Безопасность в горном деле

3

Федеральное агентство по образованию РФ

Томский политехнический университет

Химико-технологический факультет

Кафедра ЭБЖ

Реферат

На тему: «Безопасность в горном деле»

Выполнил: студент группы 5А51 Лазько К.А.

Преподаватель: доцент кафедры ЭБЖ

Чулков Н.А.

Томск 2008

Содержание

1. Организация горноспасательного дела

2. Аэрология

2.1 Естественная тяга

2.2 Угольная пыль

3. Климатические условия в шахтах

3.1 Влияние климатических условий на людей

4. Шахтные вентиляционные сети

4.1 Источники движения воздуха в шахте

4.2 Способы дегазации угольных шахт

4.3 Схемы естественного проветривания карьеров

5. Опасность газовыделений

5.1 Методы и средства контроля степени опасности в шахтах и рудниках

5.2 Взрывы угольной пыли

5.3 Эндогенные пожары, самовозгорание углей

6. Прогнозы газодинамических явлений, запыленности и горных ударов

6.1 Прогноз запылённости горных выработок

6.2 Защита людей от горных ударов и внезапных выбросов

7. Опасность внезапных прорывов воды в горные выработки

7.1 Предотвращение внезапных прорывов воды

7.2 Защита подрабатываемых участков от затопления и заболачивания

8. Опасности при производстве взрывных работ

Литература

1. Организация горноспасательного дела

Это отрасль горного дела, охватывающая научные основы, технику и организацию спасения людей, застигнутых, например, подземной аварией, а так же профилактику (план ликвидации аварий, противопожарная защита, обеспечение трудящихся самоспасателями и др.) и ликвидацию таких аварий военизированными горноспасательными частями (ВГСЧ), имеющими соответствующую подготовку, аппаратуру и оборудование. Поэтому горноспасательное дело, наряду с техникой безопасности, обеспечивает безопасность труда шахтеров на горных предприятиях.

План ликвидации аварий является обязательным на горном предприятии документом, где указывается:

· в общей части:

а) порядок оповещения о возникшей аварии должностные лиц, их права и обязанности при ликвидации аварии;

б) вентиляционная схема шахты и вентиляционные планы по каждому горизонту;

в) план-схема с нанесением всех противопожарных средств и мест установки телефонов;

г) план поверхности шахты с нанесением шурфов, провалов, трещин, водоёмов, водопроводов, гидрантов, складов аварийных материалов и оборудования;

д) схем электроснабжения шахты;

· в оперативной части приводится перечень рекомендуемых мероприятий по борьбе с возможными вариантами аварий в соответствии с их характером и местом возникновения, по всем выработкам шахты.

Природные и техногенные опасности при горных и горно-разведочных работах:

А) на земной поверхности, в карьерах

Ш обрушение бортов карьера или оборудования в подземные полости;

Ш самовозгорание угольных отвалов - терриконов;

Ш запыление рабочей зоны при буровых и взрывных работах;

Ш внезапные выбросы газа при бурении нефтегазовых скважин;

Ш попадание под взрыв;

Ш поражение электрическим током, переменным или постоянным;

Ш разрыв напорного трубопровода;

Б) в шахтах и рудниках

Ш обрушение пород в горные выработки;

Ш сдвижение горного массива;

Ш горный удар;

Ш недостаточное проветривание и кондиционирование;

Ш запыление рабочей зоны;

Ш разрушение крепи;

Ш внезапные выбросы газа, угля и пород;

Ш самовозгорание, эндогенные пожары;

Ш попадание под взрыв;

Ш поражение электрическим током, переменным или постоянным;

Ш внезапный прорыв воды.

2. Аэрология

Аэрология - наука о свойствах рудничной атмосферы, законах движения воздуха, пыли и тепла в горных выработках.

2.1. Естественная тяга

Естественная тяга - это движение воздуха по выработкам под влиянием естественных факторов: ветра, разности отметок устьев шурфов (стволов) и давления столбов воздуха в сообщающихся выработках. Депрессия естественной тяги - это энергия, которую получает единица объёма воздуха от источников, вызывающих естественную тягу.

Так, зимой возникает естественная тяга за счёт более тяжёлого столба воздуха в низине (здесь атмосферное давление выше), а летом - за счёт более высокой температуры воздуха в низине (из-за адиабатического сжатия воздуха).

В настоящее время Правилами безопасности запрещена вентиляция шахт только за счёт естественной тяги - из-за неустойчивости количества и направления движения воздуха. Но естественная тяга может затруднять или облегчать вентиляцию шахты, составляя до 20-25% депрессии вентилятора главного проветривания, и её необходимо учитывать в расчёте напора (депрессии) вентилятора главного проветривания лишь как негативный фактор.

