Zagrożenia metanowe.
Ogólne wiadomości.
Podstawową część gazów kopalnianych stanowi metan. Metan potocznie nazywany jestem gazem kopalnianym lub gazem błotnym. Obecność metanu w powietrzu kopalnianym stwarza duże niebezpieczeństwo dla zatrudnionych w podziemiach kopalni ludzi, jak również dla samej kopalni, a to z następujących przyczyn:
metan, będący gazem lżejszym od powietrza, wypiera tlen, tworząc atmosferę niezdatną do oddychania
metan jest gazem palnymi zmieszany w odpowiednim stosunku z powietrzem daje mieszanin wybuchową.
Wybuchową jest mieszanina, w której tlenu jest powyżej 12%, a zawartość metanu mieści się w granicach 5,0 do 15%. Najsilniejszy wybuch następuje przy zawartości metanu 9,5%. Temperatura zapłonu wynosi 650°C, temperatura wybuchu 1500°C. Poza granicami wybuchowości metan spala się i zjawisko to nazywa się potocznie wypalaniem metanu. Ogień rozszerza się wtedy błyskawicznie i może spowodować u ludzi ciężkie, a nawet śmiertelne oparzenia. Mając na uwadze wymieniono zagrożenia, nie wolno dopuszczać do gromadzenia się metanu w czynnych wyrobiskach górniczych. W razie stwierdzenia pod stropem wyrobiska zawartości metanu powyżej 2% należy
niezwłocznie wycofać załogę z zagrożonych wyrobisk,
wyłączyć prąd elektryczny i unieruchomić urządzenia mechaniczne,
dostęp do wyrobisk zagrodzić i zawiadomić o tym fakcie osobę dozoru ruchu.
Wydzielanie się metanu w kopalniach.
Metan występuje w złożu węglowym w postaci swobodnej (wolnej) oraz w postaci związanej węglem. Metan wolny wypełnia pory, szczeliny oraz pustki w pokładach węglowych i otaczających je skałach płonnych. Metan związany jest z węglem, czyli metan sorbowany, połączony jest z węglem fizycznie lub chemicznie. Wykonanie wyrobiska górniczego zaburza równowagę ciśnienia gazów w złożu. Do wyrobiska górniczego wpływa z calizny metan wolny i wydziela się metan sorbowany. Proces polegający na uwolnieniu się sortowanego gazu z ciała stałego nazywa się desorpcją. Wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych może występować:
równomiernie na całej powierzchni wyrobiska oraz z urobionego węgla,
jako skupione miejscowe wypływu, czyli tzw. fukacze,
gwałtownie w postaci wyrzutów gazów i skał.
Klasyfikacja zagrożeń metanowych.
Ze względu na naturalne wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych dzieli się na:
metanowe
niemetanowe.
Metanowym zakładem górniczym jest taki zakład, w którym chociażby w jednym z wyrobisk górniczych stwierdzono w powietrzu występowanie metanu o koncentracji przekraczającej 0,1.
Zakład górniczy, w którym takiego faktu nie stwierdzono nawet przy zaprzestaniu przetwarzania, jest zakładem górniczym niemetanowym.
Rozróżnia się metanowość pokładów:
bezwzględna Qm określoną jako ilość metanu wydzielającą się do wyrobiska w jednostce czasu, wyrażoną w m3 /min; metanowość bezwzględną rejonu wentylacyjnego można obliczyć, ze wzoru;
Qm = 0,1 x Zx Qp + Q mo
Qp -strumień powietrza
Z - zawartość procentowa metanu
Qmo - odmetanowanie w rejonie wentylacyjnym.
względną qm wyrobiska (rejonu wentylacyjnego); określana jest przez ogólną ilość metanu wydzielającą się do wyrobiska w ciągu całej doby w przeliczeniu na 1t wydobycia dobowego z wyrobiska; wylicza się ją za pomocą wzoru:
qm =
Mentanonośnoscią nazywa się laboratoryjnie zbadaną ilość metanu w m3 przypadającą na 1t czystej substancji węglowej.
Mentanowość bezwzględną i względną określa na podstawie pomiarów i analiz laboratoryjnych służba wentylacyjna kopalń.
Dla złóż węglowych, metanowych ustalono podział na cztery kategorie zagrożenia metanowego:
do kategorii I zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości od 0,02 do 2,5 m3 /t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych nie przekraczające 5 m3 /t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,
do kategorii II zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości 2,5 do 4,5 m3 /t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości od 5 do 10 m3 /t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,
do kategorii III zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości 4,5 do 8 m3 /t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości 10 do 15 m3 /t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe,
do kategorii IV zagrożenia metanowego - jeżeli stwierdzono zawartość metanu pochodzenia naturalnego w ilości powyżej 8 m3 /t w przeliczeniu na czystą substancję węglową lub wydzielanie się metanu do wyrobisk górniczych w ilości powyżej 15 m3 /t w przeliczeniu na średnie wydobycie dobowe, a także złoża, w których stwierdzono występowanie fontann metanowych lub wyrzuty metanu.
Kontrola stężenia metanu w atmosferze kopalnianej.
Do pomiaru stężenia metanu w kopalniach stosuje się urządzenia zwane metanomierzami. Powszechnie stosowane są metanomierze wykorzystujące zasady:
spalania katalitycznego,
przewodnictwa cieplnego,
interferencji światła,
absorpcji promieni podczerwonych.
W zależności od przeznaczenia, urządzenia metanometryczne dzieli się na:
metanomierze przenośne indywidualne,
przenośne urządzenia alarmujące,
metanomierze do zabezpieczenia maszyn ruchomych,
metanomierze uniwersalne stacjonarne,
systemy metanometryczne centralne.
Zwalczanie zagrożenia metanowego.
Zwalczanie zagrożenia metanowego polega na:
niedopuszczeniu do gromadzenia się metanu w wyrobiskach górniczych w ilościach przekraczających wielkości dopuszczalne, co pozwala uniknąć niebezpieczeństwa zapalenia i wybuchu metanu, oraz powstawaniu jego przystropowych nagromadzeń i atmosfery beztlenowej,
wyelimnowaniu możliwości zapalenia metanu przez stosowanie odpowiednich nakazów i zakazów, odpowiedniej technologii wybierania złoża oraz stosowania odpowiednich maszyn, urządzeń i materiałów,
zorganizowaniu nadzoru nad całokształtem techniki zwalczania zagrożenia metanowego i rygorystycznym przestrzeganiu obowiązujących zasad pracy w polu metanowym
Wentylacyjne zwalczanie zagrożenia metanowego.
Wentylacyjne zwalczanie zagrożenia metanowego polega na doprowadzeniu takiej ilości powietrza do wyrobisk górniczych, aby nie dopuścić do tworzenia się w nich niebezpiecznych stężeń metanu. Zwiększając ilość powietrza przepływającą przez wyrobiska górnicze, zmniejsza się w nim tyle samo metanu? Szybkie i dokładnie wymieszanie się metanu z powietrzem uzyskuje się dzięki odpowiedniej prędkości przepływu i powietrza.
Przepisy bezpieczeństwa nakazują, aby zawartość metanu w prądzie wlotowym do ślepego przodku nie przekraczała 0,5%, a w razie losowania zabezpieczeń metanometrycznych 1,0% metanu.
Zwalczanie przystropowych nagromadzeń metanu.
Zwalczanie niebezpieczeństwa przystropowych nagromadzeń metanu prowadzi się wieloma sposobami, mianowicie:
przez zwiększenie prędkości przepływu powietrza,
za pomocą przegród wentylacyjnych,
za pomocą przesłon nachylonych pod kątem 30 do 70° w kierunku przepływu powietrza (odstęp przysłon około 3 m, odległość od stropu 0,2 do 0,3 m),
za pomocą różnej konstrukcji lutniociągów,
za pomocą tzw. Lutni wirowych,
za pomocą specjalnych dysz powietrznych umieszczonych pod stropem.
Wyrzuty gazów i skał w kopalniach.
Za wyrzut gazów i skał uważa się gwałtowne oraz niekontrolowane wyrzucenie z calizny do wyrobisk górniczych mas skalnych, połączone z równoczesnym wypływem gazów.
Wyrzucone skały zasypują wyrobiska górnicze w najbliższym sąsiedztwie wyrzuty, wydzielone natomiast gazy wypełniają sieć wyrobisk. Jest to zjawisko bardzo niebezpieczne i stanowi duże zagrożenie dla ludzi zatrudnionych w podziemnych wyrobiskach górniczych. W zależności od rodzaju gazu wydzielającego się w czasie wyrzutu, rozróżnia się wyrzuty dwutlenku węgla i skał, wyrzuty metanu oraz skał lub mieszaniny tych gazów i skał oraz innych gazów pochodzenia naturalnego (np. azotu). Wielkość wyrzutu określa ilością wyrzuconych skał w tonach i ilością wydzielonych gazów w m3 .
Przyczyny oraz przebieg wyrzutów gazów i skał.
Przyczyny powstawania wyrzutów gazów i skał w czasie eksploatacji złóż nie są właściwe dokładnie rozeznane.
Na pewno największe znaczenie mają takie czynniki, jak:
wysoka gazo nośność złoża
wysokie naprężenie w złożu, spowodowane eksploatacją górniczą
mała wytrzymałość węgla
Istotne znaczenie w procesie wyrzutu ma intensywność oddawania gazu przez złoże, czyli desorpcja. Stanowi ona niejako siłę motoryczną zdolną wyrzucić węgiel lub skałę płonną z calizny do wyrobiska górniczego. W wyniku wyrzutu powstaje pusta przestrzeń, czyli tzw. kawerna powyrzutowa, której obnażony strop najczęściej załamuje się tworząc zawał. Wyzwolona energia przemieszcza masy skalne. Gdy ilość jej zostanie wyczerpana, wówczas przemieszczanie materiałów skalnych ustaje i wyrzut się kończy. Celowe jest więc stworzenie na drodze przypuszczalnego wyrzutu sztucznych oparów, na których rozładowana zostaje energia wyrzutu. Takim urządzeniem jest krata zaporowa wykonana z elementów stalowych i siatki, skutecznie tłumiące wyrzut gazów i skał.
