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

штреки и камеры с очагом пожара, были сооружены 14 кир­ пичных перемычек 1—14 (см. рис. 7), второй зоны — восемь (16— 23), третьей — четыре (24—27). Комплектная перемычка 15 пред­ назначалась для фильтрации воды.

После сооружения перемычек второй зоны изоляции произо­ шел первый взрыв газо-воздушной смеси в первой зоне, частично разрушивший целик угля между основными штреками, пройден­ ными у кровли и почвы пласта «Мощный». После подачи 6320 мг породы, когда закладкой были заполнены пустоты восточных ка­ мер и начали заполняться камеры западного крыла, произошел второй взрыв, которым по скважине на поверхность были выбро­ шены закладочный материал, находившийся в скважине, пар и газ. С возрастанием объема подачи закладочного материала в эти ка­ меры количество взрывов увеличивалось. За 20 суток, в течение которых подавалась закладка, произошло 37 взрывов различной

При подаче гидравлической закладки количество горючих га­ зов в первой зоне изоляции изменялось в'широких пределах и в период между взрывами достигало: СН4— 15,6%; СО — 1,5%; Н2— 15,9% и С„НОТ— 1,2%. Содержание в горючих газах значи­ тельных концентраций кислорода, водорода и окиси углерода мож­

но объяснить:

наличием в камерах западного крыла огромных масс раскален­ ного угля и боковых пород, с которыми соприкасались вода, выде­ лявшаяся из гидрозакладки, и пар; при этом может происходить термическое разложение воды по реакции 2Н20 2Н2 + 0 2;

воздействием водяного пара с раскаленным углем по реакции Н20 + С = С0 + Н2 (28380 кал);

взаимодействием воды с раскаленным углем относительно низ­ кой температуры (порядка +500°), которое приводит к образова­ нию водовода и углекислоты по реакции С+ 2Н20 = С 02 + 2Н2;

конверсией (превращением) окиси углерода при взаимодейст­ вии с водяным паром по уравнению С0 + Н20 = С 02 + Н2;

теомическим разложением метана, протекающим при высоких

При полном термическом разложении 1 кг воды по приведен­ ному уравнению образуется 1244,4 л водорода и 622,2 л кислорода (при нормальных условиях):

2Н20 ^ 2Н2 + 0 2,

36я — 44,8 л, 1000 а — х,

30

на 12-е и 13-е сутки после начала тушения пожара. Взрывы пре­ кратились лишь после подачи 8300 м3 гидрозакладки. Таким обра­ зом, представилась возможность потушить сложный пожар и отра­ ботать 320 тыс. т подготовленных к выемке запасов угля и избе­ жать остановки шахты.

В отдельных случаях, когда в ходе тушения и изоляции пожа­ ров образуются взрывчатые газо-воздушные смеси, для проветри­ вания запожаренного пространства и предотвращения взрывов используются заиловоч’ные и другие скважины, а также шурфы. Так па шахте им. Л. Д. Шевякова через 1 ч 40 мин после закры­ тия проемов в перемычках и ляды в шурфе, когда пожар был изо­ лирован и в пространстве объемом 19 тыс. м3 начали быстро обра­

шурфа через 4 ч после открытия, изменился следующим образом:

С 02 — 8%, СН4 — 2,7%, 0 2 — 6,1%, СО — 1,3%, Н2 — 3,0%. Пос­ ле этого шурф был закрыт и'содержание горючих газов в изолиро­ ванном пространстве стало медленно снижаться.

Применяемое открытие шурфов или скважин для предотвраще­ ния разрушения изоляционных перемычек волной взрыва дает воз­ можность избежать взрывов газо-воздушных смесей. Это происхо­ дит за счет перемещения газов в изолированном пространстве и выхода их на поверхность, вызываемого изменениями температу­ ры и давления, процессами окисления и другими явлениями при открытии шурфов или скважин на определенное время, которое устанавливается путем анализа проб воздуха, отбираемых через каждые 15—30 мин в открытых шурфах или скважинах, которые немедленно герметично закрываются при установлении таким об­ разом невзрывчатых газо-воздушных смесей.

