Состояние безопасности в угольной отрасли и пути ее повышения на современном этапе

А.В.Измалков, д.э.н., С.Б.Романченко, к.т.н., ННЦ ГП-ИГД им.А.А.Скочинского;
С.Н.Подображин, к.т.н., Госгортехнадзор РФ; Ю.Ф.Руденко, В.Н.Костеренко, ЦШ ВГСЧ

Одной из важнейших составляющих топливно-энергетического комплекса России является угольная промышленность. Наряду с предприятиями по добыче нефти, объектами химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей промышленности, угольная промышленность относится к опасным производственным объектам, контроль за состоянием аварийности и производственного травматизма на которых осуществляется органами Госгортехнадзора и профилактической службой Военизированных горноспасательных частей [1,2].

Как и в других угледобывающих странах Европы, за последние 100 лет угольная промышленность Российской Федерации пережила период непрерывного роста, реструктуризации (за 10 лет с 1994 г. прекратили добычу угля 187 шахт и разрезов) и период стабилизации добычи угля за счет устойчиво работающих подземных предприятий и расширения добычи угля открытым способом.

С 2001 по 2003 г. число шахт, ведущих работы по добыче угля сократилось с 139 до 110, а число разрезов возросло с 86 до 125 производственных единиц. По состоянию на 01.06.2004 г. подразделениями Военизированных горноспасательных частей обслуживалось 144 угольные шахты: все действующие предприятия, 15 строящихся и 11 закрывающихся.

За последние 8 лет в России средняя добыча угля составила 250.8 млн.т, минимальный уровень добычи (около 233 млн.т) пришелся на 1998 и 2002 гг. В 2003 г. добыча угля шахтами и разрезами России возросла до 270 млн.т., из них подземным способом – 112.3 млн.т (41.6% от общего объема). Впервые за последние 8 лет подземная добыча угля превысила показатель в 100 млн. т. В качестве сравнительных цифр можно отметить: в 1940 г. в СССР было добыто 166 млн. т (подземная угледобыча сопоставима с объемами 2003 г.), в 1955 г. добыто 391 млн. т., план на 1960 г. составлял 590 млн. т угля.

Основной прирост добычи угля в современных условиях получен за счет широкого применения открытого способа добычи и роста угледобычи на шахтах, оборудованных 1–2 высокопроизводительными лавами.

При некоторых благоприятных тенденциях состояние промышленной безопасности в угольной отрасли остается достаточно напряженным, противоаварийная устойчивость угольных предприятий РФ требует совершенствования. К числу наиболее распространенных аварий, наносящих отрасли наибольший материальный ущерб и сопровождающихся максимальным риском для жизни и здоровья горнорабочих, следует отнести взрывы метана и угольной пыли, подземные пожары.

Несмотря на кардинальное изменение техники и технологии добычи угля за последние 100 лет, принципиальные изменения способов вентиляции шахт (в 1904 г. более 70% рудников проветривались за счет естественной тяги), наличие современных средств и способов контроля и самоспасения, сопоставление с первыми статистическими материалами, опубликованными академиком А.А.Скочинским за период 1904–1906 гг. [3] показывает, что общее число взрывов в начале двадцатого века (5–10 инцидентов за год) сопоставимо со среднестатистическими показателями современного периода (около 7 взрывов ежегодно).

К числу несомненно позитивных достижений последнего десятилетия необходимо отнести общее снижение числа аварий на предприятиях угольной промышленности (табл. 1) и снижение относительного показателя смертельного травматизма (табл. 2). Вместе с тем, ежегодное число взрывов не сокращается и превосходит уровень европейских стран с сопоставимыми объемами угледобычи, а число смертельно травмируемых при наиболее крупных взрывах недопустимо велико.

В современных условиях программу развития угольного предприятия определяют, прежде всего, экономические факторы, при этом затраты на безопасность горного производства повышают себестоимость продукции и являются сдерживающими факторами увеличения производственной мощности. Вентиляционные системы шахт (ШВС), как основное средство создания безопасных и комфортных условий работы персонала и безаварийной работы предприятия, не обеспечивают в полном объеме необходимую аэрологическую безопасность ведения горных работ и выполнение требований законодательных и нормативных документов.

