2014-02-24
3606
5.1 Пыль – как источник опасности
Наибольшее пылеобразование в современных угольных шахтах имеет место при работе выемочных и проходческих комбайнов. Несоблюдение при этом технологии выемки угля и проведения выработок и требований противопылевых мероприятий приводит к тому, что в атмосферу выработок поступает значительное количество пыли. По мере повышения произ-водительности угольных и проходческих комбайнов и глубины разработок растет интенсив-ность пылеотложения. Без применения средств обеспыливания запылённость воздуха в забоях в сотни, а иногда и в тысячи раз превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).
Так, при работе угольных комбайнов барабанного и шнекового типа образуется от 1 до 5 кг пыли на 1 т добываемого угля. В результате этого при средней производительности ком –байна 100 кг/с запылённость воздуха в лаве без применения средств обеспыливания может достигать 5-8 г/м3 и более, что почти в тысячу раз превышает ПДК, но практически вовсех случаях менее нижнего предела взрываемости пыли.
Таких же величин достигает запылённость воздуха и в забоях подготовительных вырабо-ток, проводимых по углю. Особенно высокая запылённость образуется в зоне работы испол-нительных органов проходческих комбайнов фрезерного типа. Так, без орошения в 0,5 м от фрезы концентрация пыли в воздухе достигает 4,6-12,3, а в отдельных забоях 19,8-25,8 г/м3.
При последней концентрации могут произойти воспламенение пыли и её взрыв.
Интенсивное образование пыли наблюдается при погрузке горной массы на конвейер, на пересыпах и перегрузах, при передвижке секций механизированных крепей.
Мелкая пыль (аэрозоль) с размерами частиц менее 50 мк переносится вентиляционным потоком по горным выработкам на значительные расстояния. Более крупные фракции пыли скапливаются на почве выработок в непосредственной близости от источников пылеобразо- вания. Осевшая пыль (аэрогель) взрывоопасна.
Угольная пыль, как и другие органические пыли, взрывоопасна. Всегда взрывчаты пыли углей, содержащие 42 мг и более метана на 1 г сухой и беззольной массы или содержащие свыше 15 % летучих горючих веществ. Нижний предел взрывчатости для самой опасной пыли углей марки Д равен 17-18 г/м3, а для марок Т и ПА – 300 г/м3 . Для отложившейся пыли нижний предел взрывчатости примерно в 2,5 раза выше, чем для взвешенной. Поэтому при отложениях угольной пыли в количестве более 30 г на 1 м2 выработка становится взры-воопасной.
При определённых условиях – достаточном содержании в угле летучих веществ, опреде-лённой крупности пылинок и её концентрации – угольная пыль во взвешенном состоянии взрывается от источника тепла и поддерживает взрыв метано-воздушной смеси.
Минимальная концентрация пыли, при которой возможен её взрыв в зависимости от вы –хода летучих веществ составляет 16-96 г/м3, максимальная – около 2000 г/м3. Наибольшей силы взрыв пыли возможен при концентрации её в горных выработках 300-400 г/м3.
При содержании летучих веществ до 15% угольная пыль относится к слабовзрывчатой, при их большем содержании – к опасной по взрывчатости.
Взрывчатость угольной пыли повышает наличие метана в атмосфере горных выработок. При концентрации метана 2% нижний предел взрывчатости пыли снижается до 3-40 г/м3. Установлено, что в 96% случаев источником воспламенения пыли были вспышки метана.
Влияние влаги на взрывчатость угольной пыли двояко. Во-первых, она может действовать как инертная добавка, снижая тепловой баланс системы. Теплоёмкость воды в 5 раз больше теплоёмкости инертной пыли, поэтому вода как инертная добавка в 5 раз эффективнее инерт-ной пыли. Во вторых, влага способствует аутогезии мелких частиц в более крупные, что снижает удельную поверхность пыли и, следовательно, уменьшает её взрывчатость. Отложившаяся увлажнённая пыль теряет способность переходить во взвешенное состояние и создавать взрывоопасные концентрации. Пыль с содержанием влаги 12% и более не образует взрывчатой концентрации.
В процессе взрыва принимает участие угольная пыль определённой крупности от 0,01 до 1,0 мм в диаметре. Наиболее взрывоопасна пыль с крупностью частиц 10-75 мк. Взрыв угольной пыли как и метана сопровождается прямым и обратным ударами. При прямом (первом) ударе в выработке образуется очень высокая температура и происходит поднятие во взвешенное состояние значительного количества осевшей пыли за счёт сотрясения выработ-ки. Так как в зоне взрыва температура высока, а перешедшая во взвешенное состояние пыль является дополнительным материалом взрыва, то происходит вторичный (обратный удар), разрушительная сила которого во много раз выше первичного удара. Таким образом, вторичный удар и завершает разрушительную работу взрыва в горных выработках.
Для возникновения взрыва пыли (как и метана) требуется источник воспламенения. Таки-ми источниками могут быть: пламя от взрыва ВВ; нагретые предметы и поверхности; откры-тое пламя; электрические искры и искры механического происхождения (искры от трения по пириту, песчаникам и металлическим поверхностям, искры при ударах и т.п.).
Анализ происшедших за последние годы аварий показывает, что более 80% всех случаев происходит в подготовительных и только 10-20% в очистных выработках
Следует отметить, что взрывы, в которых участвует угольная пыль, по своим размерам и последствиям значительно превышают взрывы метана, о чём свидетельствуют приведенные ниже примеры.
Пример 1. На шахте “Пионерка” ПО “Ленинскуголь” при сбойке конвейерного штрека с северным путевым уклоном произошло закорачивание вентиляционной струи, в результате чего расход воздуха в монтажной камере №6 уменьшился с 240 до 10 м3/мин, аконцентрация метана возросла с 0,4 до 4-6 %. Несмотря на это, на участке велись работы по проходке выработок в течение 2-х дней. Из-за отсутствия орошения на комбайнах и не-выполнения мероприятий по уборке и связыванию отложившейся угольной пыли выработки участка на всём протяжении находились в пылевзрывоопасном состоянии. Источником вос-пламенения метановоздушной смеси послужило искрение в электрическом кабеле, повреж-дённом обрушившимися в камере породами кровли и металлическими верхняками. Экономи –ческий ущерб от этой аварии превысил ущерб от всех остальных взрывов метановоздушной смеси, в которых не участвовала угольная пыль.
Пример 2. Воспламенение метана, перешедшее во взрыв угольной пыли, произошло в забое конвейерного ходка 6-й центральной лавы пласта k8 горизонта 900 м шахты “Горская” ПО “Первомайскуголь” (мощность пласта 1,4-1,5 м, уголь марки Г). Повышение содержания метана у забоя конвейерного ходка произошло из-за подачи в него недостаточного количества воздуха. Причиной воспламенения метановоздушной смеси явилось взрывание за-рядов ВВ при наличии высокой концентрации метана в выработке. Взрыв угольной пыли и его распространение по сети горных выработок произошли в связи с невыполнением меро –приятий по предупреждению взрывов угольной пыли, порядка расстановки и эксплуатации водяных заслонов. Отложение угольной пыли по сети горных выработок составляло 65-210 г/м3 , что значительно больше нижнего предела взрывчатости пыли, равного для данного шахтопласта 38 г/м3 . Отсутствие ряда водяных заслонов и несоответствие параметров имевшихся заслонов требованиям ПБ явилось причиной паспространения взрыва по сети горных выработок на расстояние около 5 км. Обследование состояния водяных заслонов вблизи аварийного участка показало, что в заслонах недостаёт 40-60% сосудов, а имеющиеся либо не имеют воды, либо заполнены на 40-50%.
Пример 3. Вследствие нарушения требований безопасного ведения работ в 1985 г. при взрывных работах в забоях подготовительных выработок произошли взрывы метана и угольной пыли в шахте №1 шахтоуправления “Новогродовское” ПО “Селидовуголь” и в шах-те им. Г. Димитрова ПО “Красноармейскуголь”. В первом случае зона разрушения вырабо-ток составила 635, во втором – 1090 м.
Пример 4. Взрыв газа и угольной пыли в конвейерном штреке и фланговом уклоне общей дли-ной 580 м шахты “Байдаевская” ПО “Южкузбассуголь” произошёл вследствие искрообра –зования при коротком замыкании в гибком кабеле и повышенной концентрации метана в за-бое из-за неустойчивого проветривания.
Пример 5. На шахте “Карагайлинская” ПО “Киселёвскуголь” произошёл взрыв газа и уголь-ной пыли в забое разрезного штрека вследствие искрообразования от трения исполнитель-ного органа проходческого комбайна о твёрдые породные включения и подачи в забой не-достаточного количества воздуха для разбавления выделяющегося метана. В результате взрыва разрушено 630 м горных выработок.
Из приведенных примеров следует, что во всех случаях при различии исходных причин воспламенения пылегазовой смеси общим является невыполнение требований по снижению пылеотложений в горных выработках и мероприятий по своевременной уборке отложившей-ся угольной пыли по сети горных выработок. Участвующая при взрыве газа пыль, особенно опасна для работющих в шахте, поскольку продукты взрыва содержат большое количество оксида углерода, вызывающего отравление и гибель людей даже на значительных расстоя –ниях от места взрыва.
5.2 Пыль – как источник вредности и причин заболеваний горнорабочих
Поступающая в атмосферу забоев пыль ухудшает санитарно-гигиенические условия тру-да, создаёт опасность заболевания органов дыхания шахтёров, вызывая воспалеие слизистой оболочки, пылевые бронхиты – лёгочные заболевания. Длительное пребывание человека в запылённой атмосфере и вдыхание вместе с воздухом пыли приводит к одному из наиболее тяжёлых профессиональных лёгочных заболеваний горнорабочих – пневмокониозу. В зави-симости от состава горных пород и полезного ископаемого различают силикоз, вызываемый вдыханием пыли, содержащей свободный диоксид кремния SiO2, антракоз – угольной, сидероз – железорудной, асбестоз – асбестовой пыли и др. Силикоз – наиболее тяжёлая форма пневмокониозов, вызывающая глубокие функциональные нарушения и изменения важнейших органов и систем жизнедеятельности человека: лёгочной, сердечно-сосудистой, нервной, пищеварения.
Запылённость в угольных шахтах неодинаковая и во многом зависит от горно-геологичес ких условий, микроструктуры угля, его крепости, влажности, условий залегания пласта, а также от способа выемки угля и применяемых механизмов. Многие трудовые процессы (дробление угольного и породного массива, взрывные работы, транспортировка угля) сопро-вождаются значительным пылеобразованием. Горнорабочие подвергаются воздействию угольной (на выемке угля) и породной (при проходческих работах) пыли, концентрации которой во много раз превышают предельно допустимые уровни.
Пыль угольных шахт смешанная и при разработке угольных пластов в ней практически всегда присутствует примесь диоксида кремния (SiO2) в пределах 2-10 % и более. Несмотря на постоянное совершенствование технологических процессов и оборудования, способствую щих оздоровлению условий труда, не устранена полностью запылённость воздушной произ-водственной среды. В связи с этим сохраняется реальная опасность воникновения у работаю-щих пылевой патологии бронхолёгочного аппарата. Пылевое заболевание (особенно силикоз) развивается в течение 2-15 лет и опасно необратимостью процесса. Прогрессирующее тече –ние пылевого бронхита, частые и рано развивающиеся осложнения нередко приводят боль-ных к инвалидности в самый трудоспособный период жизни.
Таким образом, опасность заболевания определяется пылевой нагрузкой, которая пред –ставляет собой интенсивность воздействия пыли на органы дыхания. Пылевая нагрузка опре-деляется количеством пыли, вдыхаемой человеком в единицу времени, и зависит от комплек- са основных характеристик рудничной пыли (концентрации, вещественного и дисперсного состава), от времени пребывания в запылённой атмосфере и интенсивности вентиляции лёг-ких человека.
Пылевая нагрузка за смену, месяц, годы работы способствует накоплению пыли в лёгких, масса которой может достигнуть “критической”, присущей больным пневмокониозом. Уста-новлено, что в лёгких умерших от пневмокониоза (стаж работы 10-15 лет) в среднем находится 20-30 г пыли. Количество взвешивающейся в атмосфере забоя пыли пропорци –онально количеству добываемого угля, и учитывая возрастающую интенсивность выемки, задача измерения запылённости и связанной с ней пылевой нагрузки, приобретает актуаль –ное значение. Актуальность состоит в проблеме снижения пылевой нагрузки на органы ды-хания шахтёров, которая имеет два аспекта: контроль величины пылевой нагрузки и защита органов дыхания от пыли.
Ни время нахождения в запылённой атмосфере работающих, ни интенсивность труда для данной технологии нами изменены быть не могут, поэтому остаётся только один путь для снижения пылевой нагрузки – уменьшение концентрации вдыхаемого пылевого аэрозоля.
Заболевания лёгких, в первую очередь так называемые хронические неспецифические за болевания лёгких (ХНЗЛ), представляют острую социально-медицинскую проблему в связи с большой распространённостью, неуклонным ростом числа заболевших, ранней их инвалиди-зацией и высокой смертностью. Среди ХНЗЛ ведущее место занимает хронический бронхит
(ХБ), который составляет почти 90%.
Неблагоприятные метеорологические условия, в частности переохлаждение организма, рассматриваются как довольно частая причина, способствующая развитию ХБ.
Интенсивное загрязнение атмосферы различными полютантами оказывает раздражаю –щее действие на слизистую оболочку бронхов и во многом определяет повсеместный рост за-болеваемости ХБ.
Основным доказательством профессионального характера поражения бронхов у рабо-чих пылевых производств может служить повышенная их заболеваемость ХБ по сравнению с остальным населением. Пыль является одной из производственных вредностей в горнодобы-вающей, металлургической, машиностроительной промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях народного хозяйства. Поэтому, учитывая вышеперечисленные факторы рис-ка, следует отметить, что у рабочих перечисленных профессий (а у горняков тем более) существует наибольшая вероятность заболеваний хроническим бронхитом.
Кроме дыхательных путей, пыль воздействует на кожу и глаза. Проникая в кожу пыль может вести себя индиферентно или вызывать воспалительные явления, выражающиеся в припухлости, красноте и болезненности кожи. При закупорке сальных желез может возникнуть папулёзная сыпь. Действие пыли на глаза вызывает заболевание глаз конъюнктивитом.
Правилами безопасности (п.8.2.3) установлены предельно допустимые концентрации пы-ли на рабочих местах, соблюдение которых исключает опасность заболеваний независимо от времени вдыхания (мг/м3):
Таблица 4.5 – Предельно допустимые концентрации (ПДК) пыли угольных шахт
| Качественная характеристика пыли | Содержание свободного диоксида кремния в пыли, % | ПДК, мг/м3 По общей массе |
| Породная, углепородная | от 10 до 70 | |
| Углепородная, угольная | от 5 до 10 | |
| Антрацитовая | до 5 | |
| Пыль каменных углей | до 5 |
Если в воздухе рабочей зоны содержание пыли превышает ПДК, то должен применяться дополнительный комплекс мер по обеспыливанию и средства индивидуальной защиты орга-нов дыхания от пыли. При этом необходимо вести учёт пылевых нагрузок на организм работ ников с целью определения безопасного времени работы в контакте с пылью. В соответствии с требованиями пп. 3.6.9 и 8.2.3 на угольных шахтах действует «Инструкция по замеру концентрации пыли в шахтах и учёту пылевых нагрузок» (Сборник инструкций к Правилам безопасности в угольных шахтах. Том 1. Киев, 2003г., с. 393 – 403).