В результате перемещения газов к очагу пожара из выработан­ ного пространства при герметичной изоляции запожаренного уча­ стка поступает воздух, содержащий меньшее количество кисло­ рода, а нагретые до значительной температуры газо-воздушные смеси выходят на поверхность. Это подтверждается относительно медленным процессом изменения состава компонентов воздуха — увеличением С 02 и СО, снижением 0 2, Н2 и СН4.

31

Нарушение герметичности изоляции проявляется в увеличении кислорода в пробах воздуха запожаренного участка и изменении всех остальных его компонентов.

Применение инертных газов. Как отмечалось ранее, одним из средств предотвращения взрывов газо-воздушных смесей при ту­ шении (или изоляции) подземных пожаров является подача в запожаренное пространство инертных газов — углекислоты или азота, которые могут служить также и средством тушения возник­ шего пожара. При этом более эффективно применение азота.

32

повышение надежности тушения очагов пожара во всей сети горных выработок запожаренного участка, включая восстающие (крутые) выработки, пройденные в геологических нарушениях;

небольшая трудоемкость работ по заполнению запожаренного участка парогазовоздушной генераторной смесью;

выполнение незначительного объема восстановительных работ после тушения по сравнению с тушением заиливанием или запол­ нением запожаренного участка водой;

небольшое время, необходимое на демонтаж и выдачу генера­ торной установки на поверхность.

ВСКРЫТИЕ ЗАПОЖАРЕННЫХ УЧАСТКОВ ГОРИЗОНТОВ И ШАХТ

Выбор способов вскрытия запожаренных участков осуществ­ ляется как на действующих, так и на потушенных пожарах, ко­ нечной целью которого является возобновление ведения горных работ. Иногда вскрытие осуществляется с целью извлечения пост­ радавших и оборудования, сокращения изолированных объемов для ускорения тушения пожара и организации ведения горных ра­ бот на незапожаренных участках.

Решение о вскрытии принимается лишь при наличии значитель­ ных запасов у г л я , большой стоимости законсервированного обору­ дования, пригодного для дальнейшей эксплуатации, и обеспечении безопасности работ и осуществляется по детально разработанному плану, чтобы не допустить ошибок, могущих вызвать взрыв газо­ воздушных смесей, пожар, прорыв воды или пульпы и другие не­ желательные явления.

Вскрытие запожаренных участков, горизонтов и шахт с целью перевода пожаров в категорию потушенных производится при на­ личии признаков, подтверждающих прекращение процеэса горе­ ния.

Все способы вскрытия можно объединить в две группы: вскры­ тие при помочш одно-, двух- и многокамерных шлюзов и вскрытие в один прием

При вскрытии запожаренных участков сооружаются постоян­ ные (стационарные) и подвижные шлюзы.

По условиям проветривания способы вскрытия запожаренньус участков и шахт можно объединить в три группы: с проветрива­ нием, без проветривания и комбинированные. Вскрытие с провет­ риванием осуществляется при отсутствии опасности взрыва газов и возможности применения способа вскрытия в один прием. Вскры­ тие без проветривания проводится в тех случаях, когда есть опас­ ность взрыва газов. Комбинированным способом проветриваются те горные выработки, где исключается возможность взрыва или рецидива пожара; выработки, где эта опасность существует, не проветриваются.

, При выборе способа вскрытия запожаренных участков необхо­ димо исключить возможность взрывоопасной концентрации газов.

34

Для этого должны учитываться горногеологические й горнотехни­ ческие условия — крепость и трещиноватость пород и угля, угол падения пласта, свойства вмещающих пород, состояние горных вы­ работок и схемы проветривания, наличие сближенных пластов и выработанного пространства, порядок отработки горизонта, гер­ метичность изоляции пожарных участков и т. д.

