630

Последствия горных ударов всегда значительны. При сильных ударах наблюдается разрушение массива на площади в сотни квадратных метров, а сейсмическое воздействие, распространяющееся в радиусе до 10 км, достигает 5 и более баллов по шкале Рихтера. Выделение вредного газа при выбросе осложняет проветривание выработок. Пребывание в загазованной атмосфере опасно, если люди не успевают выйти на свежую воздушную струю. Особую опасность представляют выбросы метана. Внезапный выброс грунтов и газов может вызвать образование в массиве полостей, разрушение крепи и нарушение устойчивости выработки. Признаком выбросоопасности (предвыбросного состояния забоя) является повышение эффективности взрывания (исчезновение донных «стаканов» шпуров, увеличение степени дробления грунта и др.).

Выводы по главе 2

Наиболее вероятными и опасными аварийными ситуациями в тоннелестроении являются обрушения, прорывы водогрунтовых масс и пожары. Такие экстремальные ситуации угрожают жизни людей, поэтому должна оцениваться не просто вероятность их возникновения, а степень проявления: мощность и скорость нарастания, объемы возможных разрушений. Разрабатываемые Планы ликвидации аварий должны учитывать не только качественные, а и количественные характеристики возможных опасностей.

Контрольные вопросы к главе 2

1.Какие опасные ситуации в тоннелестроении относятся к наиболее вероятным?

2.Какими проявлениями характеризуются наиболее вероятные экстремальные ситуации в строящихся тоннелях?

3.Назовите формы обрушения подземных выработок.

4.В каких гидрогеологических условиях возможны прорывы водогрунтовых масс в подземные выработки?

5.Какие виды поражения людей могут быть вызваны прорывами водогрунтовых масс в тоннель?

6.Перечислите основные особенности пожаров в подземных выработках.

7.В чем проявляются воздействия пожара на подземное сооружение?

8.Какие газы и смеси газов являются взрывоопасными?

61

ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ В

ТОННЕЛЕСТРОЕНИИ

3.1. Общие сведения

Комплексная система безопасности – это совокупность организационных, технических, технологических мер и средств, обеспечивающих надежность функционирования всех систем в обычных условиях, а также при возникновении аварий и других экстремальных ситуаций в кратчайший срок и с наибольшей эффективностью. Системы безопасности создают в соответствии с требованиями [1–5 и 14–15], рекомендациями [36–37 и др.]. Организационные меры включают разработку планов ликвидации аварий, технологических регламентов и других технических документов, подготовку и обучение персонала и вспомогательных горноспасательных команд (ВГК) к действиям в аварийных ситуациях, проведение специальных учений, поддержание психологического климата в проходческих коллективах. К техническим мерам относят создание запаса противоаварийных материалов и средств, в том числе средств коллективной и индивидуальной защиты людей. Технологические меры состоят в правильном выборе технологий и обеспечении соблюдения технологических режимов, готовности к переходу на новые режимы при возникновении опасности. Согласно закону ФЗ184 от 27.12.2002 г. «О техническом регулировании» тоннельные сооружения должны соответствовать требованиям по потребительским свойствам, в том числе комплексной безопасности и обеспечению провозной способности (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Основные требования к состоянию транспортных тоннелей с учетом потребительских свойств

п/п

1 KомплексСостояние объекта, при котором отсутствует недопусти-

62

2.Вероятность отсутствия отказов по невосстанавливаемым конструктивным элементам.

3.Обеспеченность (%) сохранения функций сооружения, определяющих его основное назначение при расчетных сочетаниях природных и техногенных воздействий (ограничения на допустимые изменения геометрии (формы, размеров, деформаций), свойств материалов, нагрузок по сравнению с расчетными)

2.Вероятность восстановления после строительства равновесного состояния природно-технической системы в течение расчетного времени сукцессии (5–15 лет).

3.Вероятность отсутствия неприемлемого случая для персонала при изысканиях, строительстве (реконструкции) и эксплуатации.

4.Уровень страховых гарантий (относительный объем компенсаций) всем участникам разработки и реализации инвестиционного проекта.

5.Уровень полноты и достоверности данных о параметрах состояния взаимодействующих компонентов ПТС дороги, достаточный для предотвращения аварийных ситуаций

2.Вероятность сохранения в течение заданного времени основных функций дороги (эксплуатационная надежность) и ее сооружений (конструкционная надежность) при заданных условиях, режимах и правилах эксплуатации; вероятность безотказной работы системы.

