Ликвидация пожаров в газообильных шахтах

Ликвидация пожаров в современных газообильных шахтах связана со значительными трудностями и большой степенью риска.

Основной причиной этих трудностей при ведении горноспасательных работ является возможность взрывов горючих газов в выработках, в которых действует очаг пожара. В практике такие явления отмечались как при непосредственном тушении пожаров, так и в особенности при их изоляции.

Управлять процессами, происходящими при тушении пожаров в газообильных шахтах, можно двумя методами действий:

• сохранением режима вентиляции с доаварийными параметрами на протяжении всего времени ведения работ по тушению пожара (независимо от применяемых методов тушения);
• инертизацией рудничной атмосферы в выработках, в которых действует пожар (при ведении работ методами изоляции или комбинированными).

При пользовании первым тактическим приемом действия ответственного руководителя работ по ликвидации аварии и руководителя горноспасательными работами должны быть направлены на выработку и осуществление такого вентиляционного маневра, который бы создал обстановку уверенности в полной безопасности работ по тушению пожара. Для этого расчетным путем анализируются варианты указанного проветривания (с существовавшим до аварии уменьшенным или увеличенным количеством воздуха, подаваемого в очаг пожара).

При пользовании вторым тактическим приемом обеспечения высокой управляемости процессами, происходящими в районе очага пожара и сопрягающихся с ним выработках, действия руководителей работ по ликвидации пожара должны быть направлены на выбор (путем тактических расчетов) таких методов инертизации, которые позволили бы создать в пожарном участке инертную атмосферу раньше, чем в выработках образуется взрывоопасная среда.

Оба приведенных тактических приема позволяют квалифицированно управлять процессами, происходящими в пожарном районе, на основе получаемых при расчетах объективных (числовых) данных.

Известно, что эффективность означает степень соответствия действий намеченной цели (поставленной задаче). Чем успешнее достигается цель (выполняется задача), тем эффективнее действия. При наличии нескольких возможных вариантов действий необходимо найти пути оценивать их и выбирать наиболее целесообразный, т. е. найти критерий эффективности. По значению критерия можно определить, насколько эффективнее тот или иной вариант действий. Неправильно выбранный критерий ведет к неверной оценке эффективности со всеми вытекающими отсюда отрицательными последствиями. Правильный критерий должен соответствовать цели действий, быть понятным, выражаться числовым значением и вычисляться.

Важной особенностью ликвидации подземных пожаров в газообильных шахтах методами изоляции или комбинированным является зависимость загазирования выработок, в которых действует пожар, от их объема. Чем больше объем изолированных выработок, тем больше требуется свежего воздуха для выноса горючих газов и инертного газа для инертизации рудничной атмосферы в этих выработках, а следовательно, тем больше вероятность образования взрывоопасной атмосферы.

Анализом частоты взрывов горючих газов при ликвидации пожаров установлено, что чаще происходят первичные и повторные взрывы горючих газов в шахтах, отрабатывающих мощные пласты, в особенности системой отработки их без оставления целиков (при которой пустоты в отработанных пространствах многих выемочных участков объединяются в одно огромное выработанное пространство, заполненное метаном, достигающее миллионов кубических метров). Задачей ученых в связи с этим является быстрейшее совершенствование системы отработки газоопасных пластов, с тем чтобы при изоляции пожаров в таких выработках имелась возможность изолировать их в минимальных объемах и инертизировать атмосферу в районе действия пожара в кратчайшие сроки.

• Ликвидация пожаров в тупиковых выработках

Пожары в газообильных шахтах, которые могут быть ликвидированы методами непосредственного (прямого) тушения, бывают двух видов:

• пожары, при которых загораются какие-либо горючие материалы от каких-либо тепловых импульсов. Такие пожары тушатся обычными средствами с учетом метановой опасности (метан может быть подожжен и гореть, а при определенных условиях взорваться) ;
• так называемые метановые пожары, при которых от каких-либо тепловых импульсов загорается метан и горит довольно продолжительное время без участия других горючих материалов.

Установлено, что за последнее время около 20 % всех экзогенных пожаров в угольных шахтах возникает вследствие загорания метана. Третья часть из них происходит в выемочных участках. Основными причинами загорания метана являются нарушения правил ведения взрывных работ, искрообразование при трении и эксплуатации неисправного электрооборудования.