В атмосфере запожаренных участков при горении угля могут появляться взрывчатые газы: метан, окись углерода, водород, го­ мологи метана и непредельные углеводороды. В этом случае вскры­ тие следует производить с применением шлюзов и заполнением их инертными газами и метаном. Однако этот способ вскрытия яв­ ляется сложным и трудоемким. Различают пять групп возможных смесей водорода и кислорода.

В первую группу входят смеси, содержащие от 5 до 20% кис­ лорода и 4—75% водорода и способные взрываться от источника с температурой 580—600°. При этом могут иметь место следующие цепные реакции процесса окисления:

0+ Н2 = 0Н + Н,

Н+ 0 2 = 0Н + 0,

ОН + Н2= НиО + Н.

Наличие в левой части одной гидроксильной группы (ОН), а в правой — двух указывает на развитие процесса горения с возмож­ ным переходом во взрыв. Реакция соединений водорода с кислоро­

водорода, относятся к невзрывчатым и негорючим. При увеличе­ нии в них содержания кислорода они переходят в первую группу.

' Третья группа с содержанием от 5 до 21% кислорода и до 4% водорода объединяет невзрывчатые смеси, способные гореть вбли­ зи источников высокой температуры. Увеличение содержания во­ дорода делает эти смеси взрывчатыми.

Четвертая группа с содержанием до 5% кислорода и 100% во­ дорода включает невзрывчатые смеси, которые при увеличении со­ держания в них кислорода становятся взрывчатыми.

В пятую группу входят смеси, которые не могут быть образова­ ны ппи смешивании водорода и кислорода. Пределы взрываемости метано-воздушных смесей, безопасные смеси метана с воздухом и смеси, которые становятся взрывчатыми лишь при доступе воз­ духа, показаны на диаграмме (рис. 10).

Вскрытие запожаренных участков при высоких концентрациях метана совершенно безопасно, если оно осуществляется при шлю­ зовании без доступа воздуха.

35

Наибольшую опасность в отношении взрывов представляют не­ предельные углеводороды вследствие меньшей устойчивости их молекул и наличия двойной связи в структуре. Большой удельный вес, низкие температуры воспламенения и небольшие нижние пре­ делы взрываемости гомологов метана и непредельных углеводо­

родов по сравнению с метаном при соответствующих условиях ■могут привести ж неожиданно­ му взрыву. Это происходит по­ тому, что при установившемся порядке набора проб для оп­ ределения содержания метана в воздухе их набирают в верх­ ней части выработок. При этом указанные газы, имеющие большой удельный вес, в про­ бу не попадают и поэтому ана­ лизом не обнаруживаются. Для определения их содержа­ ния нужно набирать пробы у почвы выработок и первым признаком наличия тяжелых углеводородов является появ-' ление горючих в этих пробах.'

При вскрытии запожаренных участков необходимо учи­ тывать, что пределы взрывае­

мости -горючих газов при высоких температурах расширяются. Так, например, пределы взрываемости метана при температуре +600° оказываются равными 3,35—16,4% вместо 5,25—14,8% в обычных условиях.

При вскрытии возможны также взрывы угольной пыли, причи­ ной которых является образование пыльного облака в результате разборки, перелопачивания, перепуска и выпуска угля при веде­ нии очистных работ. Известно, что взрывоопасная концентрация пыли значительно снижается при повышении содержания метана, поэтому взрыв пыли может произойти и при незначительной запы­ ленности воздуха. Для избежания этого при работе на запожаренном участке нужно систематически контролировать .содержание га­ зов и пыли в атмосфере и принимать соответствующие меры.' Сле­ дует иметь при этом в виду, что пределы взрываемости угольной пыли при наличии в воздухе этана, пропана, бутана, пропилена, бутилена и этилена до настоящего времени еще не исследованы.

