книги из ГПНТБ / Белопол, А. Н. Борьба с подземными пожарами в сложных горногеологических и горнотехнических условиях угольных шахт [работникам служб техники безопасности]

шого или увеличенного количества воздуха. Однако подача боль­ шого количества воздуха приводит к развитию пожара, повыше­ нию температуры пожарных газов и значительным обрушениям, которые нередко вызывают нарушение проветривания и образова­ ние взрывчатых газо-воздушных смесей и их взрывы. Следует за­ метить, что обрушения, зависящие от места возникновения пожа­ ра, условий, способствующих быстрому его развитию, 'крепости угля и вмещающих пород, вида и состояния крепи, происходят, как правило, через значительное время после возникновения по­ жара в очистных выработках, исчисляемое часами или десятками часов. Приведенные факторы, влияющие на образование обруше­ ний, необходимо учитывать при выборе способа и оптимального аварийного вентиляционного режима при составлении оператив­ ного плана ликвидации пожара.

Т а б л и ц а 2

Нижние пределы взрываемости горючих газов, приведенные в табл. 2, дают возможность ориентироваться в объеме и времени образования взрывчатых газо-воздушных смесей, а также прини­ мать необходимые меры по предотвращению взрывов и выводу людей из шахты или в безопасные места.

Вэтих случаях, пользуясь анализами проб воздуха, отбираемых

вопределенных точках запожаренного участка, и известной фор­ мулой Лешателье, учитывающей долю каждого компонента горю­ чих газов и его пределы взрываемости, определяют нижние и верхние пределы взрываемости образующихся газо-воздущных сме­ сей в объемных процентах, согласно формуле

20

возможно путем снижения до взрывобезопасной концентрации ки­

концентрацией по данным исследований ВНИИГД для метано-воз­ душных азотных смесей является содержание Оо< 11%, а для ме­ тано-воздушных углекислотных смесей — 0 2<14%.

Физико-химический способ предотвращения взрывов газо-воз­ душных смесей, возникающих в результате развития теплового или цепного процесса, при тушении и изоляции подземных пожа­ ров является наиболее эффективным, безопасным и не требую­ щим тяжелого и сложного оборудования, применение которого связано с затратами большого количества времени и сил на уста­ новку, приведение в действие и с другими работами во время его эксплуатации. Сущность способа состоит в нейтрализации взрыв­ чатых свойств газо-всздушных смесей с помощью паров галоидированных углеводородов (флегматизаторов), образующихся при испарении жидкости галоидированных углеводородов (смеси бро­ мистого этила — C2F5Br2 и тетрафтордибромэтана — C2F4Br2 и др.) в горных выработках с поступающей в очаг пожара струей воз­ духа.

В тех случаях, когда исключается возможность применения для предотвращения взрывов газо-воздушных смесей галоидиро­ ванных углеводородов, азота, углекислоты, инертных паро-газо­ вых смесей, производимых установкой ГИГ-4, используется взры­ воустойчивый комплекс (рис. 4), состоящий из гасящей щелевой к изолирующей брусчатых перемычек, усиленных канатами по шпренгелыюй системе. Сущность взрывоустойчивости комплекса заключается в двухступенчатом последовательном гашении энер­ гии воздушной ударной волны взрыва.

ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ РЕЖИМЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ТУШЕНИИ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ

При выборе вентиляционного режима, применяемого во время тушения пожара, необходимо учитывать место возникновения по­ жара, количество застигнутых пожаром людей и их местонахожде-

21

ние в сети горных выработок шахты, состояние вентиляционных сооружений и горных выработок, метанообильность горных выра­ боток и наличие и состояние реверсивных устройств, величину и направление естественной тяги, количество вентиляторных уста­ новок. В зависимости от места возникновения пожаров можно использовать вентиляционные режимы:

нормального направления вентиляционной струи без изменения и с изменением количества воздуха;

реверсирования вентиляционной струи шахты или отдельных участков сети ее выработок;

закорачивания вентиляционной струи шахты или отдельных участков ее выработок;

«нулевого» проветривания.

