Оцінка ризиків і підвищення безпеки гірничорятувальних робіт у шахтах, небезпечних за газом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Державний вищий навчальний заклад

«Донецький національний технічний університет»

УДК 622.8:614

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Оцінка ризиків і підвищення безпеки гірничорятувальних робіт у шахтах, небезпечних за газом

05.26.01 - охорона праці

Костенко Тетяна Вікторівна

Донецьк - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі охорони праці та аерології ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, м.Донецьк.

Науковий керівник: д.т.н., проф. Булгаков Юрій Федорович, ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (м.Донецьк), проректор ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», директор інституту гірництва та геології, завідувач кафедри охорони праці та аерології

Офіційні опоненти:

д.т.н., проф. Шевцов Микола Романович, ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (м.Донецьк), завідувач кафедри будівництва шахт та підземних споруд;

д.т.н., с.н.с. Кудінов Юрій Васильович, Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості (МакНДІ) Міністерства палива та енергетики України (м.Макіївка), головний науковий співробітник

Захист відбудеться «7» липня 2011р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченой ради Д 11.052.05 ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України вул. Артема, 58, м. Донецьк, Україна, 83001; т.(062) 304-30-55.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України вул. Артема, 58, ІІ навч.корп., м. Донецьк, Україна, 83001; т.(062) 304-30-55.

Автореферат розісланий «3» червня 2011р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради д.т.н., проф. В.П. Кондрахін

Загальна харатеристика роботи

Актуальність теми. Не зважаючи на інтенсивний розвиток засобів і способів ліквідації підземних аварій, актуальною залишається проблема удосконалення технологій гірничорятувальних робіт у газових шахтах, особливо при виконанні важких і тривалих тактичних заходів.

Технологія ліквідації джерел, причин і наслідків важких аварій пов'язана із високими ризиками травмування гірничорятувальників вражаючими чинниками вибухів газоповітряних сумішей (ГПС), отруєнням токсичними продуктами горіння, дією високих температур, обваленням гірських порід.

За даними Державної Воєнізованої Гірничорятувальної Служби (ДВГРС) щорічно на шахтах України трапляється не менше чотирьох вибухів метаноповітряних сумішей, які спричиняють жертви, нерідко численні. Іноді вибухи є наслідком ускладнення таких видів аварій, як загазування виробок, пожежі, особливо ендогенні, раптові викиди вугілля, газу, пісковиків. Статистика свідчить про те, що найбільша кількість травм, які трапляються у гірничих виробках, виникає внаслідок вибухів, завалень виробок, переміщення горіння у важкодоступні місця (у вироблений простір, закріпний простір, роздавлені цілики).

Разом із тим, розробка українськими вченими і освоєння промисловістю випуску мембранних газорозподільних установок відкриває перспективи високоефективної дистанційної ліквідації важких підземних аварій. Однак відсутність відповідних сучасним засобам технологій стримує прогрес в галузі протипожежного захисту вугільних шахт. При цьому очевидно, що вдосконалення технологій пожежогасіння не повинно супроводжуватися зниженням рівня безпеки гірничорятувальників.

У зв'язку із вищенаписанним, дослідження з оцінки і зниження ризиків гірничорятувальних операцій, встановлення закономірностей формування вибухобезпечного газового середовища в районі ведення аварійних робіт, забезпечення дистанційного виконання основних технологічних операцій за допомогою засобів контролю і автоматики є актуальним науково-технічним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота виконана на підставі тематичного плану науково-дослідницьких робот в ДонНТУ «Удосконалення методів і способів профілактики і гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях» (№ ДР 0107U008698), у якій автор брав участь у якості відповідального виконавця.

Мета і завдання досліджень. Метою роботи є підвищення безпеки виконання основних видів аварійних робіт у газових шахтах. Поставлена мета обумовила необхідність рішення наступних завдань:

- виконати аналіз умов виникнення травмонебезпечних ситуацій при веденні важких аварійних робіт;

- оцінити основні ризики вражень гірничорятувальних підрозділів під час виконання основних видів оперативних дій у газових шахтах;

- розробити науково обґрунтовані напрямки управління ризиками;

- розробити методику оцінки вибухонебезпечності трикомпонентного (горючий газ - окислювач - флегматизатор) газового середовища;

- провести лабораторні дослідження з перевірки вибухових властивостей трикомпонентних газових сумішей і встановити мінімальну межу флегматизації вибухонебезпечних сумішей;

- обґрунтувати технологічно безпечні та ефективні способи ліквідації аварій у важкодоступних місцях і розробити засоби автоматизації технологічних процесів дистанційного гасіння підземних пожеж.

Об'єкт досліджень - процеси і умови безпечного ведення аварійно-рятувальних робіт у гірничих виробках газових шахт.

Предмет досліджень - газодинамічні процеси у важкодоступних аварійних дільницях, які обумовлюють причини і ризики травмування гірничорятувальників при веденні аварійних робіт у газових шахтах.

Методи досліджень - при виконанні дисертаційної роботи був використаний комплексний метод досліджень, який містить аналіз та узагальнення літературних джерел, що присвячені існуючим способам і засобам виконання аварійно-рятувальних робіт у гірничих виробках небезпечних за газом шахт; теоретичні дослідження динаміки формування вибухонебезпечних середовищ; методи математичного і чисельного моделювання зміни депресії на ізолюючих спорудах; лабораторні дослідження вибуховості газових сумішей; ретроспективний аналіз оперативних дій при веденні аварійних робіт у газових шахтах.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше встановлено, що ступінь ризику травматизму гірничорятувальників під час праці в умовах потенційного вибуху метаноповітряних сумішей прямо пропорційний протяжності аварійної зони і обернено пропорційний швидкості переміщення людей по цій зоні, що дозволяє розробити науково-обґрунтовані рекомендації з безпеки праці гірничорятувальників. При цьому для оперативних підрозділів ДВГРС, враховуючи сучасний рівень техніки та технологій виконання оперативних дій, були визначені чисельні значення ризиків травматизму, при перевищенні яких аварійні роботи мають бути припинені.

2. Встановлено явище змінення значень верхньої межі займання метаноповітряної суміші у залежності від концентрації азоту. При збільшенні вмісту азоту в суміші на 1,5-2%, значення межі знижується на 1%, що може служити підставою для створення експрес-методу розрахунку параметрів флегматизації аварійних дільниць.

