Проблемы и перспективы развития систем мониторинга взрывобезопасности горных выработок

Г.А. Поздняков, д.т.н., ФГУП «ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского»

С.И. Голоскоков, к.т.н., заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ»

Е.И. Голоскоков, старший научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ»

Е.Л. Закутский, к.т.н. ООО «Фирма «Аэротест»

Российская Федерация входит в число чётырех угледобывающих стран (Китай, Украина, Россия, Казахстан), в шахтах которых регулярно происходят взрывы метана и угольной пыли с массовой гибелью людей.

Анализ статистического материала по взрывам метана и угольной пыли в шахтах свидетельствует как о неуклонном росте их количества, так и числа жертв [1]. Высокая аварийность на угольных предприятиях является одним из основных факторов, влияющих на увеличение издержек производства угля и уровня травматизма. Наибольшую опасность представляют аварии 1-й и 2-й категории, вызванные взрывом метана и угольной пыли, которые составляют около 20 % от общего количества, а несчастные случаи со смертельным исходом при этих авариях достигают 86 %. При взрывах метана и пыли в шахтах шансы на выживание в 112 раз меньше, чем при авариях, связанных с механическим оборудованием, обрушением кровли и внезапными выбросами.

Взрыв метановоздушных смесей типичное случайное явление, возникновение которого требует совпадения двух факторов – взрывоопасной концентрации и источника воспламенения. Высокая вероятность аварий 1 и 2 категории обусловлена природными факторами (газообильность месторождения, выход летучих веществ), а также низкой функциональной надежностью рудничного электрооборудования, систем контроля и профилактики пылегазового фактора. Кроме того, анализ аварий, инцидентов, а также причин загазирования горных выработок показывает, что все они в той или иной мере связаны с неудовлетворительным состоянием проветривания как самих объектов, на которых произошли аварии, так и шахт в целом. Основными источниками воспламенения метанопылевоздушных смесей на шахтах являются неисправное техническое оборудование, взрывные работы и фрикционное искрение. Первые два источника воспламенения загазированных объектов – следствие нарушения правил безопасности, производственной и технологической дисциплины. Фрикционное искрение – менее изученный и малоуправляемый процесс, поэтому вопросам защиты от взрыва газа и пыли при фрикционном контакте режущего инструмента с абразивными породами и их включениями в угольном массиве в последние годы во всех угледобывающих странах уделяется все большее внимание.

066 1

Мониторинг состояния шахтной атмосферы, замеры метана, оксида и диоксида углерода, газовых и аэрозольных (пылевых) составляющих рудничной атмосферы, аэродинамических параметров выработок, состояния вентиляционных сооружений – являются важнейшими составляющими обеспечения безопасности ведения горных работ. Однако анализ аварий на шахтах «Юбилейная», «им.3асядько»‚ «Ульяновская», «Абайская», «Распадская», «Северная» выявил низкую эффективность существующих систем мониторинга взрывобезопасности горных выработок. Это обстоятельство обусловлено прежде всего двумя факторами:

– фактическим отсутствием мониторинга пылевзрывобезопасности;

– высокой инерционностью газоаналитических приборов (как переносных, так и стационарных), входящих в состав существующих систем аэрогазового контроля шахтной атмосферы.

При авариях массовая гибель горняков и разрушение элементов горного хозяйства обусловлены участием во взрывах отложившейся угольной пыли. Участие пыли во взрыве в десятки и сотни раз увеличивает мощность и последствия взрыва. Как правило, локальная вспышка метановоздушной смеси является лишь инициатором взрыва, а взрывчатым материалом – пылевой аэрозоль. При этом непрерывный автоматизированный контроль пылевзрывобезопасности на шахтах либо отсутствует, либо осуществляется приборами точечного контроля запыленности, приведенными в каталоге- справочнике [4], которые не могут дать достоверной информации о рисках взрыва отложившейся пыли [6] ни методически, ни инструментально.

Пылевзрывобезопасность горной выработки, – это количество несвязанной и не нейтрализованной отложившейся угольной пыли в расчете на единицу объема выработки. В связи с этим обстоятельством для контроля пылевзрывобезопасности оптимальными являются прямые методы оценки количества отложившейся пыли (методы, основанные на измерении массы пыли, отложившейся на единицу площади приемной площадки). Наиболее приемлемым способом для разработки датчиков пылеотложения в этом аспекте представляется автоматизация известного метода «подложек», до сих пор применяющегося на шахтах РФ, реализация непрерывного режима измерения данным методом и передачи на поверхность информации о наличии взрывоопасных отложений пыли, что позволило бы принимать оперативные меры при обнаружении нарушений пылевого режима. Комплекс программно- аппаратных средств контроля пылевзрывобезопасности (СКП) должен состоять из датчиков пылеотложения, блоков сбора и передачи данных на диспетчерский пункт, а также средств визуализации результатов измерения поверхностной плотности пыли как в виде текущих значений, так и в динамике [2]. Кроме того, комплекс СКП должен входить в состав общешахтной системы мониторинга взрывобезопасности в качестве одной из подсистем.

Все допущенные к применению в шахтах, опасных по газу и пыли, переносные газоанализаторы и стационарные датчики метана работают на термохимическом или оптическом принципах с диффузным способом забора пробы [4] Кроме того, все они предназначены для оценки качества рудничной атмосферы с концентрацией пыли в местах их необходимой установки, превышающей 200–300 мг/м3, а в основных опасных зонах и более 1000 мг/м3. Инерционность сенсоров термохимических и оптических газоанализаторов даже по ГОСТ 24032-80 «Приборы шахтные газоаналитические » в чистой от твердых взвесей атмосфере должна быть не более 15 с, а наличие защитных фильтров во всех устройствах газоанализа рудничной атмосферы снижает надежность их действия в натурных условиях. Таким образом, существующие системы аэрогазового контроля, не обеспечивают своевременное отслеживание концентрации метана и формирование команды на отключение электроэнергии при быстрообразующихся взрывоопасных концентрациях метана, характерных для внезапных выбросов угля и газа, горных ударов и других масштабных газодинамических проявлений [3].

