НПАОП 10.0-7.05-90 Руководство по борьбе с эндогенными пожарами на шахтах Минуглепрома СССР

Р = 0,5 + Ф[(х-0,206)/0,037],

где Ф(u ) - интегральная функция Лапласа (u = [(х-0,206)/0,037]

x - средняя частота пожаров по учитываемым факторам

16

(х = 1/16 Σ Р) .

1

2.4. Группирование шахтопластов (выемочных полей, участков) до степени эндогенной пожароопасности

Для склонных к самовозгоранию шахтопластов угля (выемочных полей) ВНИИГД устанавливает группу эндогенной пожароопасности.

Шахтопласты (выемочные поля) по эндогенной пожароопасности подразделяются на три группы:I - особоопасные щахтопласты (вы­емочные поля) - Р= 0,75...1,0;II - опасные шахтопласты (выемочные поля) — Р= 0,45...0,75;III - малоопасные шахтопласты (выемоч­ные поля) - Р= 0,12...0,46.

Ежегодно в производственном объединении составляется и на­правляется во ВНИИГД на согласование список предусмотренных к отработке или подготовке шахтопластов угля, склонного к самовосгоранию. К списку долены быть приложены планы горных выработок по перечисленным шахтопластам. Согласованные с ВНИИГД и ВГСО и утвержденные техническим директором производственного объеди­нения списки шахтопластов (выемочных полей) до 15 декабря рас­сылаются шахтам, штабам ВГСЧ, РГТИ, Управлению округа Госгортехнадзора.

При определенных условиях (не обработанный антипирогеном и неубранный уголь в полостях внезапных выбросов, систематические прососы воздуха через выработанное пространство, длительное нахождение отслоившегося угля за крепью горных выработок и т.п.) возможно возникновение эндогенных пожаров на выемочных полях шахтопластов угля, не сколонного к самовозгоранию. В случае возникновения эндогенного пожара (до получения заключения ВНИИГД о склонности данного пласта к самовозгоранию) отработку выемочного участка производить в соответствии с мероприятиями, согла­сованными с ВГСЧ и утвержденными техническим директором производ­ственного объединения. В основу мероприятий должны быть положена предложения комиссии, расследовавшей данную аварию.

3. ПРОФИЛАКТИКА ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ

3.1. Предупреждение эндогенных пожаров о помощью антипирогенов

Одной из мер профилактики эндогенных пожаров является приме­нение антипирогенов - веществ, препятствующих реакции окисления угля кислородом воздуха и, как следствие, тормозящих процессы самонагревания.

Свойствами антипирогенов обладает большое количество орга­нических и неорганических веществ. В зависимости от механизма действия они подразделяются на вещества, оказывающие химическое и механическое воздействия на уголь.

Химическое (ингибирующее) воздействие веществ заключается: в их взаимодействии о активными центрами на поверхности угля; в снижении реакционной способности этих центров к кислороду; образовании малоактивных радикалов, замедляющих стадию зарождения цеди; уменьшении катализирующего воздействия минеральных включе­ний на процесс окисления угля.

Механическое действие антипирогенов заключается в способно­сти образовывать молекулярные пленки, экранирующие активные центры и предотвращающие доступ кислорода воздуха к реагирующей поверхности угля.

В зависимости от выбранной технологической схемы могут при­меняться твердые (порошкообразные), жидкие (растворы или суспен­зии, пленко- и гелеобразующие жидкости) и газообразные антипирогены. Газообразные антипирогены из-за отсутствия надежной техно­логии применения распространения не получили.

Твердые (порошкообразные) антипирогены наносятся при помощи распылителей на поверхность разрыхленного угля или путем нагне­тания порошкообразных автипирогенов в шпуры и скважины, пробу­ренные в целиках угля.

При выборе антипирогенов необходимо руководствоваться сле­дующими требованиями - эффективностью их по отношению к углю данного шахтопласта, нетоксичностью, пожаробезопасностью, недефицитностью, низкой стоимостью.

В соответствии с разработанной ВостНИИ технологией порошко­образные антипирогены нагнетаются в предварительно пробуренные скважины (диаметр 112 мм и длина 24 м) межгоризонтных целиков угля, обретаемых над щитом. При пуске щита целик обращается, про­исходит перемешивание угля с антипирогеном и на щитовом перекры­тии образуется масса, состоящая из смеси угля, антипирогена и породы. В качестве антипирогена применяется состав, состоящий из диамоний фосфата - 10...30 в.ч. и карбамида - 90...70 в.ч. При напылении порошкообразных антипирогенов на поверхность разрыхленного угля используют хлористый магний. Величина добавки антипирогена устанавливается в зависимости от склонности угля к самовоз­горанию и метаморфизма угля. С повышением химической активности и уменьшением степени метаморфизма угля величина добавки антипирогена увеличивается. Порошкообразный анткпироген нагнетается в скважины установкой УНПА, разработанной ВостНИИ.