Рис. 4. Изоляционная брусчатая перемычка взрывоустойчивого комплекса

Особое место занимает режим проветривания при тушении го­ рящего метана.

Режим нормального направления вентиляционной струи без изменения количества воздуха обеспечивается нормальной рабо­ той вентилятора или группы вентиляторов. Изменение количества воздуха при этом режиме достигается регулированием числа обо­ ротов вентилятора, угла поворота лопаток или положения соответ­ ствующей задвижки в канале вентиляционной установки. Этот ре­ жим может применяться при возникновении пожаров в пределах выемочных полей (панелей) и в выработках с исходящей струей.

Основным преимуществом нормального режима является то, что прежнее направление движения воздуха, поступающего в шах­ ту, сохраняется и исключается опасность дезорганизации провет-

22

рйвания при несрабатывании вентиляционных дверей в случае применения режима реверсирования вентиляционной струи. К не­ достаткам режима следует отнести нарушение устойчивости про­ ветривания наклонных и вертикальных выработок с исходящими струями тепловой депрессией в случае возникновения в них пожа­ ров. Устойчивость проветривания в наклонных выработках в этих случаях достигается увеличением подачи воздуха в горящую выра­ ботку за счет перераспределения его, закорачиванием вентиля­ ционной струи ниже очага пожара (для уклонных полей, имею­ щих две и более наклонных выработок со свежей струей), увели­ чением депрессии главного вентилятора и различным сочетанием этих способов.

Режим реверсирования вентиляционной струи, как правило,

применяется при возникновении пожаров в надшахтных зданиях воздухоподающих стволов, стволах со свежей струей воздуха, околоствольных дворах и главных воздухоподающих выработках, при­ мыкающих к ним. Реверсирование при помощи главного вентиля­ тора обеспечивает: удаление газообразных продуктов из шахты и поступление свежего воздуха во все подземные выработки; обра­ зующаяся при этом тепловая депрессия сонаправлена с депрессией вентилятора. Люди, застигнутые аварией в шахте, как правило, имеют возможность свободно выйти на поверхность по выработ­ кам' со свежей струей, и создаются благоприятные условия горно­ спасательным отделениям для спасения людей и тушения пожара.

Сложность учета всех факторов, влияющих на эффективность реверсивного режима проветривания, и некоторые недостатки, та­ кие, как запаздывание опрокидывания вентиляционной струи и опасность скопления метана на отдельных участках, требуют обя­ зательной проверки этого режима в нормальных условиях работы шахты.

Режим местного реверсирования вентиляционной струи находит применение при тушении подземных пожаров, возникающих в на­ клонных выработках уклонных выемочных полей, удаленных от стволов, при нормальном режиме проветривания шахты. При этом газообразные продукты пожара выходят кратчайшим путем в ис­ ходящую струю шахты.

Следует заметить, что местное реверсирование применимо при наличии в сети диагоналей, т. е. выработок, по которым воздух мо­ жет идти в противоположном направлении. При этом режиме обес­ печивается изменение аэродинамических сопротивлений отдель­ ных звеньев в сети путем закрытия противопожарных дверей, за­ корачиванием вентиляционных струй и сооружением перемычек и осуществляется, как правило, с помощью вентиляционных соору­ жений, обеспечивающих возможность быстрого изменения направ­ ления вентиляционной струи. В отдельных случаях, когда сопро­ тивление путей закорачивания небольшое, реверсирование произ­ водится закорачиванием вентиляционной струи; при больших со­ противлениях путей закорачивания опрокидывания вентиляцион­

23

ной струи не произойдет. Для предотвращения этого необходимо закрывать противопожарную дверь, расположенную выше места закорачивания струи.

Режим закорачивания вентиляционной струи, заключающийся

взамыкании накоротко вентиляционной струи всей шахты или от­ дельных ее участков (местное закорачивание), находит применение

вдвух случаях: при возникновении пожара в начале пути движе­ ния общешахтной струи (надшахтное здание, вентиляционный ка­ нал ствола, околсствольный двор с центрально-сдвоенным распо­ ложением стволов) или в выработках уклонных и бремсберговых полей.