3.Способность материалов несущих и ограждающих конструкций и соединений сооружений не разрушаться при расчетных сочетаниях внешних воздействий потенциальных и массовых сил (статических, динамических, температурных, радиации, химии, волн); конструкционная надежность на микроуровне пространственной организации ПТС.

4.Условие равновесия сил, воздействующих на конструкции сооружений, и реакций отклика конструкций на эти воздействия (коэффициент устойчивости – мера технического риска разрушения конструкции); конструкционная надежность на мезо- и макроуровнях пространственной организации ПТС.

63

Окончание табл. 3.1

64

3.2. Мониторинг и диагностика состояния сооружений

При пересечении зон нарушений грунтового массива следует производить систематические измерения в натуре горного давления с поправкой на изменение физико-механических характеристик грунтов, насыщаемых водой. Следует помнить, что крупные зоны нарушений (разломов, размывов, карстов и пр.), как правило, обнаруживают в процессе изысканий и учитывают при проектировании. Маломощные зоны дробления зачастую могут быть обнаружены только путем опережающего разведочного бурения или других способов мониторинга. Мониторинг включает наблюдения и контроль: изменений инженерно-гео- логических и гидрогеологических условий, гидростатического и порового давления воды в грунтовом массиве, напряженнодеформированного состояния крепи, наличия и размеров пустот за обделкой, деформаций земной поверхности и сооружений в зоне влияния выработки. Мониторинг осуществляют с помощью опережающих разведочных выработок либо с использованием современных геофизических (неразрушающих) методов, в том числе сейсмоакустических.

3.2.1. Разведочное бурение вспомогательных выработок

Разведочное бурение шпуров и скважин производят из забоев основной или вспомогательных выработок (штолен, камер)

либо с поверхности земли. Бурение разведочных скважин с повер-

хности при крутопадающих наслоениях грунтов дает недостаточную, а иногда малодостоверную информацию. Поэтому его обычно дополняют опережающим (на 10...…15 м и более) разведочным бурением из забоя выработки как минимум трех скважин.

Геологические условия (относительную прочность грунтов, мощность слоев, местонахождения контактов разломов, степень и характер химического и физического выветривания, трещиноватости и дезинтеграции грунтов, материал заполнения трещин и пр.) получают исследованием кернов, по скорости бурения, «провалам» бурового инструмента. Такие данные с учетом величин водопритока и гидростатического напора позволяют делать выводы о необходимости укрепления грунтов. Разведочное бурение из забоя сдерживает темпы проходки, требует дополнительных затрат, но в конечном итоге себя оправдывает повышением безопасности проходки.

65

3.2.2. Геофизические методы мониторинга

Геофизические исследования требуют специальной дорогостоящей аппаратуры, однако являются необходимыми. Их следует проводить на стадии изысканий перед разработкой проекта. Большинство геофизических методов базируются на анализе данных о трещиноватости грунтов: ориентации, раскрытии, заполнении, расстоянии между трещинами и др. Одним из геофизических методов является бесконтактное мобильное обнаружение тектонических разломов с поверхности земли или из подземной выработки регистрацией естественных импульсов элек-

тромагнитного поля Земли (ЕИЭМПЗ) с помощью переносного прибора массой 3 кг, разработанного в Бамтоннельстрое. Резкое возрастание частоты импульсов определяет предразломную зону, а последующее ее падение – сам разлом. Способ позволяет определить зону разлома на расстоянии 15...…20 м от забоя. Достоинством способа является то, что при этом регистрируются не смещения грунта (как в новоавстрийском методе), а их предвестники. Прогноз опасных проявлений горного давления по данным ЕИЭМПЗ может осуществляться заблаговременно, это дает время для принятия мер по защите выработки. Для повышения достоверности данных одновременно измеряют излучения и деформации по датчикам в одном и том же пункте наблюдений. Регистрацию электромагнитной эмиссии можно вести в автоматическом режиме. До недавнего времени осуществление любого производственного процесса, в том числе проектирования, изготовления (строительства), эксплуатации, содержания и реконструкции объектов, основывалось на принципе последовательного технологического взаимодействия материала и энергии с перерывами для проведения контроля результатов каждой операции. В структуре последовательных действий всегда существует многозвенная цепь сопутствующих операций. В итоге образуется громоздкая структура процесса.

