Aktywne zwalczanie pożarów podziemnych

Powodzenie w zwalczaniu pożarów zależy przede wszystkim od tego, w jakim stadium rozwoju pożaru przystępuje się do gaszenia ognia. We wczesnych stadiach rozwoju pożarów podziemnych najskuteczniejsze zazwyczaj jest ich aktywne zwalczanie. Aktywne gaszenie pożarów podziemnych jest skuteczne, gdy szybkość gaszenia ognia jest większa od szybkości rozwoju pożaru. Jeżeli ten warunek nie jest spełniony, pożar powinno się izolować za pomocą tam pożarowych. W zasadzie aktywnie można gasić pożary takie, do których istnieje dostęp.

Do sposobów aktywnego zwalczania pożarów należą: gaszenie ognisk pożarowych wodą, środkami gaśniczymi i pianotwórczymi, środkami niepalnymi, wybieranie zagrzanego lub palącego się węgla, zastosowanie podsadzki hydraulicznej, zawiesiny iłowej oraz gazów obojętnych.

10.1 Środki i urządzenia do zwalczania pożarów podziemnych

Każda kopalnia węgla, rud, lub soli powinna być wyposażona w specjalne środki i urządzenia umożliwiające bądź ułatwiające gaszenie pożarów podziemnych. Do nich należą m.in.: rurociągi przeciwpożarowe oraz odpowiedni sprzęt i osprzęt uzupełniający, podsadzka hydrauliczna, gaśnice i agregaty gaśnicze, sypkie środki niepalne, gazy obojętne, podziemne komory przeciwpożarowe itp.

10.1.1 Środki gaśnicze

- woda - jest jednym z najpowszechniejszym ze środków gaśniczych. Charakteryzuje się dużą skutecznością gaśniczą. Z 1 dm³ wody powstaje 1700 dm³ pary wodnej. Para wypiera tlen z otoczenia ognia oraz ogranicz dostęp powietrza do ognia. Wody nie wolno stosować do gaszenia środków reagujących z wodą ( karbid ).

- piana gaśnicza – mieszanina wody, środka pianotwórczego i gazu tworzącego pęcherzyki piany. Odcina ona dopływ powietrza do powierzchni palącego się materiału. Grubość piany jaką się stosuje to 20 cm, ponadto piana obniża temp. palącego materiału. Wielkości charakteryzujące stopień spienienia to: -płynność, przyczepność, wytrzymałość powierzchniowa, trwałośc w temperaturze normalnej.

- gazy obojętne – CO₂ i N₂ mają za zadanie rozrzedzenie tlenu w sąsiedztwie palącego się tlenu a więc utrudnia proces palenia

- proszki gaśnicze – substancje stałe o działaniu opóźniającym reakcję spalania. Stosuje się do gaszenia pożarów grupy B C E

- halony – węglowodory o niskiej temp wrzenia. Opóźniają reakcję spalania oraz obniżają stężenie tlenu w powietrzu.

10.1.2 Podręczny sprzęt gaśniczy – przeznaczony jest do gaszenia pożarów w pierwszej fazie powstania:

- gaśnica pianowa – do gaszenia ciał stałych i wszystkich cieczy palnych. Gaśnica pianowa zawiera 10 dm³ środka gaśniczego co wytwarza 80 dm³ piany

- gaśnica śniegowa – do gaszenia palących się ciał stałych , ciekłych gazów palnych, instalacji elektrycznych pod napięciem , ciał reagujących chemicznie z wodą oraz wszędzie tam gdzie nie można stosować innych środków gaśniczych. Działanie to izolowanie palących się przedmiotów od dostępu powietrza.

- gaśnica proszkowa – do gaszenia ciał stałych i urządzeń elektrycznych pod napięciem, tam gdzie woda lub piana gaśnicza wywołałaby szkody. Gaśnica zawiera 6-12 kg proszku.

- gaśnica halonowa – do gaszenia pożarów płonących cieczy i gazów palnych, urządzeń elektrycznych. Nie wolno stosować w pomieszczeniach zamkniętych.

- agregaty pianowe – do wytwarzania przyczepnej piany gaśniczej. Wskazane jest do gaszenia pożarów otwartych w wyrobiskach górniczych, w których nie ma żadnej możliwości zabudowania rurociągów przeciwpożarowych.

- agregaty śniegowe – do gaszenia pożarów urządzeń elektrycznych pod napięciem oraz pożarów smarów i olejów.

- agregaty proszkowe – do gaszenia rozwiniętych pożarów , nie dające się już zlikwidować gaśnicami.