На большинстве угольных шахт России (около 60%), как показывают проводимые профилактической службой ВГСЧ депрессионные съемки, применяется нагнетательный способ проветривания. Всасывающий и комбинированный способы проветривания составляют 31% и 9%, соответственно. На 68 шахтах (47%) применяется фланговая схема проветривания, центральная схема проветривания – на 34 шахтах (около 24%) и на 42 шахтах (29%) проветривание организовано по комбинированной схеме.

Для организации проветривания шахт применяется около 280 вентиляторных установок (ВУ), в том числе 210 – главных (ГВУ), 30 – вспомогательных (ВВУ) и 40 – газоотсасывающих (ГОВУ). В эксплуатации находится 11 типов вентиляторов, в том числе 123 ВУ состоят из осевых вентиляторов (44%) и 157 ВУ – из центробежных вентиляторов. Наибольшее количество применяемых вентиляторов типа ВЦ и ВОД (по 61 ВУ).

Для организации проветривания подготовительных выработок в эксплуатации находится 390 вентиляторов местного проветривания, в т. ч. 230 ВМП типа ВМ (около 60%), 130 ВМП типа ВМЭ (33%) и 30 ВМП типа ВМЦ, СВМ.

С целью реализации требований п. 247 ПБ в части предупреждения короткого замыкания вентиляционных струй, обеспечения реверсирования и регулирования воздушной струёй на обслуживаемых шахтах установлено 10374 вентиляционных сооружений, в том числе 6349 глухих вентиляционных перемычек и 2440 регуляторов.

Из обслуживаемых ВГСЧ 144 шахт (около 80% – 114 шахт) являются газовыми, в том числе 75 шахт (52%) с категорией по метану выше III.

Работы по выемке угля ведутся на 222 выемочных участках, в том числе на 169 участках происходит выделение метана (76%). Количество выемочных участков с газообильностью более 3 м3/мин составляет около 70 (32%) от общего количества выемочных участков. Дополнительные средства управления газовыделением применяются на 50 выемочных участках (71% от высокогазообильных участков), в т.ч. дегазация применяется на 17 выемочных участках (24%), газоотсос – на 22 (31%) и на 11 (16%) выемочных участках применяется совместно дегазация и газоотсос.

Дегазация применяется на 32 шахтах, расположенных в Печорском бассейне, на Урале, в Кузбассе и Ростовской области (одна шахта), что составляет 28% от общего количества газовых шахт. При этом дегазация выработанного пространства применяется на 25 шахтах, пластовая дегазация на 10 шахтах, в т.ч. предварительная дегазация пластов при проведении горных выработок применяется в 5–7 подготовительных забоях.

Для организации дегазации на шахтах работает 47 дегазационных установок, в т.ч. 19 стационарных, 22 передвижных на поверхности и 6 передвижных в шахте, а в горных выработках проложено около 250 км дегазационного трубопровода. Количество извлекаемого дегазацией метана в среднем составляет 216865 тыс. м3/год, в т.ч. 209215 тыс. м3/год из выемочных участков (более 96%) и 5307 тыс. м3/год из подготовительных выработок. Около 39% извлекаемого метана утилизируется (83731 тыс. м3/год). Утилизация извлекаемого метана применяется только на шахтах Воркуты.

Для отвода метана из выработанного пространства используется около 40 ГОВУ, в т.ч. 7 подземных установок. Для отвода метана с помощью поверхностных ГОВУ пробурено 18 скважин суммарной длиной около 4.3 км и организовано 24 газо-дренажных сетей общей протяженностью около 30 км.

К числу основных нерешенных вопросов безопасности при этом необходимо отнести:

1.    Отсутствие жестких требований Привил безопасности (ПБ) по организации систем непрерывного газового контроля в газо-дренажных и дегазационных системах.