3. Встановлено, що коефіцієнт флегматизації атмосфери в районі вогнища горіння після закриття прорізів у перемичках визначається відношенням теплоти, яка може виділитися при окислюванні пального, до кількості теплоти, яку здатен поглинути флегматизатор. Визначено мінімальне безпечне значення коефіцієнту флегматизації =0,22 для метаноповітряних сумішей, яке слід враховувати для розрахунку часу розкриття пожежної дільниці й зниження якого приведе до вибуху та травмування гірничорятувальників.

Практичне значення отриманих результатів полягає у розробці:

1) рекомендацій з чисельної оцінки ризиків і підвищення безпеки ведення аварійних робіт у газових шахтах;

2) нового методу прогнозування вибуховості трикомпонентних газових сумішей;

3) якісно нових технологій гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях за допомогою мобільних мембранних газорозподільних установок і комплекту засобів автоматизації технологічних операцій по гасінню підземних пожеж комбінованим способом.

Очікуваний річний економічний ефект від використання практичних результатів, що були отримані автором, складає не менше 1295 тис. грн в масштабах вугільної галузі України.

Особистий внесок здобувача. Автором сформульовані мета і задачі досліджень, виконано теоретичне обґрунтування розрахунку ризиків ведення аварійних робіт при гасінні складних підземних пожеж, вивчені в лабораторних умовах вибухові властивості газових сумішей, розроблені нові технології гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях. Автором самостійно сформульовані основні наукові положення і висновки.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідалися і були схвалені на Міжнародних науково-технічних конференціях аспірантів і студентів «Автоматизація технологічних об'єктів і процесів. Пошук молодих» (Донецьк, 2005, 2006), наукових симпозіумах «Неделя горняка» (Москва, 2005, 2006), «Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика» (Харків, 2006), «Bezpecnost v prumyslu (pozar-vybuch-havarie)» (Чеська Республіка, Острава, 2007), «Gуrnictwo zrуwnowaїonego rozwoju» (Польща, Глівіце, 2006); ІХ міжнародній науково-практичній конференції «Пожежна безпека-2009» (Львів, 2009), міжнародному форум-конкурсі молодих вчених «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2010).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 19 наукових робіт, з них 1 монографія, 5 статей у фахових виданнях ВАК України, 2 патенти на корисну модель, 2 патенти на винахід і 9 публікацій у матеріалах конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів і загальних висновків, містить 146 сторінок машинописного тексту, 54 рисунки, 25 таблиць, бібліографічний список використаної літератури із 101 найменування та 2 додатки. Загальний обсяг роботи 201 сторінка.

Основний зміст роботи

Перший розділ «Аналіз існуючих уявлень щодо забезпечення безпечних умов ведення робіт при ліквідації аварій у газових шахтах» присвячений обґрунтуванню актуальності роботи, аналізу умов виникнення і ліквідації підземних аварій на газових вугільних шахтах України, сучасним технологіям ведення аварійно-рятувальних робіт, аналізу безпеки і ефективності ліквідації наслідків катастроф, що сталися останнім часом.

На підставі аналізу літератури і статистичних даних зроблено висновок про те, що більшість підземних аварій, які були ліквідовані Державною Воєнізованою Гірничорятувальною Службою, пов'язані із пожежами, питома вага яких складає 54%, з обрушеннями гірничих порід (22,5%) і загазуванням (7,7%). При обсязі видобутку вугілля, який складає 2% від світового, кількість аварій 1-ї категорії, що пов'язані із пожежами, вибухами газу і пилу, на українських шахтах складає 37% від загальної кількості у вугільній промисловості усіх країн світу. Крім прямих збитків, які пов'язані із втратою техніки, гірничих виробок і запасів вугілля, що підготовлені до виїмки, в виїмкових полях, що інтенсивно відпрацьовуються, особливо великі аварійні збитки, які пов'язані із простоями лав або несвоєчасною підготовкою фронту очисних робіт. За останні роки пожежами були виведені із експлуатації або ускладнена підготовка найпродуктивніших в Україні виїмкових полів на шахтах «Привольнянська», ОП «Шахта ім.О.Ф.Засядька», «Краснолиманська», ім.Г.Г.Капустина, «Самоснівська-Західна». Подібні аварії траплялися на шахтах Росії («Распадская»), Казахстану («Имени Ленина»), Китаю («Санджуван») та інших.

Виконаний аналіз робіт видатних вчених України (О.М.Брюханова, Ю.Ф. Булгакова, В.І.Голінька, С.П.Грекова, Б.А.Грядущего, М.П.Зборщика, В.К.Костенка, Ю.В.Кудінова, П.С.Пашковського, М.Р.Шевцова), Росії (Н.О.Каледіної, О.О.Скочинського), Чеської Республіки (А.Адамуса), Польщі (Ю.Сулковського, С.Тренчека) показав, що найбільш складні аварії виникають у важкодоступних місцях, таких як вироблений простір, цілики, за кріпленням підготовчих виробок. Технологія придушення вогнищ горіння в таких умовах є складною і небезпечною процедурою, тому нерідко характеризується найбільш високими рівнями травматизму і тривалістю ліквідації такого роду підземних аварій. В останні роки намітилась тенденція до збільшення тривалості та трудомісткості їх ліквідації.

Одним з найбільш перспективних способів попередження, локалізації і гасіння ендогенних і екзогенних пожеж у шахтах є інертизація атмосфери аварійної дільниці, під якою розуміють штучне зниження концентрації кисню в атмосфері гірничих виробок шляхом подавання до неї газу-флегматизатору. Інертизація за допомогою газоподібного азоту дозволяє вирішити наступні задачі під час ліквідації підземної пожежі: скоротити час ліквідації аварії; попередити вибухи газоповітряної суміші на аварійній дільниці; прискорити охолодження високотемпературної зони до безпечного рівня; скоротити до мінімуму або цілком припинити процес горіння. Все це дозволяє досягнути головної мети досліджень - підвищити безпеку праці гірничорятувальників.

Ліквідація високотемпературних вогнищ горіння у важкодоступних місцях, таких як вироблений простір лав, деформовані вугільні цілики, куполи за кріпленням підготовчих виробок, бункери та інші, є найбільш трудомісткім, тривалим, небезпечним і витратним видом підземних гірничорятувальних операцій у сучасній практиці вуглевидобутку. Безпосередній вплив в таких умовах на пожежу вогнегасячими засобами, як правило, неможливий через складність проникнення до вогнища горіння, загрози ускладнень таких аварій загазуванням, задимленням, а також часто вибухами газоповітряних сумішей, обваленням порід у виробки, нестабільними режимами провітрювання і підвищеною температурою у місцях ведення аварійних робіт. Внаслідок важкодоступності і неінтенсивного проникнення повітря, використання водяних, пінних, порошкових та інших засобів пожежогасіння, якими оснащені гірничорятувальні частини, не є ефективними. Технології, що базуються на ізоляції аварійних виробок штучними спорудами, з наступним спорудженням камер вирівнювання тиску, досить громіздкі і недостатньо безпечні. Найбільш перспективним, а нерідко і єдино можливим, є дистанційне гасіння за допомогою газових засобів.

Способи і засоби подавання азоту обирають, виходячи з гірничотехнічних умов, наявності технічних засобів подачі газу, обраної технологічної схеми випуску його в гірничі виробки аварійної ділянки та обраного способу ліквідації аварії. Для цього, як правило, використовують рідкий азот і установки для його газифікації. Застосування рідкого азоту стримують властиві цій технології недоліки: необхідність застосовувати дефіцитне коштовне криогенне обладнання; складність транспортування і збереження газу, значні фінансові втрати при цьому; витрати енергії на газифікацію та інші.

Гірничорятувальні частини багатьох вуглевидобувних країн оснащені генераторами інертних газів на основі турбореактивних двигунів, криогенними азотними і балонними вуглекислотними установками, іншою технікою газового пожежогасіння. Цим технічним засобам властиві такі недоліки як висока вартість вихідних компонентів, складність і небезпека їхнього транспортування виробками, низька продуктивність та інші. Одним з перспективних шляхів подолання цих недоліків є реалізація сучасної технології одержання з повітря газових сумішей з низьким вмістом кисню за допомогою газорозподільних мембран.

Проблема полягає у тому, що в азотній суміші, яка отримується з працюючих в максимальному режимі мембранних установок, знаходиться до п'яти відсотків кисню. Крім того, кисень в ізольований обсяг надходить у вигляді витоків повітря, що фільтрується через тіло перемички і тріщини в породах виробок. Його концентрація в ізольованому перемичками обсязі становить до 10% і більше. Таким чином, не забезпечується необхідний для придушення тліючого горіння склад газової суміші, у якій вміст кисню не повинний перевищувати 1..2%.

В результаті проведеного аналізу сформульовані мета і завдання досліджень, визначені їх об'єкт, предмет і методи.

Другий розділ «Оцінка ризиків враження гірничорятувальників при веденні аварійно-рятувальних робіт у загазованому середовищі» присвячений визначенню основних видів вражаючих факторів, з якими гірничорятувальники можуть зустрітися під час аварійних робіт, розрахунку їх чисельних величин та розробці основних заходів щодо управління цими ризиками.

На підставі аналізу ходу робіт з ліквідації аварій визначені види ризиків вражень, які найчастіше трапляються з гірничорятувальниками. Серед основних: враження теплотою вогнища горіння, токсичними продуктами пожежі, ударною хвилею від вибуху газоповітряної суміші, теплотою і токсичними продуктами вибуху, обваленням порід в гірничі виробки, ядухою.

Розташування основних зон вище перелічених вражень при гасінні підземних пожеж наведено на рис. 1.



Рис.1. Розташування зон вражень при ліквідації аварії: 1-вентиляційна виробка; 2,3 - зони враження, відповідно, ударною хвилею і високою температурою від вибуху ГПС та токсичними продуктами вибуху; 4,5 - відповідно, перемичка та зона обвалення порід; 6 - сходячий струмінь газів; 7,9 - відповідно, зони теплового та токсичного враження пожежними газами; 8 - очисний вибій; 10 - вогнище горіння; 11,12 - струмені інертних газів та витоків повітря, відповідно; 13 - трубопровід інертних газів; 14 - зона ядухи; 15, 16- струмінь повітря та повітряподавальна виробка

Загальний ризик травмування дорівнює сумі ризиків за причинами, що спричинили травмування:

,(1)

де - показник, що характеризує заходи і засоби профілактики травматизму,

,(2)

де - кількість змін, протягом яких відбуваються роботи; - протяжність зони ризику; - швидкість переміщення відділення гірничорятувальників по зоні ризику; 360 хв - час, протягом якого триває зміна.

На підставі (1) були розраховані ступені окремих видів ризику травмування гірничорятувальників при веденні робіт у виробках газових шахт без використання засобів захисту і з використанням найефективніших сучасних засобів захисту (рис. 2).

Встановлено, що ступінь ризику травматизму гірничорятувальників під час праці в умовах потенційного вибуху метаноповітряних сумішей прямо пропорційний протяжності аварійної зони і обернено пропорційний швидкості переміщення людей по цій зоні. При цьому для оперативних підрозділів ДВГРС, враховуючи сучасний рівень техніки та технологій виконання оперативних дій, були визначені чисельні значення ризиків травматизму, при перевищенні яких аварійні роботи мають бути припинені. Це дозволило розробити науково обґрунтовані рекомендації по вибору напрямків управління ризиками та забезпечення безпечного гасіння пожеж у важкодоступних місцях (таблиця 1).



Рис. 2. Діаграма ступенів основних ризиків по зонам під час виконання основних робот з ліквідації аварії у важкодоступних місцях (а - без використання засобів захисту, б- з використанням засобів захисту): 1 - розвідка, 2 - зведення перемички на вентиляційному штреку, 4 - зведення перемички на конвеєрному штреку, 5 - подавання азотної суміші з вмістом кисню 15%, 6 - подавання азотної суміші з вмістом кисню 5%, 7 - подавання азотної суміші з вмістом кисню 2%.

У третьому розділі «Оцінка вибуховості газових сумішей у підземних гірничих виробках» виконано теоретичні і лабораторні дослідження вибуховості трикомпонентної (горючий газ-окислювач-флегматизатор) газової суміші, а також розкрито механізм формування атмосфери в районі джерела високої температури.

Компоненти суміші, яка складається із окислювача, горючих газів і флегматизатору, знаходяться у взаємозв'язку:

, %(3)

де ,, - відповідно сумарні концентрації окислювача, горючих і флегматизуючих газів, %.

Геометрично таку трикомпонентну суміш зображено в системі трьох координат «окислювач-горючий газ-флегматизатор» як площину, що перетинає координатні осі в точках 100% (рис.3). Область вибухових сумішей знаходиться в трикутнику ,,, де значення і відповідно нижня і верхня межа вибуховості суміші, - пік спалаху.

Якщо до газокисневої суміші додавати флегматизатор, то розмір трикутника зменшується. Так для сумішей з початковим вмістом флегматизатору 79% і 90% отримані трикутники ,, і ,,. Традиційний трикутник вибуховості є проекцією побудованого нами ,, на горизонтальну площину.

Аналізуючи характер зміни інтервалу вибуховості сумішей із різним вмістом флегматизуючих газів встановлено, що зі збільшенням долі інертних газів у складі суміші, інтервал вибуховості значно зменшується. При цьому нижня межа вибуховості змінюється повільно, динаміка обумовлена зміною верхньої межі.

Таблиця 1. Основі напрямки керування ризиками

Види ризиків враження	Засоби зменшення ризиків
Ударною хвилею від вибуху ГПС	комплекс противибуховий типу КПШ
Високою температурою від вибуху ГПС	1) охолоджуючий елемент в респіраторі 2) протитеплова куртка 3) протитепловий костюм
Токсичними продуктами вибуху ГПС	1) саморятівник (tзд*=50хв) 2) допоміжний респіратор Р-34 (tзд=120хв) 3) основний респіратор типу Р-30 або РХ-4E (tзд=240хв)
Токсичними продуктами пожежних газів	1) саморятівник (tзд*=50хв) 2) допоміжний респіратор Р-34 (tзд=120хв) 3) основний респіратор типу Р-30 або РХ-4E (tзд=240хв)
Високою температурою від пожежних газів	1) охолоджуючий елемент в респіраторі 2) протитеплова куртка 3) протитепловий костюм
Ядуха	1) саморятівник (tзд*=50хв) 2) допоміжний респіратор Р-34 (tзд=120хв) 3) основний респіратор типу Р-30 або РХ-4E (tзд=240хв) 4) провітрювання тупикової виробки 5) апаратура автоматизації для дистанційного гасіння пожеж
Обвалення порід в районі зведення перемички	1) механізоване зведення перемички 2) зведення безврубової перемички

* tзд - час захисної дії саморятівника або респіратору, хв

Рис.3. Схема визначення області вибуховості трикомпонентних газових сумішей: ,,- концентрації у складі суміші відповідно окислювача, флегматизатора, горючого газу; і - відповідно нижня і верхня межа вибуховості газової суміші, де - процентний вміст флегматизатору у складі суміші; - пік спалаху суміші за киснем; 1,2 - лінії, що характеризують газові середовища з початковим вмістом флегматизатору відповідно 79 і 90%.

Сторони трикутника з вершинами ,, можна охарактеризувати математичними залежностями ліній, що проходять через дві точки (рис.4). Разом із (3) вони створюють систему рівнянь:

травмонебезпечний аварійний вибухонебезпечність флегматизація



Рис.4. Фрагмент трикутника ,,: 1, 2 - відрізки, що характеризують діапазони вибуховості газових сумішей, нижні , і верхні , межі вибуховості із відповідними значеннями концентрацій горючого газу - , окислювача -, флегматизатору - .

(4)

Для перевірки справедливості запропонованої теорії були проведені дві серії експериментів за допомогою установки, що зображена на рис.5а. Експеримент математично планувався.

В лабораторних умовах проводилось змішування хімічно чистих кисню, азоту і метану у необхідних пропорціях. Приготовлені суміші досліджувалися на горючість і вибуховість. При цьому було використано два способи ініціювання: зовнішнім джерелом відкритого полум'я і електродетонатором, який був розміщений у вибуховій ємності (рис.5б).

При ініціюванні суміші джерелом відкритого полум'я жодна з приготованих сумішей не вибухнула і не спалахнула, займання відбувалось лише при ініціюванні за допомогою електродетонатора (табл. 2).

Рис. 5. Загальний вигляд лабораторної установки (а) і ініціювання горіння суміші від електродетонатору, що розміщений у вибуховій ємності(б): 1 - дозувальний пристрій; 2 - вибухова ємність для суміші, що досліджується; 3 - ємність для газового інгредієнту; 4 - вентиль; 5 - проміжна еластична ємність; 6 - електричні контакти; 7 - джерело постійного струму 12V.

Таблиця 2. Результати випробувань, що були проведені при ініціюванні спалаху суміші електродетонатором, який був розміщений у вибуховій ємності

№ п/п	Вміст газового компоненту в суміші, %	Результат	Темп вигорання
	N2	O2	CH4
1	78	17	5	Суміш не є вибуховою	Відсутній
2	78	15	7	Суміш вибухова	Швидкий
3	79	15	6	Суміш вибухова	Повільний
4	79	17	4	Суміш не є вибуховою	Відсутній
5	80	15	5	Суміш не є вибуховою	Відсутній
6	81	15	4	Суміш не є вибуховою	Відсутній
7	73	20	6	Суміш вибухова	Швидкий

Подавання збагаченої азотом газової суміші до вогнища горіння дозволяє знизити обсяг і швидкість окислювання твердих і газоподібних горючих речовин до повного його припинення. Потік інертизованого повітря охолоджує загашені поверхні, запобігаючи рецидивам пожеж після відновлення нормального провітрювання. Важливою характеристикою газів є здатність проникати у важкодоступні місця, куди не можуть потрапити порошкові, пінні і водяні засоби пожежогасіння. Однак діючими нормативними документами не регламентований порядок контролю на дільницях, що ізолюються, мережі гірничих виробок. Зокрема, не визначені способи експрес-оцінки вибухонебезпечності газового середовища в районі вогнища горіння.

Для створення способу експрес-оцінки вибухонебезпечності аварійної дільниці запропоновано оцінювати газове середовище на підставі показника інтенсивності флегматизації, який визначається за формулою:

(5)

де і - відповідно концентрації горючих і флегматизуючих газів у ізольованому обсязі.

Фізична інтерпретація показника інтенсивності флегматизації газової суміші () являє собою відношення можливої теплоти, що може виділитися при окислюванні пального, до кількості теплоти, яку здатен поглинути флегматизатор.

Підтверджено гіпотезу, яка говорить про те, що при досягненні достатньо високого показника , стає неможливою реакція окислення, тому що теплота, яка створилася при горінні, розсіюється у флегматизаторі та недостатня для ініціювання окислення сусідніх молекул горючого газу.

Порівняння результатів теоретичних і лабораторних досліджень. підтвердило справедливість запропонованої теоретичної методики визначення вибуховості газової суміші. Обґрунтовано методику визначення коефіцієнту флегматизації при веденні аварійно-рятувальних робіт. Коефіцієнт флегматизації атмосфери в районі вогнища пожежі після закриття прорізів у перемичках визначається відношенням можливої теплоти, що виділяється при окислюванні горючого, до кількості теплоти, яку здатен поглинути флегматизатор. Встановлене мінімальне безпечне значення =0,22 для азото-киснево-метанових сумішей (рис.6).

Рис.6. Вплив інтенсивності флегматизації () на горючість суміші повітря і метану (,%): - граничний рівень інтенсивності флегматизації, вище якого суміші не є горючими; кружечки - горючі, ромбики - негорючі суміші

У четвертому розділі «Розробка технології дистанційної флегматизації повітря у вибухонебезпечних місцях за допомогою мембранних газорозподільних установок» виконано обґрунтування безпечних тактичних прийомів зниження витоків повітря до ізольованої аварійної дільниці, розроблено технологічні схеми подавання азоту до вогнища горіння, розроблено комплект засобів автоматизації процесу дистанційного гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях.

Спосіб попередження та гасіння джерел горіння, передбачає створення за рахунок подавання інертного газу по трубопроводу від газифікаційної установки газової суміші з низьким вмістом кисню поблизу джерела горіння та регулювання газового тиску в камері, що була створена шляхом зведення у виробці ізолюючої перемички із двома отворами, та додаткової перемички із одним отвором з боку надходження до джерела горіння вугілля свіжого струменя повітря, в якому трубопровід для подавання інертного газу послідовно підключено до отворів у ізолюючій та додатковій перемичках. На ділянці між газіфікаційною установкою та ізолюючою перемичкою трубопровід має патрубок, який підключено до другого отвору в ізолюючої перемичці. Частина труби для подавання інертного газу між патрубком і ізолюючою перемичкою та патрубок оснащені регуляторами витрати (рис.7).

Рис.7. Схема реалізації способу гасіння вогнищ горіння: 1- виробка; 2 - ізолююча перемичка; 3 - додаткова ізолююча перемичка; 4 - трубопровід для подавання інертного газу від газифікаційної установки; 5 - патрубок для подавання інертного газу; 6, 7- регулятори витрати інертного газу; 8 - диференційний манометр та пневмокабель.

Фізична сутність запропонованого способу полягає в підвищенні газового тиску в камері між перемичками 2 і 3 за рахунок використання надлишкового тиску інертного газу, що подається газифікаційною установкою. Тиск, що розвивається різними типами пристроїв для подачі інертного газу, сягає близько 10⁷Па, а перепад тиску на перемичці не перевищує 10² Па, що гарантує досягнення позитивного ефекту. Після вирівнювання тисків у розділених додатковою ізолюючої перемичкою 2 ділянках виробки ліквідуються умови для фільтрації повітря через неї і оточуючі породи, але залишається фільтрація через ізолюючу перемичку 3. Однак, завдяки тому, що простір між перемичками 2 і 3 заповнено інертним газом, до ізольованої дільниці виробки не надходить кисень і в ній складаються сприятливі умови для попередження вибуху та гасіння пожежі. Витрати інертного газу у камері між перемичками 2 і 3 компенсує газ, що надходить через патрубок 5.

Для розробки комплекту засобів автоматизації дистанційного гасіння пожеж у важкодоступних місцях було проведено моделювання процесу подачі азоту в аварійну виробку за допомогою програмного пакету Simulink MATLAB. На підставі результатів математичного моделювання, які показали, що запропонована система є досить надійною, швидкодіючою, було розроблено комплект засобів автоматизації для гасіння відповідно до запропонованої технології (рис.7) підземних пожеж у важкодоступних місцях за допомогою газових засобів (рис.8) на базі пристроїв, що розроблені і серійно випускаються Інститутом Інноваційних Технологій EMAG (Польща, Катовіце).

Рис. 8. Комплект засобів автоматизації для дистанційного гасіння пожеж у важкодоступних місцях.

П'ятий розділ «Еколого-економічна ефективність запропонованих заходів підвищення безпеки ведення аварійно-рятувальних робіт в небезпечних за газом шахтах» присвячено розрахунку ефективності використання запропонованих технологічних рішень та оцінюванню екологічних наслідків використання результатів роботи.

Розрахунок річного економічного ефекту використання запропонованих технологій гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях за допомогою газорозподільних установок був виконаний за методикою НДІГС «Респіратор»:

(6)

де і - оптові ціни базового і нового засобу гірничорятувальної техніки, грн; і - питома витрата вогнегасного засобу базового і нового варіантів в натуральних одиницях; - коефіцієнт еквівалентності, що характеризує рівень якості нового технічного рішення; і - експлуатаційні витрати споживача при використанні одиниці базового і нового засобів, грн; - нормативний коефіцієнт ефективності; і - супутні капітальні вкладення споживача при використанні одиниці базового і нового засобу, грн; - доля відрахувань від балансової вартості на повне відновлення нового засобу; - річний обсяг виробництва нового засобу гірничорятувальної техніки в розрахунковому році в натуральних одиницях.

