Введение 13
1 Обзор литературы 16
1.1 Поражающие факторы от взрывов пылегазовоздушных смесей в угольных шахтах и оценка степени их опасности 16
1.1.1 Изменения в составе шахтной атмосферы 20
1.2 Метан угольных пластов 22
1.3 Аварии на российских и зарубежных шахтах 23
2 Объект и методы исследования 29
2.1 Общая характеристика ООО «Кокс-Майнинг»Шахта Бутовская 29
2.2 Методы исследования 30
3 Расчеты и аналитика 31
3.1 Взаимодействие пламени с ударной волной при взрыве угольной
пыли 32
3.2 Влияние летучих веществ 38
3.3 Влияние негорючих веществ и влаги 40
4 Результаты проведенного исследования 42
4.1 Средства предупреждения взрывов метана 42
4.1.1 Система предупреждения взрывов «СТАРТ» 42
4.1.2. Автоматическая система «СЛВА» 43
4.2 Средства локализации взрывов метана и(или)угольной пыли 45
4.2.1. Сланцевые заслоны 45
4.2.2 Водяные заслоны 48
4.2.3 Автоматические системы взрывоподавления-локализации
взрывов типа АСВП-ЛВ(.1М) 50
4.3 Неприменяемые типы заслонов: рассредоточенные,
вспомогательные, заслоны с неполной нагрузкой 54
4.4 Анализ эффективности средств локализации взрывов в угольных шахтах 55
4.4.1 Авария, произошедшая 19.03.2007 в филиале «Шахта
«Ульяновская» 56
5 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение 60
5.1. Расчет эколого-экономических затрат на установку СЦВ-7 63
5.2. Расчет дополнительных затрат 66
6 Социальная ответственность 69
6.1 Анализ выявленных основных вредных факторов, влияющих на 69 деятельность шахтера
6.1.1 Воздух и климатические условия 69
6.1.2 Запылённость воздуха, как причина профзаболеваний.
Меры борьбы с пылью 70
6.1.3 Защита от производственного шума и вибрации 72
6.1.4 Освещение 73
6.2. Анализ выявленных опасных производственных факторов 74
6.2.1 Виды аварий в шахтах 74
6.2.2 Особенности взрыва пылегазовых смесей в шахте 75
6.2.3 Газовый и пылевой режимы 77
6.2.4 Методы и средства контроля пылегазового режима 81
6.2.5 Внезапные выбросы угля и газа 85
6.2.6 Рудничные пожары 87
6.2.7 Горные удары 89
6.3 Охрана окружающей среды 90
6.3.1 Воздействие на атмосферу 90
6.3.2 Воздействие на гидросферу 91
6.3.3 Воздействие на литосферу 91
6.4 Защита в чрезвычайных ситуациях 92
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения
безопасности 92
Заключение 98
Список используемых источников 101
В настоящее время борьба со взрывами метана и угольной пыли - одна из актуальнейших проблем обеспечения безопасных условий труда горнорабочих в шахтах, разрабатывающих пласты, опасные по взрывам пыли. При неудовлетворительном состоянии средств пылевзрывозащиты даже локальные взрывы метана или взвешенной угольной пыли, возникшие в каком- либо месте горных выработок, способны распространиться на значительное расстояние.
В последние годы в результате интенсификации угледобычи за счет технического перевооружения угольной промышленности и внедрения высокопроизводительных горных машин при всех усложняющихся горногеологических и горнотехнических условиях резко увеличились пылеобразование и газообильность шахт, что привело к повышенной опасности взрывов.
Ведение проходческих и очистных работ в опасных по выделениям метана и образованиям витающих и отлагающихся на поверхностях тонкодисперсных угольных пылей может привести к воспламенению метановоздушных смесей и взрывам газа и угольной пыли. Особенностью взрывов является неограниченное самораспространение реакции взрывчатого превращения. Все случаи горения в угольных шахтах, начиная от медленных процессов (низкотемпературное окисление и нагревание угля в разрушенных трещинами под воздействием горного давления угольных целиках и в скоплениях угля в выработанном пространстве и т.п.) и кончая быстропротекающими процессами взрывного или детонационного горения метана, обусловлены экзотермическими реакциями окисления органических веществ кислородом воздуха. То есть газовая среда, способная к горению или к распространению взрывного процесса, состоит из горючего компонента и окислителя, которые в процессе горения или взрыва тесно взаимодействуют друг с другом.
