Пожары и взрывы представляют постоянную угрозу безопасности горняков и производительности шахт. Пожары и взрывы на шахтах традиционно входят в число самых разрушительных техногенных катастроф.
В конце девятнадцатого века пожары и взрывы в шахтах привели к гибели людей и материальному ущербу в масштабах, не имеющих себе равных в других отраслях промышленности. Тем не менее, был достигнут явный прогресс в борьбе с этими опасностями, о чем свидетельствует снижение количества пожаров и взрывов в шахтах, о которых сообщалось в последние десятилетия.
В этой статье описываются основные опасности пожаров и взрывов при подземных горных работах и меры предосторожности, необходимые для их сведения к минимуму. Информацию о противопожарной защите наземных мин можно найти в другом месте в этом документе. Энциклопедия и в стандартах, подобных тем, которые обнародованы такими организациями, как Национальная ассоциация противопожарной защиты США (например, NFPA 1996a).
Постоянные зоны обслуживания
По своему характеру зоны постоянного обслуживания связаны с определенными опасными видами деятельности, и поэтому следует принимать особые меры предосторожности. Подземные ремонтные мастерские и связанные с ними объекты представляют особую опасность в подземной шахте.
Мобильное оборудование в ремонтных мастерских регулярно оказывается частым источником пожаров. Пожары на горнодобывающем оборудовании с дизельным двигателем обычно возникают из-за утечки гидравлических линий высокого давления, которые могут распылять нагретый туман легковоспламеняющейся жидкости на источник воспламенения, такой как горячий выпускной коллектор или турбокомпрессор (Bickel 1987). Пожары на таком оборудовании могут быстро разрастаться.
Большая часть мобильного оборудования, используемого в подземных шахтах, содержит не только источники топлива (например, дизельное топливо и гидравлика), но и источники возгорания (например, дизельные двигатели и электрооборудование). Таким образом, это оборудование представляет значительный риск возгорания. В дополнение к этому оборудованию в ремонтных мастерских обычно имеется множество других инструментов, материалов и оборудования (например, оборудование для обезжиривания), которые представляют опасность в условиях любого механического цеха.
Сварочные и режущие работы являются основной причиной пожаров в шахтах. Можно ожидать, что эта деятельность будет происходить регулярно в зоне технического обслуживания. Необходимо принять особые меры предосторожности, чтобы гарантировать, что эти действия не создадут возможный источник воспламенения для пожара или взрыва. Информацию о пожаро- и взрывобезопасности, относящуюся к безопасным методам сварки, можно найти в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в других документах (например, NFPA 1994a).
Следует обратить внимание на то, чтобы сделать всю площадь магазина полностью закрытой конструкцией из огнестойкой конструкции. Это особенно важно для магазинов, предназначенных для использования более 6 месяцев. Если такое расположение невозможно, то площадь должна быть защищена на всем протяжении автоматической системой пожаротушения. Это особенно важно для угольных шахт, где очень важно свести к минимуму любой потенциальный источник возгорания.
Еще одним важным соображением для всех цеховых помещений является то, что они должны вентилироваться непосредственно на возврат воздуха, что ограничивает распространение продуктов сгорания от любого пожара. Требования к объектам такого типа четко изложены в таких документах, как NFPA 122, Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных шахтах по добыче металлов и неметаллови NFPA 123, Стандарт по предотвращению пожаров и борьбе с ними в подземных угольных шахтах (NFPA 1995a, 1995b).
Топливные отсеки и зоны хранения топлива
Хранение, обращение и использование легковоспламеняющихся и горючих жидкостей представляют особую пожароопасность для всех секторов горнодобывающей промышленности.
Во многих подземных шахтах мобильное оборудование обычно работает на дизельном топливе, и большая часть пожаров связана с топливом, используемым этими машинами. В угольных шахтах эти пожароопасности усугубляются наличием угля, угольной пыли и метана.
Хранение легковоспламеняющихся и горючих жидкостей является особенно важной проблемой, поскольку эти материалы легче воспламеняются и быстрее распространяют огонь, чем обычные горючие вещества. Как легковоспламеняющиеся, так и горючие жидкости часто хранятся под землей в большинстве неугольных шахт в ограниченных количествах. На некоторых шахтах основное хранилище дизельного топлива, смазочных масел и смазок, а также гидравлической жидкости находится под землей. Потенциальная серьезность пожара в подземном хранилище легковоспламеняющихся и горючих жидкостей требует чрезвычайной осторожности при проектировании хранилищ, а также внедрения и строгого соблюдения правил безопасной эксплуатации.
