Особенности развития шахтных пожаров
Для ограничения распространения пожара по вентиляционной струе необходимо в отличие от пожара на поверхностном объекте охладить поток пожарных газов и бока выработок. Шахтный пожар в горных выработках площадью поперечного сечения 6 — 12 м2 при скорости вентиляционной струи около 1,7 м/с распространяется как по ее ходу, так и в противоположном направлении, хотя и медленно; при скорости вентиляционной струи более 1,7 м/с — только по ходу воздушной струи. Распространение пожара навстречу вентиляционному потоку происходит по обычному сценарию: нагрев — подготовка к горению — возгорание - горение. По ходу вентиляционной струи скорость распространения пожара может быть весьма значительной и пропорциональной скорости воздушного потока При высокой температуре в очаге из-за отсутствия кислорода в отходящих газах горения не наблюдается.
Ограничение пожара боками выработок и зависимость его от вентиляционной струи позволяет использовать эти обстоятельства для борьбы с пожаром путем вентиляционных маневров. Так, меняя многократно направление вентиляционной струи с малым содержанием кислорода, удавалось гасить пожары.
Для своевременного обнаружения очага самовозгорания весьма важно знать закономерности его распространения.
Как правило, очаг горения в выработанном пространстве распространяется навстречу фильтрующему воздуху. Процесс горения от места возникновения пожара постепенно распространяется в сторону притока кислорода, поддерживающего горение.
Если к очагу воздух поступает медленно сверху вниз, то пожар распространяется навстречу, вверх или, как говорят, поднимается.
Обнаружение очагов самовозгорания
Первичной мерой обнаружения очагов самовозгорания является рассмотрение горно-геологической обстановки по планам горных работ и разрезам толщи в сопоставлении с данными о возникновении очагов самовозгорания на шахтном поле.
Следующим шагом является организация контроля во всех местах, представляющих опасность.
Методы обнаружения эндогенных пожаров разделяют на четыре основные группы;
физиологические, основанные на обнаружении пожаров по так называемым "внешним" признакам, непосредственно улавливаемым органами чувств(зрением, обонянием, через болевые ощущения и др.) без каких-либо специальных приборов и аппаратуры;
химико-аналитические, с помощью которых устанавливают признаки пожарной опасности в основном по результатам опробования и химического анализа шахтного воздуха, шахтной воды, горных пород, материалов крепи и закладки;
минералого-геохимический, использующий явление образования вторичных минералов при развитии окислительных процессов в шахте;
физические, основанные на распознавании пожара с помощью специальных приборов по тем физическим параметрам, которые в определенной мере зависят от теплового состояния среды, температуры шахтного воздуха, воды и горных пород, влажности шахтного воздуха и др
Целесообразнее всего комплексно использовать все имеющиеся способы, дополняя и проверяя полученные данные.
Физиологические методы.
Признаки очага самовозгорания. Наличие тумана и выпотов (оседание мелких капелек), выцветы (Белые налеты на боках выработок), запах, напоминающий запах нефтяных продуктов (керосина, бензина и т.п.), а позднее, при дальнейшем развитии пожара — запах смолы (скипидара), повышение температуры воздуха и воды, нагрев отдельных мест на поверхности пород, угля.
Из наблюдений установлено, что экзотермические реакции окисления ископаемых, достигнув известной степени интенсивности, служат причиной ряда патологических симптомов в человеческом организме (боль на открытых участках тела, головная боль, чувство тепла, повышенное потоотделение.
Химико-аналитические методы.
Признаки очага самовозгорания. Уменьшение содержания в воздухе кислорода и увеличение количества углекислого газа. В качестве постоянных компонентов в воздухе с увеличением концентрации оксида углерода СО, сернистого ангидрида SО2.
Минералого-геохимический метод. В условиях активизации окислительных процессов протекают реакции, способствующие образованию особых минеральных ассоциаций. Эти ассоциации можно выделить в особую генетическую группу так называемых минералов подземных пожаров. Выделено и описано свыше 20 таких минералов.
Для каждой фазы пожара характерны свои геохимические процессы минералообразования. Следовательно, каждая фаза пожара отличается своей особой ассоциацией минералов, которая изменяется в основном в зависимости от возраста пожара и химического состава руд.
Физические методы. Наблюдениях за влажностью и температурой воздуха и воды,
ПРОФИЛАКТИКА ПОЖАРОВ ОТ САМОВОЗГОРАНИЯ
Все мероприятия по предупреждению, локализации и ликвидации очагов самовозгорания направлены на выполнение следующих условий:
устранение окисляющихся материалов;
предотвращение доступа кислорода к окисляющемуся материалу;
снижение химической активности, а именно окислительной способности самовозгорающегося материала;
охлаждение нагретой массы;
сокращение времени нахождения самовозгорающегося материала в соприкосновении с кислородом.
Все организационно-технические мероприятия можно разделить на общие горнотехнические и специальные.
Общие горнотехнические мероприятия направлены на выполнение первого, второго и пятого условий, их рассматривают в технологических дисциплинах.
Специальные мероприятия проводят по особым проектам и, как правило, специализированными организациями. Специальные аварийные мероприятия осуществляются силами горноспасательных частей.
Специальные мероприятия направлены на выполнение второго, третьего, четвертого и иногда первого условий.