Установка УНПА представляет собой комплекс оборудования, состоящий на пиевмозарядчика "ВАХШ-7ДМ" с дистанционным разгружателем, пульта управления, отсека для хранения шланга, смонтирован­ных на платформе шахтной 3-тонной вагонетки. В состав комплекса входит шахтный компрессор и вагонетка для доставки антипирогена.

Техническая характеристика УНПА

Производительность, кг/мин 50

Вместимость бункера, кг 1200

Вместимость пневмозарядчика, кг 45

Давление сжатого воздуха, Ша 0,8

Управление Дистанционное

Дальность транспортирования, м:

по вертикали 40

по горизонтали 60

Габаритные размеры, мм:

длина 3450

высота 1350

Масса установки в незаряженном состоянии, кг 2500

Применение жидких антипирогенов (растворов или суспензий) позволяет не только снизить химическую активность угля, во и по* витает его теплоемкость и теплопроводность, что в определенных

условиях играет решающую роль в торможении процесса самонагревания угля. Жидкие антипирогены в большинстве случаев применяются для нагнетания юс в целики угля через шпуры пая скважины с по­мощью насосов с применением герметизаторов. Расстояние между шпурами нужно выбирать в каждом конкретном случае опытным путем» при этом необходимо обеспечивать наиболее полную объемную пропитку целиков угля. В качестве антипирогенов используют раствора и сус­пензии кислот, щелочей, солей различных кислот, жидкого стекла, извести, карбамида, флотоагентов, смолы и других веществ. Эффек­тивность действия антипирогенов значительно повышают добавки по­верхностно-активных веществ, которые способствуют проникновению растворов в поры угля и снижают его газопроницаемость. В зависи­мости от трещиноватости целиков угля, вязкости раствора и времени нагнетания давление нагнетания и расход могут колебаться в очень широких пределах от 0,1 до 12 МПа и 5...40 л/мин соответственно. Этим требованиям отвечают насосы типа УНР-02 или УНВ-2 и герме­тизаторы ГАС-4,5, ГА-4, "Таурус".

Техническая характеристика

насосной установки УНР-02

Подача, л/мин 0...55

Давление, МПа, не более 30

Ношнаяьная мовдость, кВт, не более 10

Напряжение, В 380/660

Габаритные размеры, мм:

длина 1600

ширина 700

высота 760

Масса установки, кг, не более 600

В комплект поставки установки входит герметизатор "Таурус", При обработке трещиноватых целиков и разрыхленного угля рекомендуется вспучивающаяся гелеобразная композиция на основе карбамидно-формальдегидной смолы о бишофитом, образующая на по­верхности угля эластичную пленку, которая препятствует доступу кислорода воздуха к углю и вспучивается в случае нагревания угля. Композиция состоит из 40...70 % карбамидно-формальдегидной смолы КФ-Б; 3...2 % сульфонала НП; 18 % бишофита; остальное вода.

Композиция вспучивается при температуре 110...170 °С, обра­зуя слой твердой пены кратностью 2...8. Вспучивающиеся и пленко­образующие составы нагнетаются в шпуры или же напыляются на по­верхность угля ври помощи распылителей. Для нанесения антипирогенов пленочного типа во ВНИИГД разработан аппарат ранцевый АР.

Техническая характеристика АР

Вместимость сосудов, д 16,0

Рабочее давление в сосудах, МПа 0,4

Давление воздуха в баллоне, Мпа 15

Производительность, я/те, не менее 1,6

Длина факела распила, м, не менее 2,0

Масса, кг, не более:

сухая 10,0

полная 26,0

Габаритные размеры (без брандспойта), на, не более:

высота 470

ширина 420

толщина 200

Длина брандспойта, мм, не менее 2000

В качестве пленкообразующих составов рекомендуется использо­вать следующие композиция, %:

карбамидно-формальдегидная смола КФ-Б 75

сульфонол НП-3 3

алюминий сернокислый 1

вода Остальное

или

поливинилацетатная эмульсия ПВА 13

сульфонол Ш-3 4

бентонитовая глина или

доломитовая пыль или

шамотно-каолиновый порошок 37

вода Остальное

Пленкообразующие композиции следует приготавливать не ранее чем за 2 часа до их применения. Вязкость их должна быть не более 25 с по вискозиметру ВЗ-4. При больших скоплениях выброшенного или разрыхленного угля следует в качестве изолирующего покрытия использовать твердеющую пену на основе карбамидно-формальдегидной смолы. Для получения твердеющей пены применяются установки твер­деющей пены ТП и ПНК.