Основной целью режима закорачивания вентиляционной струи является полный или частичный вывод газообразных продуктов пожара кратчайшим путем на поверхность, минуя выработки, в ко­ торых работают люди. Этот режим дает возможность уменьшить количество воздуха, поступающего к очагу пожара, замедлить раз­ витие его, снизить скорость воздушной струи, загрязненной газооб­ разными продуктами горения, и тем самым создать более благо­

приятные условия для спасения людей.

При выборе режима закорачивания вентиляционной струи необ­ ходимо учитывать схему и способ проветривания шахты, характе­ ристику вентиляторных установок, наличие и состояние вентиляци­ онных сооружений, место возникновения пожара в сети выработок выемочного участка и шахты, метанообильность последних, тепло­ вую депрессию, возможность его осуществления и эффективность.

«Нулевой» режим проветривания, как правило, находит приме­ нение при возникновении пожаров в выработках с исходящей стру­ ей воздуха (стволах, шурфах и др.), когда с остановкой вентилято­ ра исключается опрокидывание вентиляционной струи, образование и поступление к очагу пожара взрывчатых газо-воздушных смесей. В тех случаях, когда шахта проветривается несколькими вентиля­ торами, целесообразно остановить вентилятор, установленный на горящей выработке с исходящей струей, с тем чтобы остановить дальнейшее развитие пожара и повысить эффективность его туше­ ния; остальные вентиляторы следует реверсировать для создания подпора воздужа на горящую выработку. Реверсирование должно быть осуществлено до остановки вентилятора на горящей выра­ ботке.

Применение такого режима проветривания возможно в случае возникновения пожара в воздухоподающих стволах и примыкаю­ щих к ним выработках в случаях, когда: шахта проветривается од­ ним вентилятором; естественная тяга после остановки вентилято­ ра не изменяет направления своего действия; выше очага пожара отсутствует аэродинамическая связь с воздухоподающим стволом; исключается поступление к очагу пожара взрывчатых газо-воз­ душных смесей.

Основными недостатками режима «нулевого» проветривания в последнем случае являются: заполнение горных выработок газооб-

24

разными продуктами пожара, что отрицательно сказывается на ведении горноспасательных работ, так как выполнение их в усло­ виях задымленности, наличия окиси углерода, а иногда и высоких температур становится небезопасным; возможное образование в горных выработках взрывчатых метано-воздушных смесей; созда­ ние благоприятных условий для самопроизвольного опрокидыва­ ния вентиляционной струи в наклонных выработках.

Режимы проветривания при тушении горящего метана приме­ няют различные. Тушение горящего метана в шахте представляет большую опасность как для людей, находящихся в горных выра­ ботках, так и для горноспасателей. Метан в этом случае являет­ ся не только высокоэффективным горючим, способствующим быст­ рому развитию пожара, но и веществом, могущим при определен­ ных условиях образовать весьма взрывоопасные смеси.

Опыт тушения горящих метано-воздушных смесей показал, что безопасное и успешное их тушение достигается при режиме нор­ мального направления вентиляционной струи без изменения коли­ чества воздуха или с увеличением его, а также режиме «нулевого» проветривания с остановкой вентилятора или режиме закорачива­ ния вентиляционной струи.

Режим нормального направления вентиляционной струи без изменения количества воздуха находит применение в случаях, ког­ да метан горит у источника воспламенения, т. е. концентрация его в метано-воздушной смеси не превышает 5 % и есть уверенность, что не произойдет образования взрывчатой концентрации его. В этом случае в ходе тушения важно не допустить увеличения кон­ центрации метана и сокращения подачи воздуха.

Режим нормального направления струи с увеличением количе­ ства воздуха применяется при содержании метана в горящей сме­ си до 5% и в случае кратковременного появления слоевого горе­ ния, когда имеется возможность увеличить подачу воздуха на уча­ сток или в выработку, чтобы не допустить образования взрывча­ тых концентраций.