Для тушения метановых пожаров могут применяться все имеющиеся средства пожаротушения (огнетушители, вода, пена, огнегасящие порошки). Если этими средствами потушить пожар не удается, то прибегают к искусственной дегазации пожарного участка.

В практике ВГСЧ Донбасса этот метод тушения пожара успешно применяется с 60-х годов. Применение дегазации не исключает и других методов тушения пожара и должно решаться комплексно.

Тушение метановых пожаров, как и обычных, может производиться тремя основными методами: прямого тушения; изоляции; комбинированными.

При горении метана в выработанном пространстве лавы или в сопрягающейся с ней выработке изолированный отвод метана из источников поступления может осуществляться независимо от наличия дегазации на аварийном участке (выработке) или на шахте. Применение дегазации при метановом пожаре целесообразно в следующих случаях:

• при суфлярном выделении метана в очаг пожара из кровли или почвы пласта;
• при залегании основного источника газовыделения в кровле разрабатываемого пласта на расстоянии от десяти до сорока вынимаемых мощностей; если газовыделение происходит из выработанного пространства на участке вентиляционного штрека длиной 50 -60 м за лавой и при его поддержании составляет не менее 0,05 м3/с, а при погашении — не менее 0,03 м3/с и средствами вентиляции невозможно обеспечить взрывоопасную атмосферу на аварийном участке.

Вопрос о целесообразности применения дегазации должен решаться руководителями работ по ликвидации аварий на основании данных о газовой обстановке, характере и интенсивности развития пожара, фактическом состоянии дегазации на участке, принятом режиме работы в плане ликвидации аварий.

Предотвращение вспышек метановоздушной смеси и снижение интенсивности горения может быть достигнуто с помощью огнегасительного порошка или инертных газов, подаваемых в спутный вентиляционный поток. Ликвидация очагов пожара в выработанном пространстве может быть осуществлена либо путем вскрытия их специальными выработками с последующим активным тушением водой или пеной, либо дистанционно — путем подачи по скважинам в очаги пожара воды, пены и др. Охлаждение раскаленных пород может производиться водой, подаваемой непосредственно в выработки из пожарных стволов или по специально пробуренным или имеющимся старым скважинам.

Если горящий метан поджигает другие горючие материалы (древесину, конвейерную ленту, уголь и др.), то такие пожары считаются усложненными и для их тушения применяются более эффективные методы и средства. В практике тушения метановых пожаров случалось, когда путем маневрирования вентиляционной струей (обычно увеличением количества подаваемого в очаг пожара воздуха), бурением скважин в газоносные спутники отрабатываемого пласта и отсоса из них метана или, наконец, усилением существующей дегазации запожаренного участка за счет других участков удавалось потушить горящий метан (фактически прекратить его поступление в очаг пожара).

Наиболее сложными пожарами в газообильных шахтах являются такие пожары, при которых очаги зарождаются в вентиляционных выработках, причем из-за выгорания крепи образуются завалы, сокращающие расход воздуха на участке, что ведет к загазированию лавы. В таких случаях под давлением воздуха неразжиженный метан высокой концентрации поступает к очагу пожара и, образуя взрывчатую метановоздушную смесь, взрывается.

ПРИМЕР 1. На одной из шахт в Донбассе (рис. 59) возник пожар в компрессорной камере, расположенной в выработке, соединяющей уклон с южным (вентиляционным) ходком против 6-го южного штрека. Из-за коротких токов воздуха между уклоном, по которому поступала свежая струя (нисходящее проветривание), и южным ходком, по которому выдавался отработанный воздух, пожар по струе быстро распространился на эту выработку. При тушении пожара дверь в камеру компрессора была открыта, что еще в большей степени способствовало быстрому развитию пожара и сокращению подачи воздуха в 8-ю северную лаву. Вторая дверь в камеру, выходящая на южный ходок,, сгорела, причем пожар начал распространяться по этому ходку вверх.

Для преграждения распространения пожара вверх по южному ходку в нем были установлены водяные завесы, при этом вентиляционные двери в сбойках между уклоном и ходком открывались, что также сокращало поступление свежего воздуха в 8-ю северную лаву и другие нижележащие выработки.

Для полного прекращения проветривания 8-й северной лавы, чтобы не допустить проникновения метана из этой лавы в южный ходок, были открыты двери в перемычке, разделяющей свежую н отработанную вентиляционные струн и установленную в сбойке между уклоном и ходком против 8-го вентиляционного штрека (кроссинговая дверь). Однако из-за недостаточной площади сечения сбойки часть воздуха продолжала двигаться по уклону и 8-му северному штреку, вынося из лавы скапливающийся в ней метан на вентиляционный штрек.

