Основные факторы, влияющие на взрывоопасность горных выработок
Одной из главных опасностей на угольных выработках является наличие высокого содержания в атмосфере метанового газа и угольной пыли. Особенно это очевидно на подготовительных производственных стадиях. В результате появляются факторы, влияющие на взрывоопасность выработки на этом этапе. К ним относятся:
- Технологически процесс. Специальные проходческие комбайны разрушают угольные пласты и провоцируют выделение метана и образование угольной пыли.
- Геометрическая форма выработки. Это, как правило, своеобразное вытянутое «помещение». От параметров, которые его характеризуют и зависит появление и концентрация опасных веществ в шахтном пространстве.
Проходческий комбайн, разрабатывая угольный пласт вскрывает зоны, где скапливается газ и разбивает угольные фракции на мельчайшие части. Это представляет огромную опасность для жизни и здоровья людей. Уже давно известны технологии, которые минимизируют последствия подобных опасных явлений. Главным образом, это проведение вентиляционных работ в тупиковых участках угольных выработок. Опасность в присутствии на данных площадях угольной пыли и метана заключается как раз в смешивании этих веществ с воздухом. Они образуют взрывоопасную смесь и при наличие самого незначительного источника тепла может произойти взрыв с совершенно непредсказуемыми последствиями. Именно поэтому на шахтных производствах используют технологии по принудительному вентилированию выработки. Их задача предельна проста – они должны привнести в рабочее пространство определенное количество свежего воздуха, который смешиваясь с метановым газом и угольной пылью, разбавляет и уменьшает их концентрацию. Далее эти смеси выводятся их пространства выработки.
Существует несколько методологических подходов проветривания территории, где скапливается метан и угольная пыль. По сути, их существует два: нагнетающий и всасывающий. Использование того или иного метода зависит от глубины залегания угольного пласта. Если шахтная выработка расположена в поверхностных слоях, на небольшой глубине, то, как правило, применяются всасывающие технологии. На больших глубинах обычно используют способ нагнетания воздуха.
В настоящее время наибольшее распространение получил именно нагнетательный метод. Он более эффективен и уже никто из специалистов не сомневается, что этот способ является единственным, который в состоянии минимизировать и в какой-то степени контролировать сверхнормативное присутствие таких опасных веществ, как метанопылевоздушных смеси, в горных выработках. Осуществляется следующий технологический процесс: с помощью вентиляторов свежий воздух нагнетается из выработки (где проходит проточный воздух) по специальному вентиляционному трубопроводу в рабочее пространство рядом с забоем, расположенное в тупике. Кинетическая энергия по всем законам физики проталкивает свежий воздушный поток от вентиляционного выхода в тупиковую призабойную часть шахтного пространства.
Но у этого метода есть свои недостатки. Они заключатся, прежде всего, в том, что во время «своего пути» не весь свежий воздух достигает цели, а именно забоя. Это связано с относительно небольшой начальной скоростью воздушного потока, вышедшего из вентиляционной трубы. Поскольку концентрация воздуха уменьшена, то соответственно недостаточно разбавляется метанопылевоздушная смесь. Ее содержание в этом случае может превысить нормативные показатели и привести к взрывоопасной ситуации.
Также в процессе проветривания исходящие воздушные потоки соприкасаются с электрооборудованием, расположенным на горных выработках. Это разнообразные электроприборы, кабеля, а также силовые электрические двигатели. В результате мельчайшие угольные частицы полностью покрывают это технологическое оборудование. Экспертами, анализирующими аварии на шахтных выработках, сделан вывод, что причиной значительной их части стало перегрев эксплуатируемой в них техники. Кроме того, вся система электрических кабелей находится под напряжением и в ней могут возникнуть «слабые места», провоцирующие последующие возгорания и взрывы.
Необходимо понимать, что существуют закономерности, основанные на физических процессах, которые при нагнетании воздуха уменьшают уровень концентрации опасных смесей, влияющий на вероятность возникновения взрыва.
Контролировать содержание угольной пыли в атмосфере шахтного пространства вообще невозможно. В этой области не существует даже расчетных технологий, способных хотя бы приблизительно определить предельный расходный уровень воздуха, удаляющего опасность возгораний мельчайших угольных частиц.
Дело в том, что все существующие технологии ориентированы на прогнозную динамику продвижения и освоения угольного пласта, а также плановое выделение метана. Но, к сожалению, фактические данные зачастую не согласуются с прогнозными.
Очень много зависит от интенсивности работы и эксплуатации проходческой техники на призабойных территориях. При высокопроизводительной работе комбайнов в пространство достаточно быстро поступают опасные концентрации газа. Причем специалисты уверены, что даже нормативная концентрация метанового газа, которая равняется 1%, может спровоцировать при определённых условиях взрыв или привести к другим негативным последствиям. Датчики, которые размещены по всей внутренней поверхности шахтной выработки, не могут четко определить концентрацию метана, особенно в местах, где располагаются источники тепла.
Чтобы уменьшить содержание угольной пыли в атмосфере шахтных пространств используют процедуру орошения водой. Ее направляют на разрушаемый пласт и формируют так называемую «водяную завесу». Но, наиболее опасные фракции в виде мельчайших твердых частиц воздушным потоком выносятся из места выработки в предзабойное пространство. Зарубежные компании в экономически развитых странах используют дополнительно системы пылеотсоса, но до конца эта проблема все равно не решается.
Получается, что в настоящее время в угольной промышленности не существует технологий, способных полностью предотвратить появление факторов, провоцирующих взрыв на угольных выработках.