Пожары в шахтах реферат

Обновлено: 04.07.2024

Подземный пожар — неуправляемое горение проходящее под землёй. Сопровождается существенными экономическими, социальными и экологическими последствиями.

Содержание

Горение угля

Подземные пожары могут продолжаться длительные периоды времени (месяцы или годы), пока не истощится тлеющий пласт. Они могут распространяться на значительные площади по шахтным выработкам и трещинам в массиве горных пород. Поскольку они подземные, их чрезвычайно трудно погасить, что не в последнюю очередь связано с трудностью либо невозможностью доступа к очагу горения.

Некоторые возгорания угольных пластов — естественные явления. Некоторые угли могут самовозгораться при температурах ниже 100°C (212°F) при определённой влажности и размерах кусков. Лесные пожары (вызванные молнией или другие) могут поджигать уголь, залегающий близко от поверхности, и тление может распространяться через пласты, создавая условия для воспламенения более глубоких пластов. Доисторические обнажения шлака на Американском Западе — результат доисторических горений угля, которые оставили остаток, сопротивляющийся эрозии лучше чем матрица. По оценкам учёных, Горящая гора в Австралии является самым старым из известных горящих месторождений угля — пожар там продолжается около 6000 лет.

В мире существуют тысячи активных неустранимых подземных пожаров, особенно в Китае и Индии, где бедность, недостаток правительственного регулирования и безудержное развитие вместе создают угрозу окружающей среде. Современные слоевые горные разработки открывают тлеющие пласты угля воздуху, возобновляя горение. [1] .

Среди сотен подземных пожаров в Соединённых Штатах наиболее известный находится в городе Централия, штат Пенсильвания. Начал гореть в 1962 году. Сегодня активны и другие подземные пожары в США, например в городе Вандербилт, также штат Пенсильвания (штат с наибольшим количеством подземных пожаров).

Подземные пожары могут начинаться в результате аварии, обычно вызывая взрыв газа. Некоторые подземные пожары начались, когда власти взрывали нелегальные горные разработки. Много недавних шахтных пожаров начались по вине людей, сжигающих мусор в ямах поблизости от брошенных угольных шахт (как, например, это произошло в Централии).

Сельские жители Китая в угольных регионах часто добывают уголь для домашнего использования, отказываясь от выработок, когда они истощаются, бросая быстро воспламеняющуюся угольную пыль на открытом воздухе. Отображение угольных пожаров Китая на карте со спутниковой фотографии обнаружило многие предварительно неизвестные пожары. Имеется несколько успешных примеров борьбы с подземными пожарами: в 2004 году, в Китае удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу, около Урумчи в области Синьцзян, горение которого продолжалось с 1874 года. Самые страшные из текущих пожаров находятся в каменно-угольных бассейнах Уда во Внутренней Монголии. Угольные пожары Китая сжигают 20—30 миллионов тонн угля в год [1] . Ликвидацию подземных пожаров в шахтах, а также спасение людей в России осуществляет ВГЧС

Горение горючих сланцев

Так же существует явление эндогенного горения горючих сланцев. Так как сланцы находятся под землей фактически без доступа воздуха, при проходке выработки к залежи сланцев появляется доступ кислорода. Через некоторое время тепла, выделяемого при окислении сланцев хватает на то, чтобы возникло возгорание. Так, например, на шахтах "Черемуховская" (пос. Черемухово, близ Североуральска, Свердловская область) и других шахтах ОАО "СевУралБокситРуда" много лет продолжаются эндогенные пожары, с которыми пытаются бороться путём отсекания доступа воздуха в горящие выработки. Несмотря на это, кислорода, проникающего сквозь трещины в породе и щели в перемычках, хватает чтобы поддерживать горение многие годы.

