CC BY
71
-------------------------------------------- © С.Е. Федорова,
2009
УДК 622.822.22 С.Е. Федорова
ПРОБЛЕМЫ ПОЖАРНОЙ И ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В ЯКУТИИ
Приведены результаты исследований химической активности мерзлых углей месторождений Якутии и влияния температуры пород на процесс самовозгорания. Выявлен главный фактор эндогенной пожароопасности при разработке угольных месторождений в криолитозоне.
Ключевые слова: пожарная безопасность, криолитзона, температура.
Состояние промышленной безопасности в угольной отрасли, по данным отчетов Ростехнадзора, в основном связано с проводимой реструктуризацией, а также со старением основных фондов угольных предприятий, с низкой технологической дисциплиной, неосторожными или несанкционированными действиями исполнителей работ, слабыми знаниями персоналом требований и приемов безопасного ведения работ и др.
Основными травмирующими факторами по-прежнему остаются обвалы и обрушения горной массы, крепи; вспышки, взрывы, горения газа, угольной пыли; эксплуатация машин и механизмов, транспорт. Причинами, приводящими к травмированию, являются неправильная организация производства работ, нарушение исполнителями технологии ведения работ, требований проектно-технической документации, низкий уровень знаний требований промышленной безопасности. В табл. 1 показано распределение аварий по видам происшествий в угольной промышленности Российской Федерации.
Как видно из таблицы, эндогенные пожары всегда относятся к числу наиболее многочисленных причин аварий и несчастных случаев в угольной промышленности. Пожары, возникающие вследствие самовозгорания угля, создают опасные условия для человека, обусловливают потери полезного ископаемого, приводят к большим материальным убыткам. Одним из примеров может служить пожар на шахте «Сангарская», продолжающийся уже более 8 лет после ликвидации шахты,
Таблица 1
Распределение аварий в угольной промышленности по видам происшествий
N п/п Вид аварии 2007 год 2006 год +/-
1 Взрыв, вспышка, горение газа и пыли 6 4 +2
2 Пожар (эндогенный, экзогенный) 7 5 +2
3 Г орный удар, внезапный выброс - 2 -2
4 Разрушение зданий, сооружений, тех. устройств 3 3 -
5 Транспорт 1 - +1
6 Электроток - 1 -1
7 Машины и механизмы - - -
8 Взрывные работы - - -
9 Затопления горных выработок, прорыв воды 1 2 -1
10 Обрушения горной массы, крепи 2 6 -4
11 Другие виды аварий 1 - +1
Всего: 21 23 -2
распространение которого угрожает жизни и здоровью жителей поселка Сангар.
Самовозгорание угля на шахтах и рудниках помимо того, что оно требует больших усилий на тушение пожара, пере-мещение, охлаждение и изоляцию разогретых масс угля, приводит к загрязнению окружающей атмосферы. Вследствие горения породных отвалов содержание окиси углерода, сернистого ангидрида и сероводорода на расстоянии до 2 км от отвалов превышает допустимые санитарные нормы.
В связи с этим становится более актуальным разработка и внедрение надежных средств предотвращения самовозгорания угля на основе исследования причин и условий возникновения очагов эндогенных пожаров.
На Северо-Востоке страны эффективно разрабатываются многие угольные месторождения в условиях многолетней мерзлоты как открытым, так и подземным способами. Уголь является надежным источником топлива в суровых зимних условиях регионов с холодным климатом.
Специфика региона, где основным видом транспорта для доставки угля является водный, который функционирует в течение 4 месяцев в году, предполагает длительное хранение угля в штабе-
лях, при этом появляется реальная возможность возникновения эндогенных пожаров. Опыт эксплуатации угольных складов в этих регионах показывает частые случаи их самовозгорания, что приносит большие убытки предприятиям.
С целью разработки мер предупреждения эндогенных пожаров на угольных разрезах Севера нами проводились лабораторные и натурные исследования. Результаты исследований склонности углей криолитозоны к самовозгоранию по трем методам приведены в табл. 1.
Как видно из данных табл. 1 угли Кангаласского и Анна-дырского месторождений имеют высокую химическую актив-ность и относятся к третьей категории, т.е. опасны по само-возгоранию, что обусловливает необходимость разработки и внедрения эффективных мер профилактики эндогенных пожаров на этих разрезах. На рис. 1 приведены показатели склонности углей к САмовозгоранию (химическая активность) исследованных углей в зависимости от температуры.
Самовозгоранию углей предшествует период, продолжительность которого зависит от условий генерации и рассеивания тепла в скоплении [1, 2, 3].
Путем построения математической модели самовозгорания мерзлых углей нами исследована зависимость времени протаи-вания скопления угля до пожароопасной глубины от теплофизических свойств угля, температуры воздуха, влажности угольного скопления и его формы. Согласно выполненным вычислительным экспериментам общая схема развития процесса самовозгорания мерзлых углей показана на рис. 2.
Как видно на рис. 2 при отрицательных значениях температуры (линия 1) в скоплении угля и окружающего воздуха инкубационный период будет длиться практически бесконечно, т.к. мерзлый уголь практически не реагирует с кислородом и самонагревание не происходит, в этом состоит отличительная способность динамики протекания эндогенных процессов в криолитозоне, при температуре 3 0С инкубационный период составляет 20 месяцев (линия 2), при 20 0С - 4 месяца (линия 4).
