Главными горнотехническими факторами, влияющими на эндогенную пожароопасность, являются: способ вскрытия шахтного поля;

способ подготовки выемочных полей и блоков; система ведения очистных работ; система и режим вентиляции. Способствует развитию самовозгорания угля способы вскрытия шахтных полей центральнорасположенными вертикальными и наклонными стволами при прямом порядке их отработки. Вероятность возникновения процесса самовозгорания снижается, если капитальные выработки проводятся по породам, отработка участков производится обратным ходом, пласты разделяются на изолированные участки. Большое значение имеет скорость ведения горных работ. С ее увеличением вероятность возникновения эндогенного пожара уменьшается.

5.2.3. Методы обнаружения рудничных пожаров Безопасность горных работ и эффективность тушения рудничных пожаров в значительной степени зависит от своевременности их обнаружения. Своевременное выявление начальных признаков пожара позволяет быстро ликвидировать очаг с минимальными экономическими затратами. Одновременно снижается вероятность воздействия на шахтеров и горноспасателей, занятых ликвидацией аварии, опасных и вредных факторов развитого пожара.

Однако своевременное обнаружение пожаров в шахтах зачастую затруднено, т.к. их развитие, особенно пожаров эндогенного происхождения, происходит обычно в недоступных для людей и контрольной аппаратуры местах (в выработанном пространстве). Учитывая особенности возникновения и протекания эндогенных и экзогенных пожаров, некоторые методы обнаружения используются только для обнаружения эндогенных или экзогенных пожаров, другие могут идентифицировать любые пожары.

Нагревание полезного ископаемого сопровождается выделением в окружающий воздух влаги как ранее содержащейся в угле, так и образующейся в процессе окисления (при низких температурах, около 50оС, до 40 % прореагировавшего кислорода переходит в воду). Поэтому в начальной стадии самонагревания происходит повышение влажности воздуха. Попадая в область более низких температур, пар конденсируется и образует туман. Часть пара конденсируется на поверхности перемычек, горных выработок. Эти явления используются для раннего обнаружения очагов самовозгорания.

Однако иногда образование мелкодисперсных частиц жидкости происходит без пожара, при перемешивании воздушных струй с различной температурой. По выделению пара, особенно после выпадения осадков, можно обнаружить очаги самовозгорания на породных отвалах, бортах разреза, угольных складах. Иногда выделение пара наблюдается на поверхности горных отводов шахт, когда эндогенный пожар находится недалеко от поверхности.

Белые налеты на стенках выработок появляются в результате окисления сернистого железа и перехода его в сульфат. Аналогичные налеты появляются на поверхности горящих породных отвалов. Кроме того, конденсируются на поверхности горящих отвалов, складов угля и различные смолы, появляющиеся при разложении угля.

Запахи тоже принадлежат к внешним признакам возникновения пожара. Образование в пожарных газах углеводородов предельного и непредельного ряда (пентан, гексан, этилен, бензол и др.) приводят к появлению специфичного запаха, напоминающего нефтяные продукты (керосин и пр.). В случае горения проводов, конвейерной ленты и других изделий может возникнуть запах жженой резины. При нагревании древесины появляются запахи скипидара, муравьиной кислоты, дегтя.

Для колчеданных рудников показателем пожара является запах сернистого ангидрида (SO2). Вслед за запахами может появиться дым.

Признаком пожара может стать и снижение концентрации кислорода в рудничном воздухе, приводящее к ощущению удушья. К внешним признакам пожара относят и воспринимаемое кожей тепловое излучение, повышение температуры воздуха, рудничной воды, поверхности пород, угля, крепи.

Возникновение и развитие пожара сопровождается выделением из окисляющегося материала различных веществ (газы, влага, сажа), а также изменением физических свойств горючего вещества и окружающего пространства, что можно использовать для идентификации процесса горения. Поэтому все методы распознавания пожаров можно разделить на 4 группы:

1 – физиологические методы, основанные на обнаружении внешних признаков органами чувств (зрением, обонянием, ощущением и пр.) без специальных приборов и оборудования;

2 – химико-аналитические методы, устанавливающие признаки пожара путем химического анализа рудничного воздуха, рудничной воды на присутствие в них продуктов горения или термического разложения;

3 – минералого-геохимический метод, изучающий пожары по составу горных пород, путем наблюдения за вторичными минералами, образующимися при развитии окислительных процессов;

4 – физические методы предусматривают обнаружение пожаров с помощью приборов по физическим параметрам, зависящим от теплового состояния среды (температуры рудничного воздуха, воды и горных пород, влажности атмосферы, электрического с опротивления горных пород и пр.).

Газово-аналитический метод обнаружения подземных пожаров Газово-аналитический метод предусматривает непрерывный или периодический контроль за содержанием в рудничной атмосфере таких индикаторных газов, образующихся при горении, как оксид углерода, водород, предельные (этан, пропан, бутан) и непредельные углеводороды (этилен, пропилен, ацетилен и др.). Очаги самовозгорания в рудниках и шахтах можно обнаружить по увеличенному выделению радона.

Переносные и стационарные газоанализаторы контролируют состав рудничной атмосферы как в действующих горных выработках, так и в изолированном выработанном пространстве (черев воздуховыдающие скважины и газоотборные трубки в перемычках).

Для повышения эффективности обнаружения пожаров на всех выемочных полях для каждой лавы определяется фон индикаторных газов, т.к. они могут изначально содержаться в полезном ископаемом и вмещающих породах, а также образуются при низкотемпературном окислении угля и его механическом разрушении. Устойчивое нарастание концентрации индикаторных газов над фоновыми значениями свидетельствует о наличии процесса самовозгорания или очага горения.

Практика показывает, что контроль за газовым составом рудничной атмосферы в действующих выработках не всегда позволяет обнаружить очаги самовозгорания, возникающие в выработанном пространстве шахт, имеющих нагнетательный способ проветривания. При таком проветривании образующиеся в очаге газы выносятся по нарушенным горным породам на земную поверхность, минуя скважины, которые являются точками контроля. Поэтому в последнее время получила распространение газовая съемка, проводимая на земной поверхности. Один из вариантов проведения такой съемки предусматривает пробивку скважин на земной поверхности глубиной около 1 м и определение в ней концентрации индикаторных газов.

Для определения содержания пожарных газов в рудничной атмосфере применяется экспресс-метод с использованием химического газоопределителя ГХ, состоящего из аспиратора для прокачки воздуха и индикаторных трубок, содержащих реагент, изменяющий свой цвет при взаимодействии с оксидом углерода или другими газами. Объем воздуха, прокачиваемого аспиратором за один ход, равен 100 см3. На поверхности трубки нанесены деления, соответствующие определенным концентрациям измеряемого индикатора, и по границе окрашенного слоя реагента оценивают содержание газа.

Стационарная автоматическая шахтная аппаратура «Сигма СО», «СДОУ» предназначена для непрерывного определения оксида углерода в рудничном воздухе. Нижний порог чувствительности датчиков равен 0,0001 %, верхний диапазон измерений 0,009 %. Аппаратура устанавливается в горных выработках на исходящей из выемочного поля струе воздуха на расстоянии не более 200 м от точки контроля. Показания датчиков передаются по линии связи в диспетчерский пункт шахты, где регистрируется на ленте самописца.

Непрерывный контроль за содержанием газа метана, оксида углерода и скоростью воздуха в горных выработках шахты осуществляет стационарная система «Микон-1Р». В настоящее время существует и целый ряд переносных газоанализаторов рудничного исполнения, способных одновременно контролировать несколько газов. Широкий спектр пожарных газов с высокой точностью определяют в газоаналитических лабораториях, оснащенных хроматографами (ЛХМ, Цвет, Кристалл и пр.). Пробы отбирают в резиновые камеры и доставляют для анализа в лаборатории. Точное содержание большого количества индикаторных газов обычно определяют при обнаружении признаков самовозгорания, в случае контроля за очагами самонагревания или эндогенными пожарами, при оценке фоновых концентраций пожарных газов.

Физические методы обнаружения пожаров Физические методы предусматривают замер температуры воздуха и горных пород, измерение влажности, электрической проводимости и других параметров. Для замера температур горных пород и воздуха существует широкий выбор различных термометров, включающих обычные контактные датчики (термопары, термосопротивления, жидкостные термометры), и устройства дистанционного контроля температуры.

В последние годы получили распространение системы температурного контроля, использующие волоконно-оптические кабели. Температурные замеры позволяют эффективно обнаруживать очаги горения в горных выработках. Однако выявление очагов самовозгорания в выработанном пространстве этим методом малоэффективно по причине теплоизоляционных свойств угольных скоплений. Так, горные породы прогреваются вокруг очага всего на несколько метров. Не получили широкого распространения приборы дистанционного контроля температуры, закладываемые в выработанное пространство и передающие радиосигналы при повышении температуры.

Широкое распространение для обнаружения эндогенных пожаров на шахтах получили пирометры «Квант», «Радан», позволяющие бесконтактно замерять температуру. Их используют для контроля температуры поверхностей горных выработок с целью обнаружения очагов самовозгорания угля в целиках угля. Большую эффективность при обнаружении процессов самовозгорания полезных ископаемых показали тепловизоры. Особенно удобны эти приборы при обнаружении очагов пожаров на породных отвалах, складах угля и пр.

Учитывая стадию выпаривания влаги из угля при самонагревании, для обнаружения ранней стадии этого процесса применяют контроль за влагосодержанием воздуха. Вместо существовавшего ранее визуального наблюдения за влагосодержанием исходящего из выработанного пространства воздуха, в настоящее время измеряют содержание водяного пара во входящей и исходящей из контролируемого пространства струе воздуха. Недостатком данного способа является ограниченное его применение. Так, при начальной влажности воздуха около 100 % данный способ практически не работает. Известен способ обнаружения эндогенных пожаров, предусматривающий измерение электрического сопротивления воздуха. В случае уменьшения электрического сопротивления исходящей струи воздуха, участок относят к пожароопасным.