Wyrzuty, których wielkość ograniczono sztucznie przez urządzenia tłumiące, nazywa się wyrzutami tłumionymi.
Zagrożenia wyrzutami gazów i skał
Do zakładów górniczych zagrożonych wyrzutami gazów i skał zalicza się zakłady górnicze, w których stwierdzono choćby jeden nagły wypływ gazu lub też istnieje możliwość wystąpienia takich zjawisk. W tych zakładach poszczególne pokłady lub ich części powinny być zbadane i zakwalifikowane pod względem stopnia zagrożenia.
Dla złóż węgla kamiennego lub ich części rozróżnia się cztery kategorie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.
Złoża węgla kamiennego lub ich części zalicza się:
do I kategorii zagrożenia, jeśli nie występują wyrzuty gazów o skał, lecz stwierdzono w otworze badawczym nadciśniennie CO2 nie większe od 0,3 at albo CH nie większe od 0,8 at lub stwierdzono choćby jeden nagły wypływ gazów;
do II kategorii zagrożenia, jeśli stwierdzono w otworze badawczym nadciśnienie CO2 powyżej 0,8 at lub chociażby jeden nie tłumiony wyrzut gazów i skał, przy którym została wyrzucona poza kawernę wyrzutową masa do 200t skał;
do III kategorii zagrożenia, jeśli stwierdzono chociażby jeden nie tłumiony wyrzut gazów i skał, w którym została wyrzucona masa ponad 200t skał;
do IV kategorii zagrożenia, jeżeli istnieją warunki zaliczenia do kategorii III, a zagrożenie występuje w warunkach szczególnych, polegających przede wszystkim na wielkości wyrzutów, ich częstotliwości oraz dużej ilości gazów wydzielających się w czasie wyrzutu.
Badanie możliwości występowania wyrzutów.
W pokładach zagrożonych wyrzutami gazów i skał powinno się prowadzić stałą obserwację wzrokową oraz słuchową takich zjawisk, jak:
odpryski drobnych cząstek węgla w przodku,
wyciskanie węgla z ociosu,
„trzaskanie” węgla w głębi calizny słyszane w przodku,
wydmuchy zwiercin węgla podczas wiercenia,
wzmożone wydzielanie gazów w przodku,
zaciskanie wiertła podczas wiercenia otworów w węglu,
wyraźnie wyższą ilość urobku w przodku po strzelaniu od normalnie uzyskiwanej,
rozrzucenie urobku po strzelaniu na większą odległość niż zwykle.
Zwalczanie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.
Zagrożenie wyrzutami gazów i skał zwalcza się różnymi sposobami. Polegają one głównie na odprężeniu górotworu i uzyskaniu przynajmniej częściowego rozładowania naprężeń sprzyjających wyrzutom.
Należą do nich:
odprężenie pokładów zagrożonych wyrzutami gazów i skał przez wybranie sąsiedniego pokładu;
wykonanie otworów odprężających (tzw. zwiercających); metoda ta, stosowana zarówno przy drążeniu chodników, jak i przy wybieraniu ścian, polega na wierceniu w przodku otworów o średnicy 42 mm i długości 15 m; w chodnikach wierci się z czoła przodku otwory rozmieszczone wachlarzowato, a w ścianach otwory prostopadłe do czoła przodku w odległości wzajemnej 3 do 5 m;
strzelanie odprężające powodujące zniszczenie struktury węgla, co pomaga w jego dozowaniu;
prowokowanie wyrzutów gazów i skał za pomocą odpalania zwiększonych ładunków materiału wybuchowego.
Do metod aktywnego zwalczania zagrożenia wyrzutami gazów i skał zaliczyć można również poprzednio opisane tłumienie wyrzutów.
Zagrożenia pyłowe .
Zapylenie powietrza w kopalni wynika z czynników technologicznych (sposoby i intensywność prowadzenia robót górniczych) oraz niektórych właściwości naturalnych eksploatowanych pokładów węgla (skłonność do pylenia). Rzeczywiste zapylenie powietrza w wyrobiskach zależy od efektywności stosowanych w kopalni sposobów i środków walki z pyłem.
Prognozowanie warunków zapylenia w wyrobiskach górniczych.
Stopień zapylenia wyrobisk górniczych zależy od czynników naturalnych: własności fizykomechanicznych urabianej masy; jej wilgotność i struktury; sposobu urabiania skały i węgla; parametrów konstrukcyjnych maszyn górniczych i organów skrawających sposobu i intensywności wentylacji wyrobiska. Prognozowanie warunków zapylania wyrobisk ma znaczenie dla znalezienia skutecznych sposobów walki z pyłem, a także dla określenia parametrów konstrukcyjnych maszyn urabiających ścianowych i chodnikowych ,chodnikowy w celu zminimalizowania pylenia.