Теплофизические свойства угля, в частности, теплоемкость и теплопроводность, незначительно влияют на процесс самовозгорания углей. Наибольшее влияние (по сравнению с другими парамет-
рами) на окислительные процессы оказывает температура окружающей среды.
120
Таблица 1
Склонность углей криолитозоны к самовозгоранию
1 3 Месторождение и, мл/г^ч Т90, мин Точка пересечения температурных кривых Степень склонности к самовозгоранию
1 Разрез «Кангаласский»: пласт «Нижний» пласт «Верхний» пласт «Верхний^» 0,147 0,245 0,264 6,6 3,7 3,2 160 166 164 Опасные Опасные Опасные
Шахта «Джебарики-Хая» лава 3 0,03 - 181,5 Малоопасные
2 Шахта «Сангарская» пласт «Логовой» лава 3/20 0,025 - 209 Малоопасные
3 Шахта «Анадырская» пласт «Слоистый» - 163 Опасные
4 Шахта «Норильская» 0,030 - - Умеренно опасные
5 Шахта «Денисовская» (разведочная штольня) 222 Малоопасные
6 Кадыкчанская № 10 0,04 Малоопасные
и, мл/гч
Рис. 1 Изменение показателей химической активности мерзлых углей от температуры
1 - месторождение Анадырское; 2 - Кангаласское; 3 - Джебарики-Хая;
4 - Нерюнгринское; 5 - Денисовское;6 - Сангарское (пласт Сложный);
7 - Сангарское (пласт Логовой); 8 - Кадыкчанское; 9 - Кедровское.
Продолжительность протаивания мерзлого угля в зависимости от влияющих параметров может достигать до 2 - 5 лет, т.е. наиболее длительной стадией самовозгорания углей в условиях криоли-тозоны является процесс протаивания мерзлого угля [4].
Наряду с применением различных средств торможения процесса окисления угля для профилактики эндогенных пожаров имеет весьма важное значение правильно выбранная технология складирования угля. Складирование угля целесообразно производить в холодное время года, когда уголь находится в мерзлом состоянии, в таком случае отрицательная
1 - при t = -40C; 2 - при t = +30C; 3 - при t = +50C; 4 - при t = +200C.
123
температура внутри склада сохранится на длительное время и будет тормозить протекание окислительных процессов. Как показали лабораторные опыты, при низких температурах химическая активность углей весьма незначительна. При длительном хранении целесообразно применение ингибирующих растворов, применения различных изолирующих покрытий (пена, теплоизоляционные и воздухонепроницаемые пленки, послойная изоляция льдом и другими материалами).
Проведенными нами исследованиями впервые выявлен главный фактор эндогенной пожароопасности на угледобывающих предприятиях Северо-Востока нашей страны. Этот фактор заключается в сохранении отрицательной или умеренно положительной температуры для предотвращения интенсификации окислительных процессов, приводящих к самовозгоранию углей. Исследование сорбционной способности углей месторождений криолитозоны показывает, что химическая активность углей в условиях мерзлоты зависит главным образом от температуры теплового режима - при отрицательной температуре почти все угли имеют низкую химическую активность, которая резко возрастает с повышением температуры. С учетом химической активности углей нами рекомендованы оптимальные значения температур для большинства углей месторождений Северо-Востока.
Анализ случаев возникновения эндогенных пожаров и газопроявлений на шахтах области распространения много-летней мерзлоты подтверждает необходимость научного обоснования выбора эффективных способов и средств предупреждения самовозгорания углей в условиях криолитозоны, что внесет значительный вклад в повышение пожарной и промышленной безопасности на угольных предприятиях Севера.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Веселовский В.С., Виноградова Л.Н., Орлеанская Г.Н. и др. Прогноз и профилактика эндогенных пожаров. - М.: Наука, 1975. - 160 с.
2. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. М.: Недра. - 1977. - 318 с.
3. Чемезов Е.Н., Быков Н.А., Галкин А.Ф., Ларионов В.Р. и др. Рекомендации по предупреждению эндогенных пожаров при отработке многолетнемерзлых угольных пластов (на примере угольных шахт Якутии). Якутск, 1989. - 29 с.
4. Куренчанин В.К. Разработка угольных месторождений Северо-Востока СССР. - М.: Наука, 1971. - 199 с.
5. Годовой отчет о деятельности Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору в 2007 г. [1ТШ
Fedorova S.E.
PROBLEMS OF FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY IN YAKUTIA.
There are given the results of researches of frozen coals chemical activity of Yakutia deposits and influence of rock temperature on self-ignition process are resulted. The primary factor of endogenous fire danger by developing of coal deposits in cryolite zones is revealed.
Key words: fire safety, cryolite zone, temperature.
— Коротко об авторе ----------------------------------------------
Федорова С.Е. - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой Охраны труда и безопасности жизнедеятельности Горного факультета Якутского государственного университета им. М.К. Амосова, Email: [email protected]
