15.7. Чрезвычайные ситуации на горных предприятиях

15.7.1. Пожары

На долю пожаров приходится до 50% всех аварий на шахтах и рудниках. Они сопровождаются большими экономическими потерями, затраты на их ликвидацию достигают 95% затрат на ликвидацию всех аварий на горных предприятиях. Смертельный травматизм составляет 0.6% всего травматизма на угольных шахтах и 0.2-0.4 на рудниках. Кроме того пожары становятся инициаторами взрывов пылегазовоздушных смесей, повышая уровень травматизма до 0.9% .

Пожары - неконтролируемые экзотермические реакции интенсивного высокотемпературного соединения (окисления) или разложения горючего твердого, жидкого или газообразного вещества с интенсивным образованием теплоты и газообразных продуктов, наносящие материальный ущерб и опасные для людей. Реакции соединения могут происходить с кислородом (углерод, сера и их соединения), хлором (водород, металлы), серой (медь), диоксидом углерода (магний). Реакции разложения типичны для ацетилена, хлористого азота, озона, взрывчатых веществ.

Скорость реакции соединения и разложения, как правило, нелинейно возрастает с повышением температуры (кислород) или светового потока (хлор), переходя при критических значениях в лавинообразный процесс (вспышка, воспламенение, взрыв, детонация). Реакция может начаться самопроизвольно (самовоспламенение, самовозгорание) или от внешнего импульса (источника). По этому признаку различают, соответственно, эндогенные и экзогенные пожары.

Вспышка – мгновенное сгорание паров газа, жидкости или твердого вещества при скорости их образования, не достаточной для поддержания процесса горения. Минимальная температура возникновения вспышки называется температурой вспышки t_всп.

Воспламенение – начало самопроизвольного поддержания горючим веществом скорости образования паров, необходимой для процесса горения (температура воспламенения t_впл > t_всп .

Самовозгорание – процесс самонагревания, т.е. повышения температуры при окислении горючего вещества (уголь, сера, древесина, хлопок, торф, промасленная ветошь и т.д.) до его возгорания (t_свп < 50С).

Самовоспламенение – процесс самоускорения реакции с переходом в пламенное горение при температуре выше минимальной. Для дерева, торфа, угля t_свп > 250400 С, для кокса и магния t_свп > 450-800С.

Возгораемость материалов В_м – отношение удельного количества теплоты, выделяемой при горении, к полученному от источника зажигания (стандартные образцы). По этому признаку материалы классифицируются на негорючие (В_м < 0,1), горючие (В_м > 0,5), трудногорючие (В_м = 0,10,5) и трудновоспламеняющиеся (В_м = 0,5-2,1).

Для негорючих веществ показателем является предел огнестойкости _огст – время в часах до образования сквозных отверстий или до повышения на негорящей стороне температуры до 140 С или потеря начальных физических свойств (несущей способности). Для кирпича, бетона, гранита предел огнестойкости _огст = 4 ч, для стали 0,25-0,3 ч, оштукатуренной стальной и деревянной поверхностей (толщина штукатурки _шт= 50 мм) 2 и 0,5 ч соответственно.

Экзогенные подземные пожары. Подземные пожары ограничены в пространстве поверхностью выработки и развиваются в малом объеме воздушного потока, что приводит к передаче теплового импульса на значительные расстояния и разогреву излучением противоположных очагу горения поверхностей. При скорости струи воздуха v < 1,7 м/с в выработках сечением 6-12 м³ очаг горения может распространяться против хода и по ходу струи, а при v > 1,7 м с только по ходу струи. Скорость распространения очага пожара по ходу струи при v = = 0,51 м/с возрастает с 30 до 50 м/ч и с 50 до 90 м/ч при v = 16 м/с.

Пожары на поверхности отличаются неограниченным притоком атмосферного кислорода к очагу, рассеиванием теплоты в атмосферу, распространением пожара по предварительно прогретому им "тепловому мостику". Различают три стадии пожара:

- разгорание (увеличение массы сгорающего в единицу времени материала и расхода кислорода);

- развитие (стабилизация расхода воздуха и массы сгорающего материала в единицу времени);

- затухание (снижение в продуктах горения содержания окисных газов и увеличение содержания кислорода).

Эндогенные пожары. Такие пожары обычно возникают в выработанном пространстве и распространяются в направлении, встречном поступающему свежему воздуху; продукты горения поступают в исходящую струю. В очаге пожара по направлению к свежей струе выделяют следующие зоны:

- испарения гигроскопической влаги;

- выделения летучих веществ и интенсивного химического взаимодействия кислорода с веществом;

- III и IV – воспламенения и горения соответственно;

- V и VI – восстановления и инертного состояния.

Температура вещества в зонах сначала повышается от естественной до 90С (I зона), затем до 150-200С (II), 300С (III) и 1000-1200С (IV), после чего снижается до 300-400С (V и VI зоны). Показателями стадий процесса формирования эндогенного пожара являются «индикаторные газы» (СО, Н₂, этан, пропан, этилен, пропилен) и отношение СО/Н₂ (для угольных шахт).

