Угольная шахта – вопросы безопастности

Несмотря на высокую востребованность во всем мире нефти и газа как источников энергии, угольная промышленность по-прежнему играет значимую роль в энергобалансе многих стран, включая Россию. Добыча угля под землей — довольно сложный и требующий непосредственного участия человека процесс; именно поэтому особенно важное место здесь занимают вопросы безопасности и обеспечивающие ее приборы и системы

Кроме собственно шахты в структуру угледобывающего предприятия входит, как правило, целый комплекс объектов: склады, административные и бытовые постройки, терриконы и так далее. Глубина самой выработки нередко превышает километр, а ее ширина зависит от размеров угольного пласта.

Непосредственно шахта, где ведется добыча угля закрытым способом, подразделяется на ряд объектов и сооружений. В первую очередь, это сам угольный пласт как место добычи каменного угля. Во-вторых, это бремсберг — конструкция для транспортировки на вагонетках полезных ископаемых на следующий горизонт. В-третьих — штреки, конструкция горизонтальной выработки угля, которая не имеет выхода на поверхность. Для подачи воздуха и обеспечения нормальной жизнедеятельности шахтеров под землей служит система вентиляции. Для опускания и подъема людей и техники в наличии имеются такие устройства, как колодцы.

Добыча угля закрытым способом традиционно относится к разряду сфер человеческой жизнедеятельности с опасными условиями. Угрозы провала и прорыва воды, пожароопасность и вероятность выбросов газа — все это обуславливает особые требования к технике безопасности при работе в шахте и необходимость безупречного функционирования всех обеспечивающих ее приборов и систем. Ведь пренебрежение правилами безопасности даже одним человеком и игнорирование данных всего одного прибора при добыче угля способно привести к необратимым последствиям. Все мероприятия, начиная с эксплуатации шахты, заканчивая ремонтом помещений и оборудования, выполняются на основании утвержденной руководством документации: проектов, схем, графиков и инструкций.

Безопасности персонала, работающего в шахте, служит противоаварийная защита, включающая схему выполнения спасательных работ. Вся система выработок оборудуется системой оповещения, сообщающей об аварии всем сотрудникам, независимо от места их нахождения на момент инцидента. Каждый из сотрудников, спускаясь в шахту, имеет спецодежду, светильник и исправный индивидуальный самоспасатель. При спуске и подъеме людей в шахту ведется их строгий табельный учет.

В настоящее время в действующие в России «Правила безопасности в угольных шахтах» включено требование о применении многофункциональных систем безопасности (МСБ), цель которых — увеличение экономической эффективности шахты за счет обеспечения устойчивости и ритмичности ведения горных работ путем
предотвращения аварийных ситуаций.

Один из важнейших факторов безопасности — безупречно работающее оборудование; все оборудование, спецтехника, приборы и механизмы, используемые в шахте, должны полностью соответствовать действующим стандартам и нормативам и эксплуатироваться согласно инструкциям специалистами, имеющими соответствующую подготовку. Кроме допуска к работам каждый из сотрудников должен пройти медицинский осмотр, а работники, от которых прямо зависит безопасность других — машинисты людских подъемов, электровозов, диспетчеры, мастера-взрывники — периодически проходить проверки на профпригодность. Для руководящего звена обязательными требованиями являются профильное горнотехническое образование (высшее или среднее), а также не менее чем трехлетний стаж горной работы.

Курение и разведение огня как в самой шахте, так и на поверхности в радиусе 30 метров от устья выработки строго запрещены из-за риска выброса метана. Этот природный газ содержится в угольных пластах и выделяется в процессе горных работ. В результате лавинного образования трещин в пласте вызывается моментальное расширение метана. Из-за резкого падения атмосферного давления увеличивается удельный объем метана, он смешивается с воздухом и происходит самовоспламенение с последующим взрывом. Для предотвращения аварий такого рода проводится дегазация угольных шахт. При этом газы, находящиеся в массиве угля и выработанном пространстве, извлекаются с помощью вакуумных насосов и по перфорированным трубам и скважинам подаются на поверхность.

Системы вентиляции шахт обеспечивают разжижение и удаление вредных и токсичных газов и взвешенной пыли и управление уровнем газовыделения. По количеству выделяемого метана шахты подразделяются на категории по опасности; в зависимости от них применяется всасывающий либо нагнетательный способ вентиляции.

При всасывающем методе, применяющемся в шахтах третьей категории опасности и выше, воздух отсасывается по воздухопроводу, а вместо него в шахту по специальным коридорам подается новый. При нагнетательном методе свежий воздух подается по специальной трубе, снижая в шахте концентрацию опасного газа
и риск взрыва; этот способ вентиляции применим только в тех шахтах, где при выработке тонны угля выделяется менее десяти кубометров метана.

Переносной шахтный газоанализатор метана

Переносные газоанализаторы широко применяются на шахтах и горнообогатительных комбинатах. Среди приборов этого типа отметим модель АМТ-03, которая предназначена для непрерывного автоматического контроля объемной доли метана в атмосфере горных выработок, угольных шахт, опасных по газу и пыли, а также для срабатывания сигнализации при достижении измеряемым компонентом установленных пороговых значений. Способ забора пробы у газоанализатора — диффузионный; принцип действия — термохимический, в диапазоне измерения от 0 до 2,5 % об., и термокондуктометрический, в диапазоне измерения от 5 до 100 % об. Переносной газоанализатор метана АМТ-03 снабжен возможностью подключения к персональному компьютеру для просмотра и анализа записанной информации. Он хранит информацию о концентрации за предыдущие 14 часов. У прибора два перестраиваемых порога, имеются световая и звуковая сигнализация о превышении установленной ДВК, а также функция сигнализации разряда аккумуляторной батареи. Газоанализатор АМТ-03 имеет рудничное взрывозащищенное исполнение с маркировкой «РОИаС», а также малые габариты (130х70х26 миллиметров) и массу — всего 240 граммов.

Важно отметить, что основы безопасности шахты закладываются уже на этапе ее проектирования. Подготовка шахтного поля и выбор рациональных путей его вскрытия, выбор метода разработки, расчет всех параметров шахты и выбор технических средств очистных работ способны в значительной мере снизить риск работы сотрудников будущей шахты — по сути, автоматизированного подземного завода по добыче угля или других полезных ископаемых. Отклонения от соблюдения проектных решений фиксируются электронными и программируемыми системами (ЭЭПС). Другие информационные системы позволяют выявить скрытые тенденции и признаки угрозы безопасности, чтобы своевременно их устранить. Большинство таких систем устанавливаются непосредственно на шахте (кроме разве что систем регионального и локального сейсмического и геофизического контроля и прогноза). К числу наиболее важных ЭЭПС относятся:

  1. системы контроля и управления стационарными вентиляторными установками, вентиляторами местного проветривания, газоотсасывающими установками, дегазационными установками и подземной дегазационной сетью;
  2. системы аэрогазового контроля, контроля пылевых отложений и управления пылеподавлением, обнаружения и локализации ранних признаков эндогенных и экзогенных пожаров и контроля и управления пожарным водоснабжением;
  3. система геофизических и сейсмических наблюдений с региональным и локальным прогнозом; система наблюдения и определения местоположения персонала в подземных выработках (технологическое позиционирование);
  4. уже упомянутая система оперативной, технологической, громкоговорящей подземной связи.

Электронные и программируемые системы, обеспечивающие безопасность работы в шахте, работают с данными за промежутки времени от нескольких минут до
нескольких месяцев. Те из них, которые осуществляют контроль или прогнозирование опасностей, в случае исчезновения сетевого питания способны работать 16 часов и более — при этом вся информация сохраняется на локальных подземных устройствах и используется для последующего анализа и непрерывности процесса контроля. Для современных ЭЭПС специалистами создается специальное программное обеспечение.

Емкостные взрывозащищенные датчики

Емкостные взрывозащищенные выключатели (датчики) — это взрывозащищенное электрооборудование, которое допущено к применению на объектах с повышенным риском взрыва, во взрывоопасных зонах, в местах, где смеси с воздухом горючих газов, паров или пыли способны взрываться при наличии источника поджигания, в том числе в горно-рудном производстве. Так, различные датчики этого типа серии NAMUR рассчитаны на рабочую температуру до +75°С либо до +120°С и предназначены
для оборудования подземных выработок шахт и рудников и их наземных строений, опасных по рудничному газу (метану) и горючей пыли.
Питание датчиков (выключателей) осуществляется от искробезопасной цепи уровня «ia» для взрывоопасных смесей от связанного электрооборудования (блока сопряжения) с маркировкой взрывозащиты [Exia]I / [Exia]IIC; выключатель залит компаундом и имеет неразборную конструкцию; электрическая прочность изоляции искробезопасных цепей относительно корпуса датчика составляет 500 В.
Емкостный взрывозащищенный датчик NAMUR — это двухпроводный датчик, ток потребления которого изменяется при приближении к его чувствительной поверхности объектов контроля (твердых, сыпучих, жидких). Когда объект находится вне зоны чувствительности датчика, ток потребления минимальный (≤1 мА).
При приближении объекта контроля к чувствительной поверхности датчика ток потребления возрастает.
При использовании во взрывоопасной зоне датчик должен быть подключен к согласующему устройству (блок сопряжения, барьер искрозащиты), размещаемому вне взрывоопасной зоны.

В качестве примера работы систем безопасности в шахте можно рассмотреть ситуацию, при которой концентрация газов в шахте достигла опасного уровня. В этом случае средства автоматической газовой защиты блокируют электроснабжение оборудования, находящегося в зоне с недопустимыми концентрациями метана, а средства противопожарной защиты при обнаружении пожара включают установки пожаротушения. Работающие в шахте сотрудники оповещаются о произошедшем с помощью сигнализации.

Говоря о системах безопасности в шахте, также необходимо отметить и разного рода технологические защиты, которые останавливают работы — например, блокируют электроснабжение — при обнаружении потенциальной опасности, например риска образования высокой концентрации метана из-за снижения расхода воздуха, подаваемого для разбавления газа, или закорачивания вентиляционных струй.

Компоненты современных систем безопасности должны иметь гарантированное быстродействие, высокую надежность и степень защищенности от внешних воздействий — как природных и техногенных, так и со стороны сотрудников. При этом они должны быть самодостаточными, не зависящими от наземных технических и программных средств — то есть реализованными локально.

Система наблюдения и оповещения персонала шахты
Система, сокращенно обозначаемая СНиОП, предназначена для непрерывного контроля перемещения объектов (персонала или техники) в подземных выработках шахт с заданной точностью, для оповещения персонала, находящегося в подземных выработках, об аварийных ситуациях; для контроля доступа персонала в шахту, обнаружения персонала при проведении аварийных и спасательных работ, а также для хранения информации и последующего использования при разработке мероприятий по технике безопасности.
Система строится на базе быстрого волоконно-оптического канала цифровой связи и беспроводной системы радиосвязи. СНиОП включает в себя пункт диспетчерского контроля и управления с программным обеспечением; волоконно-оптический канал цифровой связи и беспроводную сеть. В комплекс технических средств нижнего уровня входят радиоконтроллер стационарный; оконечные устройства (радиометки) и сетевые коммутаторы.
Cетевые коммутаторы для преобразования пакетов данных от координатора из интерфейса RS-485 в Ethernet10/100 и наоборот и передачи пакетов данных на «верхний уровень» по оптическим каналам связи на основе промышленного стандарта IEEE 802.3 Industrial Ethernet.
Сетевой коммутатор имеет маркировку взрывозащиты РО ExiaI, координатор — РО ExdiаI. Оконечное устройство встраивается в головной шахтный светильник с соответствующей маркировкой взрывозащиты.
Радиоконтроллеры стационарные устанавливаются в узловых точках шахты (на развилках и в горных выработках). Персональная информация о местонахождении шахтера поступает диспетчеру по общешахтному дублированному каналу связи.
Сбор данных о контролируемых объектах происходит непрерывно. Передача их в наземный вычислительный комплекс осуществляется циклически.
В промежуток между циклами отправки информация накапливается в оперативной памяти стационарных радиоконтроллеров.
Система наблюдения и оповещения персонала является подсистемой общешахтной системы автоматизации и использует в качестве среды передачи данных шахтную цифровую систему передачи данных, которая включает в себя передачу данных по оптическим линиям связи, радиоканалу и медным проводам.
Цифровая система передачи данных также может быть использована для подключения устройств громкоговорящей связи, диспетчерской телефонной связи и передачи данных от систем управления технологическими объектами.
Подсистема цифровой передачи данных на базе волоконно-оптической связи реализуется на этапе создания СНиОП.

В современных системах безопасности шахты реализованы технологии, которые способны минимизировать последствия случившейся аварии и сделать возможным проведение спасательной операции. Существуют специальные автоматические системы локализации взрывов и пожаров, аварийного оповещения, системы поиска людей — в том числе и оказавшихся под завалами, — а также системы аварийной подземной связи. Компоненты этих систем, как правило, автономны и рассчитаны на довольно продолжительное время работ, а также надежно защищены от электромагнитных и механических воздействий. Что касается систем аварийного оповещения, учитывая большое число отказов оборудования в подобных ситуациях, они должны использовать технологию беспроводной передачи данных через толщу горных пород. Образцы подобного оборудования, как отечественного, так и зарубежного производства, сегодня доступны и успешно используются.

Системы, основанные на принципе беспроводной связи, используются и для поиска людей под завалами. Наиболее распространено устройство, устанавливающее связь между индивидуальным поисковым маяком, встроенным в светильник, и оборудованием спасателей. Это помогает обнаружить людей, оказавшихся под завалами, и проложить к ним оптимальный маршрут. Подобные системы рассчитаны на работу в течение полутора суток, при этом новые модели стремятся обеспечить более продолжительный срок функционирования оборудования такого рода.

Датчики вспышки и ударной волны систем взрывозащиты срабатывают на соответствующие признаки аварии и рассчитаны на многократное использование. Эти  устройства могут применяться комбинированно — вместе с метанометрами, которые при избыточной концентрации газа активизируют средства взрывозащиты.

Индивидуальный самоспасатель
Шахтный самоспасатель ШСС-1 является наиболее распространенным средством индивидуальной защиты органов дыхания горнорабочих при подземных авариях, связанных с образованием непригодной для дыхания среды, и представляет собой изолирующий автономный дыхательный аппарат разового применения с химически связанным кислородом и маятниковой схемой дыхания.
Самоспасатель рассчитан на постоянное ношение в шахтах и имеет по сравнению с другими аппаратами такого же срока защитного действия минимальные габариты и вес. Аппарат приводится в действие в течение считанных секунд и обеспечивает надежную защиту органов дыхания в случае возникновения аварийной ситуации.
Время защитного действия самоспасателя — до 1 часа; масса — около 3 кг, срок службы до списания — 5 лет. Существуют версии самоспасателя в пластиковом корпусе, имеющие более низкий вес, но при этом меньшую прочность. На незагазованных шахтах Восточного Донбасса (Ростовская область) в основном использовался фильтрующий самоспасатель СПП-4. Другая разновидность самоспасателя — ШСС-1Н — предназначена для шахт с повышенной агрессивностью производственной среды, характеризующейся кислыми шахтными водами и водами с повышенным содержанием коррозийно-активных компонентов (хлор — и сульфат — ионов, соответственно, более 1000 и 800 мг/л). На остальных шахтах часто используется самоспасатель ШСС-1У.
Эксплуатируется самоспасатель при температуре от минус 20°С до 40°С, относительной влажности воздуха до 100% и атмосферном давлении до 133,З кПа (1000 мм рт. ст.).

Насущной потребностью в сфере обеспечения безопасности горных выработок является создание беспроводных устройств с внутренними источниками энергии, способных обеспечить устойчивую и продолжительную голосовую связь во время и после аварии и входящих в штатное оснащение каждого сотрудника шахты.

Завершая разговор о системах безопасности в шахтах, отметим, что кроме своего непосредственного предназначения — сохранения жизни и здоровья работающих под землей людей — по большому счету они способствуют увеличению экономической эффективности производства, предотвращая аварийные ситуации и обеспечивая таким образом стабильное проведение горных работ, а в случае аварии — минимизацию ее последствий для людей и техники.

Категории
Горнодобывающая промышленностьСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие