Brände und Explosionen stellen eine ständige Bedrohung für die Sicherheit der Bergleute und die Produktionskapazität der Bergwerke dar. Bergwerksbrände und -explosionen gehören traditionell zu den verheerendsten Industriekatastrophen.

Ende des XNUMX. Jahrhunderts führten Brände und Explosionen in Bergwerken zu Todesopfern und Sachschäden in einem Ausmaß, das in anderen Industriezweigen seinesgleichen sucht. Bei der Eindämmung dieser Gefahren wurden jedoch deutliche Fortschritte erzielt, wie der Rückgang der in den letzten Jahrzehnten gemeldeten Grubenbrände und -explosionen belegt.

Dieser Artikel beschreibt die grundlegenden Brand- und Explosionsgefahren des Untertagebaus und die erforderlichen Sicherheitsvorkehrungen, um sie zu minimieren. Brandschutzinformationen zu Tagebauen finden Sie an anderer Stelle in dieser Enzyklopädie und in Standards wie denjenigen, die von Organisationen wie der National Fire Protection Association in den Vereinigten Staaten (z. B. NFPA 1996a) verkündet werden.

Ständige Servicebereiche

Permanente Servicebereiche sind naturgemäß mit bestimmten gefährlichen Aktivitäten verbunden, und daher sollten besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Unterirdische Werkstätten und zugehörige Einrichtungen sind eine besondere Gefahr in einem Untertagebergwerk.

Mobile Geräte in Wartungswerkstätten werden regelmäßig als häufige Brandherde angetroffen. Brände an dieselbetriebenen Bergbaumaschinen entstehen typischerweise durch undichte Hochdruck-Hydraulikleitungen, die einen erhitzten Nebel einer leicht brennbaren Flüssigkeit auf eine Zündquelle sprühen können, wie z. B. einen heißen Auspuffkrümmer oder Turbolader (Bickel 1987). Brände auf dieser Art von Ausrüstung können schnell wachsen.

Ein Großteil der in Untertagebergwerken verwendeten mobilen Ausrüstung enthält nicht nur Brennstoffquellen (z. B. Dieselkraftstoff und Hydraulik), sondern auch Zündquellen (z. B. Dieselmotoren und elektrische Ausrüstung). Daher stellt dieses Gerät ein erhebliches Brandrisiko dar. Zusätzlich zu dieser Ausrüstung enthalten Wartungswerkstätten im Allgemeinen eine Vielzahl anderer Werkzeuge, Materialien und Ausrüstungen (z. B. Entfettungsausrüstung), die in jeder mechanischen Werkstattumgebung eine Gefahr darstellen.

Schweiß- und Schneidarbeiten sind eine der Hauptursachen für Brände in Bergwerken. Es ist davon auszugehen, dass diese Aktivität regelmäßig in einem Wartungsbereich stattfindet. Es müssen besondere Vorkehrungen getroffen werden, um sicherzustellen, dass diese Tätigkeiten keine mögliche Zündquelle für einen Brand oder eine Explosion schaffen. Brand- und Explosionsschutzhinweise zu sicheren Schweißverfahren finden Sie an anderer Stelle in dieser Enzyklopädie und in anderen Dokumenten (z. B. NFPA 1994a).

Es sollte erwogen werden, den gesamten Ladenbereich als vollständig geschlossene Struktur aus feuerfester Konstruktion zu gestalten. Dies ist besonders wichtig für Shops, die länger als 6 Monate genutzt werden sollen. Wenn eine solche Anordnung nicht möglich ist, sollte der Bereich durchgehend durch ein automatisches Brandbekämpfungssystem geschützt werden. Dies ist besonders wichtig für Kohlebergwerke, wo es entscheidend ist, jede potenzielle Brandquelle zu minimieren.

Eine weitere wichtige Überlegung für alle Ladenbereiche ist, dass sie direkt in die Luftrückführung entlüftet werden, wodurch die Ausbreitung von Verbrennungsprodukten von Bränden begrenzt wird. Die Anforderungen für diese Art von Einrichtungen sind in Dokumenten wie NFPA 122, Standard für Brandverhütung und Brandbekämpfung in unterirdischen Metall- und Nichtmetallminen, und NFPA 123, Standard für Brandverhütung und Brandbekämpfung in unterirdischen Steinkohlebergwerken (NFPA 1995a, 1995b).