Высокий антипирогенный эффект может быть достигнут при использовании в качестве носителя антипирогенов пен, позволяющих производить объемную обработку значительных скоплений угля. При выборе вида антипирогена в этом случае необходимо учитывать его воздействие на качество пены: ее стойкость и кратность, В качестве добавок антипирогенов к пене рекомендуются: сульфат алюминия, полиакриламид, гидрофосфат кальция, алюмокалиевые квасцы, жидкое стекло, оксалат натрия, трикрезилфосфат, оксид алюминия, зола-унос, бишофит; из ПАВ - алкилфосфаты и сульфаты "АС" С10- С13

Тип антипирогена определяется в каждом конкретном случае с учетом имеющегося в наличии пенообразователя. В табл. 3.1 приведена величина добавки антипирогена в процентах к жидкой фазе пены.

Таблица 3.1

Величина добавки антипирогена

3.2. Заиливание выработанных пространств глинистой пульпой

Заиливание выработанных пространств глинистой пульпой явля­ется одним из распространенных способов профилактики самовозгора­ния угля. В Прокопьевско-Киселевском районе Кузбасса, например, начиная с 30-х годов этот способ применяется на всех шахтопластах, на которых имели место эндогенные пожары. Широко используемся заиливание на шахтах Сахалина, Приморья, Восточной Сибири, Урала, Средней Азии и в Карагандинском бассейне.

В период освоения способа осталось, что профилактический эффект от использования глинистой пульпы достигается за счет следующих факторов:

оседания глины в пустотах разрыхленного угля и пород, в ре­зультате чего происходят снижение воздухопроницаемости вырабо­танного пространства;

при попадании пульпы в скопление угля глина покрывает куски гонкой обволакивающей пленкой, что приводит к уменьшению его сорбционной активности;

в ходе заиливания выработанного пространства происходит охлаждение угля и боковых пород в зонах, имеющих очаги самонагревания;

заиливание способствует повышению влажности атмосферы выра­ботанного пространства, следствием чего является уменьшение испа­рения влаги аз угля и торможение процесса окисления.

Накопление опыта применения заиливания для профилактики эндо­генных пожаров вызвало необходимость пересмотра сложившихся взглядов на роль глинистой пульпы. В частности было установлено, что пленкообразование на кусках угля происходит только при обра­ботке пульпой консистенции Т : Ж = 1:4 и более (соотношение твердой и жидкой фаз в суспензии по объему). Кроме того, уголь, обрабо­танный пульпой консистенции 1:8 и менее, при температурах более 150 °С сорбирует кислород с большей активностью, чем необработан­ные угли.

Средняя консистенция пульпы в Кузбассе в летнее время состав­ляет 1:7, а в зимнее время достигает 1:40. Подача таких пульп в выработанные пространства не способствует усилению их изоляций. Из практики известны примеры обратного эффекта, когда при профи­лактическом заиливаний концентрация кислорода в зоне обработки увеличивалась. Рост концентрации кислорода обусловлен эжекцией атмосферного воздуха при движении пульпы по скважинам с поверхно­сти. При этом эжекция достигает 3...4 м3на 1 м3глинистой пульпы.

С учетом практического опыта и результатов исследований при использовании глинистой пульпы для профилактики эндогенных пожа­ров в Кузбассе преследуются две цели: усиление изоляции отработан­ных щитовых столбов, лав, блоков и выемочных полей путем заилива­ния основных штреков или пространств между двойными перемычками а охлаждение очагов самонагревания угля на пути движения пульпы в выработанном пространстве. В первом случае глина (в целике) подается из расчета 3...6 % от объема вынутого угля, во втором - 5...10 %.

Целенаправленность применения предъявляет специфические, требования к материалу, используемому для приготовления суспензия. При усилении изоляции необходимы глины с большим содержанием песка (до 50 %), обладающие низкой пластичностью и хорошо отдаю­щие воду. Соотношение Т:Ж в пульпах, используемых для заполнения штреков и двойных перемычек, должно быть порядка 1:1...1:3. При подавлении очагов самонагревания в условиях низкой проницаемости выработанного пространства целесообразно использовать высокопластичные глины с низким содержанием песка. Соотношение Т:Ж в пульпе должно быть уменьшено до 1:4...1:6.

Консистенция пульпы зависит от технологии ее приготовления. В Кузбассе глинистая пульпа готовится путем размыва естественных обложений гидромониторами (рис.3.1). Пульпа из забояI самотеком поступает в пульпосборник 4 насосной станции 5, Транспортировка пульпы до групповых и отдельных скважин 8 на шахтных полях осуществляется с помощью углесосов 3 по пульпопроводам 6.

В Караганде и на Урале для приготовления пульпы глина добы­вается экскаваторами и автомобилями подвозится непосредственно к групповой или отдельной скважине на шахтном поле (рис.3.2). За­тем глина с помощью пожарных стволов 4 омывается в приемный ко­роб 2, установленный в устье скважины 3. Приемный короб, как и пульпосборник, перекрывается решеткой с размером ячейки не бо­лее 5 мм.

Первая из двух описанных схем приготовления пульпы имеет преимущества благодаря своей стационарности, удобства обслужива­ния и оперативного переключения на любой профилактический или аварийный участок. Общими недостатками обеих схем являются невозможность приготовления густых пульп, особенно в зимний период, и эжекция атмосферного воздуха. В первой схеме это происходит по контакту обсадной трубы и скважины. Во второй схеме эжекция идет по двум каналам - по затрубному пространству и через отверстия в решетке приемного короба. Контрольные замеры показывают, что при движении пульпы по вертикальной скважине разряжение на устье достигает 0,08 МПа, что и обусловливает эжекцию.

Недостатки применяемого способа профилактического заиливания не ограничиваются невозможностью управления консистенцией пульпы

Рис. 3.1. Схема размыва глинистых отложений в заиловочных карьерах Кузбасса:

1 - забой; 2- гидромонитор; 3 - углесос; 4 - пульпосборник; 5 - здание насосной станции; 6 - пульпопровод; 7- задвижка; 8 - скважина

Рис. 3.2. Схема приготовления глинистой пульпы у отдельных

скважин, применяемая в Карагандинском бассейне и месторождениях

Урала:

1 - навал глины; 2 - приемный короб; 3 - скважина; 4 - пожарный

ствол; б - рукав; 6 - задвижка; 7 - трубопровод для подачи вода

и эжекцией свежего воздуха. При необходимости подавления очага самонагревания угля в выработанном пространстве проблематичным является выбуривание скважин в нужную точку из-за их отклонения, особенно при перебуривании свиты отработанных пластов на крутом падении. В тех случаях, когда это достигается, невозможно объемно обработать скопление угля из-за отекания пульпа по почве пласта. Для устранения этих недостатков в Кузбассе с 1976 г. для профилак­тической обработки и тушения эндогенных пожаров в выработанном пространстве широко используется вспененная глинистая пульпа. Тех­нология приготовления такой пульпы приведена в разделе 5.

3.3. Способы сокращения утечек воздуха через выработанное пространство

Одной из причин, обусловливающих эндогенную пожароопасность выемочных участков, является приток воздуха к скоплениям угля в выработанных пространствах. Поэтому своевременная и качественная изоляция выработанных пространств от притока воздуха яз при­мыкающих выработок является эффективным средством предупреждения самовозгорания угля.

Для предотвращения притока воздуха к скоплениям угля рекомен­дуется по контуру выемочного пространства возводить изолирующие полосы. Ширина полосы выбирается исходя из конкретных условий. Во всех случаях она должна быть не менее мощности вынимаемого пласта. Возводятся полосы из твердеющих материалов. Наиболее под­ходящими являются составы материалов, полученные на основе золы-увос тепловых электростанций (табл.3.2).

Таблица 3.2

Рекомендуемые составы материалов на основе золы-унос

Исходными компонентами для приготовления рекомендуемых со­ставов, полученных на основе золошлаковых отходов тепловых электро­станций, являются золы-унос, доломитовая пыль, шлак, песок, гипсо­вые вяжущие и портландцемент, расход которых приведен в табл.3.3.

Таблица 3.3

Ориентировочный расход материалов на 1 м3раствора

Рекомендуемые средства механизации при возведении изолирую­щих полос твердеющими материалами, полученными на основе золы-унос приведены в табл.3.4.

3.4. Изоляция отработанных полей и участков

После окончания очистных работ и демонтажа оборудования выемочные поля и участки необходимо изолировать от действующих горных выработок с помощь» изолирующих перемычек.

Для обеспечения оперативности возведения изолирующих пере­мычек при появлении признаков самовозгорания и ликвидации развив­шихся пожаров в подготовительных выработках выемочных полей и участков сооружаются пожарные арки.