У базовому варіанті гасіння пожеж у важкодоступних місцях розглянуто традиційний спосіб подавання азоту, при якому зводиться одна ізолююча перемичка на свіжому струмені, а друга на вихідному. Газоподібний азот отримують за допомогою криогенної установки типу АГУ-2М. Новий запропонований варіант гасіння пожеж у важкодоступних місцях полягає на використанні мембранної технології виробництва азоту за допомогою пересувної азотно-компресорної станції типу АМВП-15/0,7С. Для підвищення ефективності гасіння і скорочення часу ліквідації аварії прийнята нова технологія подачі азоту до аварійної дільниці, де з боку свіжого струменя зведено дві ізолюючі перемички для того, щоб уникнути підсмоктувань повітря через тіло перемички та досягнути необхідної концентрації азоту у вогнегасячій суміші. Для підвищення безпеки гірничорятувальників аварію ліквідують за допомогою автоматичного пристрою дистанційного гасіння.

Очікуваний річний економічний ефект від використання нової установки для виробництва газоподібного азоту із атмосферного повітря, нової технології подачі вогнегасячої суміші та автоматичного пристрою для дистанційного гасіння складає 1295тис.грн у масштабах вугільної галузі України.

Екологічна ефективність полягає у тому, що при використанні запропонованих технологій: зменшується інтенсивність горіння вугілля, деревини, метану; на 77% зменшуються викиди до атмосфери токсичних і парникових газів, SO₂, CO тощо; гірничорятувальники менше перебувають під дією теплового і токсичного вражень від продуктів горіння та інших можливих видів вражень

Загальні висновки

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій наведено теоретичне обґрунтування і практичне вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає в підвищенні безпеки і ефективності ведення гірничорятувальних робіт у газових шахтах на основі прогнозування та управління ризиками при виконанні аварійних робіт, використання закономірностей вибуховості трикомпонентних (горючий газ - окислювач - флегматизатор) газових сумішей та застосування розроблених способів управління складом атмосфери за допомогою мембранних газорозподільних установок. Виконані дослідження дозволили поширити уявлення про процеси, що відбуваються в ізольованих дільницях мережі гірничих виробок при придушенні пожеж, виявити ряд умов, які сприяють формуванню вибухонебезпечних газових середовищ.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному:

1. Вперше встановлено, що ступінь ризику травматизму гірничорятувальників під час праці в умовах потенційного вибуху метаноповітряних сумішей прямо пропорційний протяжності аварійної зони і обернено пропорційний швидкості переміщення людей по цій зоні, що дозволяє розробити науково-обґрунтовані рекомендації з безпеки праці гірничорятувальників. При цьому для оперативних підрозділів ДВГРС, враховуючи сучасний рівень техніки та технологій виконання оперативних дій, були визначені чисельні значення ризиків травматизму, при перевищенні яких аварійні роботи мають бути припинені.

2. Встановлено явище змінення значень верхньої межі займання метаноповітряної суміші у залежності від концентрації азоту. При збільшенні вмісту азоту в суміші на 1,5-2%, значення межі знижується на 1%, що може служити підставою для створення експрес-методу розрахунку параметрів флегматизації аварійних дільниць.

3. Встановлено, що коефіцієнт флегматизації атмосфери в районі вогнища горіння після закриття прорізів у перемичках визначається відношенням теплоти, яка може виділитися при окислюванні пального, до кількості теплоти, яку здатен поглинути флегматизатор. Визначено мінімальне безпечне значення коефіцієнту флегматизації =0,22 для метаноповітряних сумішей, яке слід враховувати для розрахунку часу розкриття пожежної дільниці й зниження якого приведе до вибуху та травмування гірничорятувальників.

4. Розроблено якісно нову технологію комбінованого гасіння складних підземних пожеж за допомогою газорозподільної мембранної установки, яка передбачає створення додаткової ізолюючої перемички, заповнення створеної камери інертним газом, перенесення депресії на ближчу до вогнища перемичку, що дозволяє підвищити безпеку виконання аварійних робіт у газових шахтах та скоротити час гасіння пожежі. Також було розроблено комплект засобів автоматизації технологічних операцій з гасіння підземних пожеж способом ізоляції, що дозволяє видалити гірничорятувальників з зон враження і скоротити витрати на ліквідацію аварії.

5. Очікуваний річний економічний ефект від використання отриманих автором практичних результатів складає не менше 1295 тис. грн у масштабах вугільної галузі України.

6. Теоретичні положення і практичні результати роботи використані при складанні рекомендацій по розробці нових технологічних схем гасіння підземних пожеж, які передані НДІГС «Респіратор».

7. Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі ДонНТУ в курсах «Рудничні пожежі», «Техногенна безпека» для студентів гірничого факультету і факультету екології та хімічної технології.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Костенко В.К. Предупреждение и тушение подземных эндогенных пожаров в труднодоступных местах: монография / В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, С.В.Подкопаев, Н.В.Малеев, В.А.Коломиец, Е.Л.Завьялова, Т.В.Костенко// Донецк: Изд-во «Ноулидж» (донецкое отделение), 2010. - 253с.

2. Костенко В.К. Совершенствование технологии инертизации воздуха в горных выработках / В.К.Костенко, Т.В.Костенко // Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Безопасность». - М.: Изд-во МГГУ, 2005. - С. 197-204.

3. Совершенствование технологии тушения азотом подземных пожаров в труднодоступных местах /В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски // Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Безопасность». - М.: Изд-во МГГУ, 2006. - С. 254-261.

4. Костенко В.К. Забезпечення безпеки гірничорятувальників при ліквідації підземних пожеж у важкодоступних місцях/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко// Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. - Донецьк, ДВНЗ „ДонНТУ”, 2008. - №2. -С. 47-53.

5. Деклараційний пат. на корисну модель № 11376. Спосіб подавання інертного газу до джерела самонагрівання або горіння/В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДонНТУ. Опубл. 15.12.2005, Бюл. №12.

6. Деклараційний пат. на корисну модель № 10260. Спосіб попередження та гасіння джерел самонагрівання або горіння /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДонНТУ. Опубл. 15.11.2005, Бюл. №11.

7. Патент на винахід № 77132. Спосіб подачі інертного газу до джерела горіння або саморозігрівання вугілля /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДонНТУ. Опубл. 16.10.2006, Бюл. №10.

8. Патент на винахід № 79818. Спосіб попередження та гасіння джерел самонагрівання або горіння /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДонНТУ. Опубл. 25.07.2007, Бюл. №11.

9. Костенко Т.В. Разработка системы управления подачей азота в зону подземного пожара/Т.В.Костенко, Б.В.Гавриленко//V Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів «Автоматизація технологічних об'єктів та прцесів. Пошук молодих»: Збірник наукових праць. - Донецьк, 2005. - С. 223-227.

10. Костенко Т.В. Моделирование режима автоматической подачи азота в зону подземного пожара/Т.В.Костенко, Б.В.Гавриленко//VІ Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів «Автоматизація технологічних об'єктів та прцесів. Пошук молодих»: Збірник наукових праць. - Донецьк, 2006. - С. 82-85.

11. Костенко Т.В. Обеспечение безопасности горноспасателей при тушении подземных пожаров в труднодоступных местах/Т.В.Костенко//Международный форум-конкурс молодых ученых «Проблемы недропользования»: Сборник научных трудов. - Санкт-Петербург, 2010. - С. 113-115.

12. Костенко В.К. Способ тушения подземных пожаров/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли Труды науч.- практ. Конференции. Макеевка, - 2004. - С. 60-61.

13. Костенко В.К. Технологія профілактики та гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// «Форум гірників -2005», Матеріали міжнарод. конф., Т.3. Дніпропетровськ, 2005. - С. 47-54.

14. Костенко В.К. Удосконалення технології гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях за допомогою мембранних установок/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// Матеріали VII всеукр. конф. «Пожежна безпека -2005», Київ, МНС України, - 2005, - С. 202-203.

15. Костенко В.К. Гасіння пожеж у важкодоступних місцях за допомогою мембранних газорозділюючих установок / В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко// Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика: матеріали V наук.-практ. конф.- Харьків: ХНАДУ, 2006. - С.126-127.

16. Повышение надежности профилактики самонагревания угля в зонах геологических нарушений/ В.К.Костенко, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски, М.Колярчик// «Gуrnictwo zrуwnowaџonego rozwoju^ґ 2006»: konferencja naukowa, 22 list. 2006.- Seria: Gуrnictwo z.273 Т.2. - Гливице, 2006- С. 147 - 157.

17. Совершенствование технологии тушения подземных пожаров с помощью мембранных газоразделительных установок / В.К.Костенко, О.К.Мороз, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски// Bezpecnost v prumyslu (pozar-vybuch-havarie): 6. mezinarodni konference akciove spolecnosti, VVUU, 12-13.04.2007: sbornik prednasek. - Ostrava, 2007. -S. 119 - 126.

18. Оценка взрываемости флегматизированных смесей воздуха и горючих газов/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Л.Штрох, Л.Мокош, М.Флейшингер//ІХ Міжнародна науково-технічна конференція «Пожежна безпека-2009»: Збірник тез доповідей. - Львів, 2009. - С. 262-264.

19. Автофлегматизация газовозушных смесей при тушении подземных пожаров/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Е.Л.Завьялова// «Горноспасательное дело»: Сборник научных трудов. - Донецк, 2010. - С.57-62.

Особистий внесок автора в роботах, що були виконані в співавторстві, полягає в створенні методики оцінки ризиків гірничорятувальників при веденні аварійно-рятувальних робіт з ліквідації складних підземних аварій [4]; теоретичному та експериментальному розкритті механізму формування вибухонебезпечних газових сумішей шляхом подавання флегматизатору до аварійної дільниці [18]; обґрунтованні способів забезпечення безпеки гірничорятувальників при веденні робіт в районі вогнища горіння [2, 3, 9, 12, 14, 15, 19]; розробці параметрів якісно нової технології ліквідації складних підземних аварій [1, 10, 17].

Анотація

Костенко Т.В. Оцінка ризиків і підвищення безепеки гірничорятувальних робот у шахтах, небезпечних за газом. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - охорона праці - ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, Донецьк - 2011р.

В дисертації вперше наведено теоретичне обґрунтування і практичне вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає в підвищенні безпеки і ефективності ведення гірничорятувальних робіт у газових шахтах на підставі прогнозування та управління ризиками при виконанні аварійних робіт, використання закономірностей вибуховості трикомпонентних (пальне - окислювач- флегматизатор) газових сумішей та застосування розроблених способів управління складом атмосфери за допомогою мембранних газорозділюючих установок. Виконані дослідження дозволили поширити уявлення про процеси, що відбуваються в ізольованих дільницях мережі гірничих виробок при придушенні пожеж, виявити умови, які сприяють формуванню вибухонебезпечних газових середовищ. Отримані наукові і практичні результати роботи дозволили вперше чисельно оцініти ступінь ризику травматизму гірничорятувальників, розробити науково-обґрунтовані рекомендації з безпечної ліквідації аварій у важкодоступних місцях. Вперше теоретично обґрунтований і експериментально підтверджений факт зменшення діапазону горючості трикомпонентної газової суміші за рахунок дисипації теплоти горіння за допомогою флегматизаторів. Визначено мінімальне безпечне значення коефіцієнту флегматизації для метаноповітряних сумішей, яке слід враховувати при розрахунку часу розкриття пожежної дільниці. Створено нову технологію комбінованого гасіння складних підземних пожеж за допомогою газорозподільної мембранної установки, яка передбачає створення додаткової ізолюючої перемички, заповнення створеної камери інертним газом, перенесення депресії на ближчу до вогнища перемичку, що дозволяє підвищити безпеку виконання аварійних робіт у газових шахтах та скоротити час ліквідації аварії. Результати роботи використані при складанні рекомендацій по розробці нових технологічних схем гасіння підземних пожеж, які передані НДІГС «Респіратор».

Ключові слова: складна підземна аварія; ризик травмування гірничорятувальників; зона враження; небезпечна за газом шахта; газоповітряна суміш; вибух; флегматизатор.

Abstract

T.V. Kostentko. Risks assessment and rescue operations safety improvement in gaseous mines. Manuscript.

Thesis for a scientific degree of the candidate of technical science for speciality 05.26.01 - labour safety -State Higher Education Institution «Donetsk national technical university» Ministry of Education and Science, Youth and Sport of Ukraine, Donetsk - 2011.