Kraftstoffbuchten und Kraftstofflagerbereiche

Die Lagerung, Handhabung und Verwendung von brennbaren und brennbaren Flüssigkeiten stellt eine besondere Brandgefahr für alle Bereiche des Bergbaus dar.

In vielen Untertagebergwerken werden mobile Geräte normalerweise mit Diesel betrieben, und ein großer Prozentsatz der Brände betrifft den von diesen Maschinen verbrauchten Kraftstoff. In Kohlebergwerken werden diese Brandgefahren durch das Vorhandensein von Kohle, Kohlenstaub und Methan verstärkt.

Die Lagerung von entflammbaren und brennbaren Flüssigkeiten ist ein besonders wichtiges Anliegen, da sich diese Materialien leichter entzünden und Feuer schneller ausbreiten als gewöhnliche Brennstoffe. Sowohl entflammbare als auch brennbare Flüssigkeiten werden in den meisten Nicht-Kohlebergwerken oft in begrenzten Mengen unter Tage gelagert. In einigen Bergwerken befindet sich das Hauptlager für Dieselkraftstoff, Schmieröl und -fett sowie Hydraulikflüssigkeit unter der Erde. Die potenzielle Schwere eines Feuers in einem unterirdischen Lagerbereich für entzündliche und brennbare Flüssigkeiten erfordert äußerste Sorgfalt bei der Gestaltung der Lagerbereiche sowie die Implementierung und strenge Durchsetzung sicherer Betriebsverfahren.

Alle Aspekte der Verwendung entflammbarer und brennbarer Flüssigkeiten stellen herausfordernde Brandschutzbelange dar, einschließlich der Verbringung in den Untergrund, der Lagerung, der Abgabe und der endgültigen Verwendung in Geräten. Die Gefahren und Schutzmaßnahmen für brennbare und brennbare Flüssigkeiten in untertägigen Bergwerken sind an anderer Stelle in diesem Dokument zu finden Enzyklopädie und in NFPA-Standards (z. B. NFPA 1995a, 1995b, 1996b).

Brandschutz

Der Brand- und Explosionsschutz in untertägigen Bergwerken basiert auf den allgemeinen Grundsätzen der Brand- und Explosionsverhütung. Normalerweise beinhaltet dies den Einsatz von Brandschutztechniken mit gesundem Menschenverstand, wie z. B. die Verhinderung des Rauchens, sowie die Bereitstellung integrierter Brandschutzmaßnahmen, um das Wachstum von Bränden zu verhindern, wie z. B. tragbare Feuerlöscher oder Brandfrüherkennungssysteme.

Brand- und Explosionspräventionspraktiken in Bergwerken lassen sich im Allgemeinen in drei Kategorien einteilen: Begrenzung von Zündquellen, Begrenzung von Brennstoffquellen und Begrenzung des Kontakts von Brennstoff und Zündquelle.

Begrenzung der Zündquellen ist vielleicht die einfachste Art, einen Brand oder eine Explosion zu verhindern. Zündquellen, die für den Abbauprozess nicht wesentlich sind, sollten gänzlich verboten werden. So sollten beispielsweise das Rauchen und jegliches offenes Feuer, insbesondere in untertägigen Kohlebergwerken, verboten werden. Alle automatisierten und mechanisierten Geräte, die einem unerwünschten Wärmestau ausgesetzt sein können, wie z. B. Förderbänder, sollten Schlupf- und Sequenzschalter sowie Thermoschutzschalter an Elektromotoren haben. Sprengstoffe stellen eine offensichtliche Gefahr dar, könnten aber auch eine Zündquelle für schwebenden Staub oder gefährliche Gase sein und sollten unter strikter Einhaltung der speziellen Sprengvorschriften verwendet werden.

Die Eliminierung elektrischer Zündquellen ist für die Vermeidung von Explosionen unerlässlich. Elektrische Geräte, die dort betrieben werden, wo Methan, Sulfidstaub oder andere Brandgefahren vorhanden sein können, sollten so konstruiert, konstruiert, getestet und installiert werden, dass ihr Betrieb keinen Grubenbrand oder keine Explosion verursacht. In explosionsgefährdeten Bereichen sollten explosionssichere Gehäuse wie Stecker, Steckdosen und Stromkreisunterbrechungsvorrichtungen verwendet werden. Der Einsatz von eigensicheren elektrischen Betriebsmitteln wird an anderer Stelle näher beschrieben Enzyklopädie und in Dokumenten wie NFPA 70, Nationaler Elektrokodex (NFPA 1996c).

