Совершенствование нормативной базы системы самоспасения горнорабочих

Проблемам обеспечения безопасности при ведении горных работ уделяется огромное внимание - исследуют способы ведения этих работ, средства защиты горнорабочих и периодически издают государственные, ведомственные, отраслевые документы по безопасности труда горнорабочих.

На протяжении многих лет Правила безопасности были единственным нормативным документом, который регламентировал применение средств защиты органов дыхания в шахтах. Правила предписывали всем спускающимся в шахту иметь при себе исправные изолирующие самоспасатели и кратко описывали порядок их учета и проверок. Важно, что в Правилах упоминали и коллективные средства защиты дыхания. На длинных маршрутах, время преодоления которых больше времени защитного действия самоспасателя, необходимо устанавливать пункты переключения (не более одного на пути следования) или групповые передвижные, или стационарные средства самоспасения. Этой информации явно недостаточно для практического ее внедрения. Поэтому в 2004 г. был введен в действие отраслевой стандарт СОУ [8], который устанавливает общие требования к многоступенчатой системе самоспасения горнорабочих в шахтах. Все горнорабочие должны быть обучены навыкам включения в изолирующие самоспасатели, поведения и дыхания в них. Для этого необходимо регулярно проводить тренировки с использованием учебных самоспасателей ШСС-1Т1 [2] или исправных изолирующих самоспасателей с истекшим сроком службы в «дымных камерах». В документе [8] впервые определены три разных типа самоспасателей, которые допущены к применению в угольной промышленности: ШСС-1, СИ-40 [2] и СИ-30 [9], имеющие разные габариты и время защитного действия (50, 40 и 30 мин соответственно). Это сделано с целью варьирования самоспасателями с различным временем защитного действия в зависимости от горно-технических и горно-геологических условий. Актуальность этой работы была обусловлена не только необходимостью конкретизации положений [7], но и усложнением условий угледобычи: углублением разработки угольных пластов и увеличением их длины, повышением температуры окружающих пород, что приводит к увеличению энергоемкости путей аварийных выходов. Анализ аварийных маршрутов показал, что 40% из них не могут быть преодолены горнорабочими в самоспасателе ШСС-1. В этих случаях существует несколько способов обеспечения безопасности:

реверсирование вентиляционной струи на аварийном участке;

разрезание длинного выемочного столба одной или несколькими специальными выработками на части;

увеличение ВЗД самоспасателя;

размещение на аварийных маршрутах коллективных средств защиты.

Первые два способа повышают потенциальную опасность возникновения или развития подземной аварии вследствие накопления метана на аварийных участках.

Создание громоздких самоспасателей не отвечает современным мировым тенденциям к уменьшению габаритов самоспасателей с ВЗД от 10 до 30 мин, которые постоянно находятся у пользователя. Поэтому Украина и ряд других угледобывающих стран мира выбрали четвертый способ - создание многоступенчатой системы самоспасения, включающей в себя сочетание индивидуальных и коллективных средств защиты. Революционным прорывом СОУ [8] было введение научно обоснованных технических требований к коллективным средствам защиты. Так, количество воздуховодов в пункте переключения в резервные самоспасатели определялось с помощью формул Эрланга [5], справедливых для простейшего потока поступления требований в систему: времени выхода горнорабочих к пункту и времени переключения в резервный самоспасатель.

Тогда для установившегося процесса вероятность P_k того, что обслуживанием заняты К воздуховодов, определяется из выражения

, (1)

где l - плотность потока требований, ;

n - количество воздуховодов;

m -  - параметр обслуживания (переключения), ;

 - среднее время обслуживания (переключения), с.

Из данных, полученных при движении горнорабочих по аварийным маршрутам, рассчитаны следующие параметры:

l = 0,573Ч10^-2 ;  = 47 с; m = 0,213Ч10^-1.

Подставив эти значения в выражение (1), определяем вероятность занятости всех воздуховодов пункта при наличии в его конструкции от 1 до 6 отводов. Учитывая, что для дыхательной аппаратуры вероятность выполнения заданной функции обычно принимается равной Р = 0,995, следует, что оптимально - шесть воздуховодов. При этом вероятность одновременной занятости всех шести воздуховодов чрезвычайно мала (Р₆ =0,00004), что могло быть основанием остановиться на четырех воздуховодах, но более целесообразно использование шести. Этим полностью исключается ожидание горнорабочим переключения у пункта в непригодной для дыхания среде. На всех шахтах, которые разрабатывают угольные пласты, склонные к газодинамическим явлениям, пункты переключения необходимо устанавливать в вентиляционном и откаточном (конвейерном) штреках на расстоянии не более чем 50 м от выхода из лавы [8]. В работе намечено решение задачи по определению места размещения пунктов переключения в резервные самоспасатели. Для этого необходимо определить расстояние, которое может преодолеть горнорабочий, включенный в тот или иной тип самоспасателя, L, м. Это расстояние рассчитывают по формуле

L = V_п T_ВЗД, (2)

где V_п - средняя скорость передвижения в самоспасателе, м/мин;

Т_ВЗД - время защитного действия самоспасателя, мин.