При любом производственном процессе в результате техногенного воздействия на природную среду происходит взаимодействие энергии (механической, электрической, гидравлической и иной) среды и материала. Накапливаемая материалом энергия приводит к возникновению напряжений и высвобождению «фоновой» энергии межатомных связей, т. е. к излучению. Как правило, это излучение прекращается при остановках процессов. Таким образом, излучение в системе «материал – энергия» несет информацию о процессах, происходящих в них, – деформациях, повреждениях, разрушениях в реальном времени

66

в ходе выполнения технологических операций. На основе регистрации и анализа фонового излучения материалов возник принцип диагностической технологии, позволяющий осуществлять мониторинг процессов в реальном времени их протекания с возможностью их регулирования. Диагностическая технология дает возможности оперативно изменять методы производства работ и технологические режимы, избегать излишних остановок технологических процессов, выявлять и устранять лишние операции, сокращать объемы и трудоемкость контроля, испытаний и обследований, повышать безопасность и экологическую чистоту, надежность и срок службы объектов, предотвращать разрушения и аварии, экономить материалы и энергию. Фоновые реакции и излучения энергии характеризуют процессы коррозии, дефектообразования, разрушения, определяют состояние объектов техносферы. Техносферные диагностические технологии основаны на диагностике физических процессов в объектах техносферы с целью оценки их состояния в процессе изготовления, испытания, эксплуатации и ремонта, воздействия управления в реальном времени производственными процессами без их прерывания и остановки.

Комплекс экспертно-диагностических систем включает: цифровые фото- и видеодиагностические средства, средства эндоскопической капиллярной, магнитопорошковой диагностики, переносные импульсные рентгеновские установки, приборы для диагностики грунтов, бетонов, защитных покрытий, ультразвуковые диагностические системы контроля толщин, дефектов в конструкциях; системы диагностики трубопроводов и кабелей (фактического расположения, мест повреждения и т. д.), приборы для диагностики твердости, элементного состава и структурного состояния конструкций; системы спутниковых технологий для определения местоположения дефектов в конструкциях; переносные системы фоновой и термофоновой диагностики деформаций, дефектов, геометрических параметров объектов. Принцип технологической последовательности иногда сохраняется только потому, что в некоторых случаях зависимости в системе «материал – энергия» не определены.

67

3.3. Система промышленной безопасности

3.3.1. Общие сведения

Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1] работы в подземных условиях отнесены к промышленно опасным производствам (независимо от наличия на объекте опасных веществ и материалов). В соответствии с требованиями норм при строительстве подземных сооружений в сложных инженерно-геологических условиях с применением специальных методов работ в составе ТЭО (проекта) должен быть разработан раздел «Промышленная безопасность»; при применении традиционных технологий допускается требования промышленной безопасности рассматривать в разделе ПОС. В составе раздела «Промышленная безопасность» отражают факторы, которые могут привести к осложнениям и авариям, решения по обеспечению безопасности людей и окружающей среды. При этом требуется: дать оценку инженерногеологических условий с указанием возможных геологических аномалий и мер по безаварийному ведению работ; установить соответствие границ ведения работ утвержденному проекту горного отвода; привести перечень опасных производственных объектов, расположенных вблизи сооружаемого объекта (предприятия, использующие опасные вещества, железнодорожные пути с перевозкой опасных грузов, бензозаправочные станции, склады огнеопасных, взрывчатых и отравляющих веществ и т. п.), оценить степень их влияния на строительный процесс и разработать меры по предупреждению возможных аварий; привести перечень сооружений и коммуникаций в зоне возможных деформаций земной поверхности и грунтового массива, технические решения по предупреждению их деформаций; оценить степень воздействия технологических процессов и проявлений при этом шума, вибрации, выбросов вредных веществ, изменений уровня грунтовых вод, их влияния на экологию; привести решения по снижению этих воздействий до безопасного уровня; выполнить расчеты временной крепи и обделок на прочность и устойчивость; оценить оборудование и технические устройства на соответствие требованиям норм безопасности.