Begrenzung der Brennstoffquellen beginnt mit guter Haushaltsführung, um unsichere Ansammlungen von Müll, öligen Lappen, Kohlenstaub und anderen brennbaren Materialien zu verhindern.

Wenn verfügbar, sollten weniger gefährliche Ersatzstoffe für bestimmte brennbare Materialien wie Hydraulikflüssigkeiten, Förderbänder, Hydraulikschläuche und Belüftungsschläuche verwendet werden (Bureau of Mines 1978). Die hochgiftigen Verbrennungsprodukte, die beim Verbrennen bestimmter Materialien entstehen können, erfordern oft weniger gefährliche Materialien. Beispielsweise wurde Polyurethanschaum früher in Untertagebergwerken häufig für Lüftungsdichtungen verwendet, wurde jedoch in jüngerer Zeit in vielen Ländern verboten.

Bei Explosionen in unterirdischen Kohlenminen sind typischerweise Kohlenstaub und Methan die beteiligten Primärbrennstoffe. Methan kann auch in Nichtkohlebergwerken vorhanden sein und wird am häufigsten durch Verdünnung mit Ventilationsluft und Absaugung aus der Mine gehandhabt (Timmons, Vinson und Kissell 1979). Bei Kohlenstaub wird alles unternommen, um die Staubentwicklung in den Bergbauprozessen zu minimieren, aber die winzige Menge, die für eine Kohlenstaubexplosion benötigt wird, ist fast unvermeidlich. Eine Staubschicht auf dem Boden, die nur 0.012 mm dick ist, löst eine Explosion aus, wenn sie in der Luft schwebt. So trägt das Bestäuben von Gestein mit einem inerten Material wie Kalksteinmehl, Dolomit oder Gips (Gesteinsmehl) dazu bei, Kohlenstaubexplosionen zu verhindern.

Begrenzung des Kraftstoff- und Zündquellenkontakts hängt davon ab, dass ein Kontakt zwischen der Zündquelle und der Brennstoffquelle verhindert wird. Wenn beispielsweise Schweiß- und Schneidarbeiten nicht in feuerfesten Gehäusen durchgeführt werden können, ist es wichtig, dass Bereiche nass gemacht und in der Nähe befindliche brennbare Materialien mit feuerfesten Materialien abgedeckt oder verlegt werden. Feuerlöscher sollten leicht verfügbar sein und eine Brandwache sollte so lange wie nötig postiert sein, um sich vor Schwelbränden zu schützen.

Bereiche mit einer hohen Belastung durch brennbare Materialien, wie Holzlagerbereiche, Sprengstoffmagazine, Lagerbereiche für entzündliche und brennbare Flüssigkeiten und Geschäfte, sollten so gestaltet werden, dass mögliche Zündquellen minimiert werden. Bei mobilen Geräten sollten Hydraulikflüssigkeits-, Kraftstoff- und Schmiermittelleitungen von heißen Oberflächen, elektrischen Geräten und anderen möglichen Zündquellen entfernt verlegt werden. Es sollten Spritzschutzvorrichtungen installiert werden, um Spritzer brennbarer Flüssigkeiten aus unterbrochenen Materialleitungen von potenziellen Zündquellen abzulenken.

Brand- und Explosionsschutzanforderungen für Bergwerke sind in NFPA-Dokumenten (z. B. NFPA 1992a, 1995a, 1995b) klar umrissen.

Brandmelde- und Warnsysteme

Die verstrichene Zeit zwischen dem Ausbruch eines Feuers und seiner Erkennung ist kritisch, da Brände schnell an Größe und Intensität zunehmen können. Die schnellste und zuverlässigste Brandanzeige erfolgt durch fortschrittliche Branderkennungs- und Warnsysteme mit empfindlichen Hitze-, Flammen-, Rauch- und Gasanalysatoren (Griffin 1979).

Die Detektion von Gas oder Rauch ist der kostengünstigste Ansatz, um eine Brandmeldeabdeckung über einen großen Bereich oder über die gesamte Mine bereitzustellen (Morrow und Litton 1992). Thermische Brandmeldesysteme werden üblicherweise für unbeaufsichtigte Geräte installiert, z. B. über Förderbändern. Schneller wirkende Brandmeldegeräte gelten als geeignet für bestimmte Bereiche mit hoher Gefährdung, wie z. B. Lagerbereiche für entzündliche und brennbare Flüssigkeiten, Tankstellen und Geschäfte. In diesen Bereichen werden häufig optische Flammendetektoren verwendet, die entweder von einem Feuer emittierte ultraviolette oder infrarote Strahlung erfassen.