Все аспекты использования легковоспламеняющихся и горючих жидкостей представляют собой серьезные проблемы с противопожарной защитой, включая передачу в подземные хранилища, хранение, дозирование и конечное использование в оборудовании. Опасности и методы защиты от легковоспламеняющихся и горючих жидкостей в подземных шахтах можно найти в другом месте в этом Энциклопедия и в стандартах NFPA (например, NFPA 1995a, 1995b, 1996b).
Предупреждение об огне
Безопасность при пожарах и взрывах в подземных шахтах основывается на общих принципах предотвращения пожаров и взрывов. Обычно это включает в себя использование разумных методов пожарной безопасности, таких как предотвращение курения, а также обеспечение встроенных мер противопожарной защиты для предотвращения распространения огня, таких как переносные огнетушители или системы раннего обнаружения пожара.
Практика предотвращения пожаров и взрывов в шахтах обычно делится на три категории: ограничение источников воспламенения, ограничение источников топлива и ограничение контакта топлива с источником воспламенения.
Ограничение источников воспламенения пожалуй, самый простой способ предотвратить пожар или взрыв. Источники воспламенения, не являющиеся необходимыми для процесса добычи, должны быть полностью запрещены. Например, курение и любой открытый огонь, особенно в подземных угольных шахтах, должны быть запрещены. Все автоматизированное и механизированное оборудование, которое может подвергаться нежелательному нагреву, такое как конвейеры, должно иметь выключатели проскальзывания и последовательности, а также термовыключатели на электродвигателях. Взрывчатые вещества представляют очевидную опасность, но они также могут быть источником воспламенения взвешенной пыли опасного газа и должны использоваться в строгом соответствии со специальными правилами взрывных работ.
Устранение источников электрического воспламенения необходимо для предотвращения взрывов. Электрооборудование, работающее там, где может присутствовать метан, сульфидная пыль или другие опасности возгорания, должно быть спроектировано, сконструировано, испытано и установлено таким образом, чтобы его работа не вызывала пожара или взрыва в шахте. Во взрывоопасных зонах следует использовать взрывозащищенные корпуса, такие как вилки, розетки и устройства отключения цепи. Использование искробезопасного электрооборудования более подробно описано в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в таких документах, как NFPA 70, Национальный электрический кодекс (NFPA 1996с).
Ограничение источников топлива начинается с хорошей уборки, чтобы предотвратить небезопасные скопления мусора, промасленных тряпок, угольной пыли и других горючих материалов.
По возможности следует использовать менее опасные заменители некоторых горючих материалов, таких как гидравлические жидкости, конвейерные ленты, гидравлические шланги и вентиляционные трубы (Bureau of Mines 1978). Высокотоксичные продукты горения, которые могут возникнуть в результате сжигания некоторых материалов, часто требуют менее опасных материалов. Например, полиуретановая пена ранее широко использовалась в подземных шахтах для вентиляционных уплотнений, но в последнее время она запрещена во многих странах.
При взрывах в подземных угольных шахтах угольная пыль и метан обычно являются основными видами топлива. Метан также может присутствовать в неугольных шахтах, и чаще всего с ним обращаются путем разбавления вентиляционным воздухом и вытяжки из шахты (Timmons, Vinson and Kissell 1979). Что касается угольной пыли, предпринимаются все попытки свести к минимуму образование пыли в процессе добычи, но небольшое количество пыли, необходимое для взрыва угольной пыли, почти неизбежно. Слой пыли на полу толщиной всего 0.012 мм вызовет взрыв, если его повесить в воздухе. Таким образом, каменная пыль с использованием инертного материала, такого как измельченный известняк, доломит или гипс (каменная пыль), поможет предотвратить взрывы угольной пыли.
Ограничение контакта с топливом и источником воспламенения зависит от предотвращения контакта между источником воспламенения и источником топлива. Например, когда сварка и резка не могут быть выполнены в пожаробезопасных корпусах, важно, чтобы зоны были увлажнены, а близлежащие горючие материалы были покрыты огнестойкими материалами или перемещены. Огнетушители должны быть легко доступны, а пожарная вахта должна находиться столько времени, сколько необходимо для защиты от тлеющего огня.