10.1.5 Sypkie środki gaśnicze i koce gaśnicze – stosuje się piasek i pył kamienny , które są składowane w różnego rodzajach komorach bądź w chodnikach z przenośnikami taśmowymi. Do tłumienia pożarów stosuje się także koce gaśnicze. Koce wykonuje się z tkaniny azbestowo-bawełnianej lub włókna szklanego. Powierzchnia ich wynosi około 2m³ . Są one całkowicie niepalne. Przechowuje się je w specjalnych futerałach plastykowych.

10.2.Gaszenie ognisk pożarowych wodą.

Wyposażenie wyrobisk górniczych w przeciwpożarowe rurociągi wodne spowodowało, że gaszenie ognisk pożarowych wodą jest najłatwiejszym sposobem zwalczania pożarów. Celowe jest użycie wody do gaszenia palącego się drewna, węgla, gumy itp. gdy pożar jeszcze nie rozwinął się na większej przestrzeni.

Gdy pożar rozprzestrzenił się w głąb wyrobiska, można gasić go aktywnie tylko od strony dopływu powietrza z zachowaniem swobodnego odpływu pary i gazów pożarowych, przy czym efekty gaszenia uzyskuje się wtedy, gdy postęp gaszenia jest większy od prędkości rozprzestrzeniania się pożaru.

Jeżeli pożar trwa dłuższy czas, przy czym pali się obudowa i węgiel na znacznej przestrzeni, to wtedy na niektórych odcinkach może być wypalona obudowa wyrobiska. Bardzo wysoka temp. pożaru jest przyczyną silnego nagrzewania się skał otaczających zaognione wyrobisko. Stosowanie w tych warunkach wody może doprowadzić do powstania zawału, gdyż gwałtowne ochładzanie skał wodą powoduje ich pękanie. Z kolei powstanie zawału w zaognionym wyrobisku utrudnia odpływ pary wodnej, wobec czego może dojść do „wybuchów” (wyrzucenia) pary. Pracownicy zatrudnieni przy gaszeniu dużego pożaru wodą powinni mieć specjalną odzież i znajdować się niezbyt blisko miejsc możliwego „wybuchu” pary wodnej. Miejsca w których prowadzone jest gaszenie aktywne wodą powinny być zabezpieczone odpowiednią obudową. Przy gaszeniu pożarów wodą należy stosować kontrolę skutków jej działania, gdyż woda podawana przez dłuższy czas i w nadmiarze rozmywa spąg wyrobisk, podmywa jego obudowę, zatapia niżej położone wyrobiska itp.

Do gaszenia pożarów na dole kopalni nie wolno stosować wody:

-gdy nie ma zapewnionego należytego odprowadzania pary wodnej i gorąca para może się wówczas cofać,

-pod niezabudowanymi przestrzeniami,

-bezpośrednio na rozżarzoną caliznę,

-do zrobów bez znajomości lokalizacji ogniska pożarowego,

Nie wolno ponadto gasić wodą palących się urządzeń elektrycznych znajdujących się pod napięciem ani palących się substancji lżejszych od wody, jak np.: oleje, benzyna, nafta itp.,gdyż substancję te palą się nadal na powierzchni wody.

Do określenia rodzaju palącego się materiału w ognisku pożaru, które często bywa ogniskiem ukrytym lub niedostępnym dla bezpośredniej obserwacji, można zastosować wskaźnik Tricketta

Przyjmuje się, że jeśli TR=0,4÷0,5, to pali się metan, gdy TR=0,5÷1,0, pali się węgiel, olej lub przenośnik taśmowy, przy TR=0,8÷1,6 można wnioskować o pożarze drewna. W przypadku TR>1,6 należy podejrzewać prawidłowość określania składu gazów pożarowych.

10.3 Gaszenie ognisk pożarowych środkami gaśniczymi i pianotwórczymi

Rodzaje gaśnic i niektóre rodzaje urządzeń do wytwarzania piany używane na dole kopalni oraz rodzaje pożarów, które można nimi gasić omówiono w rozdziale 10.1.2.

Działanie gaśnic pianowych polega na odcięciu dostępu tlenu zawartego w powietrzu od powierzchni palącego się ciała co następuje po przez pokrycie tej powierzchni warstwą piany odpowiedniej grubości. Woda zawarta w pianie daje efekt chłodzenia. Przy gaszeniu palących się ciał stałych gaśnicami pianowymi należy strumień piany gaśniczej skierować na brzeg objętej ogniem powierzchni i pokryć pianą cała powierzchnię palącej się substancji. Pianowe powierzchnie palącej się drewnianej obudowy, ociosu węglowego itp. należy pokryć pianą, zaczynając od góry tak, aby nadmiar spływającej piany był w pełni wykorzystany. Ze wzgl. na przyczepność piany, gaśnice pianowe mogą być stosowane do gaszenia pożarów stropowych. Każdy pożar należy gasić gaśnicami jednocześnie z kilku stron, używając do tego jak najwięcej gaśnic. Przy większych pożarach stosuje się do gaszenia agregaty pianotwórcze o dużej wydajności piany.