Alle Bergleute sollten gewarnt werden, sobald ein Feuer entdeckt wurde. Telefone und Boten werden manchmal verwendet, aber Bergleute sind oft weit entfernt von Telefonen und sie sind oft weit verstreut. In Kohlebergwerken sind die gebräuchlichsten Mittel zur Brandwarnung das Abschalten der Stromversorgung und die anschließende Benachrichtigung per Telefon und Boten. Dies ist keine Option für Nicht-Kohlebergwerke, wo so wenige Geräte elektrisch betrieben werden. Gestankwarnung ist eine übliche Methode der Notfallkommunikation in Untertageminen, die keine Kohle sind (Pomroy und Muldoon 1983). Spezielle drahtlose Hochfrequenz-Kommunikationssysteme wurden auch erfolgreich sowohl in Kohle- als auch in Nicht-Kohleminen eingesetzt (Bureau of Mines 1988).

Das Hauptanliegen während eines unterirdischen Feuers ist die Sicherheit des unterirdischen Personals. Brandfrüherkennung und -warnung ermöglichen die Einleitung eines Notfallplans im Bergwerk. Ein solcher Plan stellt sicher, dass die notwendigen Aktivitäten wie Evakuierung und Brandbekämpfung durchgeführt werden. Um eine reibungslose Umsetzung des Notfallplans zu gewährleisten, sollten die Bergleute umfassend in Notfallverfahren geschult und regelmäßig umgeschult werden. Brandschutzübungen, einschließlich der Aktivierung des Minenwarnsystems, sollten häufig durchgeführt werden, um die Ausbildung zu verstärken und Schwachstellen im Notfallplan zu identifizieren.

Weitere Informationen zu Brandmelde- und Warnsystemen finden Sie an anderer Stelle in dieser Enzyklopädie und in NFPA-Dokumenten (z. B. NFPA 1995a, 1995b, 1996d).

Fire Suppression

Die gebräuchlichsten Arten von Feuerlöschgeräten, die in Untertagebergwerken verwendet werden, sind tragbare Handfeuerlöscher, Wasserschlauchleitungen, Sprinkleranlagen, Gesteinsstaub (manuell oder von einer Gesteinsstaubmaschine) und Schaumgeneratoren. Die gebräuchlichste Art von tragbaren Handfeuerlöschern sind typischerweise solche, die Mehrzweck-Trockenchemikalien verwenden.

Feuerunterdrückungssysteme, entweder manuell oder automatisch, werden immer häufiger für mobile Geräte, Lagerbereiche für brennbare Flüssigkeiten, Förderbandantriebe und elektrische Installationen verwendet (Grannes, Ackerson und Green 1990). Die automatische Feuerunterdrückung ist besonders wichtig für unbeaufsichtigte, automatisierte oder ferngesteuerte Geräte, bei denen kein Personal anwesend ist, um ein Feuer zu erkennen, ein Feuerunterdrückungssystem zu aktivieren oder Feuerlöschmaßnahmen einzuleiten.

Die Explosionsunterdrückung ist eine Variante der Brandunterdrückung. Einige europäische Kohlebergwerke nutzen diese Technologie in Form von passiven oder ausgelösten Barrieren in begrenztem Umfang. Passive Barrieren bestehen aus Reihen großer Wannen mit Wasser oder Gesteinsstaub, die an der Decke eines Mineneingangs aufgehängt sind. Bei einer Explosion löst die Druckfront, die der Ankunft der Flammenfront vorausgeht, das Ablassen des Inhalts der Wannen aus. Die dispergierten Löschmittel löschen die Flamme, wenn sie durch den durch das Sperrsystem geschützten Eingang strömt. Ausgelöste Barrieren verwenden eine elektrisch oder pneumatisch betriebene Betätigungsvorrichtung, die durch die Hitze, Flamme oder den Druck der Explosion ausgelöst wird, um Unterdrückungsmittel freizusetzen, die in Druckbehältern gelagert werden (Hertzberg 1982).

Brände im fortgeschrittenen Stadium sollten nur von gut ausgebildeten und speziell ausgerüsteten Löschteams bekämpft werden. Wenn in einem Untertagebergwerk große Kohle- oder Holzflächen brennen und die Brandbekämpfung durch ausgedehnte Dacheinbrüche, Belüftungsunsicherheiten und Ansammlungen von explosivem Gas erschwert wird, sollten besondere Maßnahmen ergriffen werden. Die einzigen praktischen Alternativen können die Inertisierung mit Stickstoff, Kohlendioxid, den Verbrennungsprodukten eines Inertgasgenerators oder das Fluten mit Wasser oder das Abdichten eines Teils oder der gesamten Mine sein (Ramaswatny und Katiyar 1988).