2.    Отсутствие в ПБ требований по автоматическому отключению электроэнергии при недопустимых (3–25% метана) концентрациях взрывоопасных газов, при этом около 20% дегазационных трубопроводов постоянно или эпизодически эксплуатируется с недопустимой концентрацией метана (от 3.5 до 25%).

3.    Отсутствие надежных методов и средств управления концентрацией метана в газо-дренажных и дегазационных системах при резких изменениях метановыделения, например, из выработанного пространства вследствие обрушения основной кровли или вмещающей толщи пород.

4.    Отсутствие методов и средств безопасной по фактору эндогенной пожароопасности эксплуатации газо-дренажных систем. Наукоемкие исследования процессов самовозгорания в РФ сдерживаются минимальным финансированием.

Анализ работы дегазационных систем показывает, что на шахтах Кузбасса дегазация применяется с низкой эффективностью. В этом регионе на 17 объектах из 45 (около 38%) эффективность дегазации не превышает 20% и ниже проектной, при этом на этих же шахтах имеет место наибольшее количество аварийных остановок вакуум-насосных станций (14 из 35 общего количества остановок на шахтах). С недопустимой концентрацией метана эксплуатируется 11 дегазационных установок или около 32%. Наибольшее число (6) таких дегазационных установок на шахтах, обслуживаемых Кемеровским ОВГСО. Около 60 км (около 24%) дегазационных трубопроводов не соответствует по диаметру требованиям п. 6.2.7 «Руководства по дегазации угольных шахт», а в нарушение требований п. 20 «Инструкции по безопасному ведению дегазационных работ на шахтах» около 80 км (33%) трубопроводов проложено в выработках со свежей струей.

Суммарный дебит метана, отсасываемого всеми ГОВУ, составляет около 480 м3/мин (188020 тыс. м3/год) из общего метановыделения в 2200 м3/мин и, таким образом, основная нагрузка по удалению из шахт 1720 м3/мин метана ложится на вентиляционные системы шахт, и спутным потоком выносится более 78% выделяющегося в шахтах метана.

На многих шахтах Воркутинского месторождения и Кузбасса имеется настоятельная необходимость дегазации пластов-спутников, залегающих ниже рабочего пласта, нисходящими скважинами. Однако отработанных технологических решений по дегазации таких пластов и требуемого оборудования (погружных насосов, буровых станков) нет. В результате этого в Кузбассе получает широкое распространение управление газовыделением на выемочном участке с применением ГОВУ.

Результаты обследования выемочных участков, на которых управление газовыделением осуществляется с помощью газоотсасывающих вентиляторов, показывают, что в 30–40% случаев требуемая по газовому фактору эффективность ГОВУ (70%) не обеспечивается. Нередки случаи, когда использование комбинированных схем с ГОВУ является неоправданным и с точки зрения борьбы с газом. Как правило, ГОВУ работают в течение всего периода времени отработки выемочного столба. При этом совершенно не обращается внимания на влияние их работы на газовую ситуацию в призабойном пространстве действующих лав и при определенном отходе от монтажной камеры забой практически выходит из зоны влияния вентилятора, однако последний продолжает работать, причем с все возрастающей депрессией.

В Кузбассе на пластах угля, склонного к самовозгоранию, работают 15 таких установок. При их применении резко возрастает эндогенная пожароопасность горных работ, т.к. эффективность этого способа борьбы с газом достигается за счёт интенсивного проветривания выработанного пространства и при наличии потерь угля, характерных для шахт Кузбасса, вероятность формирования очагов самовозгорания угля становится высокой. Кроме этого, формированию очагов самовозгорания угля способствуют подсосы воздуха через изоляционные перемычки газо-дренажных сетей. Обследования газодренажных сетей показывают, что в сбойках между действующими выработками и газо-дренажными сетями установлено более 200 изоляционных перемычек, что в среднем составляет около 20–25 изоляционных перемычек на одну газо-дренажную сеть. Как правило, эти изоляционные перемычки и перемычки, изолирующие ранее отработанные участки, примыкающие к газодренажной сети, не взрывоустойчивые.