Горение лигнина

Существует большое количество полигонов с захронениями лигнина, так как он является отходом целлюлозно-бумажных комбинатов, гидролизных заводов. Подземные пожары лигнина представляют опасность. При горении лигнина выделяются сернистый ангидрид, окись азота и множество других вредных веществ. [2]

Предпринимались попытки тушения горяшего лигнина на полигоне закачаиванием глинистого раствора в пробуренные скважины. [3]

Для тушения лигнина шламы (отходы ТЭЦ) распыляются на полигоне с помощью гидропульпы и проникают в поверхностный слой лигнина на глубину до 30 см. Благодаря минеральной составляющей они препятствуют возникновению возгораний. На месте безжизненных много лет дымящих полигонов уже нынешней весной можно высаживать траву. [5]

Возгорания и взрывы метана происходят из-за отсутствия надёжных способов прогнозирования природной газоносности угля и учёта этих изменений впереди очистных и подготовительных забоев. из-за несоответствия объёмов подаваемого воздуха и выделяющегося метана взрывы метановоздушной смеси могут быть как в призабойном пространстве очистных и подготовительных выработок, так и в выработанном пространстве… Читать ещё >

  • причины
  • при которых происходит учащение эндогенных пожаров в шахтах

Введение. Причины, при которых происходит учащение эндогенных пожаров в шахтах ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Пожары и взрывы представляют собой постоянную угрозу безопасности шахтеров и производительности шахт. Пожары и взрывы в шахтах традиционно считаются одним из наиболее разрушительных видов аварий на производстве.

Угледобывающие шахты в соответствии с Законом о промышленной безопасности отнесены к опасным производственным объектам. При подземной разработке угольных месторождений к наиболее опасным производственным факторам относятся: выделение в выработанное пространство из массива метана, формирование взрывоопасной смеси при его смешивании с шахтным воздухом, а также самовозгорание угля.

Причиной значительных экономических потерь в шахтах являются эндогенные пожары. Они не только приносят большой ущерб, но и становятся причиной травматизма и гибели работающих людей. Поэтому изучение особенностей, при которых происходит учащение эндогенных пожаров, разработка способов борьбы с ними и профилактики — важный этап в технологии ведения горных работ.

Причины и последствия возгорания в выработках

Согласно статистическим данным, наибольшее число аварийных ситуаций в шахтах приходится на эндогенные пожары, которые в дальнейшем могут быть причиной метановых взрывов (до 66% всех аварий). Ввиду того, что эндогенные пожары тяжело предсказать и прогнозировать, их изучение является актуальным для учёных ведущих научно-исследовательских институтов горной промышленности.

Как показали исследования, самовозгорание угля происходит в краевых частях выработок, граничащих с угольным массивом. В стадии интенсивного окисления (возгорания) уголь отличается снижением естественной влажности до 30 — 40%. Ввиду этого гидравлический способ добычи угля наиболее приемлем в технологических процессах угледобычи, поскольку происходит конденсация влаги и седиментация водных частиц аэрозоля, которые образуются при контакте струи с массивом угля.

В процессе разрушения горной части пласта температура угля на 25 — 35 С выше в сравнении с обрушенными породами и основным угольным массивом. Поэтому при поступлении воздуха происходит самонагревание угля, которое становится причиной формирования очага возгорания в области части пласта, подвергшейся механодеструкции. Взрыв метана является причиной последующего возгорания, поскольку огонь и метан попадают в угольную пыль, находящуюся в примыкающих выработках, что и обуславливает воспламенение массивов угля. Для прогнозирования вероятности возникновения эндогенного пожара стоит применить методику оценки содержания влаги, находящейся в воздухе, который проходит через пространство выработки.

Опасными местами, в которых происходят выбросы, взрывы и возгорания являются:

  • * выработанные пространства лав;
  • * забои подготовительных выработок;
  • * подготовительные выработки;
  • * выработанное пространство, по которому движется метановоздушная смесь к скважинам, пробуренным с поверхности для газоотсоса;
  • *выработки у вентиляторов, которые производят газоотсос взрывоопасной смеси из выработанного пространства лав.

Самовозгорание угля происходит в трёх местах:

  • * в выработанном пространстве;
  • * в пластовых выработках в оставленных целиках или пачках угля;
  • * в полевых выработках на пересечении с крутопадающими пластами

Сварочные работы в шахтах — наиболее частая причина пожара. В цехах технического обслуживания эти работы проводятся регулярно. Для того, чтобы сварочные работы не вызвали пожар или взрыв, необходимо соблюдение специальных мер безопасности. Информацию о правилах проведения сварочных работ и противопожарной безопасности можно найти в отдельной статье Энциклопедии и других документах.