Weitere Informationen zur Brandbekämpfung finden Sie an anderer Stelle in dieser Enzyklopädie und in verschiedenen NFPA-Dokumenten (z. B. NFPA 1994b, 1994c, 1994d, 1995a, 1995b, 1996e, 1996f, 1996g).

Brandschutz

Brandschutz ist ein grundlegender Kontrollmechanismus für jede Art von Industrieanlage. Mittel zum Eingrenzen oder Begrenzen eines Feuers in einer unterirdischen Mine können dazu beitragen, eine sicherere Evakuierung der Mine zu gewährleisten und die Gefahren der Brandbekämpfung zu verringern.

Für untertägige Kohlebergwerke sollten Öl und Fett in geschlossenen, feuerfesten Behältern gelagert werden, und die Lagerbereiche sollten feuerfest gebaut sein. Trafostationen, Batterieladestationen, Luftkompressoren, Umspannwerke, Geschäfte und andere Installationen sollten in feuerbeständigen Bereichen oder in feuerfesten Konstruktionen untergebracht werden. Unbeaufsichtigte elektrische Geräte sollten auf nicht brennbaren Oberflächen montiert und von Kohle und anderen brennbaren Materialien getrennt oder durch ein Feuerlöschsystem geschützt werden.

Materialien zum Bau von Schotten und Dichtungen, einschließlich Holz, Stoff, Sägen, Nägel, Hämmer, Gips oder Zement und Gesteinsstaub, sollten für jeden Arbeitsbereich leicht verfügbar sein. In unterirdischen Bergwerken, die keine Kohle sind, sollten Öl, Fett und Dieselkraftstoff in dicht verschlossenen Behältern in feuerfesten Bereichen in sicherer Entfernung von Sprengstoffmagazinen, elektrischen Anlagen und Schachtstationen gelagert werden. Lüftungsabsperrungen und Brandschutztüren sind in bestimmten Bereichen erforderlich, um die Ausbreitung von Feuer, Rauch und toxischen Gasen zu verhindern (Ng und Lazzara 1990).

Reagenzienlagerung (Mühlen)

Betriebe, die zur Verarbeitung des in einem Bergbaubetrieb produzierten Erzes verwendet werden, können zu bestimmten gefährlichen Bedingungen führen. Zu den Bedenken gehören bestimmte Arten von Staubexplosionen und Bränden im Zusammenhang mit dem Betrieb von Förderbändern.

Die durch Reibung zwischen einem Förderband und einer Antriebsrolle oder einer Umlenkrolle erzeugte Wärme ist ein Problem und kann durch die Verwendung von Sequenz- und Schlupfschaltern angegangen werden. Diese Schalter können effektiv zusammen mit Thermoschutzschaltern an Elektromotoren verwendet werden.

Mögliche Explosionen können durch Eliminieren elektrischer Zündquellen verhindert werden. Elektrische Geräte, die dort betrieben werden, wo Methan, Sulfidstaub oder andere gefährliche Umgebungen vorhanden sein können, sollten so konstruiert, konstruiert, getestet und installiert werden, dass ihr Betrieb keinen Brand oder keine Explosion verursacht.

Exotherme Oxidationsreaktionen können sowohl in Kohle- als auch in Metallsulfiderzen auftreten (Smith und Thompson 1991). Wenn die durch diese Reaktionen erzeugte Wärme nicht abgeführt wird, steigt die Temperatur der Gesteinsmasse oder des Haufens. Wenn die Temperaturen hoch genug werden, kann es zu einer schnellen Verbrennung von Kohle, Sulfidmineralien und anderen Brennstoffen kommen (Ninteman 1978). Selbstentzündungsbrände treten zwar relativ selten auf, sind aber im Allgemeinen recht störend für den Betrieb und schwer zu löschen.

Die Verarbeitung von Kohle ist besonders besorgniserregend, da sie von Natur aus eine Brennstoffquelle ist. Brand- und Explosionsschutzhinweise zum sicheren Umgang mit Kohle finden Sie an anderer Stelle in dieser Enzyklopädie und in NFPA-Dokumenten (z. B. NFPA 1992b, 1994e, 1996h).

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