Znane są metody wyprzedzającej oceny zapylania powietrza dla podstawowych procesów technologicznych w kopalniach: przy wierceniu, przy robotach strzelniczych, przy kruszeniu węgla i skał w wyniku urabiania kombajnem w przodkach wydobywczych i przygotowawczych, przy ładowaniu urobku, przy przesuwaniu obudowy zmechanizowanej.
Wybuchy pyłu węglowego.
Największe katastrofy górnicze spowodowane były wybuchami pyłu węglowego. Szczególnie częstym inicjałem wybuchu pyłu węglowego są wybuchy metanu. Z wybuchami pyłu łączą się następujące pojęcia podstawowe i definicje.
Za pył węglowy mogący wziąć udział w wybuchu należy uważać pył przechodzący przez sito o oczku 1 mm. Wybuchowym pyłem węglowym jest pył zawierający > 10% części lotnych, tj. gazów wydzielających się przy suchej destylacji węgla.
Temperatura zapłonu pyłu węglowego wynosi dla węgli polskich 550°C. Rozumie się przez nią temperaturę powodującą zapłon wzbitego obłoku pyłu węglowego.
Mechanizm wybuchowy pyłu węglowego przedstawiany jest następująco. W wyniku podmuchu wzbity zostaje w powietrze obłok pyłu węglowego w ilości odpowiadającej przedziałowi wybuchności. Ogrzanie wzbitego pyłu węglowego do temperatury zapłonu powoduje wydzielenie części lotnych, a następnie ich wybuch spowodowany osiągnięta w wyrobisku temperaturą zapłonu.
Wielkość zapylania wyrobiska określa się grawimetrycznie (masa pyłu w jednostce objętości) lub konimetrycznie (liczba ziaren pyłu w jednostce objętości).
Klasyfikacja pokładów pod względem zagrożenia wybuchowego.
Podział pokładów węgla z uwagi na ich wybuchowość.
Przez pokłady klasy pyłowości A rozumie się:
pokład, w którego wyrobiskach nie występują strefy z niebezpiecznym pyłem węglowym;
pokład, w którego wyrobiskach występują strefy z niebezpiecznym pyłem węglowym, ale są krótsze od 30 m (ewentualny wybuch nie mógł się rozwinąć);
pokład, w którego wyrobiskach występują strefy z niebezpiecznym pyłem węglowym dłuższe od 30 m, ale nie stwierdza się ich w strefach I, przez strefy I rozumie się przypadkowe partie wyrobiska, znajdujące się od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu w odległości mniejszej od:
w polach niemetanowych - 300 m
w polach metanowych - 500 m
przez pokłady klasy pyłowości B rozumie się pokład mający strefy z niebezpiecznym pyłem węglowym dłuższe od 30 m i znajdujące się w strefach I.
miejsca wykonania robót strzelniczych,
miejscach stwierdzonych nagromadzeń metanu w ilości 1% i więcej,
czynne pola pożarowe,
wyrobiska o nachyleniu >10° z czynnym przewozem kołowym, w którym znajdują się kable elektryczne.
Podstawowe linie obrony przeciw wybuchom pyłu węglowego.
Całość zabezpieczeń przeciw wybuchom pyłu węglowego można usystematyzować w tzw. podstawowe linie obrony. Są one następujące:
pierwsza linia obrony - zwalczanie pyłu w miejsce powstania
druga linia obrony - zwalczanie zapoczątkowania wybuchu,
trzecia linia obrony - ograniczenie zasięgu wybuchu.
Pożary podziemne.
Przyczyny i podział pożarów.
Pożarami podziemnymi są pożary powstałe w wyrobiskach górniczych w podziemiach kopalń lub na powierzchni kopalni w bliskim sąsiedztwie szybów. Stwarzają one duże zagrożenia dla zatrudnionych pod ziemią ludzi nie tylko z powodu płomieni, ale głównie z powodu tworzenia się gazów trujących (tlenek węgla) i duszących (dwutlenek węgla).
Do powstawania pożaru konieczne jest ciepło palne, doprowadzenie tego ciała palnego do
temperatury zapłonu i obecności dostatecznej ilości tlenu.
Zapobieganie powstaniu lub gaszenie pożaru polega zawsze na usunięciu jednego z poprzednio wymienionych czynników. Nie będzie pożaru, jeżeli nie będzie ciała palnego, nie będzie doprowadzenia powietrza, a temperatury ciała palnego i powietrza będą dostatecznie niskie. Zgasimy pożar, jeżeli usuniemy ciało palne, odetniemy dopływ powietrza lub odbierzemy ciepło pożarowi (np. dużą ilością wody).
Pożar podziemne można podzielić według:
miejsca powstawania pożaru, na powstałe: w stałych zrobach, w piętrze chodników, w szczelinach calizny węglowej, za obudową, w węglu opadłym ze stropów i ociosów, na drogach przewozowych, w komorach maszynowych, w składach podziemiach, w szybach i nadszybiach,
objawów pożaru, na ogonie otwarte oraz ognie, których płomień jest niewidoczny, ale ciało palne tli się i objawy pożarowe w postaci gazów zanieczyszczają powietrze kopalniane,
przyczyn powstawania, na pożary powstałe z przyczyn zewnętrznych (pożary egzogeniczne) i z przyczyn samozapalenia (pożary endogeniczne).