066 1

Повышение эффективности систем мониторинга взрывобезопасности горных выработок потребует разработки приборов контроля безопасности, отвечающих следующим требованиям:

1. Приборы контроля концентрации метана:

– непрерывное измерение концентрации метана в рудничной атмосфере с массовой концентрацией пыли от 10 до 5000 мг/м3;

– предел допустимого времени установления показаний

– не более 5–7 с;

– время работы без корректировки показаний - 30 дней.

2. Приборы контроля пылевзрывобезопасности:

– непрерывные измерения поверхностной плотности, г/м2;

– погрешность измерения прибора не должна превышать ±20%;

– передача результатов измерения на диспетчерский пункт;

– отображение информации как в виде текущего значения поверхностной плотности пыли, так и виде архива (временных диаграмм процесса пылеотложения);

– наличие сигнализации о достижения установленного аварийного значения поверхностной плотности отложившейся пыли, с учетом нижнего концентрационного предела взрываемости пыли и геометрических параметров выработок, в которых установлены датчики.

Кроме того, для повышения эффективности мониторинга взрывобезопасности горных выработок, необходимо выполнить цикл исследований, направленных на изучение влияния различных параметров рудничной атмосферы на показания датчиков контроля взрывобезопасности. Данные исследования в настоящее время проводятся на шахтах Кузбасса специалистами АО «НЦ ВостНИИ» и ООО «Фирма «Аэротест».

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. К вопросу об эффективности пылевзрывозащиты горных выработок угольных шахт / Г.А. Поздняков, Е.Я. Диколенко, С.В. Мясников и др. // Безопасность труда в промышленности. – 2012 – №12. – C.45-48

2. Автоматическое управление пылевым режимом угольных шахт/ Г.А. Поздняков, С.С. Кубрин, Н.И. Новосельцев и др. // Безопасность труда в промышленности. –2009. – №10. – C.46-50

3. О системах аэрогазового контроля на угольных шахтах / А.Ю. Грачев, Е.Ф. Карпов, Г.А. Поздняков и др. // Безопасность труда в промышленности. – 2013. – №7. – С.53–58

4. Технические средства безопасности в угольных шахтах Р.Ф. Каталог – справочник: под общей ред. В.М. Щадова. – Кемерово: ГП КО «Кемеровский полиграфкомбинат», 2007. – 352 с.

5. Поздняков Г.А., Иванов Ф.И. Методология дозной оценки и метод расчета вероятности (профессионального риска) заболевания горнорабочих от контакта с пылевым аэрозолем. // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. – 2003. Вып. 324. – C.163–170.

6. Кудряшев В.В. О непрерывном контроле пылеотложения в горных выработках угольных шахт. Аэрология. Сб. науч. тр. по материалам симпозиума «Неделя горняка» – 2007. – N. 0B12 – М.: Изд-во «Мир горной книги» – С. 245-256.

7. Поздняков Г.А., Закутский Е.Л. Система контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Научные сообщения ННЦ ГП – ИГД им. А.А. Скочинского, вып. 334. – М., 2008. – С. 168-172.

8. Иванов Е.С. Кудряшов В.В. Разработка нового поколения аспираторов для пылевого контроля. // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2005. – C.143-156.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ: 1. К вопросу об эффективности пылевзрывозащиты горных выработок угольных шахт / Г.А. Поздняков, Е.Я. Диколенко, С.В. Мясников и др. // Безопасность труда в промышленности. 2012 №12. C.45-48 2. Автоматическое управление пылевым режимом угольных шахт/ Г.А. Поздняков, С.С. Кубрин, Н.И. Новосельцев и др. // Безопасность труда в промышленности. –2009. №10. C.46-50 3. О системах аэрогазового контроля на угольных шахтах / А.Ю. Грачев, Е.Ф. Карпов, Г.А. Поздняков и др. // Безопасность труда в промышленности. 2013. №7. С.53–58 4. Технические средства безопасности в угольных шахтах Р.Ф. Каталог справочник: под общей ред. В.М. Щадова. Кемерово: ГП КО «Кемеровский полиграфкомбинат», 2007. 352 с. 5. Поздняков Г.А., Иванов Ф.И. Методология дозной оценки и метод расчета вероятности (профессионального риска) заболевания горнорабочих от контакта с пылевым аэрозолем. // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. 2003. Вып. 324. C.163–170. 6. Кудряшев В.В. О непрерывном контроле пылеотложения в горных выработках угольных шахт. Аэрология. Сб. науч. тр. по материалам симпозиума «Неделя горняка» 2007. N. 0B12 М.: Изд-во «Мир горной книги» С. 245-256. 7. Поздняков Г.А., Закутский Е.Л. Система контроля пылевзрывобезопасности горных выработок // Научные сообщения ННЦ ГП ИГД им. А.А. Скочинского, вып. 334. М., 2008. С. 168-172. 8. Иванов Е.С. Кудряшов В.В. Разработка нового поколения аспираторов для пылевого контроля. // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. C.143-156.
Ключевые слова: система мониторинга взрывобезопасности горных выработок, взрывы метана и угольной пыли, аварийность на угольных предприятиях, мониторинг состояния шахтной атмосферы, датчик пылеотложения.

Журнал "Горная Промышленность"№4 (128) 2016, стр.66