О возможности повышения пожаровзрывобезопасности работ на газовых шахтах на основе применения искусственной кислородно–метановой атмосферы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В связи с сообщениями в средствах массовой информации о крупных авариях на угольных шахтах, произошедших за последние несколько лет, специалисты-ветераны угольной промышленности выражают вполне понятную озабоченность и желание внести свой вклад в решение этой сложной проблемы. В адрес научного центра ОАО «НЦ ВостНИИ» приходят предложения, содержащие способы предотвращения пожаров и взрывов с участием метана на угольных шахтах.

Так, в частности, на рассмотрение ученых института было представлено предложение кандидата технических наук, горного инженера-угольщика Носенко В.Д. о разработанном методе повышения безопасности работ на угольных шахтах. Суть предложения, изложенного в патенте на изобретение [1], состоит, в том, чтобы обеспечить формирование в изолированном пространстве шахты искусственной атмосферы, пригодной для дыхания и работы в ней в течение достаточно длительного срока.

Эта задача, по мнению автора, решается с помощью способа создания в угольной шахте искусственной атмосферы, включающего изоляцию шахтного пространства от земной атмосферы и формирование в изолированном пространстве инертной метановоздушной среды. Согласно сути изобретения, инертную среду сначала насыщают метаном, одновременно отбирая из изолированного пространства азотно-кислородную смесь и доводя содержание азота и других сопутствующих газов в изолированном пространстве практически до нулевого уровня, после чего образованную в результате этого метановую среду насыщают кислородом до получения газовой смеси, содержащей (по объему) 20-39% кислорода и 61-80% метана.

Изоляцию шахтного пространства предпочтительно осуществляют в местах сопряжения шахтных стволов с околоствольными дворами.

Постоянный состав созданной в изолированном пространстве атмосферы поддерживают путем добавления кислорода и (или) отбора метана, обеспечивая объемное содержание кислорода в пределах 20-39%.

Однородность созданной атмосферы обеспечивают путем ее циркуляции по замкнутому циклу с одновременной peгенерацией. Использование в угольных шахтах пожаровзрывобезопасной атмосферы, пригодной для дыхания и работы, позволяет, по мнению автора патента, существенно повысить безопасность работ по добыче угля (практически исключаются взрывы и возгорания метана и угольной пыли); снять ограничения по газовому фактору на интенсивность очистных и подготовительных работ; уменьшить или, может быть, полностью ликвидировать опасность эндогенных и экзогенных пожаров; ликвидировать такой сложный и дорогостоящий процесс, как дегазация. Причем это далеко не полный перечень тех преимуществ, которые обеспечиваются использованием в шахтах искусственный атмосферы. Так, автор утверждает, что возможность работы в атмосфере указанного состава без респираторов или других дыхательных аппаратов подтверждена экспериментальными данными.

На основе анализа предложения Носенко В.Д. и сопоставления его с опытом практической деятельности специалистов ОАО «НЦ ВостНИИ» и данными литературных источников было сделано следующее заключение:

Теоретические аспекты предложенного метода, несомненно, заслуживают внимания, однако при практическом применении в условиях угольных шахт, могут встретиться серьезные затруднения:

1 Метан (СН4) является основной составной частью рудничного газа, представляющего собой смесь газов, выделяющихся в горные выработки из пород и полезного ископаемого [2]. Состав рудничного газа зависит от свойств горных пород. В угольных шахтах он состоит в основном из метана (иногда около 100%) с примесью СО2 (до 5%), N2, Н2 и гомологов метана (суммарно 1-4%), СО (0,5-1,5%). Метан - газ без цвета, вкуса и запаха. Относительная плотность его 0,5539, относительная молекулярная масса 16.

Использование в горных выработках искусственной смеси (21% кислорода и 79% метана) может быть чревато тем, что за счет разности плотности и молекулярной массы с азотом может произойти формирование слоевых скоплений метана у купола выработки за счет интенсивного его выделения из стен и кровли. В таблице 1 приведены относительные молекулярные массы и плотности кислорода, азота и метана [3].

метан шахтный горный

Таблица 1 - Физические свойства кислорода, азота и метана

В связи с этим технически сложно контролировать постоянный состав созданной в изолированном пространстве атмосферы, так как ситуация по газу ежесекундно меняется из-за притока новых порций метана и неоднородности его состава у кровли и почвы выработки.