Pożary egzogeniczne.
Powstają one najczęściej wskutek wadliwej instalacji maszyn i urządzeń, braku ładu oraz porządku, a przede wszystkim nieprzestrzegania przepisów bezpieczeństwa ogólnego i bezpieczeństwa pożarowego w codziennej pracy górniczej. Przyczyny ich mogą stanowić:
roboty spawania i cięcia metali,
niewłaściwa instalacja i eksploatacja urządzeń maszynowych oraz elektrycznych, szczególnie przenośników taśmowych,
nieprawidłowe obchodzenie się z płynami łatwo palnymi, smarami i olejami oraz nie właściwe ich składowanie i transport,
palenie tytoniu i używanie otwartego ognia,
niewłaściwe wykonywanie robót strzelniczych,
wybuchy gazów i pyłów.
Pożary endogeniczne.
Samozapaleniem nazywa się powstanie ognia bez zetknięcia się materiału palnego z płomieniem lub z silnie nagrzanym przedmiotem. Ulegają mu węgle brunatne, węgle kamienne, antracyty oraz niektóre rudy, zwłaszcza siarczkowe.
Pożary endogeniczne w kopalniach węgla są następstwem utlenienia się węgla w sprzyjających warunkach. Węgiel bowiem utlenia się w temperaturze powietrza kopalnianego. Jest to reakcje egzotermiczna i w warunkach słabego chłodzenia powoduje wzrost temperatury. Powyżej temperatury 60°C szybkość utleniania znacznie wzrasta. W miarę dalszego wzrostu temperatury węgiel odgazowuje się, wydzielają się węglowodory o charakterystycznym zapachu nafty. Równocześnie pojawia się tlenek węgla.
Zapobieganie pożarom podziemnym
Ogólne środki zapobiegawcze przeciwpożarowe można podzielić na:
Techniczne środki zapobiegawcze dotyczą one stosowania rygorów obowiązujących przy wznoszeniu i urządzeniu zakładów górniczych oraz stosowania odpowiednich maszyn i urządzeń do prowadzenia eksploatacji złoża.
Kopalnie węgla zobowiązane są do stosowania obudowy niepalnej we wszystkich wyrobiskach korytarzowych z wyjątkiem chodników wykonanych wewnątrz rejonów wentylacyjnych o docelowej długości mniejszej od 300 m i krótkotrwałym okresie użytkowania.
Technologiczne środki zapobiegawcze.
W kopalniach węgla zagadnieniem zasadniczym z punktu widzenia profilaktyki przeciwpożarowej jest stosowanie właściwego systemu wybierania. Jest to specjalnie ważne w przypadku wybierania pokładów samozapalnych i pokładów grubych
Stosowany system powinien zapewnić:
czyste wybieranie pokładu,
szybki postęp frontu wybierania,
prawidłową likwidację wybranej przestrzeni,
środki niedopuszczenie powietrza do zrobów.
Organizacyjne zapobiegawcze.
Każdy zakład górniczy powinien mieć odpowiednio zorganizowaną i wyposażoną służbę przeciwpożarową. W kopalniach węgla w skład służby przeciwpożarowej wchodzą:
kierownik ruchu zakładu i wyznaczone przez niego osoby dozoru ruchu,
służba wentylacyjna,
służba ratownictwa górniczego,
oddział ochrony przeciwpożarowej dołu kopalni,
służba pożarnicza powierzchni kopalni.
Grupy pożarów
Zależnie od stanu skupienia spalających się w czasie pożaru materiałów i charakteru ich spalania pożary zalicza się do jednej z pięciu podstawowych grup:
grupa A- pożary ciał stałych pochodzenia organicznego, przy spalaniu których występuje zjawisko żarzenia,
grupa B- pożary cieczy palnych i substancji stałych topiących się wskutek ciepła wytwarzanego się przy pożarze,
grupa C - pożary gazów palnych,
grupa D- pożary metali lekkich,
grupa E- pożary kwalifikujące się do wymienionych uprzednio, występujące w obrębie urządzeń elektrycznych znajdujących się pod napięciem.
Gaszenie ogni otwartych
W pierwszym stadium gaszenia ogień gasi się wodą lub gaśnicami. Można też usunąć palący się materiał, przedtem zalewając go wodą, zasypując piaskiem lub pyłem kamiennym.
Niezależnie od tego powinno się usuwać wszelkie ciała palne znajdujące się w sąsiedztwie pożaru w celu niedopuszczenia do objęcia ich pożarem. W niektórych miejscach kopalni, gdzie występuje duże prawdopodobieństwo powstawania pożaru, buduje się samoczynnie działające instalacje lub urządzenia gaszące. Mają one czujniki, które przy podwyższonej temperaturze uruchamiają otwarcie wpływu wody lub dwutlenku węgla ze specjalnie przygotowanych zbiorników lub rurociągów.
Jeżeli ogień jest rozwinięty, ale istnieje dostęp do niego, to stosuje się gaszenie wogą lub podsadzką hydrałliczną.
Gaszenie pożarów wodą w podziemnych wyrobiskach górniczych daje dobre wyniki, ale należy przestrzegać prawidłowego odprowadzania dymów i pary wodnej. Ogień atakować od strony świeżego powietrza. Ratownicy zatrudnieni przy prądnicach, kierujący strumień wody na ogień ustawieni są od strony powietrza kierującego się do ognia, a dymy i gorąca para wodna odprowadzane są do szybu wydechowego.
Gaszenie pożarów przez otamowanie
Gdy nie ma dojścia do ognia, gdy nie można dokładnie określić zródła ognia (np. pożar w zrobach) oraz w przypadkach, gdy pożar tak się rozwinął, że niemożliwe jest zgaszenie go sposobem aktywnym, wtedy przystępuje się do atomowania wyrobiska lub zespołu wyrobisk objętych pożarem. Otamowanie ma na celu odcięcie dopływu powietrza do ognia tamami izolacyjnymi, stanowiącymi w tym przypadku tamy pożarowe.
Tymczasowe tamy pożarowe.
Mają one na celu szybkie zamknięcie dopływu powietrza do pożaru i przetłumienie ognia.ich konstrukcja oraz wykonanie powinny być takie, aby można je było zbudować szybko i to niejednokrotnie w trudnych warunkach zadymienia lub wysokiej temperatury. W pierwszym etapie buduje się tamy tymczasowe, a po ich wykonaniu w drugim etapie- tamy ostateczne. Tamy tymczasowe można podzielić na:
tamy płócienne
tamy przenośne pneumatyczne
tamy z piasku, betonu lub prefabryków
tamy z waty szklanej
tamy deskowe
tamy ostateczne wykonuje się jako tamy klocowe lub murowe. Niekiedy zamiast tam wykonuje się korki podsadzkowe. Korek można również wykonać z pyłu kamiennego lub pyłu dymnicowego, pompując ich zawiesine wodną do otamowanego odcinka.
Zagrożenia wodne.
Źródła przypływu wody do kopalni.
Wody dopływujące do kopalni mogą pochodzić z następujących zródeł:
z górotworu otaczającego wyrobiska górnicze,
z otworów zbiorników powierzchniowych,
z procesów technologicznych.
Dopływ wody z górotworu.
Ilość wody dopływającej z górotworu otaczającego wyrobiska zależy od warunków naturalnych i górniczo-technicznych.
Do warunków naturalnych zalicza się:
rodzaj hydrogeologiczne własności oraz ciągłość skał odzielających wyrobiska kopalni od powierzchni, ich ułożenie i wzajemne stosunki przestrzenne,
wielkość i rozkład opadów w ciągu roku,
rzeżbę i sposób użytkowania terenu na obszarze górniczym kopalni oraz obszarach przyległych
spękanie skał oraz uskoki i wymycia są naturalnymi drogami, przez które woda dostaje się w głąb do wyrobisk podziemnych.
Do warunków górniczo-technicznych zalicza się:
-sposób eksploatacji,
sposób rozcięcia złoża i model przestrzenny kopalni,
kierunek eksploatacji, szybkość i głębokość eksploatacji,
wielkość obszaru górniczego kopalni.
Dopływ wody ze zbiorników powierzchniowych. Zbiorniki wody na powierzchni mogą być naturalne, jak rzeki, stawy, jeziora i morza, lub sztuczne, jak kanały, zbiorniki dla celów energetycznych, przemysłowych, itp. Ze zbiorników takich woda może przedostawać się do wyrobisk górniczych drogami naturalnymi, a więc przez skały przepuszczalne, przez spękania, szczeliny uskokowe i wymycia lub drogami wytworzonymi sztuczne w skutek zawału i spękania skał w wyniku eksploatacji.
Dopływ wody z procesów technologicznych woda używana jest w kopalniach do różnych celów. Duże ilości wody doprowadza się do kopalni z podsadzką hydrauliczną. Woda podsadzkowa zawiera zawiesinę gliny z pylastym piaskiem i może niszczyć pompy, dlatego przed wypompowaniem musi być oczyszczona w osadnikach. Poza tym woda używana jest również dla innych celów, np. do hydromechanizacji, gaszenia pożarów, zwalczania zapylenia, wiercenia otworów strzałowych z przepuczką itp. Część tej wody pobierana jest wprost na dole z naturalnego przypływu, a więc nie wpływa wzrost ilości wody kopalnianej, część jednak pobierana jest dodatkowo z powierzchni i zwiększa przypływ.
System odwadniania kopalń ma za zadanie ujęcie wody w miejsce jej wpływu i odprowadzanie na powierzchnię kopalni do cieków powierzchniowych, które odprowadzają ja poza obszar górniczy kopalni. Jeżeli woda odprowadzana z kopalni nadaje się do celów przemysłowych , to przynajmniej jej część jest w tym celu zagospodarowana.
System odwadniania kopalni składa się z następujących elementów:
odwadnianie przodków,
odwadniania oddziałowego,
systemu ścieków,
zbiorników wodnych i komory pomp wraz z odpowiednią siecią rurociągów.
System odwadniania kopalni powinien być tak zaprojektowany, aby nie dopuścić do utrudniania prowadzenia robót oraz chronić wyrobiska, obudowę i wyposarzenie wyrobisk przed agresywnym działaniem wody kopalnianej.
Zagrożenie wodne kopalń
Niezależnie od dopływów normalnych w kopalniach mogą się zdarzyć niespodziewane, zwykle krótkotrwałe wdarcia wody w dużych ilościach. Z doświadczeń polskiego górnictwa można podać, że chwilowe maksymalne dopływy dochodzą:
-przy odsłonięciu wodonośnych uskoków do 10 m 3/min
odsłonięcu komór krasowych do 100 m3/min
przy odsłonięciu starych zawodnionych zrobów do kilkunastu m3/min
możliwość wdarcia się wody lub kurzawki do wyrobisk górniczych w ilosci, którch może zagrozić bezoieczeńistwu załogi lub zakładu górniczego, określa się mianem zagrożenia wodnego. Zródlem zagrożenia wodnego mogą być zarówno wody powierzchniowe, jak i podziemne mieszczące się w skałach, wyrobiskach, otworach oraz luzne skały zawodnione.
W celu rozeznania zagrożenia wodnego przy prowadzeniu wyrobisk górniczych i odprowadzania wody zestwierdzonego zbiornika wodnego wykonuje się wyrobiska otwory wiertnicze.
Rozróżnia się trzy rodzaje tych otworów:
wyprzedzające (przedwierty),
badawcze
drenujące
Tamy wodne, ich rodzaje i zastosowanie
najprostszą tamą wodną jest tama filtrująca zbudowana z desek lub okaków. Najpierw ustawia się podwójne odrzwia drewniane wzmocnione rozporami i pomiędzy nimi zakłada się poziomo okrąglaki. Następnie ustrzelnia się tamę słomą i sianem. Tamy filtrujące buduje się wtedy, gdy woda wypływająca np. ze szczeliny uskokowej, niesie ze sobą ił i piasek. Zadaniem ich jest przepuszczanie wody, a zatrzymanie czści stałych.
Tamy wodoszczelne pełne. Wykonuje się je, zależnie od wielkości ciśnienia wody i od przeznaczenia, z cegły na zaprawie cementowej, z betonu lub żelazo betonu.
Tamy drewniane. Tamy te mogą być klocowe lub belkowe. Tamy belkowe mogą być budowane przy nie wielkich ciśnieniach jako stojące lub leżące. Tamy klocowe buduję się dla większych ciśnień. Wykonuje się je z belek sosnowych o przekroju kwadratowym o kształcie klinowym, także tama ma kształt wycinka kuli.
Tamy murowe. Mogą one mieć kształt odcinków ostrosłupa, walca lub kuli. Pod względem wytrzymałości na ciśnienie wody najlepsze są tamy kuliste, są one jednak najtrudniejsze do wykonania.
Tamy betonowe i żelazobetonowe. Wykonuje się je przeważnie o kształcie ostrosłupowym lub blokowym ze względu na trudności, jakie sprawiły by tam inne kształty. Przy dużych ciśnieniach wykonuje się tamy blokowe, pełne wielostopniowe.
Tamy bezpieczeństwa. Zaopatruje się je w mocno osadzone w obramowaniu betonowym odrzwia stołowe, w których osadzone są w zawiasach jedno - lub dwuskrzydłowe drzwi ze staliwa. Drzwi mają kształt wypukły i są zwrócone wypukłością w kierunku spodziewanego naporu wody.
W dolnej części tamy dla odpływu wody, gdy drzwi są otwarte, umieszczona jest rura, którą po zamknięciu tamy zamyka się stalową pokrywą lub zaworem lub zasuwą. Od góry umieszczona jest rurka dla odpływu powietrza po zamknięciu tamy.
Zagrożenia tąpaniami.
Wzrost naprężeń powstałych w górotworze w wyniku prowadzenia w nim wyrobisk górniczych może doprowadzić do przekroczenia wytrzymałości skał. Następuje wtedy ich pękanie, kruszenie i przemieszczanie, czyli zruszenie ich pierwotnej struktury. Zjawiska takie, przebiegający w sposób nagły i gwałtowny, noszą nazwę tąpań. Przez tąpanie należy zatem rozumieć gwałtowne i przebiegające w krótkim czasie zruszenie struktury skał, spowodowane przekroczeniem ich wytrzymałości oraz wyładowaniem energii sprężystej nagromadzonej w górotworze otaczającym wyrobisko, w wyniku czego następuje nagłe spękanie skał stropu, spągu i ociosów połączone z ich dynamicznym przemieszczaniem się do wyrobiska górniczego.
Ustalono trzy kategorie tąpnięć zależnie od ich skutków:
do kategorii pierwszej (tąpnięcia słabe) zalicza się tąpnięcie; które spowodowało dynamiczne przemieszczanie się skał (węgla) stropu, spągu lub ociosu do wyrobiska górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku do 20m wzdłuż czoła wyrobiska wybierkowego lub osi wyrobiska korytarzowego;
do kategorii drugiej (tąpnięcia średnie ) należy zaliczyć tąpnięcia, które spowodowało dynamiczne przemieszczanie się skał (węgla) stropu, spągu lub ociosów do wyrobiska górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku 20 do 50 m wzdłuż czoła wyrobiska wybierkowego lub osi wyrobiska korytarzowego;
do kategorii trzeciej (tąpnięcia silne) należy zaliczyć tąpnięcie, które spowodowało dynamiczne przemieszczenie się skał (węgla) stropu, spągu lub ociosów do wyrobiska górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku powyżej 50 m wzdłuż czoła wyrobiska wybierkowego lub osi wyrobiska korytarzowego.
Odprężeniem górotworu nazywa się zjawisko podobne do tąpnięcia, lecz o słabszym natężeniu, powstające na odsłoniętej powierzchni przodku roboczego. Można je obserwować po odpaleniu otworów strzałowych lub bezpośrednio po urobieniu kombajnem czoła przodku. Widać wtedy jak pojedyncze bryły bryły węgla odrywają się od calizny, sam przodek „trzaska”, pojawiają się szczeliny, pęknięcia i obluzy. Jest to zjawisko postępujące w czasie i niekiedy na pozór silnie związane z calizną bryła węgla niespodziewanie odrywa się, uderzając człowieka.
Badanie stropu i ociosów w przodku.
Badanie przodku oraz tzw. obrywkę dokonuje górnik przodowy. Najpierw oświetla dokładnie przodek i ogląda czy nie pojawiły się spękania stropu, rozgniatania ociosów, sączenie wody ze szczeliny oraz odpadanie drobnych odłamków ze stropu. Objawy te wskazują na wzrost ciśnienia i możliwości powstawania zawału. Jeżeli zarówno skały, jak i obudowa nie wykazują uszkodzeń oraz objawów ciśnienia, to przodowy przystępuje do badania stropu przez opłukiwanie kilofem. Najpierw opłukuje górny ucios i strop. Czysty dzwięk świadczy o tym, strop jest dobry, gdyż spękane i częściowo odspojone skały dają dźwięk głuchy; skały takie należy oberwać obrywakiem, czyli łomem górniczym długości 1,8-3,0 m lub kilofem.
Metoda wibracyjną badania stropu.
Do stropu przykłada się lewą rękę z rozstawionymi palcami, prawą uderza kilofem w strop. Jeżeli przy uderzeniach wyczuje się palcami choćby najmniejsze drgania, świadczy to że skała nie jest związana ze stropem i może grożic jej oberwanie. Taka systematyczna kontrola i częsta obrywka przodu zwiększa bezpieczeństwo pracy w przodku.
Wstrząsem nazywa się zjawisko sprężystych drgań górotworu, które w postaci fal rozchodzą się w górotworze na wszystkie strony od pewnego źródła. Źródłem wstrząsu mogą być pękania skał spowodowane eksploatacją górniczą (wstrząs eksploatacyjny), a mogą być procesy tektoniczne zachodzące w głebi ziemi.
Przez zawał w wyrobisku górniczym należy rozumieć nie zamierzone, grawitacyjne przemieszczenie się mas skalnych (węgla) stropu lub uciosu powodujące niemożność korzystania z wyrobiska przez okres dłuższy od 8 godzin. Zawały mogą powstawać zarówno w pokładach tąpiących, jak i nie tąpiących. Przyczyną ich powstawania jest najczęściej słaba i niedostatecznie wytrzymała obudowa, jej uszkodzenie, a w pokładach topiących również i tąpienia. Przyczyną tąpań w górotworze skłonnym do tąpań jest koncentracja naprężeń spowodowana przez warunki naturalne lub warunki wytworzone w złożu robotami górniczymi, czyli tzw. warunki górniczo-techniczne.
Do warunków naturalnych sprzyjających powstawaniu tąpań należą:
głębokość zalegania złoża,
geologiczna budowa złoża,
zaburzenia tektoniczne w budowie złoża ( niecki, nasunięcia, zmiany nachylenia i grubości pokładu,itp..)
do najważniejszych warunków górniczo-technicznych powodujących tąpania należą:
koncentracja naprężeń,
osłabienie calizny
podział pokładów węglowych lub ich części podzględem zagrożenia tąpaniami:
pokłady nie zagrożone tąpaniami
pokłady zagrożone tąpaniami:
stopień pierwszy
stopień drugi
stopień trzeci.
Określenie stanu zagrożenia tąpaniami
W kopalniach prowadzących eksploatację pokładów tąpiących prowadzi się obserwację stanu narastania naprężeń w caliźnie węglowej.
Określenie stanu zagrożenia tąpaniami prowadzi się najczęściej metodami:
rozpoznania warunków geologiczno-górniczych
sondażu górotworu za pomocą wiercenia otworów mało średnicowych (średnica 42 mm)
metodami geofizycznymi, do których należą badanie aktywności sejsmoakustycznej w otoczeniu wyrobiska i badanie aktywności sejsmicznej rejonu.
13