Детонационная волна при взрывах - это перманентно подпитываемая энергией взрыва незатухающая ударная волна, которая представляет собой распространяющуюся поверхность детонации, на которой происходит резкий, скачкообразный рост давления, сопровождающийся сжатием, нагревом и изменением скорости движения потока. Таким образом, ударная волна является зоной сжатия, распространяющаяся по среде со скоростью, превышающей скорость звука.
В зависимости от наличия взрывчатой смеси выделяют три вида взрывов (не принимая во внимание выгорание и вспышку метана без последствий и травмирования людей): взрыв метана, взрыв угольной пыли, взрыв метана и угольной пыли. В плане ликвидации аварий на газовой шахте, отрабатывающей пласты, пыль которых опасна по взрывчатости, в ПЛА обычно включают одну позицию «Взрыв метана и угольной пыли», но для каждой выработки (группы выработок) и технологического комплекса по приему угля на поверхности. С целью сокращения числа позиций в ПЛЛ «Взрыв метана и угольной пыли» объединяют с мероприятиями для «Пожара» в одну позицию. На негазовых шахтах совместно расписывают меры для «Взрыва пыли» и «Пожара». Исходя из мощности источника и количества взорвавшегося метана и угольной пыли, взрывы условно разделяют на три категории:
а) слабые взрывы, которые происходят при незначительном местном скоплении метана. В этом случае срываются вентиляционные трубы, выбивается только что поставленная крепь (без разрушения целостности ее элементов). Работающие в выработке люди получают ожоги средней или легкой тяжести и отравление, но остаются живыми. При ведении горных работ и нарушении проветривания бывают выгорание метана, вспышки-хлопки без явных видимых разрушений. При загорании метана, особенно после производства взрывных работ, положение часто усугубляется в результате неправильных действий рабочих и ИТР, которые, обнаружив загорание, отключают электроэнергию и останавливают ВМП;
б) взрывы средней величины, которые обычно возникают при наличии в выработках значительных объемов метана в куполах и слоевых скоплениях. Такой взрыв, например, происшедший в забое проводимой выработки, распространяется на всю выработку, разрушает сланцевые заслоны, крепление, находящиеся в забое люди погибают или получают тяжелые ожоги и отравления;
в) взрывы большой разрушительной силы с катастрофическими последствиями, которые происходят в основном по схеме, аналогичной протеканию взрывов средней величины, с разницей в том, что начальный взрыв метана в данном случае поднимает в воздух большое количество угольной пыли, находящейся на почве, бортах выработок, в пустотах закрепленного пространства, и взрывает ее. По мере распространения взрыва - ударной волны по выработке она поднимает все новые порции пыли, и взрыв иногда распространяется на 5 - 7 км. Взрывы большой силы и с тяжелыми последствиями также происходят в результате выдувания-вытеснения первичным взрывом больших объемов метана из необрушившегося выработанного пространства лавы (купола обрушения), особенно при труднообрушаемых породах кровли. В рассматриваемом случае первоначальный взрыв метана (возможно, даже вспышка) является своеобразным электродетонатором для находящейся в выработке угольной пыли.
Объектом исследования ВКР являлась шахта « Бутовская» и способы локализации взрывов на ней.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы были рассмотрены следующие способы локализации взрывов: водяные, сланцевые и автоматические заслоны. Было установлено, что распространение фронта пламени при взрывах метановоздушной и пылеметановоздушной смесей носит нестационарный, пульсационный характер, не подчиняясь строгой закономерности.
Значительный интерес представляет процесс распространения пламени взрыва угольной пыли на криволинейном участке горной выработки. В некоторых экспериментах при прохождении такого участка в опытной шахте пламя взрыва ускоряется. При этом максимальное ускорение наблюдалось в опыте с пылью пласта k4 , когда на криволинейном участке скорость пламени возросла со 192 до 1650 м/с, т.е. в 8,6 раза.
После выхода на прямую часть выработки скорость, как правило, снижалась, но в отдельных опытах она все же оставалась достаточно высокой и составляла 400-667 м/с.
Вышеизложенные факты необходимо учитывать при выборе средств локализации взрывов метана и угольной пыли.
Установлено, что средство локализации может выполнять свое назначение только при соблюдении двух условий: огнетушащее облако должно перекрыть сечение выработки на участке заданной длины к моменту подхода фронта пламени; в выработке должна быть создана и поддерживаться в течении заданного времени концентрация гасящего вещества не ниже флегматизирующей.
Для автоматических заслонов типа АСВП-ЛВ концентрация огнетушащего вещества в заслоне СП, в зависимости от сечения выработки, в 80-200 раз меньше, чем у пассивных заслонов, при этом время формирования огнетушащего вещества в заслоне t$> меньше в 30 раз, а время его жизни больше чем в 300 раз.
Для повышения эффективности взрывозащиты горных выработок технологические схемы расстановки и выбор средств локализации взрывов метана и угольной пыли должны базироваться на оценке их технических характеристик в зависимости от скорости распространения фронта пламени по сети горных выработок.
Технические характеристики автоматической системы взрывоподавления локализации взрывов (АСВП-ЛВ) обеспечивают локализацию взрыва метана и угольной пыли, фронт пламени которого распространяется со скоростью 40-660 м/с, в то время как пассивные сланцевые заслоны локализуют взрыв, фронт пламени которого распространяется со скоростью 80-235 м/с, а водяные заслоны - 100-285 м/с.
Проведенный анализ аварий на угольных шахтах России и ближнего зарубежья, позволяет сделать следующие выводы:
- применяемые пассивные средства локализации взрывов - сланцевые и водяные заслоны не в состоянии локализовать взрыв метана и угольной пыли. За последние годы на шахтах, защищенных только сланцевыми и водяными заслонами погибло более 300 человек.
- в авариях на шахтах, оснащенных как автоматическими системами взрывоподавления, так и пассивными сланцевыми и водяными заслонами, пострадавшие от взрыва шахтеры находились в выработках, защищенных пассивными сланцевыми и водяными заслонами, а также в областях, не защищенных заслонами. В авариях на шахтах, защищаемых только автоматическими системами взрыв не выходил за пределы аварийного участка и соседние выработки не пострадали. Это позволят констатировать, что взрывозащита, основанная на устаревшем подходе применять пассивные сланцевые и водяные за-слоны, неэффективна.
- в авариях на шахтах, защищённых автоматическими системами, взрыв не развился и не выходил на значительное расстояние от эпицентра в протяженную сеть горных выработок. Это подтверждает эффективность применения автоматических систем локализации взрывов.
Согласно действующим нормативным документам, на угольных шахтах нет допуска к применению рассредоточенных заслонов, заслонов с неполной нагрузкой, а также изъят термин «вспомогательные» заслоны. В настоящее время в горных выработках шахты устанавливают средства взрывозащиты, обеспечивающие локализацию взрывов согласно их техническим характеристикам. Таким образом, действующая нормативная документация регламентирует применять любые допущенные в установленном порядке средства локализации взрывов, в соответствии с их техническими характеристиками.
Если топология горных выработок не позволяет установить сланцевый или водяной заслон с необходимой нормой огнетушащего вещества, следует использовать автоматические системы взрывоподавления-локализации взрывов, которые имеют подходящие габариты.
При этом все обязательные к защите горные выработки обязаны быть защищены взрыволокализующими заслонами.
В разделе «Социальная ответственность» рассмотрены следующие вопросы: рабочее место шахтера, опасные и вредные факторы, влияющие на его здоровье, влияние работы шахты на окружающую среду, защита от взрывов на шахте. В качестве дегазации воздуха был предложен сепаратор СЦВ- 7, который предотвратит повышение концентрации метана в рабочей среде воздуха,а следовательно и сам взрыв.
В экономической части ВКР были рассмотрены затраты на установку СЦВ-7, они составили 146 000 рублей.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