Взрывы на шахтах «Комсомолец», «Есаульская», «Зыряновская», им. Кирова, «Тайжина» «Октябрьская» и др. показывают, что газо-дренажные сети должны изолироваться взрывоустойчивыми перемычками от выработанного пространства ранее отработанных лав и действующих выработок, т.к. при взрывах происходит их разрушение с распространением ударной взрывной волны и продуктов взрыва по ШВС.

Как отмечалось выше, вентиляционные системы шахт являются основным фактором обеспечения безопасной работы горнодобывающих предприятий. Вместе с тем происходит непрерывное физическое и моральное старение парка вентиляторов, их эксплуатация проводится с нарушениями ПТЭ и факторов безопасности:

-    74 вентиляторных установки (31% от общего парка ВУ) эксплуатируются более 25 лет, при сроках службы до списания 14 лет для вентиляторов с диаметром роторов до 3150 мм и 20 лет – для вентиляторов большего диаметра;

-    на 42 действующих вентиляторных установках (18%) не выполняются требования пункта 254 Правил безопасности о проведении не реже одного раза в два года ревизии и наладке ВУ специализированными организациями. На 12 вентиляторных установках (5%) наладка и ревизия не проводилась более 10 лет;

-    на 83 действующих вентиляторных установках отсутствует резерв режима работы. Около 35% от их общего количества работают на максимальных углах установки лопаток рабочих колёс и направляющих аппаратов. Данные ВУ не могут обеспечить подачу дополнительного количества воздуха в шахту при увеличении производственной мощности или в случае необходимости при аварии;

-    на 82 вентиляторных установках (34%) в нарушение требований пункта 255 «Правил безопасности» и §252 «Правил технической эксплуатации» отсутствуют самопишущие приборы контроля депрессии и производительности вентиляторной установки.

О неудовлетворительной организации проветривания шахт свидетельствует тот факт, что наибольшее количество воздуха, подаваемого в шахту, расходуется на проветривание поддерживаемых выработок и внутренние утечки воздуха (около 56%). На проветривание 200–220 выемочных участков и 390–410 подготовительных забоев расходуется 30–40% воздуха, подаваемого в шахты. Сверхнормативная подача воздуха на проветривание выемочных и подготовительных участков составляет около 20%, при этом на 46 шахтах сверхнормативная подача воздуха на выемочные участки превышала 20%, что способствовало развитию физико-химических процессов самонагревания угля. Преимущественно нагнетательный способ проветривания традиционно сопровождается повышенными (по сравнению с всасывающим способом) внешними утечками и, как следствие, повышенными энергозатратами на проветривание.

Несмотря на обеспеченность расчётным количеством воздуха шахт в целом, допускается его нерациональное использование и поступление исходящей струи воздуха из подготовительных забоев на выемочные участки или в другие подготовительные забои. В среднем в год насчитывается 30–60 таких подготовительных забоев, в т.ч. около 50% на шахтах опасных по внезапным выбросам угля и газа и 20% на сверхкатегорных шахтах.

Система вентиляции должна обеспечивать устойчивое проветривание очистных и подготовительных выработок. Проверки устойчивости проветривания показали, что при аварийном разрушении 29 шлюзов коэффициент глубины нарушения проветривания выемочных участков будет составлять 0.5, а при аварийном разрушении 16 шлюзов коэффициент глубины нарушения проветривания подготовительных участков – 0.7.

Следует отметить, что одной из причин сложившегося состояния проветривания большинства обслуживаемых шахт является недостаточная проработка вопросов раскройки шахтных полей на этапе проектирования. Проектно-изыскательским работам на угольных предприятиях всегда отводилась основополагающая роль в вопросах инженерного обеспечения горных работ. Однако на сегодняшний день, в связи с преобразованиями в угольной промышленности, существовавшая ранее организационная структура проектирования угольных предприятий оказалась разрушенной, отсутствие нормального финансирования, отток квалифицированных кадров привел к снижению качества проектных решений. Нередки случаи, когда проектная документация разрабатывается с серьёзными отступлениями от требований правил, норм и инструкций по безопасности.

Недостаточный объём инвестиций в развитие угольных предприятий приводит к вынужденному изменению технологии работ, корректировке режимов эксплуатации опасных производственных объектов, а также к созданию предпосылок для нарушения требований Правил безопасности. В проектировании угольных предприятий преобладает принцип максимального удешевления строительства, без учёта последующих эксплуатационных затрат, многократно превышающих полученную при строительстве экономию. Не всегда оправданная экономия финансовых средств на строительство, реконструкцию и эксплуатацию угольных шахт привела к утрате степени надежности основных производственных фондов и оборудования, а, следовательно, и к ухудшению промышленной безопасности. Аналогичная ситуация складывается в области научных исследований. Финансирование крупных наукоемких исследований, научных центров, включая национальные и федеральные унитарные государственные предприятия, катастрофически снижается. Наиболее наглядно это проявляется при выполнении международных проектов. Так за период 2000–2003 гг. ННЦ ГП–ИГД им. А.А.Скочинского получал по линии международного сотрудничества из бюджета РФ 1–3% от финансирования НИОКР, выделяемого научным партнерам Евросоюза. Вместе с этим ограниченные бюджетные средства «закачиваются» в предприятия новых форм собственности, не имеющие для проведения научных исследований соответствующей лабораторной базы, квалифицированных кадров и научного задела. Фактически проводится политика подмены понятий: вместо исследований, направленных на получение нового объема знаний, финансируются разработки или доработки изделий, что в странах с рыночной экономикой осуществляется из прибыли производителей.

Проектные организации не осуществляют авторский надзор за исполнением проектных решений в соответствии с требованиями Федерального закона №116-ФЗ. Как следствие этого при изменениях проектных решений на шахтах не проводятся повторные экспертизы промышленной безопасности в соответствии с требованиями Федерального закона №116-ФЗ и пункта 13 ПБ. По этой причине на шахтах, опасных по газу и взрывчатости угольной пыли, целый ряд очистных и подготовительных забоев проветривается последовательно, выработки, оборудованные ленточными конвейерами и дегазационными трубопроводами, используются для подачи свежего воздуха к объектам проветривания, что неоднократно приводило к осложнению аварий и тяжелым последствиям. Подтверждением этому служат последние трагедии, произошедшие на шахтах «Тайжина» и ШУ «Сибирское». Так, на аварийном участке шахты «Тайжина», отнесённой к опасной по внезапным выбросам газа, в нарушение требований пунктов 262 и 272 ПБ, было организовано последовательное проветривание подготовительных забоев.

В нарушение требований пунктов 246 и 289 ПБ на 18 шахтах подача свежей струи воздуха осуществляется по стволам, оборудованным подъёмами со скипами или опрокидными клетями, а также по оборудованным ленточными конвейерами наклонным стволам и выработкам за пределами выемочных участков.

Хотелось бы обратить особое внимание на такую проблему, как ведение горных работ в уклонных полях. Несмотря на принятые в 1993–94 гг. постановления Госгортехнадзора России №5 и №7 по переводу действующих шахтных уклонных полей на бремсберговую схему проветривания, а также требования пункта 241 Правил безопасности, число уклонных полей не только не снижается, но и растёт. Если в 1995 г. 44 шахты отрасли вели горные работы по безгоризонтной схеме в уклонных полях, в 1996 г. – 48, в 2001 г. – 54, то по состоянию на 01.01.2004 г. число таких предприятий уже достигло 78, причём количество уклонных полей по этим шахтам составляет 148, из которых 78 проветривается по бремсберговой схеме и 70 по уклонной.

Необходимо отметить, что наибольшее количество уклонных полей (уклонная схема проветривания) проветривается по центрально-фланговой или центральной схемам проветривания. Эти схемы проветривания характеризуются низкой аэрологической безопасностью в результате существования активных аэродинамических связей (сбоек) между выработками, служащими для подачи воздуха в уклонное поле, и выработками с исходящей струей воздуха (как правило, по этим выработкам проложены ленточные конвейера). В случае пожара на ленточном конвейере под действием тепловой депрессии пожара происходит опрокидывание вентиляционной струи в сбойках, и газообразные продукты горения поступают в выработки со свежей струёй воздуха, что в свою очередь приводит к загазированию всех выработок уклонного поля продуктами горения. В таких условиях практически невозможно организовать выход людей в безопасное место за 60 мин, так как суммарная длина маршрута движения в дыму составляет 2000(3500 м (длина выемочных столбов 1500–2000 м, длина фланговых наклонных выработок – 1000–2500 м). В этих условиях расчётное время выхода – до 100 мин.

Сложившаяся ситуация с увеличением ведения горных работ в уклонных полях говорит о том, что трагедии, произошедшие на шахтах им. Шевякова, «Центральная», «Первомайская», «Зыряновская» и др. не стали уроками для многих руководителей горных производств. Подтверждением этому служат последние аварии, произошедшие на шахтах «Тайжина» и ШУ «Сибирское». В уклонных полях с 1991 г. произошло 30 взрывов (24%). В результате этих взрывов пострадало 350 человек или 43% от общего количества пострадавших от взрывов, в том числе погибло 218 человек или 64%. В зоне поражающих факторов взрыва находилось около 500 человек.

Надежность функционирования любой сложной технической системы, а именно такой представляется современная шахта, определяется, прежде всего, действиями человека. Более 66% аварий в техногенной сфере обусловлено ошибками человека. Поэтому в повышении надежности современных инженерно-технических систем решающая роль принадлежит уровню профессиональной специализации и информационной обеспеченности человека, действующего в системе. Роль человеческого фактора и уровень подготовки кадров в современных условиях возрастает.

На основании анализа аварийности наиболее важно проведение работ на следующих основных направлениях:

-    разработка и практическая реализация концепции пылевзрывобезопасности нового технического уровня. Именно взрывы с участием пыли приводят к массовому смертельному травмированию горнорабочих и выведению из строя десятков километров горных выработок с установленным в них оборудованием. Число стран допускающих массовую гибель людей при подземных авариях с численностью пострадавших, приведенной в табл. 2, невелико (4–5 стран: Китай, Афганистан, Украина, Россия). Выход России из данного непрестижного «клуба» должен стать вопросом номер один при организации безопасности в горном производстве;

-    повышение эндо- и экзогенной пожарной безопасности горных предприятий;

-    решение проблемы «метанового барьера» и промышленной утилизации метана угольных пластов;

-    совершенствование нормативной базы – Правил безопасности, Руководства по проектированию вентиляции и дегазации шахт, разработка Инструкций к ПБ и ОСТов в части пылевого контроля;

-    разработка комплексных систем объективного непрерывного контроля параметров технологии и безопасности ;

-    разработка систем экологического контроля для действующих и реструктурируемых горнодобывающих предприятий;

-    совершенствование систем вентиляции и дегазации для высокопроизводительной добычи угля, исследования по изучению процессов газовыделения в действующих и закрываемых шахтах угольных бассейнах РФ;

-    разработка и широкое промышленное внедрение интегрированных компьютерных технологий в области проектирования вентиляции, составления Планов ликвидации аварий.


ЛИТЕРАТУРА:
1. О состоянии промышленной безопасности опасных производственных объектов, рационального использования и охраны недр Российской Федерации. –М.: Государственное унитарное предприятие «Науно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002–2003.
2. Аварийность и противоаварийная защита предприятий угольной промышленности. Информа. Бюлл. –М: ЦШ ВГСЧ Минэнерго РФ, 1998–2003.
3. Скочинский А.А. Краткий обзор взрывов гремучего газа в русских рудниках за трехлетие с 1904 по 1906 год включительно. – СПб, 1907.

Журнал "Горная Промышленность" №5 2004