Взрывы, возникающие во время вскрытия запожаренных участ­ ков, при содержании горючих газов, не превышающем 1,7—1,8%, объясняются возникновением взрывчатых концентраций угольной пыли или наличием гомологов метана. При вскрытии таких участ.- ков опасна не только взвешенная в воздухе, но и осевшая на стен-

36

ках и почве выработок пыль, которая под действием взрывной волны или резкого увеличения скорости движения воздушной струи легко образует пыльное облако.

Источниками взрывов при вскрытии участков, как правило, яв­ ляются вскрытые очаги пожаров, которые нельзя обнаружить ни анализами проб воздуха, ни замерами температуры. Увеличение содержания-кислорода в воздухе в результате нарушения герме­ тичности изоляции способно активизировать очаги пожаров и мо­ жет также стать причиной взрыва.

Рецидивы пожаров, возникающие во время вскрытия запожа-

Для правильного составления и осуществления планов вскры­ тия запожаренных участков руководитель работ должен знать, что:

смесь метана, водорода и окиси углерода становится безопас­ ной лишь при уменьшении содержания кислорода в воздухе запожаренного пространства до 7,8% и ниже;

углекислый газ создает безопасные условия для вскрытия при наличии его в воздухе более 10%;

участок, в воздухе которого имеются окись углерода, метан, во: дород, предельные и непредельные углеводороды, можно вскры­ вать только методом, обеспечивающим надежную его изоляцию во время проведения работ;

высокая остаточная температура в массивах угля, способству­ ющая интенсивному его окислению, может вызвать рецидивы по­ жара, особенно на пластах угля, склонного к самовозгоранию;

высокие температуры расширяют пределы взрываемости газов; запожаренный участок или горизонт при наличии очагов пожа­ ра и сообщении изолированного пространства с поверхностью по трещинам и выработкам может проветриваться в результате теп­

ловой депрессии; анализом набираемых проб воздуха не всегда можно опреде­

лить его состав в запожаренном* участке; при проведении работ по вскрытию запожаренного участка воз­

можен взрыв угольной пыли.

Подготовка к вскрытию — самое важное мероприятие, от ко­ торого во многом зависит безопасное и эффективное осуществле­ ние работ. Сюда входят: набор и анализ проб воздуха; замер тем­ пературы воздуха и пород; проверка состояния изоляции запожа­ ренного пространства; изучение материалов по тушению пожара и его состоянию; определение размеров пожара; проведение горных выработок, намеченных планом вскрытия (шурфов, печей, сбоек и т. д.); сооружение перемычек для шлюзов; спуск воды из запо­ жаренного участка, создание наземных и подземных баз; установ­ ка шахтофонной и телефонной связи между организуемым команд­

37

ным пунктом и подземными базами; использование высокочастот­ ной связи и др.

Отсутствие окиси углерода в пробах воздуха и низкие темпе­ ратуры не всегда свидетельствуют о прекращении горения, поэто­ му пои наличии взрывчатых газов рекомендуется вскрывать учас­ ток способом шлюзования.

При высоких температурах воздуха или боковых пород следу­ ет применять наиболее безопасный способ вскрытия, так как не­ герметичная изоляция может способствовать развитию процесса горения и отводу газообразных продуктов по неконтролируемым путям (трещинам, провалам, выработанному пространству и по­ гашенным выработкам). При негерметичной изоляции и доступе кислорода воздуха в ходе работ может возникнуть пожар или взрыв.

Чтобы предотвратить несчастные случаи от внезапного проры­ ва воды, скопившейся в запожаренном участке в результате заили­ вания, следует спустить ее до начала вскрытия участка. Спуск во­ ды в зависимости от конкретных условий осуществляется различ­ ными способами через трубы в перемычках, путем бурения сква­ жин в затопленные выработки, а иногда проведением новых выра­ боток. В период подготовки к вскрытию следует установить надеж­ ную связь между организуемым командным пунктом и базами с тем, чтобы обеспечить надежное оперативное руководство рабо­ тами.