Профилактика пожаров поверхностного комплекса (зданий, сооружений и технологических объектов горного предприятия). Профилактические организационно-технические мероприятия планируются на основе классификации материалов, конструкций, зданий и сооружений по пожарной и взрывной опасности.

Категории зданий и сооружений следующие:

- А. Взрыво- и пожароопасные (ЛВЖ с t_впл < 20 °С) – склады бензина и газа, ламповые, вакуум-насосные.

- Б. Взрыво- и пожароопасные (ЛВЖ с t_впл = 28-61 °С) – помещения, где хранятся баллоны с кислородом, ГЖ и где с ними работают.

- В. Пожароопасные (t_впл  61 °С) – надшахтные здания, склады угля и ГСМ, бункеры, галереи, эстакады.

- Г. Непожаропасные (ГМ) – кузницы, депо, гаражи, котельные, электротрансформаторные и распределительные.

- Д. Непожароопасные (НГМ) – склады инертной пыли, противопожарных материалов, водонапорные и насосные устройства.

- Е. Взрывоопасные (ВМ) – склады ВВ.

(ЛВЖ – легковоспламеняющиеся жидкости; ГСМ – горючесмазочные материалы; ГМ – горючие материалы; НГМ – негорючие материалы; ВМ – взрывчатые материалы; ГЖ – горючие жидкости.)

Тушение пожаров и спасательные работы. Различают организационные действия в начальной стадии пожара и оперативные в ходе аварийно-спасательных работ.

Первичные действия администрации при пожаре:

- сообщение о возникновении пожара в пожарную охрану, ВГСЧ;

- сообщение руководству (по списку) и принятие решения об эвакуации людей;

- оповещение людей о пожаре;

- обеспечение эвакуации людей (открывание запасных выходов, направление движения людей, включение аварийного освещения и пр.) по плану эвакуации;

- включение средств пожарной защиты;

- оценка ситуации и установление уровня опасных факторов;

- тушение пожара (оказание помощи людям, спасательные работы, активные способы тушения).

Активные способы тушения пожаров предусматривают воздействие средствами пожаротушения непосредственно на очаг пожара или удаление его. Они целесообразны в начальный период в силу доступности и минимальных размеров очага горения.

Пассивные способы заключаются в сокращении доступа кислорода (воздуха) к очагу пожара до 2-5 % и применяются при труднодоступности очага, значительных масштабах пожара и недостатке средств активного тушения.

Главная задача ВГСЧ при ликвидации подземных пожаров в шахтах и рудниках – спасение людей, застигнутых аварией в выработках, по которым поступают продукты горения от очага пожара. Поэтому первые подразделения ВГСЧ, прибывшие на шахту, направляются на выполнение именно этой задачи.

К тушению пожара приступают одновременно со спасением людей только в тех случаях, когда командование ВГСЧ располагает достаточными резервами сил или когда тушение пожара обеспечивает спасение людей, застигнутых пожаром в горных выработках.

Действия ответственного руководителя ликвидации аварии должны обеспечить бесперебойную подачу к местам тушения пожара воды, порошковых и пенных средств.

Действия руководителя горно-спасательными работами (командира ВГСЧ) должны быть направлены на доставку пожарной техники порошкового и пенного пожаротушения на шахту одновременно с подразделениями ВГСЧ, прибывшими для тушения пожара.

Ответственные руководители работ по ликвидации аварии методом активного тушения со стороны поступления в очаг пожара струи свежего воздуха должны организовать следующие мероприятия:

- создание преград распространению пожара по ходу движения воздушного потока (выработки за очагом пожара) с помощью водяных завес, пенных пробок, путем удаления из выработок горючих материалов, быстрого возведения огнестойких изоляционных сооружений (в условиях реверсирования вентиляционной струи или, если температура позволяет, в специальных теплозащитных костюмах);

- предотвращение распространения пожара по пустотам за крепью выработок (закладка пустот инертным материалом, установки водяных завес за крепью и др.) и в выработанное пространство;

- защита от огня основных узлов шахты (стволов, центральных водоотливов, складов ВМ, электроподстанций и др.);

- проведение специальных «пожарных» выработок по углю или породе для охвата (оконтуривания) пожара и его тушения;

- использование мощных средств дистанционного тушения пожара тонкодисперсным огнеспасательным порошком. воздушно-механической или инертной пеной.

При дальнейшем развитии пожара действия ответственного руководителя работ по ликвидации аварии и руководителя горно-спасательными работами должны быть направлены на обеспечение перехода на методы ликвидации пожара с помощью изоляции пожарных участков.

Метод тушения пожара с помощью изоляции эффективен, если в изолируемых выработках в районе горения быстро создается инертная среда. Объем изолированного пространства зависит от состояния изолируемых выработок (плотные, непроницаемые горные породы или трещиноватые газопроницаемые породы), а также от газовой обстановки в районе действия пожара и сопрягающихся с ним выработках.[6,7].