Участки с высокой загрузкой горючих материалов, такие как склады древесины, склады взрывчатых веществ, склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей и магазины, должны быть спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму возможные источники воспламенения. Передвижное оборудование должно иметь трубопроводы для гидравлической жидкости, топлива и смазки, проложенные вдали от горячих поверхностей, электрооборудования и других возможных источников воспламенения. Должны быть установлены брызговики, чтобы отводить брызги горючей жидкости от разорванных трубопроводов от потенциальных источников воспламенения.
Требования по предотвращению пожаров и взрывов для шахт четко изложены в документах NFPA (например, NFPA 1992a, 1995a, 1995b).
Системы обнаружения и оповещения о пожаре
Время, прошедшее между началом пожара и его обнаружением, имеет решающее значение, поскольку пожары могут быстро увеличиваться в размерах и интенсивности. Наиболее быстрое и надежное обнаружение пожара обеспечивается с помощью усовершенствованных систем обнаружения и предупреждения о возгорании, использующих чувствительные анализаторы тепла, пламени, дыма и газа (Griffin 1979).
Обнаружение газа или дыма является наиболее экономичным подходом к обнаружению пожара на большой площади или во всей шахте (Морроу и Литтон, 1992 г.). Тепловые системы обнаружения пожара обычно устанавливаются на оставленном без присмотра оборудовании, например, над конвейерными лентами. Устройства обнаружения пожара более быстрого действия считаются подходящими для определенных зон повышенной опасности, таких как склады легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, зоны заправки топливом и магазины. В этих областях часто используются оптические датчики пламени, которые обнаруживают ультрафиолетовое или инфракрасное излучение, испускаемое огнем.
Все майнеры должны быть предупреждены после обнаружения пожара. Иногда используются телефоны и мессенджеры, но майнеры часто удалены от телефонов и часто разбросаны по разным местам. В угольных шахтах наиболее распространенными средствами оповещения о пожаре являются отключение электроэнергии и последующее оповещение по телефону и через мессенджеры. Это не вариант для неугольных шахт, где так мало оборудования питается от электричества. Предупреждение о зловонии является распространенным методом экстренной связи в неугольных подземных шахтах (Помрой и Малдун, 1983). Специальные системы беспроводной радиочастотной связи также успешно использовались как в угольных, так и в других шахтах (Bureau of Mines, 1988).
Главной задачей при подземном пожаре является безопасность подземного персонала. Раннее обнаружение пожара и предупреждение позволяют инициировать план действий в чрезвычайных ситуациях в шахте. Такой план гарантирует выполнение необходимых действий, таких как эвакуация и тушение пожара. Для обеспечения беспрепятственного выполнения плана действий в чрезвычайных ситуациях горняки должны проходить всестороннюю подготовку и периодическую переподготовку по действиям в чрезвычайных ситуациях. Противопожарные учения, завершающиеся активацией системы оповещения о минах, следует проводить часто, чтобы усилить подготовку и выявить слабые места в плане действий в чрезвычайных ситуациях.
Дополнительную информацию о системах обнаружения и оповещения о пожаре можно найти в других разделах этого руководства. Энциклопедия и в документах NFPA (например, NFPA 1995a, 1995b, 1996d).
Тушение пожара
Наиболее распространенными типами средств пожаротушения, используемых в подземных шахтах, являются переносные ручные огнетушители, водопроводные шланги, спринклерные системы, каменная пыль (вносимая вручную или с помощью каменной пыли) и генераторы пены. Наиболее распространенный тип портативных ручных огнетушителей — это, как правило, те, в которых используются многоцелевые сухие химикаты.
Системы пожаротушения, как ручные, так и автоматические, становятся все более распространенными для мобильного оборудования, мест хранения горючих жидкостей, приводов ленточных конвейеров и электрических установок (Grannes, Ackerson and Green 1990). Автоматическое пожаротушение особенно важно для необслуживаемого, автоматизированного оборудования или оборудования с дистанционным управлением, где нет персонала, который мог бы обнаружить пожар, активировать систему пожаротушения или инициировать операции по тушению пожара.
Подавление взрыва является разновидностью пожаротушения. Некоторые европейские угольные шахты используют эту технологию в виде пассивных или активируемых барьеров на ограниченной основе. Пассивные барьеры состоят из рядов больших ванн с водой или каменной пылью, подвешенных к крыше входа в шахту. При взрыве фронт давления, предшествующий приходу фронта пламени, вызывает сброс содержимого ванн. Рассеянные средства пожаротушения гасят пламя при его прохождении через вход, защищенный барьерной системой. В триггерных барьерах используется приводное устройство с электрическим или пневматическим приводом, которое приводится в действие теплом, пламенем или давлением взрыва для высвобождения реагентов подавления, хранящихся в контейнерах под давлением (Hertzberg 1982).
С пожарами, достигшими запущенной стадии, должны бороться только хорошо обученные и специально оснащенные пожарные бригады. Если в подземной шахте горят большие площади угля или древесины, а тушение пожара осложнено обширными обвалами кровли, неустойчивостью вентиляции и скоплением взрывоопасного газа, следует принять специальные меры. Единственными практическими альтернативами могут быть инертизация азотом, двуокисью углерода, продуктами сгорания генератора инертного газа или затопление водой или герметизация части или всей шахты (Ramaswatny and Katiyar 1988).
Дополнительную информацию о пожаротушении можно найти в других разделах этого руководства. Энциклопедия и в различных документах NFPA (например, NFPA 1994b, 1994c, 1994d, 1995a, 1995b, 1996e, 1996f, 1996g).
Сдерживание пожара
Сдерживание пожара является основным механизмом контроля для любого типа промышленного объекта. Средства локализации или ограничения подземного горного пожара могут помочь обеспечить более безопасную эвакуацию шахты и снизить опасность тушения пожара.
Для подземных угольных шахт масло и жир должны храниться в закрытых огнестойких контейнерах, а складские помещения должны иметь огнестойкую конструкцию. Трансформаторные подстанции, станции зарядки аккумуляторов, воздушные компрессоры, подстанции, цеха и другие установки следует размещать в огнеупорных помещениях или в несгораемых конструкциях. Необслуживаемое электрооборудование должно быть установлено на негорючих поверхностях и отделено от угля и других горючих материалов или защищено системой пожаротушения.
Материалы для строительства переборок и уплотнений, включая дерево, ткань, пилы, гвозди, молотки, гипс или цемент и каменную пыль, должны быть легко доступны для каждого рабочего участка. В подземных неугольных шахтах масло, жир и дизельное топливо должны храниться в герметично закрытых емкостях в огнеупорных помещениях на безопасном расстоянии от складов взрывчатых веществ, электроустановок и шахтных станций. В определенных зонах требуются вентиляционные барьеры и противопожарные двери для предотвращения распространения огня, дыма и ядовитых газов (Ng and Lazzara 1990).
Хранилище реагентов (мельницы)
Операции, которые используются для обработки руды, добытой при добыче полезных ископаемых, могут привести к возникновению определенных опасных условий. Среди проблем есть определенные типы взрывов пыли и пожаров, связанных с работой конвейера.
Тепло, выделяемое трением между конвейерной лентой и ведущим роликом или натяжным роликом, представляет собой проблему, и ее можно решить с помощью переключателей последовательности и проскальзывания. Эти выключатели можно эффективно использовать вместе с термовыключателями на электродвигателях.
Возможные взрывы можно предотвратить, устранив источники электрического воспламенения. Электрооборудование, работающее там, где могут присутствовать метан, сульфидная пыль или другие опасные среды, должно быть спроектировано, сконструировано, испытано и установлено таким образом, чтобы его работа не вызывала пожара или взрыва.
Экзотермические реакции окисления могут происходить как в угле, так и в сульфидных рудах металлов (Смит и Томпсон, 1991 г.). Когда тепло, выделяемое этими реакциями, не рассеивается, температура горной массы или сваи повышается. Если температура станет достаточно высокой, может произойти быстрое возгорание угля, сульфидных минералов и других горючих материалов (Ninteman 1978). Хотя самопроизвольные возгорания возникают относительно редко, они, как правило, сильно мешают работе и их трудно тушить.
Особую озабоченность вызывает переработка угля, поскольку по своей природе он является источником топлива. Информацию о пожаро- и взрывобезопасности, связанную с безопасным обращением с углем, можно найти в других разделах настоящего руководства. Энциклопедия и в документах NFPA (например, NFPA 1992b, 1994e, 1996h).