Akademia Górniczo- Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii

Zagrożenia naturalne

Temat: Analiza stanu i dobór profilaktyki zagrożeń naturalnych w wytypowanym rejonie kopalni węgla kamiennego.

Ewelina Kocek

Wiktoria Trojan

IV GIG EZSM

gr. 2

1. Wprowadzenie

Kopalnia „Wesoła” − kopalnia węgla kamiennego w Wesołej, dzielnicy Mysłowic w województwie śląskim. Od czerwca 1993 roku kopalnia należy do Katowickiego Holdingu Węglowego S.A. 1 stycznia 2007 kopalnia "Wesoła" została połączona z KWK "Mysłowice" i otrzymała nazwę KWK Mysłowice - Wesoła.

Kopalnia „Wesoła” sięga swoimi początkami roku 1942. – kiedy to wybudowano zakład górniczy „Wesoła I”. W 1954 roku, kiedy wyczerpywały się zapasy kopalni „Wesoła I”, została ona włączona do już wybudowanej kopalni „Wesoła II”, tworząc zakład produkcyjny KWK „Wesoła”.

Kopalnia eksploatuje 10 szybów z czego na Ruchu „Wesoła” : „Bronisław”, „Piotr”, „Karol (szyby wdechowe) oraz „Wacław” i „Wentylacyjny II” (szyby wydechowe).

KWK „Mysłowice-Wesoła” powstała 1 stycznia 2007 r. z połączenia kopalń „Mysłowice” i „Wesoła”, tworząc jedną z największych kopalń węgla kamiennego w Polsce i Europie. Kopalnia - posiada potężną bazę zasobów operatywnych w postaci blisko 232 mln ton, głównie wysokokalorycznego węgla o niskiej zawartości siarki, ulokowanych pod obszarem górniczym o łącznej powierzchni ok. 57,45 km2.

Wydobywany węgiel należy do węgli energetycznych typu 32,1 a jego wartość opałowa przekracza 25 000 kJ/kg, natomiast średnia zawartość popiołu nie przekracza 10,00%. Ważną cechą oferowanych sortymentów jest ich wyjątkowo niska zawartość siarki na poziomie 0,5 %. W związku z globalnymi próbami ograniczania emisji zanieczyszczeń powietrza ma to obecnie szczególne znaczenie.

KWK “Mysłowice - Wesoła“ jest kopalnią, w której występuje mnogość zagrożeń naturalnych, takich jak: zagrożenie pożarowe- węgiel o III grupie samozapalności, tąpaniami III stopnia i wybuchem pyłu węglowego klasa B. Dlatego też stosowane są specjalistyczne i nowoczesne systemy, które w sposób ciągły prowadzą monitoring występujących zagrożeń zabezpieczając załogę kopalni. Na poprawę warunków bezpieczeństwa i wydajności pracy szczególne znaczenie ma zastosowanie nowoczesnego wyposażenia technicznego, takiego jak: obudowy zmechanizowane, zdalnie sterowane kombajny ścianowe, wysoko wydajne przenośniki ścianowe i taśmowe, kombajny chodnikowe, kolejki podwieszane, spalinowe i spągowe.

Wytypowanym rejonem kopalni charakterystycznym z uwagi na współwystępowanie zagrożeń naturalnych jest pokład 405/2 na poziomie 665.

1. Warunki geologiczno-górnicze

Pokład zalega na głębokości 665 m należącej do warstw rudzkich, jego średnia grubość to 1,8 m, więc zaliczany jest do pokładów o średniej grubości, pokład zapada w kierunku południowym pod kątem 6°, co oznacza że jest to pokład słabo nachylony.

W stropie pokładu zalega warstwa mułowca o grubości 1,9 m (R_c=46 MPa), nad która występuje warstwa łupka ilastego o grubości 2,2 m (R_c=33 MPa), powyżej warstwa mułowca o grubości 3,9 m (R_c=46 MPa). Bezpośrednio w spągu pokładu zalega piaskowiec o 4,8 m (R_c=90 MPa).

Wytypowany rejon kopalni ograniczony jest uskokami:

- od strony południowej uskokiem Luiza (o zrzucie h~40 m)

- od strony zachodniej uskokiem Makowski (o zrzucie h~20 m)

-od strony północy uskokiem Laryskim (o zrzucie h~6,5 m)

- od strony wschodniej z wyeksploatowaną ścianą 202

Ściana 203 jest eksploatowana systemem ubierkowym ścianowym poprzecznym, na całą grubość złoża. Likwidacja zrobów będzie odbywać się poprzez zawał skał stropowych. Pokład przewietrzany jest systemem „u” od granic. Planowana wysokość urabiania w ścianie będzie wynosić 1,8 m, natomiast zaprojektowany wybieg ściany wynosi 645m i długość 170m. Od strony wschodniej ściana 203 graniczy ze ścianą 202 zlikwidowaną poprzez zawał stropu. W rejonie naszej parceli nie występują inne eksploatowane pola.