2 Метан образует с воздухом горючие и взрывчатые смеси. При содержании в воздухе до 5-6% он горит около источника тепла, от 5-6 до 14-16% взрывается, свыше 14-16% не горит и не взрывается, но может гореть у источника тепла при притоке кислорода извне [2].

Таким образом, хотя предложенная искусственная смесь не взрывается, она вполне может гореть.

3 Автор утверждает, что физиологическое воздействие такой смеси на человека, нейтральное - то есть люди могут работать в такой атмосфере, как в естественной, без использования средств защиты дыхания. Действительно, в небольших количествах метан безвреден. Однако при 50-80% метана в воздухе и нормальном содержании кислорода он вызывает сильную головную боль и сонливость [2]. Примесь к метану этана и пропана придает воздуху слабое наркотическое действие. Следует отметить, что все углеводороды метанового ряда обладают наркотическим действием, которое усиливается с увеличением количества атомов углерода в молекуле [4, с. 10]. В предложенном способе оговаривается, что шахтный метан должен быть подвергнут предварительной очистке, но во что обойдется такая очистка метана от его гомологов и углекислого газа, это большой вопрос. Кроме того, не исключено поступление новых порций неочищенного газа из подработанного пространства и трещин в породе.

В шахтах содержание метана нормируется по соображениям пожаровзрывобезопасности, а также содержание метана в воздухе рабочей зоны нормируется санитарно-гигиеническими нормами ГН 2.2.5.1313-03, утвержденными Минздравом РФ [5]. Выдержка из этого документа приведена в таблице 2. Метан - вещество 4-го класса опасности и имеет предельно допустимую концентрацию (ПДК), которая составляет 7000 мг/м3 или примерно 1% по объему.

Таблица 2 - Характеристики метана по ГН 2.2.5.1313-03

Идея повышения безопасности ведения горных работ путем создания невзрывоопасной среды в угольной шахте, в том числе и за счет повышенного содержания метана в горных выработках, не является новой и неоднократно рассматривалась ведущими научными институтами. Однако все эти идеи, к которым можно отнести и предложение горного инженера Носенко В.Д., не представляется возможным технически реализовать в подземных условиях угольных шахт.

Предлагаемый автором порядок организации проветривания и загазирования горных выработок шахты является весьма опасным, так как не исключает формирования в шахте взрывоопасных концентраций метана и не гарантирует содержания кислорода в кислородно-метановой смеси на уровне 20%, как это предусмотрено нормативными документами. Кроме того, сам газ метан имеет нормируемый показатель - предельно допустимую концентрацию в воздухе рабочей зоны, что при содержании его выше 7000 мг/м3 (~ 1% по объему) создает несоответствие условий труда шахтеров санитарно-гигиеническим нормам.

Таким образом, учитывая вышеизложенное, осуществление предложения кандидата технических наук, горного инженера-угольщика Носенко В.Д. о внедрении метода по использованию на шахтах искусственной атмосферы, в которой азот заменен метаном, можно признать нецелесообразным, ввиду опасности предложенного метода по пожарным критериям, а также несоответствия данного метода существующим государственным гигиеническим нормативам по составу воздуха рабочей зоны для рабочих мест угольных шахт.

Литература

1. Пат. 2189448 Российская Федерация, МПК E21F5/08. Способ создания в угольной шахте искусственной атмосферы / заявители и патентообладатели Носенко В.Д., Козловчунас Е.Ф. -№2001100087/03; заявл. 04.01.2001; опубл. 20.09.2002. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://bd.patent.su/2189000-2189999/pat/servl/servlet4f2c.html.

2. Ушаков, К.З. Рудничная аэрология / К.З. Ушаков, А.С. Бурчаков, И.И. Медведев. -М.: Недра, 1978. -440 с.

3. Химический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1983.- 792 с.

4. Вредные вещества в промышленности: справочник для химиков, инженеров и врачей: в 3 т. -Т. 1. Органические вещества. -Л.: Химия, 1979. -592 с.

5. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны (утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27.04.2003 г.). Электронный ресурс. - Режим доступа: Информационно-правовое обеспечение «Гарант», Эксперт-Гарант-Максимум. Версия от 22.10.2012. - Загл. с экрана.

Размещено на Allbest.ru