Среди способов обнаружения и локации очагов самовозгорания по изменению электрических свойств угля и вмещающих пород можно выделить способ, основанный на контроле за электропроводностью горных пород. Предполагаемый прямой замер электрического сопротивления может использоваться в основном на угольных разрезах. Широкого распространения данный способ не получил, что может быть связано с колебаниями электрического сопротивления пород в широких пределах под воздействием других факторов, не связанных с самовозгоранием, например, увлажнения.

Одним из наиболее эффективных средств обнаружения очагов возгорания на конвейерных лентах являются тепловые датчики линейного типа. Преимуществом таких устройств является возможность обнаружения очага загорания на всем протяжении кабеля специальной конструкции. В качестве линейных тепловых датчиков используют резистивный кабель КТЧС(с)390, устройства «Алармлайн», «Протектовэйр». Температура срабатывания таких устройств может быть различной и при появлении очага кабель-извещатель определяет расстояние до места с повышенной температурой.

Перспективным для раннего обнаружения пожаров на ленточных конвейерах является комплекс ОПК, позволяющий непрерывно контролировать распределение температуры вдоль конвейера с помощью волоконно-оптического термокабеля. В комплексе ОПК используется метод регистрации амплитуды антистоксовой компоненты комбинационного рассеяния света с разделением каналов во временной области. Оптическое излучение от маломощного лазерного источника с длиной волны 0,9 мкм и длительностью импульсов 100 нс поступает в волоконно-оптический кабель. Пиковая оптическая мощность в оптическом волокне не более 1 Вт, средняя мощность не более 0,1 мВт.

При распространении излучения по кабелю оно частично рассеивается, в том числе в обратном направлении. Амплитуда обратного рассеивания пропорционально абсолютной температуре, если выделить из спектра рассеянного излучения область длин волн вблизи 0,87 мкм, что соответствует антистоксовой компоненте рассеяния в материале световода (плавленом кварце). Отфильтрованное излучение поступает на фотоприемник, которым служит кремниевый лавинный фотодиод. Разделение каналов по дальности осуществляется с учетом временной задержки относительно излученного лазерного импульса.

Волоконно-оптический термокабель монтируется в горной выработке вдоль конвейерной линии и преобразует температуру окружающей среды в оптический сигнал. Контроль температуры воздушной среды осуществляется в пределах от –30 до +95оС. Диапазон установок предупредительного порога 25–60оС, аварийного порога 40–80оС. Предел допускаемой основной абсолютной погрешности ±3оС. Минимальный отрезок времени для определения скорости нарастания температуры равно 180 с. Длина термокабеля 1000 м. Исполнение комплекса АПК – рудничное взрывозащищенное. Специальный вид взрывозащиты блока контроля обеспечивается применением лазерного излучателя ЛПИ- с фотобезопасным уровнем лазерного излучения. Комплекс рассчитан для работы: в макроклиматическом районе по ГОСТ 15150-69 – УХЛ в зонах умеренного и холодного климата при температурах 5–35оС для блока контроля БК1; в подземных условиях угольных шахт, разрабатывающих пласты, опасные по газу или пыли, категория размещения 5 по ГОСТ 15150-69.

5.2.4. Предупреждение рудничных пожаров Снижение пожарной опасности шахтной деревянной крепи Для снижения пожароопасности горных выработок, закрепленных деревянной или комбинированной крепью, применяют специальные огнезащитные составы – антипирогены (соли аммония, бромистый аммоний, хлористый цинк, борная кислота, бура, жидкое стекло и др.). Одни используют для пропитки древесины водными растворами, другие (более перспективные) наносят на поверхность. Исследованиями установлено, что по эффективности, стоимости и технологичности наиболее приемлемыми являются обмазки на основе жидкого стекла. В качестве наполнителей к основным компонентам добавляют асбест, вермикулит, шлаковата, каолин и др. Так, вермикулит увеличивает свой объем в 20– 25 раз при нагреве до 300–800оС.

Результаты экспериментов по горению (рис. 5.23) показали, что убыль массы необработанного образца древесины составила 70 % через 8 мин. Образец, пропитанный в течение 48 ч в растворе фосфорнокислых и сернокислых солей аммония, потерял за это время 32 % массы.

Образцы, обработанные методом обмазки, потеряли только 12 % массы.

Контрольный образец сгорает за 12 мин, а обработанный за 32 мин.

Рис. 5.23. Изменение потери массы древесины при горении: 1 – контрольный (необработанный) образец; 2 – образец, пропитанный антипирогеном; 3 – образец, покрытый антипирогеном Используется следующий состав для обмазки древесины: смесь массовых частей жидкого стекла и 1–2 массовых частей коротковолокнистого порошкового асбеста. На покрытие 1 м2 древесины расходуется 2,5-3 кг огнезащитного состава. Разработана также смесь: каолин – 20– 25 % по массе; смола марки МФФМ – 3–5 %; окись магния – 2–3 %;

жидкое стекло – до 100 %. Норма расхода при нанесении в 2 слоя – 2 кг на 1 м2. Перед нанесением состава крепь очищается от смолы, щепы, грязи, пыли. Для набрызгивания состава разработана передвижная установка, а также переносной аппарат с баллоном на 25 л.

Пожарно-оросительные сети и противопожарные двери Пожарно-оросительное водоснабжение является основным элементом противопожарной защиты шахт. Опыт ликвидации аварий показывает, что там, где в момент возникновения пожара была обеспечена требуемая водоотдача подземного водопровода, пожар всегда удавалось локализовать и потушить.

Для бесперебойной подачи воды к месту тушения пожара на поверхности каждой шахты сооружаются пожарные водоемы и насосные станции, а в действующих горных выработках шахт должен быть проложен пожарно-оросительный трубопровод с автоматическим контролем давления воды, обеспечивающий тушение пожара в любой точке горных выработок шахты. Сеть пожарно-оросительного трубопровода состоит из магистральных и участковых линий. Диаметр трубопровода должен быть не менее 100 мм и постоянно заполнен водой.

Магистральные линии прокладываются в вертикальных и наклонных стволах, штольнях, околоствольных дворах, главных и групповых откаточных штреках и квершлагах, уклонах и бремсбергах. При наличии двух и более параллельных наклонных выработок пожарный трубопровод прокладывают по выработке, оборудованной ленточным конвейером, а пожарные краны в параллельные выработки можно выносить по сбойкам или скважинам. Участковые линии прокладываются в откаточных, вентиляционных и ярусных (промежуточных) штреках. Источником водоснабжения могут быть поверхностные водопроводы, реки, озера, пруды и др.

Давление воды в пожарных водопроводах у пожарных кранов должно составлять 0,6–1,5 МПа. Концы участковых пожарнооросительных трубопроводов должно отстоять от забоев подготовительных выработок не более чем на 20 м и оборудоваться пожарными кранами, у которых располагаются ящик с пожарными рукавами и стволами. Параметры магистрального трубопровода, проложенного по стволу и выработкам околоствольного двора к квершлагу до точки разветвления трубопровода в главные выработки, рассчитываются по суммарному расходу воды, необходимой для создания водяной завесы для преграждения распространения подземного пожара, на непосредственное тушение пожара цельной струей из ствола. При этом общий расход воды на пожаротушение должен быть не менее 80 м3/ч.

Параметры участкового трубопровода рассчитывается только по расходу воды, необходимому на устройство водяных завес, при этом расход воды должен быть не менее 50 м3/ч. В горных выработках обычно прокладывают объединенные пожарно-оросительные трубопроводы, подающие воду на пылеподавляющие устройства, а также для локализации и тушения пожаров. Все действующие в шахте водоотливные магистрали, воздухопроводы и пульпопроводы должны проектироваться с учетом их использования для борьбы с пожаром. Их рассматривают как резервные на случай аварии пожарно-оросительного трубопровода. Для удобства монтажа и демонтажа водопроводной линии трубы соединяют между собой посредством фланцев, которые привариваются перед спуском труб в шахту.

Пожарно-оросительный трубопровод оборудуется пожарными кранами, которые должны быть размещены в выработках с ленточными конвейерами через каждые 50 м. При этом дополнительно по обе стороны приводной головки конвейера на расстоянии 10 м от нее устанавливаются 2 пожарных крана. Пожарные краны должны быть установлены по обе стороны всех камер на расстоянии 10 м; у каждого ходка в склад взрывчатых материалов по обе стороны на расстоянии 10 м; с каждой стороны ствола у сопряжения с околоствольным двором; у пересечений и ответвлений подземных выработок.

В горизонтальных выработках, не имеющих пересечений и ответвлений, через 200 м; в наклонных выработках, не имеющих пересечений, в околоствольных дворах, где нет камер, пожарные краны устанавливают через 100 м, Рядом с пожарными кранами устанавливают ящик с рукавом длиной 20 м и пожарным стволом. Для отключения отдельных участков пожарно-оросительного трубопровода в случае ремонта магистрали, а также для того, чтобы подавать увеличенное количество воды к месту тушения пожара, на трубопроводе должны быть размещены задвижки. Задвижки устанавливаются на всех ответвлениях водопроводных линий.

Важной проблемой для шахт является снижение геодезического давления (за счет разности высот) в пожарно-оросительном трубопроводе до требуемого уровня 1,5 МПа, на которое рассчитано оборудование. В глубоких шахтах применяют ступенчатое редуцирование геодезических давлений гидроредукторами, представляющими собой дроссельное устройство с регулируемой величиной проходного сечения. Используются автономные гидроредукторы, работающие за счет энергии движущейся воды (ПШ-4м, КР-2, КР-3, РКГД).

