Многоступенчатая система самоспасения шахтёров при авариях в шахтах

Угольная промышленность Украины является одной из наиболее опасных отраслей народного хозяйства. Ухудшение горно-геологических условий и дисциплины на угольных шахтах приводят к росту аварий (подземные пожары, взрывы газа и угольной пыли, внезапные выбросы, обрушения гоных пород и др.) и аварийных ситуаций с тяжелыми экономическими и социальными последствиями.

Выполненный авторами[1] анализ аварийности на шахтах Украины за 1991-2006 гг. показывает, что за этот период произошло 2739 аварий и аварийных ситуаций. Из 1779 аварий подземные пожары составляют около 53%, взрывы газа и угольной пыли -3, внезапные выбросы угля и газа - 4, обрушения -25, затопление выработок - 1, аварии на поверхности - 14. Из общего числа аварий наибольший удельный вес занимают подземные пожары. Следует отметить, что их среднегодовое количество за 1996 - 2000 и 2001 - 2006 гг. имеет тенденцию к снижению, однако доля этих пожаров в общем числе аварий уменьшается значительно меньшими темпами и за указанные периоды составляет соответственно 54,5 и 39,8%. Такие аварии кроме массовой гибели горнорабочих приносят большие экономические убытки, выводя из строя добычные участки, а в отдельных случаях и целые шахты. В 2007 г. на шахтах Украины (по статистическим данным ГВГСС) произошло 113 аварий, из них 48 аварий и 63 аварийных ситуаций. Из 48 аварий подземные пожары составили 18, взрывы газа и угольной пыли - 2, внезапные выбросы - 3, обрушения пород - 13, аварии на поверхности - 12. Общий ущерб предприятий от аварий и аварийных ситуаций составил 36241 тыс. грн., в том числе: от потери добычи угля - 28367 тыс. грн., от потери оборудования - 4552 тыс. грн., от выхода из строя горных выработок - 710 тыс. грн., другие расходы - 553 тыс. грн. Затраты предприятий на ликвидацию аварий и аварийных ситуаций составили 2058 тыс. грн. Потери добычи угля за 2007 г. составили 122,6 тыс. тонн. В этом же году 18 ноября произошла самая трагическая, по своим масштабам, числу погибших шахтёров и горноспасателей, авария на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько». Причиной произошедшей аварий явился взрыв в горных выработках пл.l₃, в результате которого возник пожар. В ходе ведения аварийно-спасательных работ (АСР) к 01 часу 47 мин. 19.11.07г. горноспасателями было обнаружено 75 пострадавших без признаков жизни; к 03 часам 25 мин. 20.11.07г. было обнаружено ещё 13 пострадавших без признаков жизни. 2 декабря 2007г. произошёл повторный взрыв во время ликвидации последствий аварии, в результате которого погибло 5 горноспасателей. Взрывы, которые произошли на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько», унесли жизни 100 шахтёров и 5 горноспасателей стали предметом резкого осуждения со стороны общественности и СМИ в Украине. Хотя окончательных выводов по расследованию последствий происшедших взрывов еще не сделано, можно указать на следующие возможные способы решения данной проблемы: в случае возникновения пожара или взрыва на выемочных участках, и в шахтах в целом, неоходимо разработать и создать мнгоступенчатую систему самоспасения шахтёров и горноспастелей при ведении АСР, учитывающую разнообразие условий разработки угольных месторождений, степень опасности шахт, профессию, размещение рабочих мест горняков и другие факторы. Такая система должна предусматривать применение индивидуальных средств защиты органов дыхания (кислородных самоспасателей различного типа), групповых средств: передвижных пунктов переключения в резервные самоспасатели, передвижных и стационарных камер-убежищ и средств аварийного воздухоснабжения. Только совместное использование этих средств самоспасения и их взаимное резервирование может обеспечить эффективность самоспасения горняков во время подземных аварий [2-4]. Существующие групповые средства защиты от воздействия газа, тепла и пыли для обеспечения нормальной жизнедеятельности при авариях в угольных шахтах Украины - это пункты переключения ПСПМ, ППВ, ПСА, АД. Они представляют собой металлические контейнеры, в которых находятся резервные самоспасатели и альтернативные источники свежего воздуха, поступающего от пневмосети, баллонов со сжатым воздухом или регенеративных патронов. Эти аппараты просты по конструкции, длительная эксплуатация в шахтах показала их высокую надежность. Однако значительное увеличение протяженности горных выработок, особенно при столбовой системе разработки, усложнение условий добычи, связанных с увеличением температуры шахтного воздуха, заставляет применять новые средства: передвижные и стационарные камеры-убежища, которые имеются почти во всех угледобывающих странах мира [5].

На шахтах Украины средства коллективной защиты горнорабочих при авариях и аварийных ситуациях в виде камер-убежищ практически отсутствуют, за исключением комплекса бокс-базы горноспасательной КБГ. Этот комплекс имеет ограниченную область применения и не может быть использован при таких авариях как пожары и взрывы газа, когда температура шахтного воздуха может превышать 1000^оС. Только на трёх шахтах Украины из оставшихся 190 («Красноармейская-Западная», шахта им. Жданова… и шахта «Суходольская-Восточная» в Краснодоне) выполняются проекты и устраиваются стационарные камеры-убежища. Передвижных камер-убежищ на оснащении подразделений ГВГСС Украины и на шахтах вообще нет.

В НИИГД «Респиратор», ДонНТУ (г. Донецк) и НГУ (г. Днепропетровск), несмотря на отсутствие финансирования, проводятся поисковые работы и научные исследования в этом направлении. На кафедре аэрологии и охраны труда НГУ ещё в 2003 году было разработано техническое решение на установку для защиты рабочих от перегревания, которая при авариях и аварийных ситуациях может быть временным убежищем для шахтёров и горноспасателей. В июне 2007 года на это изобретение получен патент Украины [6]. В работах [7,8] авторами отмечается, что данное техническое решение может быть прототипом для разработки и создания промышленной передвижной камеры-убещища.

Авария, произошедшая на АП «Шахта им. А.Ф. Засядько» заставила руководящих работников Минуглепрома и ГВГСС Украины вспомнить наконец-то о безопасности горнорабочих и прибегнуть к конкретным действиям. В результате были выделены денежные средства и на кафедре подземной разработки месторождений НГУ совметно с ЦШ ГВГСС и МакНИИ в 2006 году разработан Стандарт Минуглепрома Украини СОУ 10.1.202020852.002 - 2006. “Стационарные камеры-убежища спасательные шахтные” [9]. Это уже большой прогресс для угольной промышленности Украины, лишь бы все эти начинания и проекты не остались на бумаге, как обычно у нас бывает. Вместе с тем, наряду с явными достоинствами, стационарные и передвижные камеры-убежища имеют и существенные недостатки. В первую очередь, это невозможность спасения шахтёров и ведение АСР непосредственно в рабочих зонах горных выработок, где чаще всего возникают аварии и аварийные ситуации. Следует отметить и преимущество передвижных камер-убещищ в сравнении со стационарными. Первые, как правило, могут быть демонтированы и вновь установлены на новом месте. При этом они должны быть транспортабельны (мобильны) для того, чтобы имелась возможность постоянно перемещать их вслед за горными работами [6-8].

Проблема повышения эффективности борьбы с подземными пожарами, врывами и обрушениями приобретает особую актуальность в связи с усложнившимися горно-геологическими и горно-техническими условиями шахт, ведением очистных и подготовительных работ на глубоких горизонтах (1000 м и более). Значительное увеличение газовыделения, горного давления, скорости движения вентиляционного потока и температуры шахтного воздуха усложнили работы по спасению людей при ликвидации последствий аварий. Как уже отмечалось, пожары и врывы пыле-газовых смесей в угольных шахтах уносят множество жизней и наносят огромный материальный ущерб. В особо сложной ситуации при этом оказываются горнорабочие на добычных участках - в лавах и прилегающих выработках. Многие из них травмированы и даже при наличии изолирующих кислородных самоспасателей не могут самостоятельно выйти в безопасную зону. Оказание им своевременной помощи со стороны горноспасателей затруднено в связи с большой протяженностью подземных выработок, высокими температурами в них и завалами.

Поэтому объективно существует необходимость в разработке специальных способов и средств спасения горнорабочих, оказавшихся в опасной зоне при пожарах, взрывах и обрушениях на добычных участках угольных шахт.

Работы по спасению и эвакуации горнорабочих в шахтах при авариях были выполнены в ДПИ (ныне ДонНТУ) к.т.н., доцентом Сухоруковым В.П. в 1991г. [10], однако дальнейшего развития они не получили по неизвестным причинам. Недостатками разработанного технического решения является следующее: невозможность применения устройства из-за повреждения гибкого вентиляционного трубопровода при пожарах, взрывах газа и завалах в выработках; невозможность доставки по вентиляционному трубопроводу горноспасателей и аварийно-спасательного оборудования в аварийную зону для оказания оперативной помощи пострадавшим; гибкий вентиляционный трубопровод не защищает пострадавшего от действия сверхвысоких температур при пожарах в горной выработке; для монтажа и прокладки нового вентиляционного трубопровода в выработке неоходимы значительные затраты времени, что не обеспечивает оперативную эвакуацию рабочих из аварийной зоны; устройство позволяет транспортировать одновременно только одного пострадавшего, а большинство шахтёров остаётся в аварийной зоне и подвергается влиянию негативных факторов аварии; при каждом цикле работы устройства возникает необходимость протягивать канат через всю длину вентиляционного трубопровода, что требует дополнительных затрат времени и может привести к задержке каната в трубе из-за её деформации; устройство не обеспечивает возможность подачи в аварийную зону сжатого воздуха, инертных газов, питьевой воды, продутов питания и других рвеществ и материалов, в которых возникает необходимость при авариях.

Целью настоящей работы является разработка нового технического решения полифункционального горноспасательного комплекса (ПГСК) для спасения шахтёров и безопасного ведения горноспасательных работ при авариях и аварийных ситуациях в шахтах и рудниках.

В основу разработки нового технического решения поставлена задача усовершенствования известного устройства для эвакуации горнорабочих, в котором путём введения других конструктивных элементов обеспечивается возможность оперативного спасения горнорабочих путём эвакуации их из опасной зоны, выполнения комплекса оперативных АСР по ликвидации аварий и аварийных ситуаций в горных выработках [11].За счёт этого повышается эффективность спасения горнорабочих и ликвидация последствий аварий в подземных горных выработках.

Задача решается таким образом. В известном устройстве [10] для эвакуации горнорабочих, включающем вентиляционный трубопровод, вентилятор, устройство для транспортирования горнорабочего, тяговый механизм с гибкой тягой, вентиляционный трубопровод выполнен из жаростойкого материала в виде эвакуатора жёсткой круглой формы со шлюзами вдоль него и с промежутками между ними для входа людей в эвакуатор и выхода из него. Эвакуатор внутри оборудован роликовым транспортёром, концевой канатной дорогой с возможностью реверса и трубопроводом для подачи материалов и веществ, необхимых для выполнения АСР, имеет кабели для электроснабжения и связи. Именно такое сочетание и взаимное размещение взаимосвязанных элементов ПГСК: эвакуатора, вентилятора, шлюзов, роликового транспортёра, тягового механизма (лебёдки), тягового привода в виде концевой канатной дороги, трубопровода, кабелей энергоснабжения и связи, пускового устройства, воздухопровода обеспечивает возможность оперативной эвакуации горнорабочих из опасной зоны и выполнения комплекса АСР. За счёт этого повышается эффективность спасения горняков и ликвидация последствий аварий в подземных горных выработках. Круглая форма поперечного сечения эвакуатора обеспечивает наибольшую устойчивость от внешнего давления при взрывах газа. Мощность эвакуатора повыщается также за счёт жёсткого и жаростойкого матерала.

На рис.1 изображено поперечное сечение эвакуатора ПГСК для спасения гонорабочих и безопасного ведения АСР.

Рисунок 1 – Поперечное сечение эвакуатора ПГСК

На рис.2 показано продольное сечение эвакуатора ПГСК.

Рисунок 2 – Продольное сечение эвакуатора ПГСК

На рис. 3 представлена схема одного из возможных вариантов размещения в горных выработках элементов ПГСК для спасения горнорабочих и безопасного ведения АСР.

Рисунок 3 – Схема одного из возможных вариантов размещения в горных

выработках элементов ПГСК для спасения горнорабочих и ведения АСР.

На рис.4 изображены схемы вариантов возможного размещения эвакуатора ПГСК в поперечном сечении горной выработки.

Рисунок 4 - Схемы вариантов возможного размещения эвакуатора ПГСК

в поперечном сечении горной выработки.

ПГСК включает: эвакуатор 1 круглой формы, выполненный из жаростойкого материала, ролики 2 з опорами 3, тяговые канаты: верхний 4 и нижний 5, эластичные захваты 6 на тяговых канатах, трубопровод 7 с креплениями 8, кабель электроснабжения 9, кабель связи 10. Кроме того, комплекс включает соединённые с эвакуатором 1 шлюзы следующих видов: начальный шлюз 21, промежуточные шлюзы 11 и конечный шлюз 19, а также включает лебёдку 12, соединённую с тяговыми канатами 4 и 5, вентилятор 13, воздухопровод 14. В шлюзе 19 размещено пусковое устройство для дистанционного включения в работу лебёдки 12. Диаметр трубы эвакуатора 1 устанавливают с расчётом обеспечения возможности передвижения по ней не менее двух горноспасателей одновременно в одном или разных направлениях в полном снаряжении в лежащем положении на роликах 2. Эвакуатор 1 размещают в подземной горной выработке 16 по одному из возможных вариантов (см. рис.4) в зависимости от особенностей горнотехнических условий, в частности - с учётом назначения, параметров, сроков службы выработки, вида транспорта, особенностей горных пород, уровня опасности по газу, пыли, обрушений, внезапным выбросам. По варианту 4 а эвакуатор 1 размещают на поверхности почвы горной выработки 16, по варианту 4 б - частично углублённому в почве выработки. Размещение эвакуатора 1 по варианту 4 в обеспечивает наиболее надёжную защиту её от действия взрывной волны, сверхвысоких температур, обрушений при взрывах газа и пожарах. Кроме того, в этом случае эвакуатор 1 не уменьшает свободную площадь поперечного сечения горной выработки, что очень важно для размещения в выработке транспортных средств и другого горношахтного оборудования.

Шлюзы 11, 19, 21 размещают (см. рис.3) соответственно в нишах 25, 17 20 выработки 16, для чего выполняют местные расширения выработки. Промежутки между шлюзами устанавливают с учётом схемы горных выработок и рабочих зон, вида работ, количества работников, уровня опасности пожаров, взрывов, обрушений, внезапных выбросов. Чем выше уровень опасности, тем чаще устанавливают шлюзы на эвакуаторе 1. Шлюз 21 размещают в нише 20 магистральной выработки 15. Все шлюзы ПГКС оборудуют системой клапанов с возможностью открытия их из внутри эвакуатора 1 во внешнем направлении. Эвакуатор 1 имеет (см. рис.3) два торца: торец 18 размещён в рабочей зоне выработки 16, а торец 22 - в магистральной выработке 15, по которой проходит свежий воздух. Торец 22 эвакуатора 1 имеет отверстия для прохождения тяговых канатов 4 и 5, соединённых с лебёдкой 12, размещённой в нише 20 выроботки 15. Эвакуатор 1 в торцевой части 18 оборудован (см. рис.2) опорным роликом 26 увеличенной мощности для удержания натяжения канатов 4 и 5. Длина эвакуатора изменяется соответсвенно перемещиния рабочих зон, для чего монтируют или демонтируют отдельные его секции.

ПГСК работает следующим образом. Эвакуатор 1 защищает от повреждения рамещённое в ней оборудование: ролики 2 с опорами 3, тяговые канаты 4 и 5, трубопровод 7 с креплениями 8, кабель электроснабжения 9, кабель связи 10. Таким образом, обеспечивается возможность применения указанного оборудования при авариях. Вентилятор 13, установленный в выработке 15, постоянно нагнетает в эвакуатор 1 свежий воздух, в результате чего в ней поддерживается избыточное давление воздуха, что препятствует проникновению в эвакуатор 1 из выработки 16 взрывчатых, вредных и ядовитых газов. Таким образом, в эвакуаторе 1 постоянно поддерживается атмосфера, пригодная для дыхания людей, независимо от газовой ситуации в выработке 16. При возникновении аварийной ситуации или аварии в выработке 16, лаве 23 или в соседних выработках лебёдка 12 автоматично или по сигналу с рабочей зоны по кабелю связи 8 включается в работу таким образом, что верхний канат 4 в эвакуаторе 1 движется в направлении к магистральной выработке 15, где установлена лебёдка 12 и проходит струя свежого воздуха. Рабочие из опасной зоны входят в эвакуатор 1 через его конечный торец 18, через конечный шлюз 19, или через промежуточные шлюзы 11. Принудительное перемещение людей внутри эвакуатора 1 осуществляется по роликам 2 с помощью тягового каната 4 и закреплённых на нём эластичних захватов 6. Для самостоятельного перемещения вдоль эвакуатора 1 люди могут использовать ролики 2 и опоры 3 - в качестве дополнительных захватов. Ролики 2 при перемещении людей и грузов внутри эвакуатора 1 вращаются и облегчают движение людей и грузов.

При транспортировании по эвакуатору материалов, оборудования, или пострадавшего, который не имеет возможности самостоятельно контролировать и регулировать своё положения в эвакуаторе, применяют жёсткий лежак и закрепляют его к эластичным захватам 6 верхнеого каната 4 концевой канатной дороги.

Выход горнорабочих из эвакуатора 1 осуществляется через начальный торец 22, начальный шлюз 21, или через промежуточный 11, если он находится в безопасной зоне. При возникновенни пожара в горных выработках используют трубопровод 7 для подачи в аварийную зону инертного газа (например, N₂, CO₂ и др.). Для перемещения по эвакуатору 1 горноспасателей и необходимого оборудования в аварийную зону изменяют направление движения тяговых канатов: проводят реверс барабана лебёдки 12 таким образом, чтобы верхний канат 4 двигался в направлении от лебедки 12 до концевого торца 18 эвакуатора 1. ПГСК обеспечивает возможность оперативной и безопасной доставки горноспасателей и аварийно-спастельного оборудования в аварийную зону даже при наличии завалов и сверхвысоких температур в выработке 16.

Выводы

Разработанное и предложенное нами техническое решение подземного полифункционального горноспасательного комплекса для спасения горнорабочих и безопасного ведения АСР при авариях и аварийных ситуациях обеспечивает:

1. Оперативную эвакуацию горнорабочих из опасных зон при пожарах, взрывах газа и обрушениях в горных выработках;

2. Защиту горнорабочих от действия сверхвысоких температур и токсичных газов при пожарах и взрывах газа в выработках;

3. Оперативную и безопасную доставку горноспасателей и горноспасательного оборудования в аварийную зону для оказания оперативной горноспасательной помощи горнорабочим, которые находятся в аварийной зоне при наличии обрушений в выработках, по которым проложен эвакуатор;

4. Возможность спасения горнорабочих независимо от стадии проходки выработки и вида работ в ней, причём для использования эвакуатора не потребуются дополнительные работы, поскольку он всегда находится в рабочем состоянии;

5. Возможность одновременного находжения и перемещеняя в эвакуаторе нескольких рабочих или горноспасателей;

6. Возможность подачи в аварийную зону сжатого воздуха, инертных газов, питьевой воды, продуктов питания и других веществ и материалов, в которых возникает необходимость при авариях в горных выработках.

Таким образом, разработка, создание и внедрение на шахтах Украины полифункционального подземного горноспасельного комплекса обеспечит повышение эффективности спасения горнорабочих и безопасное ведение АСР при авариях и аварийных ситуациях в горных выработках шахт и рудников.

Список литературы

1. Пашковский П.С., Мамаев В.В., Брюм В.З. Комплексная оценка аварийной опасности шахт //Уголь Украины. - 2008. - №2 - С. 21-23.

2. Международное законодательство об охране труда. Конвенции и рекомендации МОТ. Т.1 К.: Основа, 1997. - 672 с.

3. Система саморятування гірників. Стандарт Мінпаливенерго України. СОУ.1-00174102-002-2004. - 22 с.

4. Ильинский Э.Г., Конопелько Е.И., Овчаров В.К., Зборщик Л.А. Индивидуальные и групповые средства защиты в чрезвычайных ситуациях. Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи (Пожежна безпека – 2005): Матеріали УІІ Всеукраїнської наук.-практ. конф. - Київ: УкрНДІПБ МНС України, 2005. - С.33-39.

5. Камера-убежища в каменноугольной промышленности ФРГ /Ф.И. Кок, Г. Лангер, К. Бетхер, Фельзенцервек // Глюкауф. - 1989. - №15/16. - С. 6-9.

6. Установка для захисту робітників від перегрівання / В. Муравейник, С. Алексеєнко, І. Шайхлісламова, В. Король (Україна). № 20031211992; Заявл.22.12. 2003; Опубл. 25.06.2007, Бюл № 10].

7. Мобильная установка для спасения и защиты рабочих от перегрева при пожарах и взрывах в угольных шахтах /Алексеенко С.А., Бондаренко В.И. Муравейник В.И., Смоланов С.Н., Король В.И.// Сборник научных трудов МакНИИ

2005. - С. 66-69.

8. Передвижная камера-убежище для самоспасения горнорабочих при авариях в шахтах/ Алексеенко С.А., Грядущий Б.А., Булгаков Ю.Ф., Король В.И.// Геотехнології та управління виробництвом ХХІ сторіччя. Том 1. / Під загал. ред. Булгакова Ю.Ф., Гребьонкіна С.С. - Донецьк: ДонНТУ, 2006. - С. 210-214.

9. Стаціонарні камери-сховища рятувальні шахтні. Загальні технічні вимоги. Стандарт Мінвуглепрома України. СОУ 10.1.202020852.002:2006. К. Мінвуглепром України, 2007. - 21 с.

10. А.с. 1695029 СССР, МКИ Е21 F11/00. Устройство для эвакуации горнорабочих / В.П. Сухоруков и др. (СССР).- № 4720684/03; Заявл. 19.07.89; Опубл. 30.11.91, Бюл. №12.

11. Установка для рятування гірників при аваріях. Заявка на винахід №.200803538 від 19.03.2008р. / Авт.: В.І. Муравейник, С.О. Алексеєнко, Ю.Ф. Булгаков, П.С. Воронов, І.А. Шайхлісламова.

Сведения об авторах

1. Алексеенко Сергей Александрович, доцент кафедры аэрологии и охраны труда Национального горного университета, канд. техн. наук

дом. адрес: 49005, г. Днепропетровск, ул. Телевизионная, дом 2 кв.30,

тел. дом (8-0562) 39-87-05; раб. [phone]

2. Булгаков Юрий Фёдорович, заведующий кафедрой охраны труда и вентиляции ДонНТУ, доктор техн. наук, профессор

дом. адрес: 83003, г. Донецк, ул. Иллича, дом 22, кв. 5.

3. Бондаренко Андрей Юрьевич, начальник МЧС по Донецкой области, к.т.н.

4. Муравейник Владимир Иванович, профессор Национальной металлургической академии Украины, канд. техн. наук

дом. адрес: 49100, г. Днепропетровск, просп. Героев, дом 9, кв.278

тел. дом [phone].

5. Шайхлисламова Ирина Анатольевна – ассистент кафедры аэрологии и охраны труда Национального Горного университета, к.т.н.

дом. адрес: 49005 г. Днепропетровск, просп. К.Маркса, 17, общ.2.

Дата добавления: 2014-01-04