1. Analiza stanu zagrożeń naturalnych

3. 1. Zagrożenie tąpaniami

W myśl projektu Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 29 stycznia 2013 r. w sprawie zagrożeń naturalnych ”podstawowym kryterium oceny zagrożenia tąpaniami jest możliwość zaistnienia w górotworze skłonnym do tąpań lub w skałach skłonnych do tąpań:

1) wstrząsu górotworu lub

2) odprężenia w wyrobisku lub jego części, lub

3) tąpnięcia w wyrobisku lub jego części

– w wyniku niekorzystnych warunków geologiczno-górniczych w wyrobisku lub jego części lub w jego otoczeniu.

2. Górotworem skłonnym do tąpań jest górotwór, w którym, na podstawie wyników badań oraz opinii rzeczoznawcy do spraw ruchu zakładu górniczego, kierownik ruchu zakładu górniczego stwierdził możliwość kumulowania energii i jej nagłego wyładowania w momencie zmiany lub zniszczenia struktury górotworu.

3. Skałami skłonnymi do tąpań są skały, w których, na podstawie wyników badań oraz opinii rzeczoznawcy do spraw ruchu zakładu górniczego, kierownik ruchu zakładu górniczego stwierdził możliwość kumulowania energii i jej nagłego wyładowania w momencie zmiany lub zniszczenia struktury skał.

4. Wstrząsem górotworu jest nagłe wyładowanie energii skumulowanej w górotworze, objawiające się drganiami górotworu, powietrzną falą uderzeniową oraz zjawiskami akustycznymi.

5. Odprężeniem w wyrobisku, zwanym dalej „odprężeniem”, jest zjawisko dynamiczne spowodowane wstrząsem górotworu, w wyniku którego wyrobisko lub jego część uległo uszkodzeniu w stopniu:

1) niepowodującym utraty jego funkcjonalności lub pogorszenia bezpieczeństwa jego użytkowania albo

2) powodującym:

a) nieznaczną utratę jego funkcjonalności lub

b) nieznaczne pogorszenie bezpieczeństwa jego użytkowania.

6. Tąpnięciem w wyrobisku, zwanym dalej „tąpnięciem”, jest zjawisko dynamiczne spowodowane wstrząsem górotworu w wyniku którego wyrobisko lub jego część uległo:

1) zniszczeniu albo

2) uszkodzeniu w stopniu powodującym:

a) całkowitą albo znaczną utratę jego funkcjonalności lub

b) całkowite albo znaczne pogorszenie bezpieczeństwa jego użytkowania.”



Kopalnia Wesoła zaliczona została do 3 stopnia zagrożenia tąpaniami w świetle Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych (Dz.U. Nr 94, poz. 841).

„Do trzeciego stopnia zagrożenia tąpaniami zalicza się część złoża zbudowaną ze skał skłonnych do tąpań, jeżeli w stropie występują skały trzeciej lub czwartej klasy stropu, a w spągu- skały drugiej lub trzeciej klasy spągu, przy którego eksploatacji w ostatnich dwóch latach wystąpiło tąpnięcie.”

1. Zagrożenie pożarowe

Przez pożar podziemny rozumie się wystąpienie w wyrobisku podziemnym otwartego ognia, żarzącej się lub palącej płomieniem otwartym substancji oraz utrzymywaniem się w powietrzu kopalnianym dymów lub utrzymywaniem się w przepływowym prądzie powietrza stężenie tlenku węgla (CO) powyżej 0.0026% (26 ppm).

Przy pożarach pochodzenia endogenicznego zagrożenie powstaje w przypadku eksploatacji pokładów skłonnych do samozapalenia. Oprócz specyficznych właściwości węgla do samozagrzewania (i samozapalenia), konieczne jest równoczesne występowanie następujących czynników:

• dopływu powietrza (tlenu) do miejsca zagrzewania,

• odpowiednie nagromadzenie rozkruszonego węgla skłonnego do niskotemperaturowego utleniania się,

• możliwość akumulacji ciepła wydzielającego się w czasie reakcji utleniania.

Warunki sprzyjające powstawaniu pożaru:

1. naturalne:

• Skłonność węgla do samozapalenia,

• Parametry zalegania pokładu (grubość, nachylenie),

1. górniczo-techniczne:

• Niewłaściwy system eksploatacji,

• Niewłaściwy system przewietrzania,

• Opóźniona likwidacja pól eksploatacyjnych,

• Nieczyste wybieranie pokładów.

Przyczyną powstawania pożarów podziemnych może być zewnętrzne źródło ciepła o dostatecznie wysokiej temperaturze i działające dostatecznie długi okres czasu lub przemiany chemiczne i fizyczne doprowadzające do samozapalenia węgla.

Wybuch pożaru endogenicznego poprzedzony jest okresem inkubacyjnym, w czasie którego nie obserwuje się jeszcze wzrostu temperatury węgla ani powietrza i okresem samozagrzewania, występującym po osiągnięciu przez węgiel temperatury krytycznej (od 60 do 80˚).

Przejawy pożaru endogenicznego:

• wydzielanie gazów pożarowych o dużej zawartości tlenku węgla, dwutlenku węgla, wodoru i węglowodorów (etylen, propylen, acetylen),

• wzrost wskaźników ubytku tlenu lub przyrostu tlenku węgla w prądzie zużytego powietrza,

• możliwe jest również pojawienie się otwartego ognia, dymów i podwyższonej temperatury powietrza.

W Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych nie zdefiniowano pojęcia pożaru endogenicznego. Rozporządzenie to nie uwzględnia zagrożenia pożarami endogenicznymi jako zagrożenia naturalnego. Zdefiniowane zostało tylko pojęcie pola pożarowego rozumianego jako podziemna część zakładu górniczego objęta pożarem, odizolowana od pozostałych części zakładu górniczego tamami pożarowymi.

Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny prowadzi się rozpoznanie dotyczące możliwości samozapalenia się węgla. Sposób pobierania próbek w przeprowadzeniu badań samozapalności i oznaczenia wskaźnika samozapalności określony jest przez normę PN-G-04558:1993. W rozporządzeniu pojawiają się odniesienia do określonej grupy samozapalności węgla.

W warunkach laboratoryjnych określa się wskaźnik samozapalności Sz^a (˚C/min), określający szybkość wzrostu temperatury węgla w ciągu minuty w dokładnie określonych warunkach pomiaru. Natomiast samozapalność węgla w pokładzie charakteryzuje wskaźnik samozapalności Sz^b odpowiadający wskaźnikowi Sz^a w przeliczeniu na węgiel bezpopiołowy.

Tabela 1. Podział węgli według skłonności do samozapalenia.

Wskaźnik samozapalności Sz^a [^oC/min]	Energia aktywacji A [kJ/mol]	Grupa samozapalności	Ocena skłonności węgla do samozapalenia
< 80	> 67	I	Węgiel o bardzo małej skłonności do samozapalenia
	46 ÷ 67	II	Węgiel o małej skłonności do samo zapalenia
	< 46	III	Węgiel o średniej skłonności do samozapalenia
80 ÷ 100	> 42
	≤ 42	IV	Węgiel o dużej skłonności do samozapalenia
100 ÷ 120	> 34
	≤ 34	V	Węgiel o bardzo dużej skłonności do samozapalenia
> 120	Nie ma normy

T₁ - temperatura 60-80˚C,

T₂ – temperatura ok. 350˚C,

t₁- okres inkubacji (przygotowawczy),

t₂ - okres samozagrzewania,

1 – początek samozagrzewania,

2 – samozapalenie.

Rysunek 1. Proces samozapalenia węgla.

Pokład węgla w omawianej parceli został zaliczony do III grupy samozapalności węgla, a więc jest to węgiel o średniej skłonności do samozapalenia. Wskaźnik samozapalności Sz^a wynosi 100˚C/min, energia aktywacji A>42 kJ/mol. Okres inkubacji pożaru endogenicznego ściany nr 203 wynosi 42 dni.

Wpływ panujących w ścianie nr 203 czynników naturalnych:

• Pokład należy do słabo nachylonych tj. 6^° (wraz ze wzrostem kąta zalegania samozapalność pokładu wzrasta),

• Pokład o średniej grubości (im większa miąższość tym samozapalność rośnie).

Pierwszą metodą, opracowaną na podstawie badań pokładu, wdrażaną stopniowo od 1958 roku, była metoda kompleksowego wskaźnika PS zagrożenia pożarami endogenicznymi pokładów i oddziałów wydobywczych. Polega ona na określaniu wartości wskaźnika. Składa się na niego wartość liczbowa wskaźnika samozapalności węgla Sz^b oraz wskaźników liczbowych S_i siedmiu czynników górniczo-geologicznych.

$$PS = \text{Sz}^{b} + \sum_{i = 1}^{7}{S_{i}\ \ \ C/min}$$

W obliczeniach przyjęto dla powyższego wzoru wskaźnik Sz^a. Dla grupy III samozapalności węgla przyjmuje się wartość 100˚C/min.

Wyróżniamy następujące czynniki górniczo-geologiczne:

S₁ – system wybierania pokładu,

S₂ – czystość wybierania pokładu,

S₃ – kierunek wybierania pokładu,

S₄ – sposób izolacji zrobów,

S₅ – zawilgocenie węgla,

S₆ – ciśnienie i stopień spękania pokładu,

S₇ – intensywność przewietrzania wyrobisk w pokładzie.