Для быстрого отключения отдельных участков шахтной сети и их изоляции с целью предотвращения отравления людей продуктами горения и распространения огня на смежные участки выработок, в шахте в наиболее ответственных узлах устанавливаются пожарные двери.

Пожарные двери должны быть негорючими или трудногорючими.

Пожарные двери устанавливаются во всех электромашинных камерах, складах ВМ, камерах селеновых выпрямителей, участковых трансформаторных камерах, насосных станциях, в выработках, соединяющих воздухоподающие стволы, в верхних и нижних частях наклонных штолен, капитальных уклонов, бремсбергов и ходков при них, на всех горизонтах вблизи стволов и шурфов, подающих свежий воздух В выработках с негорючей крепью полотнища пожарных дверей изготавливают из листовой стали толщиной 3–5 мм. Створки снабжены запорным устройством, которые может открыть 1 человек, в открытом положении прикрепляются к стенкам крючьями. Горное давление воспринимается не конструкцией двери, а пожарной аркой, расположенной на горизонтальном участке выработки. Арка сооружается из несгораемого материала (бетон, кирпич, бетонит) с врубом по всему периметру выработки глубиной не менее 0,4 м для породы и не менее 1 м для угля.

Вруб выполняется в устойчивых и нетрещиноватых горных породах, а если трещины имелись или возникли, их тампонируют цементным раствором.

В выработках с деревянной или комбинированной крепью (металлические арки, железобетонные стойки с деревянными затяжками) пожарные двери должны иметь теплоизоляцию из негорючего или трудногорючего материала (обычно асбестовая ткань АТ-7, АТ-8, АТ-9). По обе стороны от арки на 2,5 м в почву укладывают бетон и головка рельсов не должна выступать из бетона. Пожарные двери устанавливают на расстоянии не более 3 м от сопряжения ходка камеры с прилегающей выработкой. В открытом положении пожарные двери не должны мешать движению по выработке. В выработках, оборудованных ленточными конвейерами, устанавливаются металлические пожарные двери с фигурными вырезами, чтобы створки могли закрываться без демонтажа конвейера.

Первичные средства пожаротушения в шахте Первичными средствами пожаротушения в шахте являются: ручные, стационарные и передвижные огнетушители; вода, находящаяся под напором в системе пожарно-оросительного трубопровода; песок или инертная пыль и подручные средства. В надшахтных зданиях и башенных копрах располагаются по семь ручных огнетушителя объемом по 10 л.

Первичные средства пожаротушения (ручные огнетушители объемом 10 л, песок или инертная пыль с лопатами) находятся внутри подземных камер у рабочего места дежурного персонала (от 2 до 7 огнетушителей). В камерах с непостоянным дежурством людей средства пожаротушения располагаются снаружи камер в специальной нише со стороны поступления свежей струи воздуха, не далее 10 м от входа в камеру. Если в камерах расположены центральные электроподстанции с масляным заполнением, то их противопожарную защиту осуществляют и автоматическими противопожарными установками (пенными, порошковыми).

Околоствольный двор снабжается семью огнетушителями. Семь огнетушителей также находится у сопряжения ствола с выработками горизонта. Электровозные гаражи, лебедочные камеры и силовые стационарные маслоагрегаты в камерах должны иметь по 7 огнетушителей и по 0,2 м3 песка или инертной пыли. Камеры подземных холодильных установок необходимо снабдить 7 огнетушителями и 0,4 м3 песка или инертной пыли. Камеры передвижных компрессоров содержат по 7 огнетушителей и по 0,7 м3 песка или инертной пыли.

По 4 огнетушителя и по 0,2 м3 песка или инертной пыли должны иметь центральные электроподстанции и зарядные камеры, камеры подземных ремонтных мастерских, участковые трансформаторные камеры, электрораспределительные пункты, камеры водоотлива. Склады взрывчатых материалов должны содержать по 4 огнетушителя и по 1 м3 песка или инертной пыли. По 2 огнетушителя и по 0,2 м3 песка или инертной пыли необходимо иметь у передвижных электроподстанциях, в распределительных пунктах выработок, оборудованных ленточными конвейерами.

По два огнетушителя должны иметь:

- проходческие комбайны;

- породопогрузочные машины;

- дегазационные камеры;

- тупиковые горные выработки длиной более 500 м через каждые 50 м;

- выработки с горючей крепью через каждые 300 м;

- забои подготовительных выработок (не долее 20 м от места работы);

- погрузочные пункты лав (на расстоянии 3–5 м со стороны поступающей свежей струи воздуха);

- приводные и натяжные секции ленточных конвейеров;

- выработки с ленточными конвейерами через каждые 100 м;

- электромеханизмы, находящиеся вне камер;

- верхние и нижние площадки стволов, шурфов, уклонов бремсбергов и их сопряжений;

- подземные инструментальные камеры и здравпункты.

Учитывая температурный диапазон работы огнетушителей, в надшахтных зданиях и в выработках с отрицательной температурой применяются только порошковые огнетушители.

Основные направления предупреждения эндогенных пожаров Все меры, направленные на предотвращение эндогенных пожаров, исходят из условий снижения количества генерируемого тепла и увеличения его потерь из окисляющегося материала. Из них можно выделить три направления:

1 – применение систем разработки, обеспечивающих минимальные потери угля и высокие скорости подвигания очистных забоев;

2 – снижение концентрации кислорода в воздухе в выработанном пространстве за счет сокращения утечек воздуха, накопления метана и нагнетания инертных газов;

3 – использование антипирогенов, снижающих химическую активность угля и повышающих его теплопроводность и теплоемкость.

Первое направление – это общетехнические меры, 2 и 3 – это специальные меры профилактики.

Общетехнические мероприятия, направленные на уменьшение потерь угля и улучшение изоляции угля от притока кислорода включают:

полевая подготовка; отработка отдельными легкоизолируемыми полями; уменьшение размеров выемочных полей или их деление на блоки из расчета отработки в сроки, меньшие инкубационного периода; выемка угля с полной закладкой выработанного пространства; засыпка провалов на поверхности; изоляция отработанных полей двойными перемычками с заполнением пространства между ними инертными материалами;

применение в выработках, вскрывающих пожароопасные пласты, огнестойкой крепи; использование секционной системы проветривания с целью уменьшения действующих напоров.

Изоляция является одним из основных противопожарных мероприятий при разработке самовозгорающихся углей и руд. В основном изоляция осуществляется перемычками, возводимыми в горных выработках. Если на земной поверхности возникают провалы, то их также необходимо засыпать для улучшения изоляции. В изолированном пожарном участке снижается содержание кислорода и повышается концентрация углекислого газа, окиси углерода и метана.

Из специальных мер профилактики можно выделить:

1 – заиливание выработанного пространства глинистой пульпой приводит к снижению воздухопроницаемости выработанного пространства за счет оседания глины, уменьшению химической активности угля за счет образования пленки на угле, охлаждению угля, увеличению его теплопроводности, повышению влажности воздуха, что тормозит процесс самовозгорания. Консистенция пульпы Т:Ж (соотношение твердой фазы к жидкости) должна быть 1:4–1:6;

2 – выравнивание давления воздуха, заключается в устранении перепада давления воздуха у изолирующей перемычки отработанного поля или между выработками действующего поля и поверхностью, являющегося причиной поступления воздуха к местам возможного скопления угля. Реализуется путем сооружения камеры выравнивания давления (рис. 5.24). Для создания камеры выравнивания давления на расстоянии 3–5 м от постоянной перемычки, изолирующей отработанное поле, возводится временная перемычка. В образующуюся камеру вентилятором местного проветривания подают воздух для создания в ней давления воздуха, равного давлению в заперемыченном пространстве.

Эффективность камеры определяется замером давления воздуха в изолированном объеме и в камере через специально оставляемые трубки.

Недостатком данного устройства является сохранение утечек воздуха через временную перемычку, что может спровоцировать самовозгорание угля;

Рис. 5.24. Схема камеры выравнивания давления: 1 – изолируемый объем; 2 – постоянная перемычка; 3 – камера выравнивания давления; 4 – трубки для измерения давления воздуха; 5 – временная перемычка; 6 – вентилятор для подачи воздуха 3 – инертизация атмосферы за счет подачи инертных газов приводит к снижению концентрации кислорода до безопасных значений и замедлению процесса окисления угля. Наиболее распространенным инертным газом, применяемым в шахтах для предупреждения самовозгорания, является азот. Для его получения могут использоваться разделительные установки в виде молекулярных сит или производится криогенное разделение воздуха. Жидкий азот удобнее транспортировать, однако подают его обычно в газообразном состоянии. Подачу азота в газообразном состоянии осуществляют в основном по скважинам с поверхности или близлежащих горных выработок из расчета сохранения необходимой концентрации кислорода (20 %) в действующих горных выработках;

4 – обработка угля антипирогенами приводит к снижению его химической активности. В зависимости от механизма воздействия антипирогены делятся на три класса: пленкообразующие, препятствующие притоку кислорода к поверхности угля; снижающие скорость химического реагирования кислорода с углем (ингибиторы окисления); оказывающие комбинированное воздействие.

В качестве пленкообразователей используются хлоридно-глинистая паста, растворы жидкого стекла и высокомолекулярные органические соединения (латексы, смолы, полиакриламид, карбоксиметилцеллюлоза, фенолформальдегидной смолы и др.). К антипирогенам-ингибиторам относятся марганцовокислый калий, хлористый кальций, фосфорнокислый аммоний, растворы бензосульфокислоты, триэтаноламина и др. Они либо дезактивируют уголь при взаимодействии с ним в адсорбционном слое, являясь сильными окислителями, либо выделяют при разложении газообразные продукты, которые взаимодействуют с углем.