Рекомендуется отразить основные меры безопасности при возникновении возможных нештатных и аварийных ситуаций; меры пожарной безопасности в процессе производства строи- тельно-монтажных работ, по предупреждению электротравматизма; технические решения по бесперебойному обеспечению

68

электроэнергией, сжатым воздухом, связью участков, где перерыв их подачи может привести к аварийной ситуации; разработать схемы и режимы проветривания выработок; оценить возможные ситуации с внезапным выбросом газа и грунтов, горными ударами, вывалами, прорывами водогрунтовых масс и определить меры борьбы с подобными проявлениями; оценить степень опасного воздействия буровзрывных работ на близко расположенные выработки и сооружения. Для этих условий разработать меры по ограничению буровзрывных работ в зависимости от приближения забоя к объектам, предусмотреть резервирование водоотливных средств, достаточную емкость зумпфов; оценить эффективность методов измерений деформаций зданий и сооружений в зоне влияния горнопроходческих работ.

В соответствии со ст. 11 Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» [1] на каждом опасном производственном объекте должен осуществляться производственный контроль за соблюдением требований промышленной безопасности, обязательный для выполнения всеми должностными и юридическими лицами независимо от организационно-правовой формы предприятия, осуществляющего эксплуатацию опасного производственного объекта, а также органами исполнительной власти. Основными задачами производственного контроля являются: обеспечение соблюдения требований промышленной безопасности в эксплуатирующей организации, анализ состояния промышленной безопасности в эксплуатирующей организации, в том числе проведением соответствующих экспертиз, разработкой мер по улучшению состояния промышленной безопасности и предотвращению ущерба окружающей среде, контролем за соблюдением требований промышленной безопасности, координацией работ по предупреждению аварий и обеспечению готовности к локализации аварий и ликвидации их последствий, контролем за своевременным проведением испытаний и освидетельствований технических устройств, ремонтом и поверкой средств измерений, соблюдением технологической дисциплины. Порядок контроля определяют «Правила организации и осуществления производственного контроля за соблюдением промышленной безопасности на опасном производственном объекте». Каждая эксплуатирующая организация в соответствии с Правилами организации производственного контроля разрабатывает «Положение о производственном контроле на опасном производственном объекте» с учетом применяемой технологии и технических особенностей

69

эксплуатируемого опасного производственного объекта и согласовывает его с территориальным управлением Ростехнадзора.

3.3.2.План предупреждения и ликвидации аварий

Всоответствии с Правилами безопасности при строительстве подземных сооружений для каждой выработки объекта тоннелестроения разрабатывают план предупреждения и ликвидации аварий (ПЛА), являющийся составной частью системы промышленной безопасности. ПЛА регламентирует действия пер-

сонала при возникновении любой возможной для объекта аварий-

ной ситуации (все виды и места аварий, в том числе пожаров, загазованность выработок, прорывы водогрунтовых масс, обрушения, взрывы газа и взрывчатых веществ, горные удары, аварии подъемно-транспортных средств, повреждения подземных коммуникаций и пр.), меры по спасению людей и ликвидации аварий. ПЛА должен содержать: оперативную часть (форма №1), в которой отражаются первоочередные меры по спасению людей и ликвидации аварий; список ответственных лиц и исполнителей; маршруты и время выхода людей из аварийных и потенциально опасных участков; распределение обязанностей между работниками администрации и персоналом, привлекаемым к ликвидации аварии; список лиц, немедленно извещаемых об аварии, и список членов вспомогательной горноспасательной команды (ВГК).

Аварийные ситуации рассматривают в порядке: пожары – в угрожающих местах выработок, зданиях и сооружениях на строительных площадках; обрушения грунта – в каждом забое; затопления – в каждом забое, опасном по прорыву воды и плывуна. Другие виды аварий (взрывы, внезапные выбросы газа, грунта и др.) предусматривают в ПЛА по решению администрации организации, командования горноспасательной службы и органов Ростехнадзора.

К оперативной части ПЛА прилагают: схему выработок с указанием трубопроводов сжатого воздуха и водопровода с пожарными кранами, мест размещения огнетушителей, аварийного запаса материалов, оборудования и инструментов, насосов, водосборников и водоупорных перемычек; вентиляционный план подземных выработок с указанием типа и производительности вентиляционных установок, направления вентиляционной струи, положения вентиляционных устройств (дверей, перемычек, вентиляционных трубопроводов, замерных станций и др.), объемов воздуха, поступающего в забои, мест размещения

70