Это мероприятие, выполненное без соответствующих расчетов (сбойка площадью сечения около 3 м2 не могла принять всего воздуха, двигающегося по уклону), привело к тому, что метан из лавы по ее вентиляционному штреку был вынесен в южный ходок к очагу пожара, где и произошел взрыв метановоздушной смеси. При взрыве пострадали рабочие и горноспасатели.

ПРИМЕР 2. На шахте им. газеты «Известия» ПО «Донбассантрацит» в 28-й западной лаве при образовании ниши для комбайна взрывным способом загорелся метан. Горение его распространилось в выработанное пространство, которое газировалось метаном, выделявшимся из пропластков (спутников), залегающих в кровле пласта.

Разведкой было установлено, что горение происходит в верхней части лавы (рис. 60) вдоль бутовой полосы шириной 10—12 м, а также в щели, параллельной забою лавы, причем пламя периодически выбрасывалось па 29-й западный вентиляционный штрек. Рис. 60. План верхней части 28-й западной лавы шахты им. газеты «Известия» ПО «Донбассантрацит»: № 1,2 — дегазационные скважины, пробуренные из горных выработок; № 3293 — скважина, пробуренная с поверхности; 1 — рукавная линия; 2 — пожарный ствол; 3 — пожарный трубопровод; 4 — водоразбрызги-ватель BBP-1

Для обеспечения безопасности ведения работ по ликвидации пожара методом прямого тушения были проведены работы по созданию устойчивого проветривания выработок участка, в котором действовал пожар, что позволило обеспечить почти полное разжижение метана и окиси углерода в лаве и на 29-м западном вентиляционном штреке и удержать температуру воздуха в пределах 40 °С. Тушение пожара осуществлялось водой из проведенных рукавных линий в верхнюю часть лавы и на 29-й западный вентиляционный штрек.

Для оконтуривания пожара и преграждения распространения огня на 29-й западный вентиляционный штрек была удалена деревянная крепь по бутовой печи и бутовой полосе, а в печи № 2 и на сопряжении ее с просеком были установлены водоразбрызгиватели.

Для тушения образовавшихся очагов пожара в выработанном пространстве (горели метан, деревянная стенка, поддерживающая бутовую полосу, и оставленный уголь) ВГСЧ производилась проходка двух печей по бутовой полосе, а также тушение и выемка бутовой полосы по простиранию на длину до 10 м от забоя лавы. При выполнении этих работ температура в печи достигала 80 °С, что создавало значительные трудности.

Для прекращения постоянной подпитки выработанного пространства метаном было начато бурение дегазационных скважин на спутники отрабатываемого пласта и скважин для подачи воды в район очагов горения метана с 29-го западного вентиляционного штрека и на конец дегазационных скважин с поверхности.

До начала этих работ горение в выработанном пространстве значительно активизировалось, появились частые выбросы пламени горящего метана на 29-й западный вентиляционный штрек и «хлопки» (вспышки метана), происходящие в выработанном пространстве.

После выполнения указанных работ скважина, пробуренная с поверхности (№ 3293), и скважины № 1 и 2, пробуренные с 29-го западного вентиляционного штрека, были подключены к дегазационной сети. Указанные мероприятия позволили резко снизить интенсивность горения метана и выбросы пламени на 29-й западный вентиляционный штрек. При такой обстановке появилась возможность активизации и усиления работ по бурению скважин с 29-го западного вентиляционного штрека для нагнетания по ним воды в очаги горения в выработанном пространстве. После продолжительного нагнетания воды в скважины горение значительно сократилось, а затем после бурения еще нескольких скважин вовсе прекратилось. Работы по тушению этого пожара продолжались в течение 20 сут в исключительно сложных и опасных условиях. Вместе с тем руководители работ по ликвидации аварии все время управляли метановыделеннем.

В работах по ликвидации пожара активное участие принимали ученые ВНИИГД и МакНИИ, разработавшие, в частности, систему проветривания и дегазации пожарного участка. В данном примере главными стратегическим и тактическим направлением следует считать дегазацию пластов-спутников, являющихся источником поступления метана в выработанное пространство, в котором действовал пожар.