Przyjęto dla obliczeń następujące wartości:

S₁ = +8; S₂ = -8; S₃ = +10; S₄ = +8; S₅ = 0; S₆ = -3; S₇ = +10

$$PS = \text{Sz}^{b} + \sum_{i = 1}^{7}S_{i} = 100 + \left( 8 - 8 + 10 + 8 + 0 - 3 + 10 \right) = 100 + 25 = 125\ \ C/min$$

W zależności od wyliczonej wartości wskaźnika PS oddział wydobywczy lub ścianę, zabierkę uznaje się za:

• Nie pożarowy, gdy PS<120  C/min i w oddziale tym nie zaistniał żaden pożar endogeniczny w ostatnich dwóch latach przed przeprowadzoną klasyfikacją,

• Pożarowy – przy PS > 120C/min i również w ostatnich dwóch latach przed przeprowadzoną klasyfikacją nie było pożaru lub, gdy w oddziale istniały czynne pola pożarowe – bez względu na wartość wskaźnika PS.

Pokład 405/2 uznano za pożarowy, ponieważ obliczony wskaźnik PS wynosi $125\ \ \frac{C}{\min}.$

1. Zagrożenie wybuchem pyłu węglowego

Według Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 29 stycznia 2013 r. w sprawie zagrożeń naturalnych

„ § 17.2 Miejscami, w których jest możliwe zapoczątkowanie wybuchu pyłu węglowego, są:

1) miejsca wykonywania robót strzałowych w wyrobiskach zagrożonych wybuchem pyłu węglowego;

2) miejsca urabiania węgla;

3) miejsca nagromadzenia metanu w ilości co najmniej 1,5%;

4) miejsca nagromadzenia niebezpiecznego pyłu węglowego w ilości co najmniej 500 g/m3 wyrobiska w pyle kopalnianym niezabezpieczonym w sposób naturalny na długości większej niż 30 m, w wyrobisku lub jego części, w którym są eksploatowane maszyny lub urządzenia elektryczne;

5) pola pożarowe;

6) zbiorniki węgla;

7) składy materiałów wybuchowych;

8) strefy szczególnego zagrożenia tąpaniami;

9) wyrobiska lub ich części o nachyleniu większym niż 10° z transportem linowym, kołowym lub kolejkami, w których są zainstalowane kable lub przewody elektryczne, z wyjątkiem szybów lub szybików;

10) ściany podczas zbrojenia i likwidacji.

3. Niebezpiecznym pyłem węglowym jest pył węglowy pochodzący z pokładu węgla zagrożonego wybuchem pyłu węglowego.

4. Pyłem kopalnianym jest pył powstały podczas robót górniczych, z dodatkiem substancji zabezpieczających przed wybuchem.

5. Pyłem kopalnianym zabezpieczonym w sposób naturalny jest pył kopalniany, który spełnia następujące warunki:

1) zawiera wodę przemijającą pochodzenia naturalnego uniemożliwiającą przenoszenie wybuchu pyłu węglowego i całkowicie pozbawiającą pył kopalniany lotności lub

2) zawiera co najmniej:

a) 70% części niepalnych stałych pochodzenia naturalnego w polach niemetanowych lub

b) 80% części niepalnych stałych pochodzenia naturalnego w polach metanowych.

6. Pyłem kopalnianym niezabezpieczonym w sposób naturalny jest pył kopalniany, który nie spełnia warunków określonych w ust. 5.”

Pokład 405/2 został zakwalifikowany do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. Jak czytamy w Rozporządzeniu Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 14 czerwca 2002 r. w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych (Dz.U. Nr 94, poz. 841).

Do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się pokłady węgla lub ich części, wraz z wyrobiskami drążonymi w tych pokładach lub częściach, które nie spełniają wymagań zawartych w ust.2 i w ust.4.

1. Profilaktyka zagrożeń naturalnych

1. 1. Profilaktyka zagrożenia tąpaniami

Metody profilaktyki tąpaniowej:

• Pasywne:

• na etapie projektowania – właściwy dobór parametrów eksploatacji (dobór obudowy, postępu itp.)

• odprężanie pokładów poprzez eksploatację pokładów sąsiednich- mniej zagrożonych

• organizacyjno-techniczne- ograniczenie lub eliminacja zatrudnienia w „strefach”, wzmacnianie obudowy itp.

• Aktywne:

• strzelanie wstrząsowe w złożu oraz odprężające i torpedujące w skałach otaczających, a także mieszane, np. wstrząsowo-odprężające

• wysoko- i niskociśnieniowe nawadnianie calizny pokładu i skał otaczających

• hydroszczelinowanie skał stropowych (wytwarzanie szczeliny – dezintegracja skał stropowych poprzez nawadnianie pod bardzo wysokim ciśnieniem otworów z wykonaną szczeliną zarodnikową)

• szczelinowanie za pomocą techniki strzelniczej skał stropowych (wytwarzanie szczeliny – dezintegracja skał stropowych poprzez odpalanie MW w otworach z wykonaną szczeliną zarodnikową)