Общие горнотехнические мероприятия сводятся к быстрой и полной выемке полезного ископаемого, полевой подготовке по невозгорающимся породам, выполнению минимальных объемов подготовительных и нарезных работ, подготовке к выемке отдельных легкоизолируемых блоков с оставлением межблоковых целиков, сохраняющих несущую способность, выемке обратным ходом, изоляции выработанного пространства от действующего участка и снижению депрессии вентиляционных струй участков и общешахтной депрессии.
Охлаждение нагретых масс при всей простоте этого процесса в теории трудно выполнимо на практике. Для их охлаждения можно применять воздух и воду.
Использование воздуха иногда целесообразно в шахтах при нагреве неразрушенных целиков вокруг подготовительных выработок. В выработку с греющимися целиками увеличивают подачу холодного воздуха, что обеспечивает снижение температуры целиков и, следовательно, замедляет процесс окисления.
При охлаждении целиков должна быть полная уверенность в том, что пожар еще не развился. Применение воздуха для охлаждения во всех других случаях недопустимо, потому что при любом режиме подачи воздуха всегда существует возможность, при которой обеспечивается оптимальный режим разогревания, когда количество воздуха, вполне достаточное для обеспечения кислородом окисляющейся поверхности, недостаточно для выноса всего образующегося тепла. При этом режиме происходит быстрое нагревание и возгорание.
Использование воды возможно лишь при активном воздействии на очаг, т.е. как при обычном загорании.
Профилактическое применение воды, например, в виде затопления пожарного очага нежелательно по причине активизации процесса окисления после увлажнения и откачки воды.
Снижение химической активности достигается обработкой самовозгорающихся горных пород ингибиторами и антипирогенами через скважины путем нагнетания их растворов.
Ингибиторы - вещества, замедляющие процесс окисления горных пород. Для угольных пластов замедлителями (в 2 — 2,5 раза) являются 0,1 - 1 %-ные водные растворы бензосульфокислоты, триэтаноламина, гидрохииона и лимонной кислоты. Расход профилактического раствора составляет 20 — 40 л/т.
Антипирогены - вещества, снижающие поглощение кислорода горными породами посредством образования пленок на поверхности обнажения или за счет заполнения пор и трещин. Антипирогенами являются водные растворы жидкого стекла (2 %), фенолформальдегидной смолы (5 %), хлористого аммония (10 %) и хлористого кальция (20 %). Расход профилактического раствора составляет 40 — 50 л/т.
Профилактической обработке ингибиторами и антипирогенами подвергают главным образом межблоковые, междуэтажные, участковые барьерные целики, а также целики, оставляемые для предотвращения аварий. В случае высокой газоносности массив сначала дегазируют путем принудительного отсоса газа и удаления его, минуя атмосферу горных выработок.
Изоляция является одним из основных противопожарных мероприятий при подземной разработке самовозгорающихся углей. Существуют два вида изоляции: изоляция выработанного пространства (или пожарного участка) от действующих выработок и изоляция очага от поверхности.
Первый способ осуществляют путем установки изолирующих перемычек в выработках.
Изоляция выработанных пространств от поверхности имеет значение там, где в результате разработки пластов на поверхности образуются провалы и трещины, по которым происходит воздухообмен между выработанным пространством и поверхностью. В этих условиях помимо изоляции выработанного пространства от действующих выработок необходимо также изолировать его от поверхности путем засыпки провалов и трещин. При этом необходимо иметь в виду, что засыпка провалов не ликвидирует полностью подсосы воздуха в шахту, в том числе и после того, как засыпанный материал уплотнится.
Наиболее эффективным средством является заиливание глинистым раствором выработок и целиков. Проникновение глинистого раствора в трещины создает надежную изоляцию выработанного пространства.
Изолирование возникшего пожара воздухонепроницаемыми перемычками приводит не только к снижению содержания кислорода в воздухе изолированных выработок, но и прекращению распространения пожара в соседние выработки. Вначале обычно устраивают временные перемычки, назначение которых сводится к сокращению зоны пожара или задержанию его распространения в период сооружения постоянных перемычек. После возведения перемычек изменяется состав шахтного воздуха в изолированном пожарном участке. Содержание кислорода в нем понижается, а углекислоты и оксида углерода увеличивается, в газовых шахтах повышается также и содержание метана. В газовых шахтах, где имеется опасность быстрого накопления метана до взрывчатой концентрации в промежуток времени, более короткий, чем требуется для снижения содержания кислорода ниже 12 %, сначала устанавливают так называемые баррикадные перемычки, защищающие работающих от взрывов метана, а затем под их защитой - постоянные изолирующие перемычки. Комплекс, состоящий из баррикадной и изолирующей перемычек, называют взрывоустойчивой перемычкой.
При заполнении пустот выработанного пространства и горных выработок негорючим воздухонепроницаемым материалом, подаваемым в виде пульпы по скважинам, которые пробурены с поверхности или из подземных выработок, и по подземным пульповодам, происходит охлаждение очагов самонагревания и самовозгорания и изоляция их от доступа воздуха, вследствие чего замедляется и даже прекращается процесс окисления. Заиловочным материалом обычно служат песчано-глинистые грунты наносов, залегающие на поверхности.
Консистенция пульпы, т.е. отношение объема (в массиве) размытого заиловочного материала к объему воды, в летний период составляет 1:5 —1:7, а в зимний - 1:12 — 1:15.