Режим нулевого проветривания с остановкой вентилятора при­ меняется при концентрации метана в горящей смеси свыше 15,4%, когда происходит его нормальное медленное горение и остановка вентилятора не вызовет загазирования крыла, горизонта и шахты. Если же в данных условиях вентилятор нельзя остановить, то ре­ жим «нулевой» вентиляции достигается закорачиванием вентиля­ ционной струи. При этом следует учитывать, что закорачивание струи не исключает полностью поступления воздуха к очагу горе­ ния, особенно при проветривании шахт несколькими вентилятора­ ми главного проветривания.

СПОСОБЫ ТУШЕНИЯ СЛОЖНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ

Применение галоидированных углеводородов. Пары галоиди-

рованных углеводородов являются радикальным средством для тушения горящих открытым пламенем газообразных, твердых и

25

вать необходимую концентрацию паров в воздухе, поступающем в очаг пожара;

слабо сорбируются углем, боковыми породами и деревянной крепью, вследствие чего пары их расходуются в основном на об­ рыв и предотвращение цепных реакций;

слабо растворяются в воде и легко испаряются из подогретой воды, скапливающейся в выработках при тушении пожаров.

При тушении пожаров объем паров смеси увеличивается про­ порционально повышению температуры. Это значительно расши­ ряет границы (объемы) одновременного тушения горящего веще­ ства. Соприкасаясь с пламенем и сильно нагретыми поверхностя­ ми (уголь, порода, крепь и т. д.), пары галоидированных углево­ дородов разлагаются и образуют другие газообразные вещества, которые легко смешиваются с воздухом. При этом скорость дви-

27

жения молекул газов увеличивается, а следовательно, повышается их кинетическая энергия.

Галоидированные углеводороды находят широкое применение для тушения быстро развивающихся пожаров, угрожающих взры­ вами, когда объектами их горения являются метан, деревянная крепь, угольная пыль, особенно с высоким содержанием летучих веществ, отложившихся на стенках и крепи горных выработок.

Тушение пожаров гидрозакладкой. Тушение сложных и опас­ ных эндогенных пожаров, возникающих при отработке мощных пластов угля -в антиклинальных складках и угрожающих взрыва­ ми газо-воздушных смесей, наиболее эффективно и безопасно осуществлять комбинированным методом, сочетающим изоляцию пожарного очага с гидравлической закладкой, подаваемой по сква­ жинам большого диаметра (400 мм и более). При этом методе ли­ квидации пожара создается до трех зон изоляции по сети горных выработок, примыкающих к пожарному участку, с тем, чтобы по­ высить безопасность работ и исключить подсосы воздуха в запожаренное пространство при взрывах. Затем бурятся скважины для подачи гидравлической закладки и организуется непрерывная под­ готовка и подача ее по скважинам с консистенцией Т:Ж =1,2— 1:1,5.

Характерным примером применения этого метода может слу­ жить тушение пожара, возникшего на западном крыле антикли­ нальной складки пласта «Мощный» (рис. 7). Участок отрабаты­ вался камерами с обрушением под действующим десятки лет по­ жаром на вышележащем пласте «Прокопьевский». Потери угля по участку составляли 39,9%. Мощность пласта достигала 9,5— 10,4 м, угол падения изменялся от 0 до 70°. Уголь пласта — склон­

го крыла — 6 тыс. и западного крыла — 8 тыс. м3. Камеры восточ­ ного и западного крыльев были заполнены разрыхленным углем. Очаг пожара находился в камере западного крыла на уровне третьего параллельного штрека. Этот пожар в течение 8 месяцев не представлялось возможным надежно изолировать. Содержание 0 2 в запожаренном пространстве колабалось от 2 до 15%, С 02— от 3,8 до 6,7%, СО — от 0,012 до 0,2% и СН4 — от 3,4 до 22,5%.

В соответствии с планом тушения пожара были созданы три зоны изоляции, пробурены контрольно-наблюдательная скважина № 1 с осевого штрека в купол антиклинальной складки и закла­ дочная скважина № 2. Для создания первой зоны, включающей

28