  1. Ocena zagrożenia tąpaniami

Z uwagi na występowanie grubych, mocno zwięzłych i twardych kompleksów piaskowcowych zdolnych do kumulowania energii sprężystej ściana 203 została zakwalifikowana do III stopnia zagrożenia tąpaniami. Metody oceny zagrożenia tąpaniami w polach przygotowanych do eksploatacji opierają się w głównej mierze na rozpoznaniu budowy geologicznej oraz znajomości geomechnicznych własności górotworu otaczającego wyrobiska górnicze, co uzyskuje się w badaniach laboratoryjnych oraz w badaniach i pomiarach w warunkach „in situ”. Na ocenę stanu zagrożenia tąpaniami duży wpływ ma określenie aktywności sejsmicznej, metodą sejsmologii górniczej, (wstrząsy wysokoenergetyczne i tąpnięcia) w sąsiedztwie nowo udostępnianych pól eksploatacyjnych. Wyniki badań obu metod stanowią podstawowy materiał źródłowy do oceny stanu górotworu i ustalenia stopni potencjalnego zagrożenia tąpaniami.

1. Zwalczanie zagrożenia tąpaniami

Dla robót górniczych związanych z eksploatacją pokłądu, prowadzona jest ciągła obserwacja sejsmologiczna. W przypadku wystąpienia wzmożonej aktywności sejsmologicznej górotworu, w celu ograniczenia skutków wstrząsów, zastosowane zostaną środki organizacyjno – technologiczne takie jak:

• zmiana postępu frontu ściany,

• wyłączenie wyrobisk z ruchu,

• ograniczenie liczby zatrudnionych,

• wyznaczenie stref szczególnego zagrożenia tąpaniami.

W myśl rozporządzenia Ministra Gospodarki w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych z dnia 28 czerwca 2002 r., zakładach górniczych prowadzących roboty górnicze w warunkach występowania zagrożenia tąpaniami organizuje się:

1) służby do spraw tąpań,

2) stacje geofizyki górniczej, celem dokonywania bieżącej analizy aktywności sejsmicznej górotworu i oceny stanu zagrożenia tąpaniami.

Dodatkowo podczas prowadzenia robót górniczych na głębokościach większych od 400 [m], czyli w naszym wypadku głębokości ok. 700 [m], w zakładzie górniczym określa się możliwość wystąpienia zagrożenia tąpaniami wynikającą z:

1) ciśnienia górotworu, prowadzenia robót górniczych, zaszłości eksploatacyjnych oraz zaburzeń tektonicznych,

2) budowy górotworu, a zwłaszcza występowania w otoczeniu złoża grubych warstw skał zwięzłych i mocnych,

3) naturalnej skłonności do tąpań złoża i skał otaczających,

4) zjawisk dynamicznych stwierdzonych obserwacjami.

Rozpatrywany pokład 403 został zaliczony do III stopnia zagrożenia tąpaniami głównie dlatego, że nie został odprężony poprzez wybranie pokładu odprężającego oraz w stropie zalegają grube ławice mocnych skał. Dlatego podstawowym elementem profilaktyki względem tąpań będzie kontrola zagrożenia oraz ocena jego stanu w parceli eksploatacyjnej. Metodą, którą będziemy się posługiwać podczas oceny stanu zagrożenia będzie metoda kompleksowa oparta o metodę rozeznania górniczego, metodę sejsmologiczną i sejsmoakustyczną oraz metoda wierceń małośrednicowych.

Zasady prawidłowej eksploatacji pokładów tąpiących

- unikanie pęknięć stropu zasadniczego;

- jakość podsadzki hydraulicznej musi być wysoka. Pozostawienie dużych luk nad podsadzką musi doprowadzić do pęknięcia stropu zasadniczego i ewentualnie groźnego tąpnięcia;

- ograniczenie do minimum robót przygotowawczych;

- preferuje się system ścianowy do pola, linia frontu powinna z linią zrobów tworzyć kąt prosty lub rozwarty;

- czyste wybieranie, bez pozostawienia wszelkiego rodzaju „wysp węglowych”, które z reguły stają się ośrodkami o podwyższonych, groźnych naprężeń;

- w przypadku wybierania warstwami od dołu do góry odstęp między frontami we wszystkich warstwach powinien wynosić nie mniej, niż 30 m;

- zaleca się niestosowanie osadników polowych w węglu, lecz wodę podsadzkową oczyszczać w osadnikach wygrodzonych w podsadzkowych zrobach lub w osadnikach stałych.

Stosowanie metod specjalnych

Przez metody specjalne aktywnego zmniejszania zagrożeń występujących w pokładach tąpiących rozumieć należy m.in.:

- strzelanie wstrząsowe mające na celu odprężenie górotworu;

- nawadnianie pokładów pod wysokim ciśnieniem;

- podwrębianie ociosów wyrobiska chodnikowego.