Рудничным - называется воздух, который заполняет горные выработки, это смесь атмосферного воздуха, поступающего с земной поверхности, активных газов и так называемого «мёртвого воздуха». «Мёртвый воздух» - это смесь двух газов N₂ и СO₂. Содержание его в хорошо проветриваемых выработках обычно колеблется от долей процента до 5-10%. а в плохо проветриваемых - значительно превышает эти величины. По правилам безопасности в выработках, где могут находиться люди, должен быть следующий состав рудничного воздуха: кислорода - не менее 20%. углекислого газа - не более 0,5% на рабочих местах или 0,75% - на исходящей струе. Содержание метана не должно превышать:

а) в исходящей струе из шахты, крыла - 0,75%;

б) в исходящей струе из участка, очистного забоя и подготовительной выработки - 1,0%;

в) в поступающей струе в очистные и подготовительные забои - 0,5%;

г) местные (в отдельных местах) скопления - 2,0%.

При обнаружении метана выше указанных пределов работа немедленно прекращается, люди выводятся на свежую струю, электроэнергия выключается.

Температура рудничного воздуха не должна выходить за пределы 2 - 26°С.

Если рудничный воздух по своему составу отличается незначительно от атмосферного - он называется свежим или чистым, а если значительно - то загрязнённым или отработанным.

Угольные шахты и рудники по относительной газообильности делятся на 4 категории. В соответствии с этим устанавливаются нормы подачи свежего воздуха.

Взрыв в шахтах происходит при соотношении содержания трёх горючих газов («треугольник» из метана, водорода и кислорода) и кислорода - СД=0,5*С_О2. Если соотношение содержания газов выше или ниже - взрыва не будет.

Метан (СН₄ - газ без цвета, вкуса и запаха, сильно горюч и взрывоопасен (в сочетании с пылью). Максимальная относительная метанообильность шахт-35 м³/т - возможна в Кузнецком, Карагандинском и юго-западной части Донецкого бассейна. Действие метана на человека подобно воздействию азота: он становится вредным при высоком содержании его воздухе, т.к. он вытесняет кислород, слаборастворим в воде - около 3,5% при температуре 21°С и нормальном давлении, лучше растворяется при понижении температуры и увеличении давления. При малых долях метана в воздухе (до 4-6%) он горит бледно-голубым пламенем, при больших (более 14-16%) - синевато-голубым. Встречается на угольных шахтах на средних и больших глубинах. Интенсивное газовыделение приводит к необходимости нерациональной подачи громадных объёмов свежего воздуха в шахту, поэтому целесообразно производить дегазацию -предварительное извлечение из массива метана искусственным путём: длинными опережающими забой скважинами (с отсасываем газа или без) или подготовительными и нарезными выработками. Дегазация обязательно используется при газообильности участка более 3 м³/мин.

Предотвращение метановыделения и воспламенения:

Ш разбавление метана свежим воздухом за счёт общешахтной нагнетательной вентиляции и местной всасывающей (это главное требование), чтобы создать разряженное давление в забое;

Ш изоляция выработанного пространства;

Ш контроль за состоянием проветривания;

Ш дегазация пластов опережающим бурением скважин и шпуров, нагнетанием в пласт воды (до гидроразрыва), применяют при выделении метана более 3-4 м³/мин. например, с использованием вакуум-насосных и газоотсасывающих установок;

Ш дегазация выработанного пространства;

Ш - запрет на открытый огонь в шахте, взрыво- и искробезопасное исполнение горного оборудования;

Ш при взрывной отбойке использовать только предохранительные патронированные ВВ с электродетонаторами при интенсивном проветривании забоя.

2.2 Угольная пыль

Наиболее взрывчата тонкодисперсная пыль размером менее 0,1 - 0,06 мм. С увеличением содержания летучих веществ до 15-30% взрывчатые свойства угольной пыли возрастают. Температура воспламенения пыли - около 550°С.

Нижний предел концентрации пыли, взвешенной в рудничном воздухе, при которой она взрывается, составляет 10-300 г/м³ (для каменных углей он равен 20-25 г/м³. для некоторых бурых углей - 10-15 г/м³. для угля марки ПА - 300 г/м³). Нижний предел взрывчатости отложившейся пыли в 2,5 раза больше, чем для взвешенной пыли. При зольности 60-90% или при влажности более 40%, а также при содержании пыли в рудничной атмосфере более 1 кг/м³ - угольная пыль не взрывается.

Предотвращение взрыва угольной и сланцевой пыли:

Ш применение очистных комбайнов с резанием крупными стружками (будет меньше тонкодисперсных частиц), с увлажнением угля, сланца;

Ш осаждение пыли водяными завесами;

Ш интенсивное проветривание;

Ш побелка обнажённых на длительное время участков массива угля и сланца.

3. Климатические условия в шахтах

Климатическими условиями называют определённое сочетание физических параметров рудничной атмосферы: температуры, относительной влажности, теплоотдачи пород, давления и подвижности воздуха. Эти параметры оказывают существенное влияние на самочувствие и работоспособность людей.

Температура рудничного воздуха - зависит от теплоотдачи горных пород, их окисления, сжатия воздуха при опускании по стволу (на каждые 100 м глубины температура повышается на 0,7°С во влажных и на 1°С - в сухих стволах). Кроме того, тепло выделяется при работе механизмов, дыхании людей, из шахтных вод. Возрастание температуры горных пород происходит с увеличением глубины работ. Снижение температуры рудничного воздуха происходит лишь в процессе проветривания, за счёт скорости движения струи. Для определения температуры используют термометры и термографы, манометрический дистанционный термометр.

Давление рудничного воздуха - с увеличением глубины горных работ в шахтах возрастает, на каждые 100 м - примерно на 9 мм ртутного столба. Дня измерения его используются барометры (ртутные, анероиды и пружинные), барографы и другие автоматические приборы.

Влажность воздуха - различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Дня замера применяются психрометры парных термометров, психрометры с вентилятором, гигрометры и гигрографы. В среднем в угольных шахтах влажность составляет 80-90%. В калийных шахтах - от 15 до 60%.

Подвижность рудничного воздуха - чем больше скорость воздушной струи, тем больше она уносит тепла со стен выработок. Но нельзя произвольно повышать скорость струи, т.к. это приводит к сдуванию осевшей в выработках пыли. Верхний предел скорости движения воздуха строго регламентирован.

3.1 Влияние климатических условий на людей

При повышенном атмосферном давлении человек чувствует прилив сил и желание работать, а при пониженном давлении - наоборот, чувствует желание прилечь и выспаться (поэтому нагнетательный способ проветривания заведомо лучше всасывающего). В состоянии покоя человек выделяет 70-85 ккал в час. а при физической работе - до 400-500 ккал/ч. С глубиной растёт температура пород и. соответственно, воздуха, температурный градиент находится в диапазоне от 33 до 100 м/°С. Для облегчения деятельности человека производят кондиционирование воздуха (до диапазона комфортной температуры 16-22°С):

а) за счёт сокращения длины вентиляционных путей;

б) путём применения холодильных машин.

С ростом температуры воздуха рабочей зоны сверх оптимального значения (16-18°С) снижается относительная работоспособность человека европейского типа:

Таблица 1

Температура воздуха. °С	16-18	25-27	30-32
Относительная работоспособность (выполнение тяжёлой физической работы при относительной влажности 100%)	1.0	0,5	0.2

3

Рис. 1. Зона гигиенически приемлемых температур в зависимости от влажности и скорости движения воздуха.

В настоящее время максимально допустимая температура воздуха (в шахтах, на рабочих местах в закрытых помещениях) принята 26°С. Снизить температуру можно теплоизоляцией поверхностей источников тепла - печей, трубопроводов и т.п., соорудить теплозащитные экраны, воздушные и водяные завесы, вентиляцией и кондиционированием воздуха. Подогрев же воздуха, поступающего в шахту, производится в калориферных установках до температуры 60-80°С и окно воздухоподающего канала располагается со стороны глухой стенки подъёмной клети, чтобы струя воздуха, особенно горячая, не была направлена на находящихся в клети людей. Диапазон комфортных условий в зависимости от температуры, влажности и скорости движения воздуха приведен на рис. 1.

В районах вечной мерзлоты другая проблема - не допустить таяния пород, приводящего к обрушению горных выработок, поэтому воздух здесь подогревается до отрицательной температуры, рассчитываемой из максимальной жёсткости погоды (Ж) в 15 баллов и скорости движения воздуха х (в м/с):

t = Ж - 2х = 15 - 2х

4. Шахтные вентиляционные сети

Проветривание шахты осуществляется путём создания воздушного потока в сети горных выработок. Принятое направление воздушных потоков в сети определяет схему проветривания шахты и отдельных ее участков. В шахтную вентиляционную сеть входят горные выработки и сооружения, по которым движется воздух, а также выработки, вентиляционные сооружения и выработанное пространство, через которые просачивается атмосферный воздух. Направление воздушных потоков осуществляется с помощью вентиляционных сооружений (вентиляторы, перемычки, двери, трубопроводы, кроссинги и др.).

Проветривание в тупиковых забоях осуществляется вентиляторами местного проветривания типа ВМ. Вентиляторы обычно устанавливаются на свежей струе воздуха (на расстоянии не ближе 10 м от начала тупиковой выработки), при этом чаще используется нагнетательная схема проветривания (только не в газообильных забоях).

С увеличением длины трубопровода увеличивается не только аэродинамическое сопротивление в нём (в 1,5-2 раза на каждые 100 м), но и утечки воздуха - каждые 100 м на 5-7 %.

Если есть необходимость увеличить расход воздуха, то вентиляторы устанавливают параллельно, если же надо усилить депрессию - то ставят вентиляторы последовательно.

Площадь поперечного сечения любой выработки проверяется на скорость движения струи воздуха, которая не должна превышать предельных значений.

Расчёт необходимого количества воздуха, подаваемого в шахту, производится:

Ш по наибольшему количеству людей;

Ш по пылевыделению;

Ш по газовому фактору.

4.1 Источники движения воздуха в шахте

Шахтные вентиляторы, создающие разность давления в воздухопроводе относительно атмосферного, бывают центробежными типа ВЦ (в разрезе кожух напоминают спиральную ракушку, к.п.д. = 0,65-0,75) и осевыми типа ВОД (кожух в виде кольца, к.п.д. = 0,72-0,8). Центробежные вентиляторы дешевле, проще по устройству, имеют большую прочность и создают гораздо меньше шума, но занимают больше места и неэкономичны при небольшой депрессии (менее 2500 Па). Практически все вентиляторы обладают возможностью регулировать мощность (депрессию вентилятора - от 700 Па до 7-10 тыс.Па) и реверсировать, т.е. изменять на противоположное направление движения струи, нагнетательный режим - на всасывающий. Обычно реверсирование применяется только при авариях, например, пожарах.

Обычное атмосферное давление в 750 мм рт.ст. соответствует давлению в 100 тыс. Па = 0,1 МПа. Проходческие работы в кессоне обычно производятся при избыточном атмосферном давлении до 0,2 МПа (хотя максимально допустимый перепад давления - 0,4 МПа).

Для угольных сверхкатегорийных по газу шахт максимально допустимая депрессия (напор) равна 4500 Па, хотя вентилятор может создать депрессию до 10 тыс. Па. Для рудников максимально допустимая депрессия составляет 3000 Па.

При монтаже двух вентиляторов главного проветривания их соединяют параллельно, при этом увеличивается объём подаваемого воздуха, но не депрессия.

Вентиляторы местного проветривания работают в диапазоне: напор h=500-6000 Па, дебит Q=2-25 m³/c.

Максимально-допустимая скорость движения воздуха в вентиляционном канале равна 15 м/с, минимальная скорость движения воздуха в горных выработках 0,25-0,3 м/с. Надшахтные здания стволов, оборудованных нагнетающим или всасывающим вентилятором главного проветривания должны быть максимально герметичными, чтобы уменьшить здесь утечки воздуха, а надшахтное здание на стволе, через который отработанный воздух выходит из шахты, наоборот, должно быть негерметичным. Дня уменьшения поверхностных утечек воздуха в 2-2.3 раза в стволе, выше вентиляционного канала, устанавливают воздушную завесу.

Вентилятор выбирают по двум показателям - расходу воздуха, м³/мин и по депрессии, Па (кроме того - ещё по экономическим соображениям на приобретение и эксплуатацию вентиляторной установки).

Основными методами борьбы с повышенным содержанием метана являются:

1) интенсивное проветривание горных выработок (до 15-17 т воздуха на 1 т добытого угля);

2) дегазация горного массива там, где проветривания недостаточно для снижения концентрации газа.

4.2 Способы дегазации угольных шахт

Дегазация массива бывает:

а) без разгрузки от горного давления - скважинами, например, с поверхности, опережающими вскрытие и подготовку пласта, дренажными выработками;

б) с разгрузкой горного давления - скважинами из проходческих, подготовительных и очистных выработок в зону опорного давления.

При подземной дегазации пробуриваются скважины, из которых происходит каптаж (улавливание в скважины, затем отсасывание метана из дегазационных скважин в специальный газопровод и далее - на земную поверхность). Для усиления отдачи газа в скважинах применяют методы искусственного повышения газоотдачи угольного пласта. Для снижения дебита метана при проходке выработок производят тампонаж газопроводящих трещин вокруг выработки на глубину до 2-4 м (при давлении метана до 0,15 МПа и дебите до 2,5-3 м³/т).

Дегазацией достигается следующее:

1) при снижении содержания метана на 1% скорость проходки можно увеличить в 2-3 раза и в 2 раза повысить производительность добычи угля;

2) нет необходимости усиливать проветривание выработок, проходить дополнительные вентиляционные шурфы;

3) собранный в ёмкости метан в дальнейшем можно использовать в виде топлива или сырья для химической промышленности.

Наиболее часто применяемыми способами дегазации во всём мире являются:

а) предварительная дегазация с искусственным повышением газоотдачи;

б) дегазация выработанного пространства;

в) шахтно-бесшахтная дегазация.

Предварительная дегазация планируемых к отработке пластов производится в условиях естественного залегания угля, ещё не испытывающего опорного горного давления.

Передовая дегазация осуществляется скважинами, пробуренными вдоль и поперёк столба из подготовительных выработок по пласту с опережением очистной выемки.

Дегазация выработанного пространства производится за счёт отсасывания метана из зон обрушения над мощными пластами угля.

Шахтно-бесшахтный способ дегазации заключается в бурении с земной поверхности вертикальных скважин до уровня угольных пластов, где производится сначала гидроразрыв, а затем - отсасывание газа.

При дебите метана свыше 3-3,5 м³/мин при проходке горизонтальных выработок применяется:

а) опережающее бурение дегазационных скважин диаметром 50-120 мм и длиной 30-90 м непосредственно из забоя;

б) бурение скважин в обе стороны от выработки из специальных бортовых ниш-камер через каждые 30-50 м;

в) бурение из бортовых ниш-камер опережающих забой на 5-10 м скважин длиной 15-100 м и диаметром 50-120 мм;

г) законтурное бурение ограждающих скважин (при дебите метана до 15-18 м³/мин) длиной до 200 м параллельно проходимой выработки на расстоянии 5-7 м от стенок её, при этом число скважин от 2 до 4 с каждой стороны выработки, диаметр 100 мм.

4.3 Схемы естественного проветривания карьеров

Карьер является частью земной поверхности. Поэтому воздухообмен в нём в значительной степени определяется теми же факторами, что и воздухообмен над земной поверхностью в целом: скоростью ветра и распределением температуры в приземном слое воздуха...

Адиабатическое сжатие воздуха, не насыщенного паром, при опускании в карьер вызывает увеличение его температуры примерно на 1°С на каждые 100 м вертикальной высоты. При отсутствии охлаждения воздуха адиабатическое сжатие является основной причиной увеличения температуры воздуха в карьере по сравнению с поверхностью (только летом).

Значительным источником тепла в карьере является облучение солнцем бортов и дна. Однако вследствие разной инсоляции бортов в течение суток их температура меняется, при этом северные борта карьеров, как лучше освещенные солнцем, имеют и более высокую температуру.

5. Опасность газовыделений

Табл. 2. Классификация видов газовыделений угольных месторождениях.

Группа	Виды газовыделения	Основные причины, вызывающие газовыделения
I	Внезапные выбросы газа с угольной мелочью. Внезапные прорывы газа. Суфлярные выделения газа.	Энергия сжатого свободного газа, находящегося в трещинах и разломах углепородного массива.
II	Внезапные выбросы угля и газа	Силы горного и газового давлений, вызывающие упругую деформацию призабойной части пласта и интенсивную десорбцию газа из разрушенного угля.
III	Внезапные высыпания угля, переходящие во внезапные выбросы газа с углём в забоях подготовительных выработок на крутых пластах	Силы тяжести, провоцирующая высыпание угля и энергия свободного адсорбировавшегося газа, скапливающегося в полости высыпания
IV	Интенсивное газовыделение при горных ударах и отжимах угля	Силы горного давления, вызывающие внезапное разрушение или выдавливание угля в призабойной части пласта с интенсивной десорбцией газа из угля.
V	Интенсивное газовыделение при высыпаниях и обрушениях	Сила тяжести угля, вызывающая высыпания или обрушения и интенсивную десорбцию и него газа
VI	Интенсивное газовыделение при взрывании призабойной части угольного пласта	Сила взрыва, вызывающая разрушение угля и интенсивную десорбцию и него газа
VII	Газовыделение при разрушении призабойной части угольного пласта горными машинами	Энергия машин, вызывающая разрушение угля и десорбцию из него газа
VIII	Газовыделения из неподвижных обнажённых поверхностей и отбитого от массива угля	Разность между давлением газа в угле и атмосферным давлением в выработках, вызывающая процесс десорбции газа из угля
IX	Выбросы породы и газа при взрывании массива скважинами	Сила взрыва, вызывающая упругую деформацию массива под воздействием горного и газового давлений и выделение заключённого в массиве газа
X	Интенсивное газовыделение в выработанное пространство при обрушениях основной кровли	Сила тяжести пород, вызывающая их обрушение и интенсивное выделение метана из разгружающихся пачек угля
XI	Интенсивное газовыделение в шахтах при землетрясениях	Сейсмические силы, вызывающие трещинообразование в горном массиве и выделение из него газа в горные выработки

5.1 Методы и средства контроля степени опасности в шахтах и рудниках

Контроль за содержанием метана и углекислого газа обычно осуществляется интерферометрами, использующих свойство воздуха преломлять луч света по разному, в зависимости от содержания рудничного метана. Коэффициент преломления СН₄ и СО₂ незначительно отличаются друг от друга, поэтому для контроля используется один и тот же интерферометр, например, марки ШИ-3 (ШИ-5. ШИ-10), МР-5М, ЛИ-4. СМП-1 или ГИК-1. закачивающих пробу воздуха и измеряющих показатель преломления. Причём метан легче воздуха и собирается у кровли выработки, а углекислый газ - тяжелее и концентрируется у почвы.

В другом варианте экспресс-определения концентрации углекислого газа используется химический газоопределитель, например. ГХ-5 с одноразовыми индикаторными трубками. При прокачивании определённого объёма воздуха через трубку меняет цвет порошок - с сине-сиреневого на белый, и по длине участка трубки, изменившего цвет, судят о концентрации СО₂ в рудничной атмосфере.

Наблюдениями установлено, что в зонах выхода метана на дневную поверхность почва теряет свою структуру, сильно уплотняется, приобретает серый цвет, а вся растительность на ней погибает. А в зонах выхода на поверхность углекислого газа и мёртвого воздуха изменений почвенного слоя не наблюдается, растительность развивается лучше, чем на участках, на которых эти газы не выделяются, но домашние животные (собаки, кошки и др.) и птицы (голуби, куры) эти участки покидают.

Скорость воздушного потока измеряется анемометрами или иначе крыльчато-тахометрическими преобразователями, в которых вращение крыльчатки передаётся на счётный механизм при помощи червячной передачи.

Давление рудничного воздуха можно измерить, например, микробарометром МБ-1М и получить величину депрессии или напора.

Экспресс-измерения концентрации частиц угольной пыли можно проводить, например, переносным пылеметром ДПВ-1. Работа прибора основана на определении оптической плотности фильтра, изменяющейся при пропускании через него определённого объёма запылённого воздуха, оптическая плотность измеряется фоторезисторами при попадании на фильтр света.

Удароопасность горного массива измеряют, например, сейсмоакустическим методом, геофизическая аппаратура фиксирует акустические импульсы (щелчки), появляющиеся при образовании трещин. По частоте появления импульсов получают уровень акустической активности пород в радиусе не более 100-150 м от датчика. Чем выше уровень активности, тем выше опасность динамических проявлений горного давления и горного удара.

На крупных шахтах с высокой газообильностью и на рудниках, опасных по горному удару, организуют диспетчерскую службу контроля степени опасности концентрации метана и углекислого газа, пыли, акустической активности горного массива, - позволяющую регистрировать необходимую информацию с помощью системы измерительных датчиков, оповещать аварийной сигнализацией о превышении допустимых значений, автоматически отключать электроэнергию на участках, подвергающихся опасности.

Природные и техногенные опасности, возникающие при горных и горноразведочных работах, требуют систематического контроля численности и размещения трудящихся в шахте, руднике, карьере и других рабочих местах. Согласно Правилам безопасности должен вестись обязательный табельный учёт всех лиц, вышедших на работу, спустившихся в шахту, и выехавших из неё, а также должны быть обеспечены два выхода из горных выработок - на капитальные выработки и на земную поверхность, кроме того, все горные выработки должны иметь обязательный паспорт крепления.

5.2 Взрывы угольной пыли

Все меры по предупреждению взрывов угольной пыли подразделяются на четыре линии защиты:

Ш первая - борьба с пылью в месте её образования (щадящая технология добычи, оросительные устройства на комбайнах, в местах перегрузки, при транспортировании, удаление пыли, снижение её летучести);

Ш вторая - борьба со взрывом в самом его начале (эффективное проветривание, контроль содержания метана, применение оборудования во взрывобезопасном исполнении);

Ш третья - противодействие развитию взрыва (осланцевание и орошение выработок);

Ш четвёртая - ограничение распространения взрыва (водяные и сланцевые заслоны, см. рис. 2).

Ш

Рис. 2. Противовзрывной сланцевый или водяной заслоны.

Сланцевые заслоны состоят из полок с инертной пылью, расположенных на крепи выработок, на расстоянии 100-300 м от опасных забоев и не более 100 м от сопряжения подготовительных и основных выработок. Количество инертной пыли устанавливается из расчёта 400 кг на 1 м поперечного сечения выработки в свету, длина заслона должна быть не менее 20 м. При взрыве опережающая воздушная волна сбрасывает полки, пыль высыпается и создаёт густое облако достаточной длины, где охлаждается и затухает идущее за воздушной волной пламя взрыва, при этом скорость распространения воздушной волны снижается с 80-100 до 20-30 м/с.

5.3 Эндогенные пожары, самовозгорание углей

Причиной самонагревания и последующего самовозгорания углей является их окисление в результате адсорбции углём кислорода воздуха, который затем и вступает в химическую реакцию с самим углём, с выделением тепла. Причём уголь, обработанный водой, например, при тушении пожара в шахте или на терриконе, окисляется ещё лучше из-за смыва с его поверхности окисной плёнки, препятствующей доступу кислорода, и за счёт образования новых трещин (увеличивается площадь поверхности контакта с кислородом), появляющихся при набухании угля. Увлажнение угля способствует не только снижению пылеобразования. но и уменьшению вероятности выбросов угля и газа, горных ударов (достаточно повысить влажность угля на 2-4%, т.е. подать на 1 т угля 20-40 л воды).

Примеси пирита и марказита в угле способствуют низкотемпературному окислению этих сернистых соединений с разогревом всего массива и ускорением окисления уже угля. Высокозольные угли более склонны к самовозгоранию за счёт повышенного содержания легкоокисляемого фюзена (составная часть ископаемого угля, подобен древесному углю).

Табл. 3. Вероятность самовозгорания пластов угля и угольных отвалов (по А.А. Лапину)

Фактор	Вероятность самовозгорания
	высокая	большая	малая	нулевая
Содержание углистых пород, %	>20	>20	10-20	<10
Содержание серы. %	>2,0	>2,0	<2,0	<2,0
Содержание галоидов, %	следы	< 0.05	0,1-0,2	0.2-0.25
Условия образования вмещающих пород	Морские отложения	Переходные условия
Преимущественный состав безуглистых пород	Известняки и песчаники	Глинистые и песчано-глинистые сланцы

Профилактика самовозгорания включает меры:

· снижение активности углистого вещества (обработкой ингибиторами, например, бикарбонатом кальция);

· уменьшение концентрации активного углистого вещества в отвале (снижением потерь угля при добыче);

· ограничение притока кислорода к окисляющимся поверхностям (например, уплотнение отвала автосамосвалами, бульдозерами, катками, затопление пород в оврагах, заиливание инертными материалами - песком, глиной, золой ТЭС);

· создание условий для рассеивания тепла, образующегося при окислении.

Заиливание может производиться как за счёт доставки материала самосвалами, вагонетками, так и при помощи газоструйных и землеройнометательных машин.

Наиболее устойчивыми растениями, приживающимися на угольных и других отвалах (при их рекультивации), являются акация и вяз перистоветвистый, клён ясенелистый, клён татарский, ясень обыкновенный, шиповник и бузина.

Метан и углекислый газ, находящийся в углях, препятствуют их окислению и самовозгоранию, поэтому один из способов тушения пожаров - задымление очага возгорания.

К основным видам техники, предназначенной для защиты различных объектов от пожаров, относятся средства сигнализации и пожаротушения.

Для ликвидации процесса горения необходимо прекратить подачу в зону пожара - либо горючего материала (разбор очага пожара), либо кислорода, либо уменьшить подвод тепла. В качестве средств тушения используют: воду, различные виды пен. инертные газовые разбавители (углекислый газ, аргон, азот, водяной пар, дымовые газы), порошки-ингибиторы.

6. Прогнозы газодинамических явлений, запыленности и горных ударов

Табл. 4. Основные принципы прогноза и предотвращения газодинамических явлений.

Газодинамическое явление	Принципы прогноза	Принципы предотвращения на пластах
Внезапные выбросы газа с угольной мелочью	Обнаружение геологических нарушений впереди забоя	Дегазация геологических нарушений
Внезапные выбросы угля и газа	Методы сейсмоакустического (локального, текущего и регионального) прогноза	Предварительная разработка защитных пластов и применение других способов разгрузки пластов от горного давления
Отжим угля с повышенным газовыделением	По прочностным характеристикам угольного пласта, горному давлению и способности угля к газоотдаче	Расчёт параметров угольных целиков и выбор способа управления кровлей

Для профилактики пожаров также используют специальные перемычки и противопожарное водоснабжение.

6.1 Прогноз запылённости горных выработок

При бурении по породе с промывкой водой без смачивания интенсивность пылеобразования на один шпур в среднем равна 400-500 мг мин и прямо пропорциональна крепости пород f (по М.М. Протодьяконову) и скорости бурения, а скорость бурения - обратно пропорциональна крепости пород.

Промывка может быть с осевой и боковой подачей воды, при осевой - вода подаётся через корпус станка и канал штанги, при боковой, минуя станок - через отверстие в муфте, одеваемой на штангу. При сухом пылеулавливании, очень редком, используются матерчатые и акустические (УПЗ-2) пылеуловители.

6.2 Зашита людей от горных ударов и внезапных выбросов

Главная мера зашиты - это организация службы прогноза динамических проявлений горного давления и своевременное предупреждение людей о надвигающейся опасности, желательно в режиме мониторинга, с автоматической компьютерной обработкой результатов инструментальных измерений параметров массива геофизической и маркшейдерской аппаратурой.

Косвенным признаком повышенных напряжений массива является увеличение скорости бурения шпуров и скважин в 2-3 раза, при взрывной отбойке коэффициент использования шпура (скважины) - К.И.Ш. обычно становится большим единицы, т.е. производительность забойщиков повышается в 1,5-2 раза. Степень опасности можно оценить и по видимым проявлениям горного давления в выработках.

7. Опасность внезапных прорывов воды в горные выработки

Опасными бывают как поверхностные (реки, озёра, водохранилища), так и подземные воды (особенно химически активные).

Жёсткость откачиваемой шахтной воды зависит от содержания в ней солей кальция и магния, различают карбонатную жёсткость (двууглекислые соли кальция и магния) и некарбонатную (соли кальция и магния - сульфаты, хлориды, нитраты и др.).

Активная реакция воды характеризуется показателем концентрации в ней ионов водорода (рН). В зависимости от величины рН может изменяться скорость протекания химических реакций, степень коррозионной агрессивности воды и т.д. При нейтральной реакции рН=6,5-7,5. при кислой рН<6.5, при щелочной рН>7.5. При кислой реакции воды возрастает её коррозирующее действие на сталь, бетон и др., а при высоких уровнях (рН>11) вода приобретает характерную мылкость, неприятный запах, способна вызывать раздражение глаз и кожи. Именно поэтому для питьевой и хозяйственно-бытовой воды оптимальным считается уровень рН в диапазоне от 6 до 9, а для промышленных систем охлаждения - рН=7-8.

Знание водородного показателя водной среды весьма важно. Известно, например, что при рН < 7 существенно возрастает коррозия стальных труб, а при рН > 10 - труб из дюраля. Промывочные растворы, обработанные некоторыми химическими реагентами, стабильны лишь в определенном, достаточно узком диапазоне рН и за пределами этого диапазона расход реагентов необходимо резко увеличить. Термостабильность некоторых высокомолекулярных реагентов существенно возрастает, если поддерживается оптимальное значение рН среды. С изменением рН промывочной жидкости (в бурении) иногда связано возникновение осложнений. По изменению рН промывочного раствора можно судить о прохождении при бурении химически активных горных пород.

Водоприток можно рассчитать, исходя из напора вод и водопроницаемости подстилающих пород. Внезапный прорыв возможен при подсечке горной выработкой геологического разлома, поэтому главными мерами предупреждения являются:

а) оставление породных слабо водопроницаемых целиков;

б) создание при проходке опасных участков непроницаемых завес - инъектированием пород.

Для разведки водоопасности используются три вида скважин:

а) опережающие. глубиной не менее 4 м;

б) разведочные, глубиной не менее 25 м;

в) дренажные, удаляющие воду из подземных резервуаров.

Откачиваемая вода отстаивается, осветляется (фильтруется до содержания взвеси менее 50 мг/л), обеззараживается и нейтрализуется, т.е. приводится к нормальной реакции рН=6-9 добавлением реагентов (например, гашёной извести и др.) - испарением, электродиализом.

7.1 Предотвращение внезапных прорывов воды

Практически все месторождения осадочного типа приходится осушать еще до начала вскрышных работ на карьере. При большой мощности плывунов, значительном напоре воды в водоносном горизонте, при больших запасах подземных естественных водохранилищ - обязательно требуется предварительное осушение.

При разработке месторождений под водоёмами, реками или водоносными слоями пород проводят специфические мероприятия - предварительное осушение месторождения и сохранение (создание) водонепроницаемых потолочин - предохранительных целиков. На месторождениях, где подземные безнапорные воды появляются лишь в трещинах и карстовых пустотах, обычно предварительный дренаж воды не применяется, такие месторождения разрабатываются с одновременным понижением уровня подземных вод. Сохранение водонепроницаемых потолочин обеспечивается щадящими способами добычи, не допускающими опасных деформаций и трещин в потолочине. Способы предварительного осушения бывают:

а) поверхностные - бурение водопонижающих (откачивающих) и водопоглощающих скважин (для перепуска воды из верхних слоев пород на нижние):

б) подземные - проходка дренажных штреков, бурение опережающих скважин из проходческих забоев, сооружение резервуаров для воды:

в) комбинированные - бурение скважин с поверхности и проходка дренажных подземных выработок.

7.2 Зашита подрабатываемых участков от затопления и заболачивания

Локальные и замкнутые проседания земной поверхности могут привести к затоплению и заболачиванию подработанных участков грунтовыми водами. Для защиты от затопляющих вод плодородных почв, ценных насаждений, полевых культур, а также населённых пунктов могут быть рекомендованы следующие мероприятия:

Ш отвод рек за пределы горного отвода;

Ш поверхностный горизонтальный дренаж;

Ш вертикальный глубинный дренаж;

Ш поглощающие скважины;

Ш обваловывание затопляемых площадей путём сооружения дамб;

Ш повышение отметок поверхности низменности путём искусственного отложения на них наносов (кольматирование);

Ш спрямление русел рек;

Ш оборудование обводных и перехватывающих каналов;

Ш применение горнотехнических мероприятий по предотвращению просадок земной поверхности или уменьшению их до безопасных пределов.

Выбор мероприятий определяется их эффективностью, экономической целесообразностью и технической возможностью.

8. Опасности при производстве взрывных работ

Кроме опасности собственно попадания под взрыв, при взрывных работах существует ещё одна опасность - выделения в атмосферу ядовитых газов. На образование ядовитых продуктов взрыва прежде всего влияет кислородный баланс ВВ, который может быть нулевым, положительным или отрицательным. При нулевом балансе объём кислорода в составе ВВ соответствует его количеству, необходимому для окисления всех составляющих ВВ горючих компонентов. При таком условии должны образовываться только относительно безвредные конечные продукты разложения - углекислый газ. пары воды и азот. Если количество кислорода недостаточно для полного окисления углерода (отрицательный баланс), то дополнительно образуется окись углерода, водород. Наоборот, при избытке кислорода (положительный баланс) образуются ядовитые окислы азота и свободный активный кислород. Для подземных работ выпускаются предохранительные ВВ с кислородным балансом, близким к нулю (отклонение ± 1-1,5%), с пламегасителями (например, хлористый натрий), повышенной восприимчивостью к детонации (например, добавка нитроглицерина), а также применяют водяную забойку при заряжании скважин и шпуров в опасных по метану местах.

Доставка ВВ и СВ (транспортируются только отдельно) по горным выработкам допускается со скоростью не более 5 м/с (спуск по стволу), посторонние люди при доставке не присутствуют.

Ни одно производство не обходится без использования систем повышенного давления (трубопроводы, баллоны, ёмкости для хранения и перевозки сжатых, сжиженных и растворённых газов), любые системы повышенного давления всегда представляют потенциальную опасность.

Взрывозащита достигается организационно-техническими мероприятиями: окраской трубопроводов и ёмкостей в разные цвета, разработкой инструкций, обучением персонала, техническими системами взрывозащиты.

Литература

1. Порцевский А.К. Безопасность жизнедеятельности при горных и горно-разведочных работах. Часть 1: Учебное пособие. - М. - 2005. - 80с.

2. Природные опасности в шахтах, способы их контроля и предотвращения. Под ред. Ф.С. Клебанова. - М.: Недра, 1981. - 471 с.

3. Ильин А.М. Безопастность труда на открытых горных породах. М:Недра, 1995.-270с.