Хранение и использование горючих и легковоспламеняющихся жидкостей во всех отраслях горнодобывающей промышленности связано с повышенным риском возникновения пожара.

Многие подземные шахты имеют дизельный машинный парк. Используемое топливо является причиной пожара в значительной части случаев. В угольных шахтах эта опасность усугубляется наличием угля, угольной пыли и метана.

Потенциальную угрозу пожара представляют собой любые манипуляции с горючими и легковоспламеняющимися жидкостями, включая их загрузку под землю, хранение, заправку и использование в качестве топлива непосредственно в машинах. Последствия рудничных пожаров, связанных с использованием горючих и легковоспламеняющихся жидкостей.

Для предотвращения взрывов также необходимо устранить электрические источники возгорания.

Электрооборудование в условиях работы с метаном, сульфидной пылью или другими потенциально пожароопасными веществами должно быть разработано, сконструировано, проверено и установлено так, чтобы его эксплуатация не привела к возникновению рудничного пожара или взрыва. Такие устройства, как вилки, патроны и рубильники, используемые в зонах повышенного риска, должны быть взрывоустойчивыми.

К наиболее часто повторяющимся причинам возникновения пожаров относятся:

1) неправильное ведение огневых и сварочных работ;

2) нарушение правил эксплуатации отопительных печей и устройств (включая электрические), электрических сетей и электрооборудования;

3) самовозгорание угля и руд;

4) разряды статического и атмосферного электричества;

5) взрывы пылегазовоздушных смесей и паров (в том числе компрессорных);

6) искрообразование и перегрев при трении, особенно при работе ленточных конвейеров, подшипников, редукторов и канатов.

Источником внешнего теплового импульса подземных пожаров чаще всего являются:

1) неисправные электрооборудование и кабельные сети;

2) взрывные работы, последствия выгорания ВВ из-за неправильного заряжания скважин и шпуров, использования нестандартных ВВ и применения накладных зарядов;

3) газоэлектросварочные работы при нарушении правил ведения их;

4) трение канатов о дерево (шпалы, крепь и т. д.) и по полезному ископаемому, конвейерной ленты о невращающиеся роликоопоры и пробуксовывающие барабаны, трение в неисправных и несмазанных подшипниках и редукторах;

5) загорание метана в очаге самовозгорания, возникшего в глубине выработанного пространства, и передача пламени в атмосферу горной выработки;

6) трение зубков буров проходческих и добывающих машин об уголь и особенно о твердые включения, чаще всего сульфиды (прослои колчедана).

Газоэлектросварочные работы обычно ведутся на свежей струе в выработках, по которым подается воздух, что способствует быстрому развитию пожара.

Ряд крупных пожаров, на ликвидацию которых затрачиваются большие силы и средства, независимо от перечисленных первопричин, развивается прежде всего из-за отсутствия в местах их возникновения средств пожаротушения, а также из-за неподготовленности персонала шахт.

Особенности протекания подземного пожара заключаются в ограничении его воздушным потоком и стенками горных выработок. Вследствие первой особенности состав рудничной атмосферы претерпевает существенные изменения, которые зависят от температуры в очаге пожара. Даже при деятельном разбавлении пожарных газов массовая концентрация кислорода снижается до 12 %, а объемная доля окиси углерода достигает 0,5-1 %. При температуре 1200°С массовая концентрация кислорода приближается к нулю. Время разгорания пожара в горных выработках зависит от скорости вентиляционной струи, влажности крепи и других условий.