1. Profilaktyka zagrożenia pożarowego

Z uwagi na to, iż współdziałanie podstawowych czynników determinujących rozwój procesu samozagrzewania węgla zależą od stosowanego systemu eksploatacji, profilaktyka zagrożenia pożarowego dla ściany nr 203 ma na celu:

• czyste wybieranie pokładu, bez pozostawiania filarów oporowych ,które mogą powodować tworzenie się w węglu szczelin oraz spękań. Pozostawiona „łata” węglowa w stropie nie może przekraczać 0,3 m,

• wybieranie pokładu bez podziału na warstwy aby nie naruszyć struktury warstw nadległych i nie dopuścić do powstania pożarów szczelinowych,

• przewietrzanie systemem „U” do granic pola eksploatacyjnego, gdzie powietrze świeże prowadzone jest chodnikiem wzdłuż calizny węglowej. Po przewietrzaniu ściany powietrze zużyte odprowadzane jest również chodnikiem wzdłuż calizny węglowej. System ten zapewnia ograniczony przepływ powietrza przez zroby ściany, co jest istotne w przypadku zagrożenia pożarowego. Ponadto należy umieścić w likwidowanych chodnikach co pewien odcinek korki podsadzkowe w celu zablokowania przepływu powietrza przez nieszczelny zawał,

• właściwie dobrane wymiary geometryczne pól wybierania,

• bieżącą likwidację wyrobisk przyścianowych za postępem ściany a w przypadku wzrostu zagrożenia prowadzenie okresowego podsadzania linii poniżej zawału ściany.

Dla zapewnienia odpowiednich warunków bezpieczeństwa i higieny pracy oraz zabezpieczenia załogi przed powstaniem pożaru w oddziale, stosowana będzie następująca profilaktyka i prewencja:

• doszczelnianie zrobów zawałowych – jest to technologia stosowana powszechnie w polskim górnictwie węgla kamiennego polegająca na wypełnieniu hydromieszaniną popiołowo-wodną wolnych przestrzeni w zrobach zawałowych, uniemożliwiając jednocześnie migrację powietrza. Mieszanina taka powinna posiadać zdolność do częściowego odwodnienia oraz zestalenia, bez możliwości powstania zbiornika wodnego w zrobach i uniknięcia ewentualnego zagrożenia wodnego dla wyrobisk zalegających niżej. Ponadto powinna charakteryzować się dobrym rozpływem w gruzowisku zawałowym oraz niską prędkością sedymentacji części stałych. W omawianym projekcie kopalnia wykorzystuje popioły lotne z elektrowni Rybnik.

• zmniejszanie aktywności chemicznej węgla poprzez stosowanie gazów inertnych, tj. antypirogenów, czyli środków hamujących szeroko rozumianą palność węgla. Ich działanie polega m.in. na blokadzie powierzchni kęsów węgla błonkami czy też zatykanie szczelin w caliźnie.

Wczesne wykrywanie pożarów endogenicznych

W celu wykrycia procesów samozagrzewania się węgla i kontrolowania ich przebiegu, w rejonie ściany 203, na wyznaczonych stacjach pomiarowych wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych będą pobierane próby powietrza i prowadzona będzie analiza składu powietrza. Oznacza się w nich: tlen, tlenek węgla, dwutlenek węgla, metan i azot. Na tej podstawie oblicza się przyrost tlenku węgla (%), wskaźnik ilości tlenku węgla Vco (l/min) oraz wskaźnik Grahama G i wpisuje do książki wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych metodą tradycyjną. Wskaźnik Grahama jest to stosunek przyrostu stężenia tlenku węgla do ubytku tlenu wskutek jego adsorpcji. W sytuacji normalnej, przy niewystępującym zagrożeniu pożarowym wskaźnik G waha się między 0÷0,0025, natomiast w przypadku akcji przeciwpożarowej wskaźnik ten jest większy od 0,0300.

Czujniki i analizatory znajdują się na wlocie powietrza do parceli, w rejonie przecinki śc.203 oraz na wylocie powietrza z parceli. Próby powietrza do celów wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych na stacjach będą pobierane z częstotliwością min. pięć razy w tygodniu (wg ustaleń kierownika działu wentylacji) i przekazywane do analizy laboratoryjnej.

Stosowanie systemu kontroli stężenia CO i O₂ złożonego z analizatorów CO umieszczonych w podziemiach połączonych z dyspozytornią. W skład monitoringu wchodzą czujniki tlenku węgla oraz czujniki prędkości powietrza o pomiarze ciągłym i rejestracji z zadanymi progami alarmowania.

Umieszczenie rejonowych tam bezpieczeństwa budowanych z materiału ogniotrwałego na wlocie i wylocie rejonowego prądu powietrza.