Для этого в СОУ [8] приведены средние скорости передвижения горнорабочих в самоспасателе в непригодной для дыхания среде в разных условиях. На основании этих данных в работе [6] приведен алгоритм расчета размещения пунктов переключения в резервные самоспасатели в горных выработках. В длинных выработках, когда одного пункта переключения в резервные самоспасатели для выхода горнорабочих на свежую вентиляционную струю недостаточно, устанавливаются передвижные камеры-убежища. В них могут одновременно находиться 12…15 горнорабочих или горноспасателей. При температуре окружающей среды свыше 26°С и при наличии в выработке общешахтной пневмосети камеры-убежища необходимо оборудовать системой охлаждения и оснастить не менее 15 резервными самоспасателями. Для безопасности людей в исключительных случаях, когда время выхода не обеспечивается применением пункта переключения и передвижной камерой-убежищем, разрешается устанавливать стационарную камеру-убежище, требования к которой детально описаны в СОУ [10], и она также может обеспечивать отдых горноспасателей во время ведения горных работ в длинных выработках. Стационарная камера-убежище размещается в специально пройденной в горном массиве нише или в параллельной выработке и должна быть изолирована от действующей выработки. Высота камеры - от 1,8 до 2,0 м. Люди должны заходить в камеру и выходить из нее через специальный шлюз, площадь камеры S, м², должна соответствовать условию

S ? 1,4 N,

где N - максимальное количество людей в смене на участке.

Минимальное значение площади камеры 12 м². Камера-убежище должна быть оснащена специальной системой жизнеобеспечения и резервными самоспасателями, количество которых зависит от количества горнорабочих и горноспасателей, которые могут оказаться на участке во время аварии. Подача воздуха в камеру осуществляется от общешахтной пневмосети, вентиляционного ствола или при помощи трубы, проложенной с поверхности. В камере необходимо создавать избыточное давление не менее 50 Па, чтобы избежать попадания токсичных веществ внутрь камеры. Местоположение коллективных средств защиты зависит от горно-геологических и горно-технических условий аварийных маршрутов, предусмотренных планом ликвидации аварии, типом самоспасателя (и, следовательно, его ВЗД), который находится у горнорабочего, и ВЗД респиратора, который находится на оснащении у горноспасателя.

В работах [3, 4] заложены основы оптимального выбора места размещения камеры-убежища для горноспасателей.

Если в соответствии с Планом ликвидации аварии этой же камерой должны воспользоваться и горнорабочие, появляются дополнительные требования к размещению камер-убежищ и других средств коллективной защиты - пунктов переключения в резервные самоспасатели. Зная тип самоспасателя, находящегося у горнорабочего, можно рассчитать, где должна находиться камера-убежище, чтобы Т_ВЗД самоспасателя хватило на преодоление расстояния, которое отделяет горнорабочего от камеры-убежища. Для этого должны выполняться следующие условия:

если камера-убежище находится в вентиляционном штреке

 (3)

если камера-убежище находится в откаточном штреке

(4)

где М» - количество участков с разной энергоемкостью их преодоления, находящихся на пути горнорабочего от места работы в откаточном штреке до лавы;

т, і, j, ц, ш, о - индексы суммирования на различных участках;

l - длина участков, м, с разными условиями движения;

V - скорость передвижения горнорабочего на каждом участке, соответствующая нагрузке средней тяжести, которая нормирована;

J, М, Ц - количество участков с разной энергоемкостью их преодоления при движении для вентиляционного, откаточного штреков и лавы соответственно;

- количество участков с разной энергоемкостью их преодоления, находящихся на пути горнорабочего от лавы до камеры-убежища, если она установлена в вентиляционном штреке;

J» - количество участков с разной энергоемкостью их преодоления, находящихся на пути горнорабочего от места работы в вентиляционном штреке до лавы;

- количество участков с разной энергоемкостью их преодоления, находящихся на пути горнорабочего от лавы до камеры-убежища, если она установлена в откаточном штреке.

Варьируя расположение коллективных средств защиты в пределах, определяемых полученными соотношениями, можно найти оптимальные места их размещения и повысить надежность системы самоспасения за счет рационального выбора типа самоспасателя, скорее всего, малогабаритного, постоянно носимого горнорабочим.

Эти положения будут развиты и детализированы в разрабатываемом отраслевом стандарте «Система і технічні засоби саморятування гірників. Вибір типу саморятівника і місць розташування засобів колективного захисту органів дихання в гірничих виробках». Введение этого стандарта позволит повысить безопасность горнорабочих при эксплуатации длинных выемочных столбов и уменьшить негативные последствия подземных аварий, что, в свою очередь, имеет большой социальный и экономический эффекты.