Наиболее часто используемая в качестве антипирогена гашеная известь оказывает комбинированное действие на уголь. Использование антипирогенов традиционным нанесением на поверхность связано с трудностями, т.к. невозможно обработать весь уголь. В основном антипирогены используются для обработки целиков угля на контакте с действующими выработками.

Профилактической обработке ингибиторами и антипирогенами подвергают межблоковые, участковые барьерные целики и целики, оставляемые из-за аварий (в основном суспензией гашеной извести (добавка 5–10 % к воде), растворами хлористого кальция (10–20 %) и жидкого стекла (0,5–1 %) и их смесями).

Для снижения расхода и трудоемкости обработки выработанного пространства предложено подавать антипирогены в виде жидких и твердых аэрозолей по путям утечек воздуха в отработанную часть пласта. Разбрызгиватели жидкого антипирогена устанавливают на угледобывающий комплекс и периодически включают по мере передвижения забоя. Способ позволяет производить объемную обработку скоплений угля в наиболее опасных зонах, к которым приурочена фильтрация воздуха. Однако необработанными оказываются скопления, формирующиеся при медленном разрушении целиков.

Профилактический эффект возникает при обработке угольных скоплений пеной, подаваемой в выработанное пространство по скважинам или по трубопроводу со стороны перемычек или действующего очистного забоя. Образующиеся пенные завесы препятствуют поступлению утечек воздуха к теряемому углю, а жидкая фаза после разрушения пены образует на поверхности угля пленку.

Тушение пожаров может осуществляться активным, пассивным или комбинированным способами. Элементом процесса тушения очагов горения может быть и локализация пожара, позволяющая предотвратить его распространение и снизить интенсивность горения.

Пожары, возникающие в зданиях, сооружениях, а также экзогенные и экзогенные пожары, возникающие в доступных местах подземных горных выработок и разрезах, обычно тушат активными способами.

Активный способ тушения – это непосредственное воздействие на очаг горения огнегасительными веществами (водой, пеной, песком, огнегасительным порошком, инертным газом и пр.) или дистанционная подача в зону горения этих веществ по трубопроводам, скважинам или по подводящим выработкам, а также удаление горящих масс с их охлаждением.

Пассивный способ тушения пожаров предусматривает изоляцию пожарного участка и применяется в случаях, когда очаг недоступен, неизвестно его местонахождения, нет достаточных средств для тушения, они неэкономичны или существует угроза взрыва горючих газов (метана более 2 %). Способ изоляции – это прекращение доступа воздуха в пожарный участок путем возведения в выработках перемычек, тампонирования трещин, соединяющих пожарный участок с действующими горными выработками или поверхностью и др.

Комбинированный способ тушения – это сочетание непосредственного воздействия на очаг огнегасительными средствами с одновременной изоляцией пожарного участка перемычками для прекращения к нему доступа кислорода. Большая часть эндогенных пожаров ликвидируется пассивным или комбинированным способами.

Тушение пожара без предварительной изоляции за счет заполнения пожарного участка пеной, водой (затопление), инертными газами или закладкой относят к дистанционным способам тушения. При выборе способа ликвидации учитывается характер пожара, место его возникновения, размеры, стадия его развития и наличие необходимых средств пожаротушения.

Локализация пожара – это проведение мероприятий, которые ограничивают распространение горения и пожарных газов по сети горных выработок, а также способствуют затуханию очага пожара. Меры по локализации подземного пожара необходимо осуществлять на всех стадиях его тушения. В качестве первоочередных мер независимо от способа тушения применяются следующие способы локализации пожара:

- сокращение расхода воздуха, поступающего к очагам горения;

- установка водяных завес и создание преград на пути распространения пожара (установка временных перемычек, закрытие противопожарных дверей и др.);

- местное реверсирование вентиляционной струи;

- удаление горючего материала из зоны горения или на пути распространения пожара.

Вентиляционные режимы при тушении подземных пожаров При тушении пожара в шахте должен устанавливаться вентиляционный режим, снижающий активность пожара и создающий условия для его тушения, а также предотвращающий скопление горючих газов до взрывоопасных концентраций и распространение продуктов горения в места нахождения людей. При тушении рекомендуются следующие вентиляционные режимы:

– прекращение проветривания горящих выработок пожарного участка;

– сохранение режима проветривания, существовавшего до пожара;

– увеличение или уменьшение расхода воздуха, поступающего к очагу, при сохранении существовавшего направления вентиляционной струи;

– реверсирование (опрокидывание) вентиляционной струи с сохранением, увеличением или уменьшением расхода воздуха;

– закорачивание вентиляционной струи в нормальном или реверсивном режиме проветривания.

Принятый вентиляционный режим должен быть устойчивым и управляемым. До полного вывода людей из аварийной зоны изменение вентиляционного режима, предусмотренного планом ликвидации аварии, запрещается.

При пожарах в надшахтных зданиях воздухоподающих стволов, в стволах со свежей струей, околоствольных дворах и примыкающих к ним главных воздухоподающих выработках наиболее эффективным является реверсирование вентиляционной струи в масштабе всей шахты после вывода людей из аварийной зоны. При пожарах в пределах выемочных полей (панелей) и в выработках с исходящими струями (вентиляционные выработки горизонта, крыла или шахты в целом, шурфы, вентиляционные сбойки, воздуховыдающие стволы и их надшахтные здания) сохраняется существующее направление вентиляционной струи с неизменяемым, уменьшенным или увеличенным расходом воздуха.

В ходе тушения пожара должен осуществляться непрерывный контроль за содержанием горючих газов (метан, оксид углерода, водород и пр.), кислорода, других параметров потока воздуха (температура и расход воздуха в выработках пожарного участка). Если содержание метана у места тушения достигнет 2 %, все люди, в том числе горноспасатели, должны быть выведены из опасной зоны, а для тушения использован способ, обеспечивающий безопасность работ.

Активное тушение экзогенных пожаров В зависимости от свойств горящего материала и условий пожара применяют следующие способы, отличающиеся механизмом пожаротушения:

1 – охлаждение очага и объекта горения до температуры, меньшей температуры вспышки горючего вещества (например, водой, песком, пеной и др.);

2 – предотвращение выхода горючих летучих веществ из горящей поверхности в окружающий воздух и поступление кислорода к горючим компонентам (например, подача пены, плавящихся огнегасительных порошков и др.);

3 – снижение концентрации кислорода у горящей поверхности до безопасных значений (углекислым газом, азотом, паром);

4 – обрыв и предотвращение цепных реакций горения и (или) взрыва галоидированными углеводородами или огнегасительными порошками ингибирующего действия.

На практике в большинстве случаев используется сочетания различных механизмов пожаротушения.

Тушение пожаров в шахтах начинают обычно первичными средствами – пенными или порошковыми огнетушителями, песком, водой, а затем по возможности и необходимости вводят более мощные средства.

Чтобы в случае развития пожара быстро локализовать его, одновременно с тушением начинают готовить участок к изоляции (подготовка врубов и материалов для сооружения изоляционных перемычек, в первую очередь на путях распространения пожара по выработкам с исходящей струей). Так, после изоляции очага, при снижении концентрации кислорода до 2–5 % горение прекращается.

Тушить пожар следует со всех подходов, в горной выработки их два – со стороны поступающей и исходящей струи. Однако часто невозможно подойти к очагу со стороны исходящей струи из-за высокой температуры. Чтобы не допустить распространения пожара, необходимо путем опрокидывания вентиляционной струи снизить температуру в этом районе, а затем активно тушить. Для предотвращения распространения огня по выработкам в направлении движения вентиляционной струи используют водяные завесы.

Простейшим средством тушения загораний и пожаров на начальной стадии развития является песок или инертная пыль. Мелкодисперсные частицы охлаждают горючее вещество, снижают доступ кислорода к его поверхности, механически сбивают пламя. Для ликвидации небольших очагов можно применять асбестовое, войлочное или иное полотно, изолирующее зону горения от проникновения свежего воздуха.

Наиболее распространенным средством борьбы с пожарами является вода. Однако ее нельзя применять для тушения оборудования и электрических проводов, находящихся под напряжением. Не следует применять воду для тушения бензина, керосина и других горючих жидкостей, плотность которых меньше плотности воды. Нельзя применять воду для тушения веществ, с которыми вода взаимодействует с выделением горючих и токсичных газов.

Ручные огнетушители применяются в шахтах для тушения пожаров в начальной стадии развития (тушения твердых веществ и легковоспламеняющихся жидкостей, горения метана). По виду огнетушащих средств огнетушители бывают жидкостными, пенными, порошковыми, углекислотными, аэрозольными и комбинированными. По объему корпуса огнетушители подразделяются на ручные малолитражные с объемом до 5 л, промышленные ручные с объемом 5–10 л, стационарные и передвижные объемом более 10 л.

Огнетушители жидкостные (ОЖ-5, ОЖ-10 и др.) применяют для тушения загораний твердых горючих материалов. В качестве огнетушащего вещества в них используют чистую воду, воду с добавками поверхностно-активных веществ. Выброс жидкости в этих огнетушителях осуществляется сжатым газом (воздух, углекислота, азот). Такие огнетушители не пригодны для борьбы с горящими нефтепродуктами, их жидкая фаза замерзает при низких температурах.

Пенные огнетушители используют химическую или воздушномеханическую пену. Огнетушители химические пенные (ОХП) содержат щелочную (водный раствор углекислой соды с добавкой вспенивателя) и кислотную (смесь серной кислоты с сернокислым окисным железом) части. При соединении этих компонентов выделяется углекислый газ, раствор вспенивается и выталкивается наружу. Огнетушители ОПШ-9 подают пену кратностью 6,5 на расстояние до 8 м, время их действия около 1 мин.

Порошковые ручные огнетушители (ОП) значительно эффективней пенных и получили наибольшее распространение. Попадая на горящую поверхность, порошок расплавляется, и образующаяся пленка препятствует газообмену у горящей поверхности. Предназначены для тушения древесины, конвейерных лент, масел и электрооборудования, находящегося под напряжением до 1140 В. Дальность подачи порошка огнетушителя ОП-8 до 6–8 м, масса порошка 8 кг, продолжительность действия 25 с. Одним огнетушителем можно потушить 8 м2 горящей деревянной крепи или 50 кг угля, или 4 м2 горящей конвейерной ленты, или горящего масла на площади 6 м2. Работает огнетушитель в диапазоне температур от –30 до +40оС.

Для удобства доставки к пожару разработан ранцевый порошковый огнетушитель ОР-Ш, имеющий массу порошка 14 кг, дальность выброса около 7 м. С целью тушения пожаров в труднодоступных местах разработана забрасываемая порошковая граната ПООД-1. Используется для тушения древесины, минерального масла, метана, электрооборудования. Состоит из полиэтиленового корпуса с массой порошка 2 кг и рукоятки. При взрыве порохового заряда радиус разлета порошка составляет 2,5 м.

Углекислотные огнетушители содержат по давлением диоксид углерода (СО2) в жидком (до 75 %) и газообразном состоянии. При работе огнетушителя углекислый газ выходит из баллона, его давление и температура резко падает. С понижением температуры углекислый газ переходит в твердое состояние и на горюющую поверхность поступает в виде снегообразной массы (температура исходящего газа около –80оС).

Аэрозольные огнетушители хладоновые (ОАХ) прерывают процесс горения. В шахтах применяют огнетушители с ингибирующим составом (ОГС-7), предназначенные для тушения в горных выработках горящего метана, легковоспламеняющихся жидкостей, электрооборудования и других горящих материалов. Их не следует применять для тушения материалов, горение которых протекает без доступа воздуха. Состав БФ-2 содержит 73 % бромистого этила и 27 % тетрафтордибромэтана. Учитывая токсичность употребляемых компонентов, в шахтах пользоваться хладоновыми огнетушителями можно только в изолирующей дыхательной аппаратуре.

Для подачи воды от пожарных кранов и насосов в очаг используют всасывающие и выкидные рукава, а также пожарные стволы. Всасывающие рукава предназначены для забора воды и состоят из нескольких слоев прорезиненной ткани со спиралью из проволоки. Диаметр всасывающих рукавов 60–125 мм.

Выкидные рукава предназначены для подачи воды от насоса до пожарного ствола или разбрызгивателя. Диаметр выкидных рукавов и 77 мм, они выдерживают давление до 1,6 МПа. Пожарные стволы позволяют подать воду при давлении 4–6 атм. на расстояние до 20 м, а в горных выработках до 10–15 м.

Для создания водяных завес применяют водоразбрызгиватели.

Так, разбрызгиватель ВВР-1 с двумя насадками обеспечивает расход воды 22–43 м3/ч при давлении 0,2–0,7 МПа Диаметр получаемых капель воды около 100 мк, радиус их разлета до 7 м. Водоразбрызгиватель состоит из трубчатого тройника, соединительной головки и устройства для крепления к вагонетке или телескопической стойке. Расход воды на водяную завесу (для преграждения распространения пожара) не менее 50 м3/ч. Цельноструйное тушение из одного пожарного ствола требует расхода воды около 30 м3/ч.

Для подключения выкидных рукавов к водопроводу в местах, где нет пожарных кранов, применяют гидранты пистолеты (например, ГПобразующий отверстие диаметром 25 мм в трубах толщиной от 2 до 12 мм). Для пробивания отверстия в трубах используют пороховые заряды. Гидранты пистолеты применяется на свежей струе и в исходящих струях воздуха с содержанием метана не более 1 %. В их состав входит и заглушки для закрытия отверстия после прекращения отбора воды.

Установка для локализации подземных пожаров УЛП применяется для быстрой установки противопожарной завесы. Состоит из двух телескопических стоек для крепления в горной выработке и трубыколлектора, в коленчатые штуцера которой ввинчены полидефлекторные насадки, равномерно распыляющие воду по сечению защищаемой выработки.

В случае распространения огня по горной выработке на расстояние 20–30 м, для тушения используют передвижные установки порошкового пожаротушения УП-250, УП-500, устанавливаемые на тележки шахтной вагонетки. Масса зарядов установок соответственно 250 и кг, время действия 60 с, дальность выброса струи 15 м, работает от баллонов сжатого воздуха. Для направления и регулирования подачи порошка используется пистолет, соединенный с установкой прорезиненным рукавом длинной 15 м. Установки позволяют ликвидировать пламя в выработке на протяжении 40–50 м.

Для автоматического пожаротушения водой на приводной головке ленточного конвейера применяют водоразбрызгивающую установку УАК-2, запускаемую тепловым замком при 47оС с одновременным отключением электродвигателя конвейера. Автоматическая пожаротушащая порошковая установка «Буран» тушит пожары на головках ленточных конвейеров и отключает энергию. Масса тушащего заряда до кг, температура срабатывания 47,5 оС и более. Продолжительность подачи порошка 10 с, защищаемая поверхность конвейерной ленты до м2. Порошковая установка «Север» имеет те же характеристики, но устанавливается в электромашинных камерах, не имеющих постоянного обслуживающего персонала. Объем защищаемой камеры равен 200 м3.

Схемы активного тушения пожаров в выработках Вода является наиболее эффективным средством тушения пожаров при горении твердых веществ. Она может подаваться в виде компактных струй или в распыленном виде (водяные завесы). Распыление намного улучшает огнегасительную способность воды, т.к. из-за большей поверхности она быстрее испаряется, поглощая тепло. Капли воды могут долго находиться в воздухе во взвешенном состоянии. Дисперсность образующихся капель пропорциональна давлению воды перед насадкой. При давлении 0,4–0,8 МПа дисперсность капель меняется от 0, до 0,1 мм. Необходимо помнить, что при попадании воды на раскаленные предметы происходит бурное парообразование, что может привести к ожогам. Поэтому охлаждение очага начинают не с центра, а с периферии. Нельзя тушить водой горящее электрооборудование и кабели под напряжением.

Работы по тушению пожара ведут обязательно со стороны движения на очаг свежего воздуха. Одновременно предупреждают распространение пламени в направлении движения продуктов горения установкой водяных завес. Устройство для распыления воды необходимо расположить как можно ближе к очагу. Если из-за высокой температуры установит завесу и удалить деревянную крепь невозможно, то производят реверсирование вентиляционной струи, но при условии, что нет опасности поступления к очагу взрывчатых концентраций метана.

Локализация пожара при помощи водяной завесы производится следующим образом. На первом этапе пожар тушат из пожарных стволов со стороны поступления свежего воздуха, которые потом заменяют на разбрызгиватели (рис. 5.25 а, 5.25 б). На втором этапе опрокидывают вентиляционную струю и устанавливают разбрызгиватели с другой стороны (рис. 5.25 в). На третьем этапе восстанавливают нормальное проветривание и тушат пожар струей, продвигаясь по выработке со стороны свежей струи (рис. 5.25 г).

Если завесы на исходящей струе ставят без реверсирования вентиляционной струи, то подачу воды прекращают, чтобы избежать ожога людей паром. Водоразбрызгиватели устанавливают по оси выработки на расстоянии 2/3 высоты от почвы и таком расстоянии друг от друга, чтобы их струи соприкасались. Разбрызгиватели ставят на всех возможных путях распространения пожара, а если доступа нет, то проходят специальные обходные выработки.

Рис. 5.25. Схема тушения пожара в горной выработке водой Пожары в вертикальных выработках очень опасны, т.к. быстро распространяются снизу вверх в результате перемещения пламени под действием развиваемой тепловой депрессии. Огонь при таких пожарах часто выходит на поверхность и уничтожает надшахтные сооружения.

Горящие материалы падают вниз, и это может вызвать возникновение новых очагов. Подход к таким пожарам очень опасен, т.к. при нисходящем проветривании при подходе сверху в любой момент может произойти опрокидывание вентиляционной струи под действием тепловой депрессии, а тушение снизу опасно из-за угрозы обрушения горящей крепи и пород.

Наиболее простой схемой тушения пожаров в вертикальных выработках является опускание водоразбрызгивателей в район очага на канате при помощи ручной лебедки. Для уменьшения поступления к очагу воздуха, устье вертикальной выработки после вывода людей из шахты следует перекрыть лядами или полками, в которых оставляют отверстия для прохода пожарных рукавов и каната. На 1 м2 площади охраняемой вертикальной выработки в водоразбрызгиватель подают не менее 4 м3/ч воды.

При опускании пожарных рукавов следует рассчитать ожидаемый пьезометрический напор воды перед разбрызгивателем. Для тушения пожара в вертикальном стволе следует использовать все имеющиеся к нему подходы: выработки промежуточных горизонтов, трубнокабельные ходки, вентиляционные и калориферные каналы. В случае неэффективности или невозможности применения воды, выработки заполняют пеной с поверхности.

Пожары, возникшие в электромашинных камерах тушат подачей воды со стороны поступающей вентиляционной струи при закрытых противопожарных дверях (рис. 5.26). Если температура очага высокая и трудно приблизиться к камере, то тушение подачей воды начинают при открытых дверях, что увеличивает вынос тепла из камеры. Однако в этом случае для локализации пожара и охлаждения продуктов горения во втором ходке устанавливается водяная завеса (рис. 5.27).