1. Ocena zagrożenia pożarowego

Ze względu na zaliczenie ściany 203 do III grupy samozapalności węgla zastosujemy antypirogeny w formie pian fenolowo-formaldehydowych (jest to produkt wysokospienialny, trudnopalny o właściwościach antyelektrostatycznych). Ponadto:

• przenośniki taśmowe wyposażone są w taśmę trudnopalną oraz urządzenia gaśnicze,

• na kombajnie ścianowym zainstalowana zostanie 1 gaśnica proszkowa 6 kg,

• wyposażenie ściany w 4 gaśnice pianowe oraz 2 gaśnice proszkowe 12 kg,

• kontrola sprzętu i urządzeń przeciwpożarowych odbywa się co 3 miesiące przez pracowników służby przeciwpożarowej,

• instalacja sygnalizatorów alarmowych, sieci telefonicznej. Oprócz tego wyposażenie załogi w sprzęt izolujący układ oddechowy (aparaty regeneracyjne ucieczkowe),

• szkolenia pracowników z zakresu zagrożenia pożarowego, zasad zachowania się podczas pożaru, sposobów pożaru oraz posługiwania się sprzętem przeciwpożarowym odbywające się co pół roku.

  1. Zwalczanie zagrożenia pożarowego

Pożary są likwidowane przez gaszenie wodą i środkami gaśniczymi, otamowanie pola pożarowego oraz podsadzanie podsadzką hydrauliczną. Zgodnie z nowoczesnymi technologiami stosowany może być azot do inertyzacji przestrzeni pożarowej (urządzenie HPLC będące na wyposażeniu Centralnej Stacji Ratownictwa Górniczego) oraz środki mineralne i chemiczne do budowy tam przeciwwybuchowych i wykonywania robót izolacyjno-uszczelniających.

1. Profilaktyka zagrożenia wybuchem pyłu węglowego

Oddział górniczy wydobywczy realizuje profilaktykę w zakresie zwalczania zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. Sztygar oddziałowy oddziału górniczego odpowiada za wykonanie całości profilaktyki w zakresie zwalczania zagrożenia. Każdorazowo fakt neutralizacji pyłu węglowego należy odnotować w oddziałowej książce raportowej oddziału wydobywczego ściany 203 wybuchem pyłu węglowego z w/w częstotliwością. Sztygarzy zmianowi odpowiadają za wykonanie profilaktyki a dozór wyższy górniczy – kontroluje zgodność zapisów w książce raportowej z w/w. częstotliwością prowadzenia profilaktyki w zakresie zwalczania zagrożenia wybuchem pyłu węglowego, co potwierdza odpowiednim wpisem w tej książce. W przypadku zmiany warunków wentylacyjno – pożarowych w rejonie ściany, Kierownik Działu Wentylacji – Główny Inżynier opracuje odrębny program działań profilaktycznych.

1. Ocena zagrożenia wybuchem pyłu węglowego

W wyrobisku zaliczonym do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego można zastosować zapory przeciwwybuchowe rozstawne w sytuacji kiedy nie jest możliwe utrzymanie stref zabezpieczających. Kontrola stanu zapór przeciwwybuchowych będzie się odbywać nie rzadziej niż co 30 dni przez specjalne służby do zwalczania zagrożenia. Główne zapory przeciwwybuchowe buduje się na wylocie i wlocie każdego rejonu wentylacyjnego oraz we wszystkich pozostałych wyrobiskach łączących rejony wentylacyjne.

1. Zwalczanie zagrożenia wybuchem pyłu węglowego

Zwalczanie zagrożenia wybuchem pyłu węglowego w zakładach górniczych reguluje Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28.06.2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych.

Zgodnie z cytowanym rozporządzeniem zwalczanie zagrożenia wybuchem pyłu węglowego polega na:

• Zorganizowaniu służby dla zwalczania zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

• Stosowaniu środków zapobiegających powstawaniu pyłu węglowego i neutralizowaniu gromadzącego się pyłu węglowego i systematycznym jego usuwaniu po uprzednim pozbawieniu go lotności.

• Utrzymywaniu stref zabezpieczających przed przeniesieniem wybuchu pyłu węglowego w wyrobiskach zaliczonych do klasy A i B zagrożenia. W strefach tych zmywa się wodą lub opyla pyłem kamiennym wyrobiska na całym ich obwodzie, łącznie z obudową, na długości co najmniej 200m.

• W wyrobiskach, gdzie nie jest możliwe utrzymywanie stref zabezpieczających stosuje się zapory rozstawne.

Podczas eksploatacji ściany nr 203 w pokładzie 405/2 podstawowym środkiem zapobiegającym powstawaniu i rozprzestrzenianiu pyłu węglowego będzie zraszanie wodą na kombajnie ścianowym. W celu zwiększenia skuteczności zraszania w ścianie ważne stosowanie jest środków chemicznych, które powodują zmniejszenie napięcia powierzchniowego wody np. preparat CaBo. Ważnym zagadnieniem jest stosowanie zrzeszania na wszystkich przesypach na drodze urobku (na napędzie przenośnika ścianowego, podścianowego czy kruszarce kęsów).