Do gaszenia pożarów urządzeń elektrycznych będących pod napięciem nadają się gaśnice śniegowe. Zawartość gaśnicy śniegowej należy kierować wprost do ogniska pożarowego wylatujący z dyszy gaśnicy obłok zestalonego i gazowego CO₂ pokrywa oraz izoluje od dopływu tlenu i ochładza powierzchnię palących się przedmiotów, gasząc ogień. Gaśnic śniegowych można używać do gaszenia ognisk pożarowych, szczególnie w pomieszczeniach zamkniętych, z których utrudniony jest odpływ dymów i par, np. w komorach transformatorowych. Nie wolno natomiast gaśnic śniegowych używać do gaszenia palących się materiałów, jak sztuczne tworzywa, których palenie może być podtrzymywane nawet tlenem pochodzącym z rozkładu CO₂.

Sposób gaszenia pożaru pianą pozwala na gaszenie ognisk pożarowych z odległości kilkuset metrów. Metodą tą skutecznie gasi się pożary obudowy lub palącego się węgla w ociosach wyrobisk korytarzowych, ze wzgl. natomiast na stopniowe zanikanie piany trudno jest wypełnić pianą cały przekrój wyrobiska. Gaszenie taką pianą pożarów w stropie wyrobisk korytarzowych jest trudne i na ogół mało skuteczne.

Zaletą gaszenia pianą w porównaniu z innymi środkami służącymi do aktywnego gaszenia pożarów jest możliwość przechodzenia piany przez obwały i przeszkody napotkane w wyrobiskach.

10.4.Gaszenie ognisk pożarowych środkami sypkimi i kocami gaśniczymi.

Gaszenie pożarów materiałami niepalnymi, jak np. piaskiem i pyłem kamiennym, polega na odizolowaniu grubą warstwą palącego się materiału od otaczającego powietrza. Właściwa pojemność cieplna piasku wynosi 0,84 kJ/(kg⋅K). Ponieważ ta pojemność cieplna jest nie duża, to ugaszenia w zarodku nawet małego pożaru, należy użyć dużych ilości piasku.

Piasek i pył kamienny nadają się do gaszenia w zarodku pożarów węgla, drewna, gumy, a zwłaszcza smarów oraz rozlanych olejów. Można nimi gasić, palące się silniki i inne urządzenia techniczne nawet znajdujące się pod napięciem, pod warunkiem, że użyte materiały gaśnicze są suche. Wadą użycia tych materiałów jest to, że można nimi gasić pożary jedynie z małej odległości. Zaletą natomiast jest brak ujemnego działania ubocznego, jak wytwarzanie się dużej ilości pary wodnej lub gazów szkodliwych dla zdrowia.

Do gaszenia pożarów w zarodku mogą być także wykorzystane koce gaśnicze. Koce nadają się zwłaszcza do gaszenia małych ognisk pożarowych umiejscowionych na spągu wyrobiska. Mogą być używane również do gaszenia silników spalinowych i elektrycznych, rozlanych płynów łatwopalnych, materiałów reagujących chemicznie z wodą itp. Koce służą także do zabezpieczenia miejsc kopalni, w których wykonuje się cięcie i spawanie metali, jeśli w tych miejscach znajduje się materiał palny (drewno, węgiel itp.).

W celu ugaszenia ognia należy narzucić koc na palące się przedmioty lub materiały i przez dociśnięcie obrzeży do podłoża starać się dokładnie odizolować miejsce pożaru od dostępu pożaru.

10.5.Wybieranie zagrzanego lub palącego się węgla.

W początkowym stadium pożaru w caliźnie węglowej często pożar można ugasić przez wybranie żaru bądź zagrzanego węgla. Aby ułatwić wybranie zagrzanego węgla, tłoczy się do szczelin w caliźnie wodę lub mleko wapienne, mleko cementowe itp. Po obniżeniu temp. węgla szybko się go wybiera, przy czym należy unikać odkrywania większych powierzchni. Pustki po wybranym węglu wypełnia się materiałami niepalnymi tj. piaskiem, gliną, pyłem kamiennym lub torkretuje się.

Zagrzany w caliźnie węgiel wybiera się najczęściej wąskimi chodnikami (1,5÷2m), które doprowadzić trzeba 1÷2m w głąb chłodnej calizny. Przy wybieraniu zagrzanego węgla można stosować materiały wybuchowe tylko w tym przypadku gdy temp. w otworach strzałowych nie jest wyższa od 100°C oraz gdy jest pewność, że po odstrzale nie nastąpi wysypanie się dużej masy żaru (palącego się węgla). Jeśli temp. skał przekracza 50°C, należy stosować środki strzałowe termoodporne.

Jeżeli do miejsca pożaru dochodzą tory przewozu podziemnego, to palący się wybrany z calizny węgiel zlewa się wodą i ładuje do wozów kopalnianych, następnie odtransportowuje na powierzchnię. Przy tym sposobie wybierania ognisk pożarowych należy uważać, aby w czasie zlewania pożaru wodą nie nastąpiło poparzenie załogi parą wodną lub gazami pożarowymi.

Wymieniony sposób wybierania rozgrzanego węgla w pokładach metanowych, a zwłaszcza silnie metanowych jest bardzo niebezpieczny. W takich przypadkach można wybierać węgiel tylko wtedy, gdy jego temp. nie jest zbyt wysoka jest zapewniony duży postęp robót. Miejsce wybierania węgla należy dobrze przewietrzać, by nie doszło do utworzenia wybuchowego roztworu metanu z powietrzem lub gazów pożarowych z powietrzem. Zatrudnieni przy wybieraniu zagrzanego węgla powinni używać specjalnej odzieży ochronnej.

10.7 Gaszenie ognisk pożarowych gazami obojętnymi

Celem zastosowania gazów obojętnych podczas gaszenia pożarów podziemnych jest uzyskanie warunków uniemożliwiających wybuch metanu lub gazów pożarowych w strefie pożaru. Gazy obojetne działają jako środek gaśniczy:

-izolują powierzchnię palących się materiałów od zetknięcia się z powietrzem

-ochładzają ognisko pożaru

Przy wyborze gazu obojętnego do gaszenia pożaru należy kierować następującymi zasadami:

1.Dwutlenek węgla CO₂

-silnie neutralizuje roztwory wybuchowe metanu i innych gazów wybuchowych z powietrzem niż azot

-ma większą (1.5 razy) gęstość od powietrza i przy wprowadzeniu do przestrzeni objętej pożarem trudno miesza się z powietrzem w wyrobiskach nachylonych

-b. intensywnie łączy się z siłami sorbcyjnymi z węglem, skałami, rozpuszcza się w wodzie, co ogranicza jego zastosowanie, szczególnie przy tamowaniu dużych obszarów

-może być przechowywany w butlach po dużym ciśnieniem.

CO₂ stosowany jest do gaszenia pożarów w poziomych lub nachylonych wyrobiskach

CO₂ do ogniska pożaru pożarowego podawany może być lutniociągiem lub rurociągiem albo w postaci wolnej strugi.

CO₂ stosowany jest przy zamykaniu pól pożarowych w kopalniach metanowych jeśli objętość tamowanej przestrzeni jest mała i może być szczelnie zamknięta.

CO₂ stosowany przy gaszeniu pożarów w komorach o objętości 1000 m³

Instalacje do gaszenia za pomocą CO₂

2 Azot N

-w określonych przedziałach stężeń neutralizuje roztwory wybuchowe metanu i innych gazów palnych z powietrzem

-ma gęstość mniejszą od powietrza dlatego dobrze wypełnia pustki pod stropem

-w niewielkim tylko stopniu jest pochłaniany przez węgiel i skały

-jest łatwy do transportu w dużych ilościach

-jest bezpieczny dla ludzi

Azot stosowany jest przy zwalczaniu pożarów w :

-wyrobiskach pionowych

-wyrobiskach długich prowadzonych po wzniosie

-wyrobiskach poziomych ślepych dowolnej długości

Azot zazwyczaj podaje się za tamy pożarowe . Azot stosuje się przy zamykaniu pól pożarowych przy różnej objętości i różnym kącie zalegania, przy wyrobiskach o dużej objętości. Azot zobojętnia roztwór gazowy w polu pożarowym a tym samym zwalnia proces spalania oraz zapobiega wybuchom metanu i gazów pożarowych. W razie konieczności podawania do pola pożarowego dużych ilości gazów obojętnych , azot może być podawany z powierzchni lub może być zastosowany gazowy agregat gaśniczy GAG.

10.8 Gaszenie palącego się metanu

Zapalenie metanu w wyrobisku górniczym może nastąpić wówczas, gdy jednocześnie występuje:

-odpowiednie stężenie metanu w powietrzu kopalnianym

-dostateczne stężenie tlenu w powietrzu kopalnianym

-źródło zapłonu metanu

Rodzaj spalania metanu zależy przede wszystkim od jego stężenia w powietrzu. Jeśli stężenie metanu zawiera się w przedziale określonym dolną i górną granicą wybuchowości palenie metanu staje się gwałtowne i przechodzi w wybuch. Gdy stężenie metanu przekracza górną granicę wybuchowości metan raz zapalony pali się nadal nawet po zagaszeniu ognia. Zagaszenie nastąpi przez stłumienie płomienia samego metanu ,takie wypalanie ma charakter gwałtowny, nierówny, czasami powstają słabe wybuchy. Płomienie palącego się metanu przenoszą się z miejsca na miejsce obejmując różne części przestrzeni wypełnionej metanem. Przy wypływie metanu górotworu pali się on spokojnie w miejscu zetknięcia z tlenem tnz, na granicy ociosu wyrobiska. O wypaleniu mówimy wówczas, gdy następuje spalenie większej ilości metanu z lokalnym zwiększeniem objętości powietrza, pulsacją wydmuchem itp. Wypalanie jednorazowe metanu następuje wówczas gdy metan gromadzi się bardzo powoli i źródło jego zapalenia ( np. pożar ) zostaje zlikwidowany wcześniej niż nastąpi ponowne nagromadzenie metanu w tym samym miejscu. Periodyczne wypalenie metanu występuje gdy metan gromadzi się w sąsiedztwie ogania szybciej od jego ugaszenia. W przypadku pożaru metanu wypływającego z górotworu nie ma znaczenie stężenie palącego się metanu w miejscu zetknięcia się z tlenem, lecz metanu gromadzącego się pod stropem który w zetknięciu z ogniem spowoduje wybuch. Aby mógł zachodzić proces spalania metanu, stężenie tlenu w powietrzu kopalnianym powinno wymościć 8%. Jeśli metan występuje z węglowodorami alifatycznymi stężenie tlenu powinno być mniejsze od 8%. A gdy metan występuje z wodorem stężenie tlenu wynosi ok. 5%. Zapalenie roztworu metanu i powietrza nastąpi gdy temp. źródła ciepła jest wyższa od temp. zapłonu tego roztworu i gdy czas działania tej temp. jest dostatecznie długi. W razie pożaru metanu o stężeniu poniżej dolnej granicy wybuchowości ogień może być powstrzymany tylko w wyniku spalania się materiałów palnych, np. drewnianej obudowy. W takim przypadku należy gasić źródło ognia tnz. Ogniska pożarowe obejmujące materiały palne za pomocą środków aktywnych jak woda, gaśnice.

W czasie aktywnego zwalczania pożaru należy intensywnie przewietrzać sąsiedztwa ogniska pożarowego aby nie doszło do przekroczenia dolnej granicy wybuchowości. Przy pożarach metanu o stężeniu większym od górnej granicy wybuchowości zasadnicze ognisko pożaru stanowią płomienie palącego się metanu. Zwalczanie tego rodzaju pożarów prowadzi się środkami aktywnymi z jednoczesnym odcięciem dopływu powietrza do zagrożonej przestrzeni co ma na celu obniżenie stężenia tlenku tak aby nie doszło do wybuchu gazów palnych. W przypadku pożaru metanu wypływającego w sposób ciągły z górotworu można wyróżnić dwie fazy :

1.Metan pali się w zetknięciu z tlenem na granicy ociosu , ale nie pali się jeszcze węgiel.

2.Pali się metan a także węgiel , inne materiały palne znajdujące się w zasięgu palącego się metanu.

Zwalczanie takiego pożaru polega na stłumieniu płomienia oraz niedopuszczenie do ponownego zapalenia metanu wypływającego z górotworu. Stosuje się środki aktywne. Gdy nastąpi zapalenie metanu wypływającego ze szczelin górotworze przy drążeniu szybu oprócz wymienionych wyżej sposobów gaszenia pożarów, stosowane jest także czasowe zatopienie szybu. Gdy stężenie metanu w sąsiedztwie ogniska pożaru utrzymuje się w przedziale wybuchowości należy zwiększyć intensywność przewietrzania przestrzeni objętej pożarem , wykonać tamowanie tego pola z zastosowaniem GAG-u lub podawaniem azotu w stanie gazowym lub ciekłym.