Стенки выработок накапливают большие количества тепла, что обеспечивает передачу теплового импульса на большие расстояния по струе и создает теплокумулятивный эффект - взаиморазогрев теплоизлучением противоположных стенок выработок. Для ограничения распространения пожара по вентиляционной струе необходимо, в отличие от пожара на поверхностном объекте, охладить поток пожарных газов и стенки выработок. Рудничный пожар в горных выработках площадью сечения 6-12 м 2 при скорости вентиляционной струи l,7 м/с распространяется как по ее ходу, так и навстречу ей, хотя и медленно; при скорости вентиляционной струи более 1,7 м/с - только по ходу воздушной струи. Распространение пожара навстречу вентиляционному потоку происходит по обычному механизму: нагрев - подготовка к горению - возгорание - горение. По ходу вентиляционной струи скорость распространения пожара может быть весьма значительной и пропорциональной скорости воздушного потока. При высокой температуре в очаге из-за отсутствия кислорода в отходящих газах горения не наблюдается, а происходит коксование и возгонка горючих материалов.

Ограничение подземного пожара стенками выработок и вентиляционной струёй позволяет использовать это обстоятельство для борьбы с пожаром путем вентиляционных маневров. Так, изменяя многократно направление вентиляционной струи с малым содержанием кислорода, удавалось тушить пожары.

Взрыв в шахтах

Взрыв в шахтах – это неконтролируемое высвобождение энергии вследствие химических реакций в ограниченном объеме шахт и подземных выработок, приводящее к человеческим жертвам, повреждению и разрушению шахтного оборудования, обвалам шахт и выработок, подземным пожарам. К числу основных видов взрывов, для возникновения которых существуют природно-технологические условия в процессе горного производства в шахтах, относятся:

  • взрывы газовоздушных смесей метана при его содержании выше нижнего предела взрывчатости, равного 5 %;
  • взрывы пылевоздушных смесей, содержащих в качестве дисперсной фазы угольную пыль, пыль горючих сланцев, сульфидную пыль, образующуюся при разработке медных и сероколчеданных руд;
  • взрывы газовоздушных смесей.

При рассмотрении физико-химических процессов, происходящих при В. в ш., выделяют несколько типовых, переходящих один в другой, вариантов поведения этих смесей:

  • тихое воспламенение, когда давление во фронте пламени незначительное, а скорость движения этого фронта составляет 0,3–0,6 м/с;
  • вспышка, когда давление во фронте пламени 0,015 МПа, а его скорость движения 2–10 м/с;
  • взрывное горение, при котором возникает ударная волна, распространяющаяся перед фронтом пламени (давление во фронте ударной волны 0,015–1 МПа, скорость его движения 10–350 м/с);
  • детонация, при которой давление во фронте ударной волны достигает 2–5 МПа, а скорость его движения – 1000–8000 м/с.

Возможность реализации того или иного варианта и приведенные значения параметров зависят от концентрации горючего газа в смеси, ее начальной температуры и давления, условий теплопередачи и др. факторов.

Источником теплового импульса воспламенения метана в основном являются взрывные работы, искрение электрооборудования, фрикционное искрение. Температура воспламенения метановоздушной смеси при внешнем тепловом импульсе 650–750°С. К тому же метановоздушная смесь имеет способность самовоспламеняться при температуре около 500°С.

При росте объемной доли метана взрывоопасность смеси нарастает, а затем, по мере достижения стахиометрического соотношения метана и кислорода, снижается. Наиболее легко смесь воспламеняется при объемной доле метана 6 %, а взрыв наибольшей силы – при 9,5 %.

Основным источником образования взрывоопасной метановоздушной смеси является высокая природная газоносность угольных пластов. И если не принимаются необходимые организационно-технические меры (дегазации горных выработок, вентилирование и контроль состояния рудничной воздушной среды и т.п.), риск возникновения взрывов значительно превосходит допустимые пределы. Метаноносность угольных пластов – это их природное свойство, характеризуемое количеством метана, содержащегося в единице массы или объема угля, или породы. Она зависит от степени метаморфизма угольных пластов, определяющего объем образовавшегося метана, их сорбционной емкости, пористости, газопроницаемости и др. факторов.

Основными поражающими факторами при взрывах метановоздушных смесей являются тепловой импульс и ударная волна, обусловливающие термическое и барическое воздействие на находящихся в аварийной шахте людей, оборудование и элементы геосистемы. При шахтных взрывах происходит образование двух ударных волн: прямой и обратной, возникающих за счет сжатия продуктов взрыва при уменьшении их температуры. Температура в зоне взрыва метановоздушной смеси, происходящего в горных выработках, достаточно велика – от 1850°С в начале воспламенения до 1600–2650°С при взрывном горении.

К числу поражающих факторов при взрыве метановоздушной смеси наряду с избыточным давлением относится импульс давления, определяемый как произведение давления во фронте ударной волны на время ее прохождения через объект поражения. При взрыве метана образуется преимущественно углекислый газ, а не окись углерода, как это бывает при взрыве угольной пыли. Окись углерода все же образуется, например, при горении стахиометрической метановоздушной смеси (9,5 % метана).

К числу взрывоопасных пылей, образующихся при техногенном преобразовании недр в процессе горного производства, относятся угольные пыли, пыль горючих сланцев и сульфидная пыль. На склонность пыли к взрыву влияют следующие факторы: химический состав пыли, ее дисперсность и влажность, а также состав воздушной среды, где происходит взрыв. Химический состав пыли является фактором, определяющим возможность выхода в воздушную среду летучих веществ. Например, главными компонентами летучих веществ, обусловливающих формирование газовой фазы и взрывчатость угольной пыли, являются смолистые вещества, водород, этан и непредельные углеводороды. Угольная пыль становится взрывчатой при условии, что выход летучих компонентов из угля составляет 10 % и более. Пыль горючих сланцев, так же, как и угольная пыль, взрывается в газовой фазе. При температурном разложении сланца выделяются сернистый газ, водород, метан, окись углерода, непредельные углеводороды. Источником воспламенения сульфидной пыли являются газообразные продукты, образующиеся при взрывных работах, а не компоненты, входящие в ее состав. Вероятность воспламенения сульфидной пыли от электрической искры и открытого пламени мала. Однако взрывчатость этого вида пыли зависит от содержания серы. Взрыв может произойти при содержании серы около 30 %. Дисперсный состав – важный фактор, оказывающий влияние на взрывчатость пыли. Чем выше дисперсность, тем больше взрывоопасность пыли. С уменьшением размеров частиц возрастает скорость распространения пламени в пылевом облаке.

Существенное влияние на степень взрывоопасности пыли оказывает состав воздушной среды, в которой происходит взрыв. Если в воздушной среде выработки содержится метан, взрыв возможен при меньшей концентрации пылевых частиц. Нижний предел взрывчатости угольной пыли (по ее концентрации) за счет метана может снизиться в несколько раз.

Взрыв угольной пыли имеет ряд особенностей. Во многих случаях взрывчатая пылевоздушная смесь образуется по мере развития взрыва за счет перехода в состояние взвеси, ранее отложившейся в выработке угольной пыли. В этих условиях не происходит детонации. Пылевое облако со взрывчатой концентрацией может возникнуть и в процессе выемки угля.

В качестве поражающих факторов при взрывах пылевоздушных смесей, как и при взрыве метана, обычно рассматриваются термическое и барическое воздействия. Термический фактор характеризуется тепловым импульсом и температурой в зоне нахождения поражаемого объекта. Для количественной оценки барического фактора используются такие его параметры, как избыточное давление во фронте ударной волны и импульс давления.

Для предупреждения В. в ш. предусматривается комплекс мер конструкторского, технологического и эксплуатационного характера: проектирование шахт с заданным уровнем взрывобезопасности с учетом загазованности и состава горных пород, расчеты поражающих тепловых и барических факторов, систем вентиляции, использование взрывобезопасного оборудования (электродвигателей, светильников, рубильников) и технологий. Особое место при этом занимает горный надзор за шахтами.

Ликвидация последствий В. в ш. в зависимости от их тяжести (гибель десятков и сотен людей, повреждения и обвалы в шахтах протяженностью до нескольких километров) производится как силами военизированных горноспасательных частей, так и силами специальных подразделений шахт.

Источник: Экологический риск и безопасность при техногенных преобразованиях недр в процессе горного производства. Измалков А.В. —М., 2004.

Читайте также: