Предохранительная среда

Для обеспечения безопасности работ в угольных шахтах, опасных по газу или пыли, в призабойном пространстве выработок перед взрыванием шпуровых зарядов необходимо создавать предохранительную среду, т. е. такие условия, которые бы исключили или локализовали аварию в начальной стадии ее развития даже при наличии взрывоопасной смеси в призабойном пространстве и источников ее воспламенения.

13.3.1. Предохранительная завеса. Предохранительную среду создают путем распыления воды или порошкового ингибитора из полиэтиленовых сосудов (пакетов) взрывом заряда ВВ не ниже V класса. Под действием взрыва происходит интенсивное перемешивание капель воды (частиц порошка) с шахтной атмосферой (рис.13.2), превращая ее в невзрывчатую систему. Такую предохранительную среду называют предохранительной завесой.

В качестве предохранительной среды могут быть водораспылительные и аэрозольные порошковые завесы.

Для создания водораспылительной завесы применяют полиэтиленовые сосуды вместимостью 20 и 30 л. Сосуды первого типоразмера с водой подвешивают к крепи, а второго укладывают на почве выработки (рис. 13.3).

Полиэтиленовые сосуды для водораспылительных завес должны выдаваться мастеру-взрывнику одновременно с ВВ на складе ВМ согласно наряд-путевке, в которой указывается их количество. Заполняют их водой непосредственно перед взрыванием шпуровых зарядов ВВ.

При создании аэрозольных порошковых завес применяют порошковые ингибиторы (ПСБ-ТМ, ПВХ-1н, КСВ-30), которые помещают в полиэтиленовые пакеты вместимостью (3±0,3) и (5,5±0,5) кг и распыляют взрывным способом. Как и при водораспылительных завесах, пакеты с ингибитором и зарядом ВВ подвешивают к крепи или укладывают на почве выработки. Пакеты с ингибиторами поставляются на шахту герметично закрытыми. Вводить заряды ВВ в сосуды с водой и в пакеты с порошковым ингибитором разрешается только мастеру-взрывнику после заряжания шпуров перед началом монтажа взрывной сети.

Электродетонаторы распыляющих зарядов в сосудах с водой и в пакетах с порошковым ингибитором должны соединяться в общую взрывную сеть с электродетонаторами шпуровых зарядов последовательно и взрываться от одного импульса.

Один из важнейших параметров предохранительной среды – время ее эффективного действия, т.е. время, в течение которого концентрация диспергированной воды (порошкового ингибитора) остается не ниже флегматизирующей, т. е. при которой метановоздушная и пылевоздушная смеси не способны воспламениться. Оно должно быть больше общего времени взрывания шпуровых зарядов, но не менее 500 мс.

Для реализации этого условия норма расхода воды предусматривается не менее 4 л на 1 м² поперечного сечения выработки вчерне, а порошкового ингибитора – не менее 1,5 кг. В особо взрывоопасных условиях (при сотрясательном взрывании, при наличии в призабойном пространстве суфлярных выделений метана, а также при породной подрывке) расход воды и порошкового ингибитора необходимо принимать в 2 раза больше, т. е. не менее 8 л и 3 кг соответственно. Полиэтиленовые сосуды (пакеты) в этом случае располагают вдоль оси выработки в два ряда. В забоях подготовительных выработок с двумя открытыми поверхностями, в том числе при породной подрывке, второй ряд сосудов должен размещаться в опережающей полости (рис. 13.4).

Такая двухрядная завеса получила название локализирующей. Ее протяженность составляет не менее 7 м (протяженность однорядной водораспылительной завесы равна 4,5 м, а аэрозольной порошковой – 4 м). Этой длины достаточно (более чем с двукратным запасом), чтобы обеспечить локализацию (гашение) раскаленных продуктов взрыва шпуровых зарядов и небольшой (до 5 м³) очаг воспламенения метановоздушной смеси. Пространственные схемы размещения снаряженных сосудов (пакетов) в выработках в зависимости от их поперечных размеров, степени взрывоопасности и количества открытых поверхностей приведены на рис. 13.5.

Условия и порядок применения и аэрозольных порошковых завес определяют по нормативным документам.

13.3.2. Длительно действующая предохранительная среда. Как показали испытания, проведенные в опытном штреке МакНИИ, фактическое время эффективного действия водораспылительной завесы равно 1 с, а аэрозольной порошковой – более 1,5 с.

Этого времени достаточно, чтобы предупредить воспламенение пылевоздушных смесей от возможных источников воспламенения, кроме выгорающего заряда ВВ. Как известно, время выгорания может длиться 10…12 мин и более, т.е. на несколько порядков превышает взрывозащитный период предохранительных завес. Поэтому в угледобывающих странах постоянно ведутся поиски так называемой длительно действующей предохранительной среды, т.е. способной флегматизировать рудничную атмосферу в течение заданного времени, и тем самым предотвратить воспламенение метана и угольной пыли от выгорающего заряда ВВ и от невзрывных источников, время начала которых невозможно прогнозировать.

Первой такой средой, нашедшей широкое применение практически во всех угольных бассейнах Советского Союза, была предохранительная среда из высокократной пены.

Сущность способа состоит в том, что призабойное пространство выработки перед производством взрывных работ дистанционно (с расстояния 100…200 м) заполняется (за 2…5 мин) высокократной (кратностью более 300) воздушно-механической пеной на длину не менее 10 м.

Воздушно-механическая пена вытесняет из призабойного пространства смесь взрывоопасных газов и замещает ее пенной массой, характеризуемой высокой пламегасительной способностью. При воздействии высокой температуры пленочная вода быстро превращается в пар, поглощая большое количество теплоты. Кроме того, пена равномерно увлажняет стенки, кровлю выработки, отбитую горную массу и позволяет отказаться от их орошения. Из-за сложности контроля за стабильностью параметров пенообразования и заполнения выработки пеной этот способ в настоящее время практически не применяется.

В 1993-1995 гг. МакНИИ были разработаны и внедрены в шахтах водовоздушные завесы с помощью генератора тонкодисперсных водяных аэрозолей ГПВ (гидропневматический взрывозащитный). Схема создания длительно действующей предохранительной среды посредством этого генератора приведена на рис. 13.6.

Техническая характеристика ГПВ-01 с тремя распылителями

Диаметр выходного отверстия водяного сопла, мм……………
Давления сжатого воздуха, Мпа…………………………………	0,3…0,6
Давление воды, Мпа………………………………………………	0,5…1,5
Расход сжатого воздуха, м³/с…………………………………….	0,12…0,24
Расход воды, л/с…………………………………………………...	1,5…2,4
Площадь факела на расстоянии 8м от генератора, м²………….
Эффективная длина завесы, м……………………………………
Габаритные размеры, м:
длина…………………………………………………………	0,3
ширина……………………………………………………….	0,40…0,75
высота………………………………………………………..	0,2…0,3

Генератор включает два-пять (в зависимости от площади сечения выработки) гидропневматических разрыхлителей, собранных в один блок с помощью стандартных сантехнических соединений и резинотканевых шлангов. Распылитель, входящий в генератор тонкодисперсных водяных аэрозолей, состоит из коаксиально расположенных воздушного и водяного сопел, перед которыми жестко закрепляется распылительный конус с углом конусности не более 60º. Время непрерывной работы генератора (указывается в паспорте БВР) должно быть не менее 10 мин. Причем включения генератора в работу производится не позже, чем за 2…3 мин до взрывания шпуровых зарядов.

Генератор ГВП должен располагаться впереди вентиляционного трубопровода или сбоку от него таким образом, чтобы факел водяной завесы двигался к забою выработки вместе с подаваемой струей свежего воздуха. При этом расстояние от генератора до забоя должно составлять не более 9 м.

В горной выработке его закрепляют к шахтной крепи со стороны подвески вентиляционной трубы. Правильность расположения генератора в забое выработки определяется кратковременным включением его в работу. При этом воздушная завеса должна достигать забоя и перекрывать поперечное сечение выработки.

Переноска генератора осуществляется после каждого цикла взрывания, если глубина заходки превышает 2 м, и через один цикл, если она 2 м и менее. Пуск генератора в работу осуществляется открытием запорных вентилей на водопроводе и магистрали сжатого воздуха.

13.3.3. Область применения. Предохранительную среду предписано обязательно применять при взрывных работах:

ВВ класса IV в забоях пластовых выработок, проводимых по пластам, опасным по взрывам пыли и внезапным выбросам угля и газа, независимо от газовыделения или проводимых по пластам, не опасным по взрывам пыли, но при наличии метановыделения;

ВВ класса V в забоях тупиковых выработок с двумя открытыми поверхностями;

непредохранительными ВВ класса II при вскрытии пластов, опасных по внезапным выбросам угля и газа, по выбросоопасным песчаникам.

При вскрытии выбросоопасных пород и при проведении выработок по таким породам с использованием ВВ класса II должны применяться водораспылительные завесы в сочетании с водовоздушной.

Аэрозольным завесам следует отдавать предпочтение при проведении вентиляционных штреков, нарезных и выработок по завалам.

Генераторы ГПВ могут применяться при взрывных работах в подготовительных выработках площадью сечения до 25 м², в которых имеется сжатый воздух с давлением не менее 0,3 МПа и водопровод с давлением воды не менее 0,5 МПа.

Кроме того, полиэтиленовые сосуды с водой и распыляющим зарядом ВВ или пакеты с порошковым ингибитором и зарядом ВВ можно применять в качестве накладных зарядов для дробления негабаритов (рис. 13.7) в шахтах, опасных по газу или пыли, ВВ классов V и VI вместо ВВ класса VII, допущенного для этой цели Едиными правилами безопасности. При срабатывании распыляющих зарядов обеспечивается эффективное дробление практически без разброса разрушенных кусков породы.