W związku z faktem, iż podstawowym inicjałem wybuchu jest zapłon metanu należy kontrolować system przewietrzania, aby nie doszło do nagromadzeń CH₄. Ponadto stosować tylko bezpieczny sprzęt elektryczny nie powodujący zapalenia metanu oraz racjonalnie planować i dobierać MW użyty przy robotach strzałowych.

Gromadzenie się niebezpiecznego pyłu węglowego należy ograniczyć przez:

• nawilżenie pokładu węgla,

• stosowanie środków do pozbawienia lotności pyłu węglowego w miejscach jego powstawania,

• stosowanie środków dla zapobiegania lub ograniczania zasięgu rozprzestrzeniania się pyłu węglowego,

• zmywanie wodą pyłu węglowego w drążonych wyrobiskach korytarzowych w przodku i w strefie trzyprzodkowej o długości co najmniej 10m, przed rozpoczęciem pracy na zmianie, w czasie pracy gdy nastąpi osad pyłu węglowego, przed rozpoczęciem wykonania robót strzałowych.

Pył węglowy należy neutralizować z następującą częstotliwością:

• W 200 metrowej strefie zabezpieczającej chodnik podścianowy i nadścianowy we wszystkich kierunkach od frontu ściany - zmywać wodą i usuwać co dwa tygodnie,

• Na każdym przesypie – zmywać wodą na każdej obłożonej do eksploatacji zmianie,

• W wyrobiskach na odcinku 25 m we wszystkich kierunkach od miejsc zabudowy stacji transformatorowej zlokalizowanych w chodniku podścianowym – opylać pyłem kamiennym 1 raz na kwartał,

• W strefie przyprzodkowej o długości co najmniej 10 m pył węglowy należy zmywać wodą i usunąć :

- przed rozpoczęciem pracy na zmianie,

- w czasie pracy, gdy wystąpi osad pyłu węglowego,

- przed rozpoczęciem wykonywania robót strzałowych.

• Każdorazowo przed wykonywaniem robót strzałowych pył węglowy należy zmywać wodą i usuwać w promieniu 10 m od miejsca odpalenia ładunków MW,

• Pył kopalniany należy zmywać i usuwać na całym obwodzie wyrobiska oraz z elementów konstrukcyjnych w wyrobisku. Pył kopalniany zgromadzony na kablach elektrycznych i innych urządzeniach elektrycznych należy zmiatać na spąg, gdy są one wyłączone spod napięcia, a następnie neutralizować.

1. Podsumowanie

Wytypowany region to ściana 302 w pokładzie 405/2. W projektowanej ścianie 302 pokładu 405/2 KWK „Wesołą” występują zagrożenia naturalne zaliczone do:

• III stopień zagrożenia tąpaniami

• III grupę samozapalności węgla – zagrożenie pożarowe

• klasę B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

Zagrożenia te mogą być kontrolowane za pomocą profilaktyki zaproponowanej w wykonanym projekcie.

Jako zagrożenia wiodące wybrano zagrożenie tąpaniami. Wybór nastąpił na podstawie wysokiej klasyfikacji i katastroficznych skutków w wypadku zaistnienia. Do tego zagrożenia dobrano niezbędną profilaktykę w oparciu o stosowaną literaturę oraz nabytą wiedzę z zakresu zagrożenia tąpaniami w polskim górnictwie węglowym.

W pokładzie 405/2 występuje również zagrożenie pożarowe jest drugim w kolejności głównie występującym zagrożeniem. Profilaktyka pożarowa obejmuje przede wszystkim otamowanie pola pożarowego oraz rozmieszczenie gaśnic w różnych miejscach kopalni. Profilaktyka oraz sposób walki z zagrożeniem pyłowym klasy B, została opisana wg obowiązujących przepisów BHP. Zwalczanie tego zagrożenia musi być wszechstronne i energiczne. Dobór wielostopniowych zabezpieczeń składających się na cały system ochrony gwarantuje bezpieczeństwo pracy.

Wieloetapowe działanie profilaktyczne nazywane liniami obrony przeciwko wybuchom pyłu węglowego zostało opisane przez prof. Wacława Cybulskiego. Cztery podstawowe linie obrony gwarantujące bezpieczeństwo pracy w górnictwie podziemnym węgla kamiennego polegają na następujących działaniach:

• ograniczenie powstawania pyłu węglowego, usuwanie, pozbawianie go lotności,

• zwalczanie możliwości zapoczątkowania wybuchu przez ograniczanie możliwości zapłonu obłoku pierwotnego,

• przeciwdziałanie rozwojowi wybuchu pyłu węglowego,

• ograniczenie zasięgu wybuchu.

Bibliografia:

1. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 29 stycznia 2013 roku w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych, Warszawa 2013

2. Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji w sprawie zagrożeń naturalnych w zakładach górniczych, Warszawa 2002

3. S. Trenczek, 50 lat ewolucyjnych zmian w prognozowaniu zagrożenia pożarowego, Centrum Elektryfikacji i Automatyzacji Górnictwa EMAG, Katowice