При очень высокой температуре в камере, не позволяющей приблизиться к очагу пожара, для тушения применяется пена, которой заполняют весь объем камеры.

Рис. 5.26. Тушение пожара водой в камере при закрытых противопожарных дверях: 1 – камера; 2 – очаг пожара; 3 – подаваемая струя воды Рис. 5.27. Тушение пожара в камере водой с постановкой водяной завесы: 1 – камера; 2 – очаг; 3 – подаваемая струя воды; 4 – водяная завеса В уклонах и наклонных стволах с нисходящим движением вентиляционной струи воздуха перед тушением пожара вначале выводят людей из шахты. Затем должно быть проведено реверсирование струи и тушение пожара должно осуществляться снизу.

Водоразбрызгиватели для создания водяной завесы опускаются к очагу или устанавливаются в устье наклонной выработки. Для защиты от обрушения горящим материалом работы по тушению ведут под специальными полками. Тушение сверху допускается в исключительных случаях, когда очаг в непосредственной близости от выше расположенной горизонтальной выработки и имеется устойчивая нисходящая струя.

Как при всех пожарах, должны приниматься меры по сокращению поступления воздуха к очагу: установка временных перемычек в верхних и нижних частях выработок, закрытие противопожарных дверей. Если не удается потушить водой, выработку заполняют пеной.

Выемка горящей массы применяется в случаях, когда очаг находится в недоступном месте (в завале после выгорания крепи, в выработанном пространстве вблизи от действующих горных выработок) и обычно комбинируется с тушением водой.

Вначале пожар оконтуривают разведочными выработками, проведенными по выработанному пространству или целикам угля, пород. Затем из разведочных выработок проводят пожарные выработки для подступа к очагу пожара. Подойдя к горящему углю, его заливают водой, затем вынимают, грузят в вагонетки и выдают на поверхность. Иногда, для лучшего охлаждения разогретой горной массы, пользуются пожарными пиками, внедренными в обрушенные породы. Вода выходит из просверленных на конце пики отверстий.

После тушения все выработки, пройденные по обрушенным породам и целикам угля, а также восстановленные для подхода к очагу старые выработки должны быть изолированы, затампонированы глиной или заилены, т.к. при некачественной изоляции возможны рецидивы пожара.

Инертизация рудничной атмосферы при тушении пожаров Нередко тушение пожаров в шахтах осложняется из-за выделения горючих газов, способных взрываться при определенной концентрации и температуре. Наиболее часто таким горючим газом в шахтах является метан. Кроме того, при пожаре могут дополнительно образовываться такие горючие газы, как оксид углерода, водород. Для предотвращения взрывов горючих газов при пожаре осуществляют инертизацию (снижение концентрации кислорода) атмосферы в пожарном участке подачей инертных газов. Снижение концентрации кислорода способствует также более быстрому тушению пожаров. В качестве инертных газов наиболее часто применяют азот, а также углекислый газ, получаемый в генераторах инертных газов при сгорании топлива (ГИГ-4, ГИГ-1500, ГИГ- и др.).

Генератор парогазовый ГИГ-4 (рис. 5.28) представляет собой авиационный турбореактивный двигатель, дополненный камерой дожигания, камерой охлаждения и агрегатами, обеспечивающими работу генератора (фильтр очистки воды, топливный насос, емкости для топлива и др.). Турбореактивный двигатель АИ-8П нагнетает образующуюся при сгорании топлива газовоздушную смесь с температурой 400оС в камеру дожигания, куда впрыскивается топливо в парообразном виде. При горении содержание кислорода в газовой смеси снижается до 1,7 %. В следующей камере (охлаждения) в газовую смесь впрыскивается вода. В результате испарения воды образующаяся смесь охлаждается до 80– 90оС.

Генератор имеет пульт дистанционного управления и систему блокировок, отключающих установку при отклонении от заданных параметров. Для удобства транспортировки парогазовый генератор выполнен из отдельных секций. Производительность генератора по газу 343 м3/мин, расход топлива не более 850 кг/ч. Образующаяся газовая смесь содержит 51,8 % азота, 40 % водяного пара, 7 % углекислого газа, 0,2 % оксида углерода и около 1,0 % кислорода. Масса установки кг, длина 6,5 м, расход воды 27 м3/ч, время непрерывной работы 6 часов.

Генератор инертных газов ГИГ-150 имеет производительность по парогазовой смеси до 150 м3/мин, ГИГ-3000 до 5370 м3/мин, ВГИГ- до 400 м3/мин, МГИГ-250 до 300 м3/мин. Высокая производительность установок по парогазовой смеси позволяет быстро инертизировать атмосферу горных выработок, благодаря чему предотвращается опасность взрыва горючих газов, угольной пыли и прекращается пламенное горение.

Недостатком парогазовых генераторов является высокая температура выдаваемых газов и высокое содержание пара, что приводит к разогреву горных пород, увеличению их пластичности. Повышение температуры угля может служить толчком развитию процесса самовозгорания, а увлажнение пород способствует их обрушению. Кроме того, в смеси газов большая концентрация оксида углерода, что затрудняет контроль за пожаром.

Рис. 5.28. Парогазовый генератор ГИГ-4: 1 – турбореактивный двигатель; 2 – камера дожигания; 3 – камера охлаждения Нередко в качестве инертного газа для подачи в горные выработки используют газообразный азот, обычно хранящийся и транспортируемый в сжиженном виде. Испарение азота осуществляется в холодных газификаторах (используется тепло окружающего воздуха) или в теплообменниках с электронагревателями. Так, холодные газификаторы ГХК 8/1,6-1000 обеспечивают получение азота под давлением до 1, МПа с производительностью до 2200 нм3/ч. Передвижная газификационная азотная станция ПеГАС 100/200 также предназначена для газификации жидкого азота и подачи его в горные выработки. Оборудование размещено на платформе автомобиля КрАЗ, производительность станции до 100 м3/мин газообразного азота.

В последние годы перспективными становятся мембранные технологии получения газообразного азота. Установки пятого поколения, использующие пористое полимерное волокно с нанесенным газоразделительным слоем, позволяют получить газообразный азот чистотой 95– 99,95 % под давлением от 0,5 до 4 МПа с производительностью до нм3/ч. Для борьбы с пожарами на шахтах можно использовать передвижные азотные мембранные станции серии АМВЦ. Производительность по газу у этих установок от 150 нм3/ч (АМВП-2,5/0,7) до нм3/ч (АМВП-26,5/7) под давлением 0,8 МПа с чистотой азота 99,5 %.

Изоляцию пожарных участков применяют в случаях, когда другими способами пожар потушить невозможно. Изоляция участка – это исключение его из общей схемы проветривания с целью прекратить доступ воздуха в очаг пожара и не допустить проникновения токсичных пожарных газов в действующие выработки. Изоляция достигается путем сооружения в горных выработках временных или постоянных перемычек. Рекомендуется изолировать минимальный объем горных выработок, что приведет к быстрому снижению концентрации кислорода.

Однако в газовых шахтах при выборе мест возведения перемычек необходимо учитывать опасность взрыва, поэтому их сооружают на безопасном расстоянии от очага пожара. Иногда приходится возводить множество перемычек, постепенно приближаясь к очагу. Изоляция участка считается удовлетворительной, если в районе горения в изолированном пространстве будет достигнута концентрация кислорода, при которой прекращается горение (для угля – 2 % кислорода по объему).

Все перемычки для изоляции пожарного участка должны сооружаться, как правило, одновременно. В негазовых шахтах при сильной задымленности и высокой температуре исходящих газов перемычки могут вначале возводить в выработках, по которым воздух поступает к очагу. После их закрытия сооружают перемычки в выработках с исходящей струей. Если есть угроза распространения пожара по выработке с исходящей струей или в другие выработки, то перемычки в первую очередь сооружают в выработке с исходящей струей воздуха. При этом вентиляционная струя реверсируется, а в выработке с поступающей струей осуществляют меры по предотвращению распространения пожара (установка водяных завес, извлечение горючих элементов крепи, оборудования и др.). Затем восстанавливают первоначальное проветривание и перемычки возводят в выработках с поступающей вентиляционной струей.

При выборе места возведения перемычки необходимо учитывать:

- схему расположения горных выработок в районе пожара;

- место пожара, размеры и скорость его распространения;

- степень нарушенности боковых пород и угольных целиков;

- температуру воздуха на подступах к пожару;

- возможность осуществления вентиляционных маневров в период изоляционных работ;

- значимость выработок, теряемых при изоляции, для дальнейшей эксплуатации шахты.

В главных выработках, по которым воздух поступает в пожарный участок и выходит из него, обычно возводят огнестойкие перемычки (кирпичные, бетонные). В боковых выработках, примыкающих к пожарному участку, можно возводить неогнестойкие перемычки (чураковые, брусчатые), если на них не может распространиться пожар. Перемычки, сооружаемые в главных выработках, должны иметь проемы расчетного сечения, обеспечивающего нормальное проветривание пожарного участка во все время изоляционных работ. Проемы должны герметично закрываться дверями или лядами. В боковых выработках перемычки сооружаются глухими.

При изоляции пожарных участков можно сооружать временные и постоянные перемычки. К временным перемычкам относят парусные и дощатые; они газопроницаемы, не обеспечивают полного прекращения доступа воздуха к очагу. Их применяют, когда необходимо быстро сократить количество воздуха, поступающего к пожару (парусные), или задержать его распространение по горным выработкам (дощатые), пока у мест изоляции не будут сосредоточены необходимые материалы для сооружения постоянных перемычек. Временные перемычки применяют и для улучшения условий сооружения постоянных перемычек (прекращают распространение дыма и токсичных газов). Парусные перемычки представляют собой полотна из брезента или парусины, которыми перекрывается сечение выработки. Полотно крепят к стойкам и верхняку крепежной рамы.

Постоянные перемычки бывают бетонитовые, кирпичные, бетонные, шлакоблочные, шлаконаливные, чураковые, брусчатые. Для лучшей герметизации их возводят во врубах, глубиной не менее 0,5 м по породе и 1 м по углю. Применяют и безврубовые перемычки. Перемычка должна отстоять от места пересечения выработки не менее чем на м, чтобы в случае необходимости можно было рядом с ней соорудить дополнительную перемычку и чтобы не войти в зону трещиноватых пород.

В каждую постоянную перемычку должна закладываться труба диаметром 40–50 мм для отбора проб воздуха на расстоянии от почвы, равном 2/3 высоты выработки. Труба должна выступать не менее 2 м за перемычку и на 20–30 см в сторону действующих выработок и иметь на внешнем кольце резьбу для навинчивания заглушки. В выработках откаточного горизонта через перемычку на расстоянии 0,2–0,3 м от почвы должна проходить труба диаметром 75–100 мм У-образной формы для стока воды из пожарного участка. В горизонтальных выработках для усиления изоляции на расстоянии 3–5 м возводят дополнительные перемычки, а образующееся между ними пространство заиливают. Для замера температуры и отбора проб газа через обе перемычки пропускают трубу диаметром 40–50 мм, а для стока воды трубу диаметром 100– 150 мм.

Для локализации взрывов при изоляции пожаров возводят взрывоустойчивые перемычки, баррикадные, барьерные, шпренгельные и быстровозводимые гипсовые. Взрывоустойчивая перемычка – это искусственно возводимая из гипса, бетона, кирпича, бруса и других строительных материалов шахтная перемычка для перекрытия поперечного сечения горной выработки в целях предотвращения разрушающего действия воздушной ударной волны взрыва. От других перемычек отличается повышенным сопротивлением к ударным воздействиям и динамическим нагрузкам.

Баррикадные перемычки сооружают из мешков с песком, глиной, слоями, каждый слой засыпают инертным материалом для заполнения пустот между мешками. Длина перемычки должна быть не менее 6 м.

Барьерные перемычки возводят путем обрушения кровли горных выработок буровзрывным способом. Барьерные и баррикадные перемычки возводят на расстоянии 15–20 м от изоляционных перемычек со стороны очага пожара. Шпренгельные перемычки состоят из двух деревянных (из брусьев), одна из которых со щелями для гашения энергии ударной волны, вторая герметичная.

Надежной и легковозводимой взрывоустойчивой перемычкой является гипсовая, возводимая с помощью комплекса оборудования «Темп». В качестве материала применяется пластифицированный гипс, получаемый из строительного гипса и пластифицирующей добавки ССБ (сульфитно-спиртовой добавки). Он легко смачивается, образуя растворную смесь, быстро твердеющую до камневидного состояния. Исследования показали, что гипсовые перемычки взрывоустойчивы.

«Темп» состоит из смесительно-нагнетательной установки, рукавной линии, пульта управления, проемной трубы с дистанционно управляемым клапаном.

Работает комплекс «Темп» следующим образом: к месту возведения перемычки доставляют в вагонетках пластифицированный гипс (в мешках), подводят воду, ставят опалубки и в смеситель подают воду и гипс, а образующийся раствор поступает по рукавам в пространство между опалубками. Раствор растекается, проникая в закрепное пространство и тампонирует щели и пустоты. В тело перемычки (между опалубками) ставят проемную трубу для управления вентиляционным режимом изолируемого участка во время возведения перемычки. Об окончании заливки свидетельствует датчик уровня и через 1,5 ч раствор твердеет. Производительность установки по гипсу 7–9 м3/ч, дальность подачи раствора 200 м, давление нагнетания до 1,0 МПа.

Изолированный пожар считается потушенным, если:

- содержание кислорода в пожарном участке не превышает 3% и отсутствует повышенная по сравнению с фоном концентрация оксида углерода или в течение 7–10 суток обнаруживаются только следы оксида углерода;

- замеренная за перемычками температура воздуха и вытекающей из пожарного участка воды не превышает нормальной;

- отсутствуют признаки дыма в выработках, примыкающих к пожарному участку.

Однако, несмотря на эти условия, вскрываемые пожары иногда продолжают действовать. Причиной низкой эффективности тушения пожаров методом изоляции является очень медленное остывание разогретого угля, сохраняющиеся прососы воздуха через перемычки, поэтому необходима выдержка изоляции расчетное количество времени.

Ненадежность способа тушения пожаров изоляцией (возможны значительные прососы воздуха), а также возникающие сложности применения прямого тушения (отсутствуют средства огнетушения, невозможность приблизиться к очагу) способствуют применению комбинированного способа тушения. Способ предусматривает на первом этапе изоляцию пожара возведением перемычек, что снижает его активность, а на втором этапе активное тушение подачей в очаг различных хладагентов.

Наибольшим охлаждающим эффектом при тушении пожаров обладают вода или смеси воды с глиной, золой и другими мелкодисперсными материалами (пульпы). При подаче пены происходит меньший теплосъем на единицу подаваемого объема хладагента, однако преимуществом пены является ее объемное распространение и изолирующий эффект, позволяющий снизить приток воздуха к очагу и уменьшить генерацию тепла. Тушение может осуществляться через вскрываемые перемычки, через оставленные в перемычках трубы, или через скважины, пробуренные с поверхности или из близлежащих горных выработок.

Контроль за эндогенными пожарами, их списание Оценку состояния эндогенного пожара выполняют по изменению температуры, влагосодержания и газового состава атмосферы в изолированном пространстве пожарного участка, а также по результатам приповерхностного замера состава газов. Контроль ведется силами шахты и ВГСЧ путем осмотра перемычек, отбора проб и замера температуры, влагосодержания, количества и перепада давления воздуха через воздуховыдающие контрольные скважины и трубки в перемычках.

В первые двое суток после изоляции пожарного участка отбор проб осуществляет ВГСЧ не реже, чем через каждые 6 ч. В последующие 15 суток отбор проб происходит через сутки. После стабилизации атмосферы замеры ведут с периодичностью два раза в месяц. Результаты замеров состава атмосферы заносят в «Книгу наблюдений за пожарным участком…»

Признаками потушенного пожара считается отсутствие или снижение до фоновых значений содержания в воздухе изолированного пространства и в приповерхностном слое почвы водорода и окиси углерода, а также уменьшение температуры воды и воздуха до 25 оС. Списание пожара в категорию потушенных производится при получении трехкратного подтверждения отсутствия признаков пожара в пробах, отобранных последовательно через 24 ч во всех контрольных точках шахты, и положительных результатов приповерхностной съемки, выполненной в указанный период. При необходимости получения дополнительных данных производится разведка пожарных участков силами ВГСЧ.

Для списания пожара создается комиссия, которая рассматривает:

- акт расследования аварии; проект тушения пожара;

- результаты анализа проб воздуха и замеров температуры;

- акт обследования горных выработок и состояния поверхности;

- донесение ОВГСО о разведке пожарного участка;

- данные измерения температуры и состава воздуха по контрольным точкам (в том числе в приповерхностном слое почвы);

- расчет полного экономического ущерба от пожара.

Списание пожара оформляется актом.

Вскрытие пожарного участка разрешается не ранее 0,5 месяца после списания пожара в категорию потушенных. В этот период за ним ведется наблюдение как за действующим пожаром. Вскрытие пожарных участков осуществляет ВГСЧ по мероприятиям, разработанным главным инженером шахты и командиром ОВГСО. Ремонтновосстановительные работы на участке с потушенным пожаром разрешены не ранее, чем через сутки после вскрытия. При обнаружении в исходящей струе оксида углерода, водорода, радона и этилена выше фонового значения для данного участка, проветривание прекращают и закрывают проемы в перемычках.

Внезапный выброс пород и газа – это самопроизвольное мгновенное разрушение части горного массива вблизи забоя горной выработки, сопровождающееся отбросом горных пород и усиленным газовыделением.

Выброс пород и газа происходит под действием скачкообразного перехода упругой энергии предельно напряженного массива и сжатого газа вокруг горной выработки в работу сдвижения, разрушения горных пород, десорбции и фильтрации газа. Причиной выброса могут быть мгновенное вскрытие и обнажение пласта горной выработкой, быстрого внедрения в угольный пласт (при взрывоотбойке, обрушении угля на крутых пластах) или при продвигании забоя в неоднородном по прочности и устойчивости пласте (вблизи геологических нарушений).

Выбросу предшествуют предупредительные явления: треск, удары, усиление давления на крепь, отскакивание кусочков породы и угля, изменение скорости газовыделения, особенно из буримых шпуров и скважин. Иногда отмечается зажатие бурового инструмента, появление пылевого облака.

Выброс происходит в форме лавинообразного смещения, дробления горных пород и выноса раздробленной массы в атмосферу горных выработок выделяющимся газов (может быть метан, углекислый газ, азот, водород). Выброс сопровождается сильными звуковыми колебаниями. В массиве горных пород образуется полость, уголь дробится до мельчайшей пыли. Из-за падения давления выделившегося газа может наблюдаться снижение температуры.

Опасность выбросов заключается в возможности травмирования людей выбрасываемой горной породой, образования взрывоопасной концентрации выделившихся горючих газов, снижения концентрации кислорода в зоне выброса, нарушения режима проветривания в горной выработке из-за уменьшения площади ее свободного сечения, выводу из строя угледобывающей техники.

Склонные к выбросам шахтопласты угля разделяют на выбросоопасные и угрожаемые. Выбросоопасные – это пласты, где произошел выброс, а угрожаемые – где были выдавливания или обрушения, а также предсказана опасная зона. Оценка выбросоопасности пластов осуществляют на стадии геологической разведки, перед вскрытием угольных пластов, на разрабатываемом горизонте и текущий прогноз отдельных зон угольных пластов.

Прогноз выбросоопасности по сейсмоакустической активности пласта основан на регистрации звукоулавливающей аппаратурой возникающих в массиве импульсов. Признаком входа забоя в выбросоопасную зону является превышение уровня шума в несколько раз по сравнению со средним уровнем.

Прогноз выбросоопасности осуществляют также по начальной скорости газовыделения в шпур (длина шпура 3,5 м, диаметр 43 мм). В случае превышения начальной скорости газовыделения критического (табличного) значения забой выработки находится в опасной зоне.

Использование начальной скорости газовыделения и выхода бурового штыба из шпуров для прогноза выбросоопасности осуществляется в восточных регионах страны. Замер бурового штыба и начальной скорости газовыделения производят при бурении шпуров диаметром мм и глубиной 5,5–6,5 м.

Способы снижения выбросоопасности делят на общие (региональные), выполняемые до начала очистных и подготовительных работ, и местные (локальные), выполняемые в забое. К общим способам относятся:

- опережающая отработка защитных пластов;

- заблаговременная дегазация угольных месторождений с гидрорасчленением угольных пластов;

- предварительная дегазация угольных пластов;

- предварительное увлажнение угольных пластов в режиме фильтрации.

К местным способам снижения выбросоопасности относятся:

- гидрорыхление пласта;

- увлажнение угольного пласта в режиме фильтрации;

- бурение опережающих скважин;

- проведение разгрузочных пазов и щелей;

- торпедирование (гидровзрывная обработка) угольного массива.

Опережающая отработка защитных пластов заключается в отработке выше- или нижележащих пластов (пропластков). В результате обеспечивается снижение напряжения в скелете пласта и окружающих пород, изменяются их механические свойства. За счет образования пор и трещин повышается газопроницаемость горных пород, создаются условия для дегазации пласта через раскрытые трещины.

Заблаговременная дегазация с гидравлическим воздействием на пласт позволяет ликвидировать скопления газа, находящегося под большим давлением, а также изменить механические свойства угля. Подача жидкости в пласт может осуществляться в режимах: фильтрации;

гидрорасчленения; гидроразрыва; гидроразмыва.

При фильтрации подача жидкости не превосходит естественную приемистость пласта, и он механически не нарушается. Работам по увлажнению пласта предшествует дегазация. Влажность угля повышается до 6 %. Для улучшения смачивания угля в жидкость добавляют поверхностно-активные вещества.

В случае гидрорасчленения темп нагнетания жидкости превосходит естественную приемистость пласта, что сопровождается раскрытием и расширением трещин. Закачиваемая жидкость обеспечивает раскрытие трещин на 100-150 м от скважины по основным системам пластовых трещин.

Режим гидроразрыва предусматривает, что темп подачи жидкости многократно превышает естественную приемистость пласта и пропускную способность раскрывающихся трещин. Такая подача приводит к разрушению пласта.

При гидроразмыве происходит повышение гидропроводности пласта за счет растворения минеральных включений или угля. В рабочую жидкость обычно вводят ПАВ.

Бурение опережающих скважин осуществляют диаметром 80– 250 мм. Скважины оказывают на пласт разгрузочное и дегазационное действие. При бурении скважин возможны выбросы, поэтому используют дистанционное бурение и в зоне влияния предыдущей скважины.

Разгрузочные пазы шириной 60–80 мм на всю мощность пласта располагают в забоях очистных и подготовительных выработок перпендикулярно к плоскости пласта из наиболее напряженных участков (в кутках, уступах и нишах). Пазы снижают напряжение, их бурение производят дистанционно на глубину не более 2,5 м.

Разгрузочные щели образуют параллельно плоскости угольного пласта во вмещающих породах или угольном целике. Щель создают по всей длине очистного забоя на глубину, превышающую глубину захвата выемочной машины.

Целью торпедирования является ослабление, рыхление пласта энергией взрыва и его дегазация за счет повышения газопроницаемости.

При предварительном нагнетании воды в пробуренные скважины эффект от применения торпедирования увеличивается. Скважины для торпедирования угольного пласта без предварительного нагнетания воды в пласт бурят диаметром 55–60 мм длиной 8–14 м. Скважины для торпедирования массива бурят с наклоном 4–7о. После заряда взрывчатым веществом скважины заливают водой.

Для повышения безопасности рабочих при отработке опасных по внезапным выбросам пластов применяются следующие средства индивидуальной и групповой защиты: шахтные изолирующие самоспасатели; индивидуальные и групповые отводы сжатого воздуха; передвижные спасательные пункты и переносные спасательные аппараты. При работе на шахтах, опасных по выбросам, рабочие обеспечиваются изолирующим самоспасателем со сроком действия 45–50 мин и малогабаритным изолирующим самоспасателем со сроком действия 15–20 мин.

Проекты на строительство и реконструкцию шахт, подготовки новых горизонтов с выбросоопасными пластами должны пройти экспертизу промышленной безопасности и утверждены в установленном Ростехнадзором России порядке. Проекты должны содержать специальный раздел, предусматривающий технические решения по предотвращению внезапных выбросов угля (породы) и газа.

Вскрытие и подготовка шахтных полей с опасными и угрожаемыми по внезапным выбросам пластами должна обеспечивать максимальное использование опережающей отработки защитных пластов, заложение подготовительных выработок в неопасных пластах и защищенных зонах и в невыбросоопасных породах, наименьшее число пересечений выбросоопасных пластов, применение столбовых систем разработки, рассредоточение вентиляционных потоков в шахтном поле, возможность секционного проветривания и подсвежения исходящих струй выемочных участков, обособленное проветривание подготовительных забоев, отработку пластов без оставления целиков. Порядок отработки пластов согласовывается с Ростехнадзором России.

На вскрытие, проведение подготовительных выработок и ведение очистных работ на опасных и угрожаемых по внезапным выбросам пластах разрабатывается и пересматривается не реже одного раза в год комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами угля (породы) и газа, который должен пройти экспертизу промышленной безопасности. Комплекс мер по борьбе с внезапными выбросами утверждается руководителем организации. На основании принятых мер разрабатываются паспорта вскрытия пласта, а также мероприятия по борьбе с выбросами для включения в паспорт выемочного участка и паспорт крепления выработок.

В случае обнаружения признаков, предшествующих внезапному выбросу, все рабочие и инженерно-технические работники (ИТР) должны выйти из выработки, а электроэнергия должна быть отключена. Работы могут возобновляться только по письменному разрешению технического руководителя организации.

Горные удары – это быстропротекающее разрушение предельно напряженной части массива угля (пород), прилегающей к горной выработке, возникающее вследствие превращения в кинетическую энергию накопленной в массиве потенциальной энергии упругого сжатия его в очаге горного удара и упругих деформаций вмещающих пород. Горный удар сопровождается выбросом горной породы (угля, соли, руды и др.) в горную выработку, ее разрушением, сильным звуковым эффектом и возникновением мощной ударной волны.

При горных ударах происходит скачкообразное перераспределение напряжений в массиве горных пород, что может привести к обрушению, разрушению крепи, смещению оборудования. Заполнение горных выработок выброшенными породами может нарушить вентиляцию, способствовать накоплению горючих газов. Внешнее проявление горного удара – выброс горных пород, образование воздушной волны, пыли, возникает резкий звук, в газовых шахтах возможно усиление газовыделения. Горные удары могут проявляться на большой площади и обладают значительной разрушающей силой.

Причиной горных ударов является неравномерное распределение напряжений по пласту в ходе ведения горных работ, особенно в очистных выработках. Так, на кромке пласта (в очистном забое) напряжение горных пород ослабевает, а зона максимального напряжения располагается на некотором расстоянии от кромки в глубь массива. В результате возникают силы, направленные на выдавливание пласта (пород) в сторону его обнажения.

По форме и силе проявления горные удары подразделяются на собственно горные удары, микроудары, толчки и стреляния. Микроудары сопровождаются звуком, сотрясением горного массива и образованием пыли без нанесения серьезного ущерба.

Толчок проявляется в виде сотрясения пород, разлома и выдавливания части массива без разрушения на куски. Стреляние проявляется в виде отскакивания от массива кусков породы или угля и сопровождается звуковым щелчком.

По степени удароопасности угольные пласты разделяют на угрожаемые и опасные. Угрожаемые пласты с определенной глубины переводят в опасные. Отдельные участки удароопасных пластов делят на четыре категории. Участки IV категории соответствуют неудароопасному состоянию, I категории – представляют повышенную удароопасность.

Участки II и III категории занимают промежуточное положение.

Определить категорию удароопасности участка пласта можно по выходу буровой мелочи с каждого метра скважины при ее бурении в плоскости пласта. Если выход мелочи быстро возрастает с глубиной скважины, то опасность удароопасности увеличивается. Данные по выходу буровой мелочи наносят на заданный график, и если хотя бы одна точка замеров попадает в участок I или II, то весь участок считается удароопасным.

Оценить категорию удароопасности возможно и по крупности буровой мелочи. Выход буровой мелочи рассеивается на каждом пробуренном метре и определяется процентное содержание класса крупности более 2–3 мм. В случае уменьшения содержания крупного класса, участок относят к удароопасным.