This thesis work represents theoretical justification and practical solution of current scientific and technical task, which lies in safety and effeciency improvement of rescue operations in gaseous mines based on forecasting and risk management during the emergency operations realisation; usage of three-component (fuel-oxidant - phlegmatizing agent)gas mixtures explosibility consistent pattern and application of different developed methods of atmosphere composition control via membraneous gas-separation units. Completed researches enabled to expand the idea about the processes which are carried out in the insulated areas of mining network during fire suppression and to identify a set of conditions, contributed to explosive gaseous areas formation. Achieved scientific and practical results enabled to render numerical assessment of the mine-rescue men injuries risk level, develop scientifically based recommendations for safe elimination of complicated accidents in hard-to-reach places. For the first time the fact about three-component gas mixture flammability rage reduction due to the combustion heat dissipation by means of phlegmatizing agent has been theoretically justified and experimentally prooved. Minimum safe value of phlegmatization index for methane and air mixture has been also defined, it should be considered during planning and accomplishing of fire confinement works. New technology for the combined suppresion of complex undergroung fires via membraneous gas-separation unit has been created, which stipulates the additional stopping set, flooding of the constructed chamber by the noble gas, transition of the depression to the stopping, nearest to the seat of fire, that allows to improve emergency operations safety in gaseous mines and decrease the time for fire suppression. The results of this Work were used for the compilation of the recommendations for the development of the new fire suppression technological methods, which were forwarded to Research and Development Establishment of Mine-rescue Works «Respirator».

Key words: complex undergroung accident; mine-rescue men injuries risk; dangerous area; gaseous mine; gas-air mixture; explosion; phlegmatizing agent.

Аннотация

Костенко Т.В. Оценка рисков и повышение безопасности горноспасательных работ в шахтах, опасных по газу. Рукопись

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - охрана труда - ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет» Министерства образования и науки, молодежи и спорта Украины, Донецк - 2011г.

В диссертации приведены теоретическое обоснование и практическое решение актуальной научно-технической задачи, которая заключается в повышении безопасности и эффективности ведения горноспасательных работ в газовых шахтах на основании прогнозирования и управления рисками при выполнении аварийных работ, использования закономерностей взрывчатости трехкомпонентных (горючее - окислитель - флегматизатор) газовых смесей и применения разработанных способов управления составом атмосферы с помощью мембранных газораделительних установок. Выполненные исследования позволили расширить представления о процессах, происходящих в изолированных участках сети горных выработок при подавлении пожаров, выявить ряд условий, способствующих формированию при этом взрывоопасных газовых сред. Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему. Впервые установлено, что степень риска травмирования горноспасателей прямо пропорциональна протяженности зоны возможного поражения и обратно пропорциональна скорости перемещения отделений в этой зоне, что позволяет разработать научно-обоснованные рекомендации по безопасному тушению пожаров в труднодоступных местах. Учтено, что степень риска следует определять не для одного горноспасателя, а для оперативной единицы - отделения. Основными поражающими факторами при ликвидации пожаров в труднодоступных местах в шахтах, опасных по газовому фактору, являются токсические продукты, образующиеся при пожарах и взрывах, высокие температуры, действие взрывной ударной волны, обрушение горных пород и удушье при высоком содержание газообразных флегматизаторов. Наиболее опасными вследствии отсутствия надежных средств защиты являются поражающие факторы взрыва и удушье. Рассмотрены варианты ведения аварийных работ в типичных для Донбасса горнотехнических и горно-геологических условиях. Оценка защитных средств представленя для наиболее неблагоприятных вариантов тактической обстановки. При этом для оперативных подразделений ГВГСС, учитывая современный уровень техники и технологии выполнения конкретных видов работ, определены численные значения рисков травматизма. Впервые теоретически обоснован и экспериментально подтвержден факт уменьшения диапазона горючести трехкомпонентной газовой смеси за счет диссипации теплоты горения с помощью флегматизатора. Для оценки взрываемости смеси газообразных окислителя, горючего и флегматизатора предложен экспериментально-аналитический метод. Установлено, что верхний предел взрываемости кислородно-метано-азотной смеси уменьшается на 1% при увеличении концентрации азота в смеси на 1,5-2%. Это необходимо учитывать при расчете интенсивности подачи флегматизатора в аварийную выработку. Проведен анализ условий формирования газовой среды вблизи очага пожара в труднодоступном месте газообильной шахты. Практическое подтверждение теоретических и практических положений работы получено при ретроспективном анализе хода ликвидации сложного пожара на шахте «Южнодонбасская №3». Показана возможность автофлегматизации газовой среды вблизи очага горения за счет создания избыточного содержания метана и приведения газовой смеси во взрывобезопасное состояние. Установлено, что коэффициент флегматизации атмосферы в районе очага горения после закрытия проемных крышек определяется отношением теплоты, которая может выделиться при окислении горючего, к количеству теплоты, которую способен поглотить флегматизатор. Определено минимальное безопасное значение коэффициента флегматизации для метановоздушной смеси, которое следует учитывать при расчете времени вскрытия пожарного участка. Разработана качественно новая технология комбинированного тушения сложных подземных пожаров с помощью газоразделительной мембранной установки, которая предусматривает создание дополнительной изолирующей перемычки, заполнение созданной камеры инертным газом, перенос депрессии на ближайшую к очагу перемычку. Таким образом, утечки в изолированный объем горных выработок происходят из камеры, образованной перемычками, и состоят из азота. Доступ кислорода к очагу горения прекращается. Это позволяет повысить безопасность выполнения аварийных работ в газовых шахтах и сократить время тушения пожара. Также разработан комплект средств автоматизации технологических операций по тушению подземных пожаров способом изоляции, что позволяет удалить горноспасателей из зон поражения и снизить затраты на ликвидацию аварии. Результаты виртуальной симуляции подтвердили, что выбранные технические средства обеспечивают необходимые чувствительность, быстродействие и глубину регулирования параметров атмосферы в изолируемом участке аварийной выработки. Ожидаемый годовой экономический эффект от использования полученных автором практических результатов составляет не менее 1295 тыс.грн в масштабах угольной отрасли Украины. Экологический эффект от использования результатов работы состоит в сокращении выбросов парниковых газов за счет уменьшения сроков тушения пожаров и обеспечения безопасности горноспасателей путем выбора наименее рискованных способов ликвидации подземных аварий. Теоретические положения и практические результаты работы использованы при составлении рекомендаций по разработке новых технологических схем тушения подземных пожаров, которые переданы НИИГД «Респиратор».

...