Силы и средства, необходимые для вскрытия участка, горизон­ та и шахты, сосредоточиваются на шахте в количестве, обеспечи­ вающем выполнение всех работ в предусмотренные планом сроки, включая необходимый резерв. Последний имеет особо важное зна­ чение, когда работы по вскрытию ведутся в сложных и опасных условиях.

Успешность, безопасность и эффективность вскрытия должны предусматриваться еще при изоляции подземных пожаров. Уже тогда необходимо сооружать соответствующие перемычки, пере­ креплять подходы к ним и т. п.

Наиболее совершенными изоляционными перемычками явля­ ются перемычки из несгораемого материала с металлическими дверями или лядами размером 0,75X0,85 м. Двери и ляды при помощи запоров должны надежно закрываться, а проемы закла­ дываться кирпичом. Такая конструкция обеспечивает своевремен­ ную и безопасную изоляцию пожара и облегчает вскрытие. Перед вскрытием запожаренных участков, горизонтов и шахт необходи­ мо обследовать поверхность шахт, чтобы установить возможность поступления воздуха через трещины и провалы, которые в случае их обнаружения должны быть заизолированы.

Вскрытие, как правило, должно осуществляться респираторщиками горноспасательных частей. Люди, не связанные с работами по вскрытию, выводятся из опасной зоны, если им угрожает хотя бы небольшая опасность. После вскрытия участка его исходящая

38

струя кратчайшими путями отводится на поверхность или в обще­ шахтную исходящую струю. Пребывание людей в выработках, ку­ да отводится исходящая струя из вскрываемого участка, запре­ щается. Состав и температура воздуха в исходящей струе долж­ ны контролироваться в течение нескольких суток после вскрытия по специальному графику.

При появлении в исходящей струе окиси углерода, свидетель­ ствующей о рецидиве пожара, необходимо установить место очага и принять меры по его тушению, а если это невозможно, снова изо­ лировать пожар.

Вскрытие перемычек можно производить со стороны поступа­

проделываются проемы и устанавливаются ляды. Размеры прое­ ма определяются его назначением (для прохода только людей или доставки оборудования и материалов), чтобы не допускать по­ ступления воздуха в запожаренный участок, заранее сооружают­ ся шлюзовые перемычки. |

В период подготовки к вскрытию следует выполнить максимум работ, а непосредственное вскрытие производить с минимальным количеством людей.

Вскрытый запожаренный участок, горизонт или шахта вначале проветриваются через проемы в перемычках откаточного и венти­ ляционного горизонтов. Количество воздуха, подаваемого для их проветривания, должно быть таким, чтобы исключалась возмож­ ность накопления взрывчатых концентраций газов. Перемычки разбираются при полной уверенности в отсутствии очагов пожара, подтвержденной результатами анализов проб воздуха. Опыт борь­ бы с подземными пожарами показывает, что при разборке пере-- мычек целесообразно оставлять арки, позволяющие в случае не­ обходимости вновь легко и своевременно изолировать вскрытый участок.

При наличии взрывчатых газов работы по вскрытию должны производиться без применения оборудования и приборов, которые могут быть источником взрыва.

Вскрытие запожаренных участков способом шлюзования с ис­ пользованием инертных газов для заполнения ими камер в по­ стоянных и подвижных шлюзах может применяться во всех слу­ чаях, когда есть опасность взрыва газов или пыли. Это наиболее надежный и безопасный способ вскрытия, гарантирующий поддер­ жание в запожаренном участке взрывобезопасной среды на все время ведения работ.

Подвижные шлюзы для вскрытия запожаренных участков сле­ дует сооружать в выработках, пройденных в устойчивых боковых породах и угольных целиках, не имеющих трещин.

Шлюз представляет собой одну или несколько камер, образо­ ванных перемычками с дверями, установленными в выработке па определенном расстоянии одна от другой. Расстояние между пере­

39