RODZAJE ZAGROŻEŃ NATURALNYCH
tąpaniami w górnictwie polskim,
zawałami , opadem skał ze stropu i ociosu ,
pożarowe ,
wodne ,
metanowe ,
wyrzutami gazów i skał ,
wentylacyjno - klimatyczne ,
wybuchem pyłu węglowego ,
związane ze stosowaniem środków strzałowych ,
TĄPANIA
Wzrost naprężeń powstałych w górotworze w wyniku prowadzenia w nim wyrobisk górniczych może prowadzić 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. Zniszczenie powstałe w skutek tąpań to niekiedy zupełne zaciśnięcie lub zawalenie wyrobiska górniczego , wyciśnięcie spągu, często zniszczenie lub uszkodzenie obudowy, obsypanie węgla lub skał ze stropu i ociosu.
Ustalono 3 kategorie tąpnięć:
tąpnięcia słabe- które spowodowało dynamiczne przemieszczenie się skał stropu, spągu lub ociosu do wyrobiska górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku do 20m wzdłuż czoła wyrobiska wybierkowego lub osi wyrobiska korytarzowego.
tąpnięcia średnie- które spowodowały dynamiczne przemieszczenie się skał stropu, spągu lub ociosów do wyrobiska górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku 20-50m wzdłuż czoła wyr.wybierkowego lub osi wyr.koryt.
tąpnięcia silne- któr spowodowało dynamiczne przemieszczenie się skał stropu, spągu lub ociosów do wyr. Górniczego i uszkodzenie lub zniszczenie obudowy na odcinku powyżej 50.(…)
zagrożenie tąpaniami - możliwość wystąpienia tąpnięcia w rezultacie niekorzystnych warunków górniczo-geologicznych w wyrobisku górniczym lub w jego otoczeniu,
skłonność górotworu i skał do tąpań - zdolność do kumulowania energii w górotworze lub skałach i nagłego jej wyzwolenia w momencie zmiany lub zniszczenia ich struktury,
odprężenie partii złoża (pokładu) - dokonanie takich zabiegów technicznych w tej partii złoża (pokładu) lub jego sąsiedztwie, w szczególności eksploatację sąsiednich pokładów lub wykonanie strzelań powodujących destrukcję górotworu, których skutkiem jest pozbawienie tej partii złoża (pokładu) zdolności do kumulowania energii lub obniżenia tej zdolności,
Zagrożenie zawałami, opadem skał ze stropu i ociosów.
Zawał - to niezamierzone, grawitacyjne przemieszczenie się do wyrobiska kopaliny lub mas skalnych ze stropu, albo ociosu w stopniu powodującym niemożność przywrócenia pierwotnej funkcji wyrobiska w okresie nie krótszym niż 8 godzin. Przez zawał rozumie się także przemieszczenie się mas skalnych do wyrobiska spowodowane tąpnięciem - jeśli powoduje ono skutki takie jak wymienione wyżej.
W zakładach górniczych wydobywających rudy miedzi oraz cynku i ołowiu w wyrobiskach wykonanych w obudowie kotwowej przez zawał rozumie się niezamierzone grawitacyjne przemieszczenie się do wyrobisk mas skalnych na skutek opadu skał stropowych na wysokość równą lub większą od długości kotwi obudowy podstawowej, powodujące całkowitą lub częściową utratę funkcjonalności lub bezpieczeństwa użytkowania wyrobiska.
Zagrożenia pożarowe
W górnictwie szczególnie węgla kamiennego jednym z najczęściej występujących zagrożeń, wymagających niejednokrotnie prowadzenie długotrwałych akcji ratowniczych, są pożary podziemne. Związane jest to przede wszystkim ze specyfiką podziemnych wyrobisk górniczych, gdzie ograniczona ich pojemność powoduje szybkie przekroczenie dopuszczalnej granicy koncentracji gazów szkodliwych dla zdrowia, może powodować groźne w danej sytuacji zmiany kierunków przepływu powietrza, czy też ogranicza swobodę poruszania się ludzi, szczególnie w warunkach zadymienia. Podejmowane w wyniku zaistnienia pożarów akcje przeciwpożarowe powodują, w przypadku aktywnego gaszenia, częściowe wstrzymanie robót górniczych w części kopalni, a w przypadku pasywnego ich gaszenia zachodzi konieczność tamowania wyrobisk celem ich izolacji pozostawiając niejednokrotnie w polu pożarowym bardzo znaczny majątek trwały oraz zasoby węgla.
Przez pożar podziemny należy rozumieć wystąpienie w wyrobisku podziemnym otwartego ognia, tj. żarzącej lub palącej się płomieniem otwartym substancji, jak również utrzymywanie się w powietrzu kopalnianym dymów lub utrzymywanie się w przepływowym prądzie powietrza stężenia tlenku węgla powyżej 0,0026%.
Pojawienie się w powietrzu kopalnianym dymów lub tlenków węgla w ilości powyżej 0,0026% w wyniku stosowania dopuszczalnych procesów technologicznych (np. robót strzałowych, prac spawalniczych, pracy maszyn górniczych z napędem spalinowym lub wydzielania się tlenku węgla wskutek urabiania) nie podlega zgłoszeniu i rejestrowaniu jako pożar podziemny.Pożary dzielimy na:
Pożary endogeniczne
Pożary endogeniczne są następstwem samozapalenia się węgla wywołanego jego utlenianiem się w warunkach uniemożliwiających odprowadzenie ciepła utleniania.
Proces utleniania się węgla w zależności od jego rozdrobnienia może przebiegać w sposób niedostrzegalny, może objawiać się wydzielaniem się gazów lub wystąpić w postaci otwartego ognia. Na intensywność utleniania się węgla maja głównie wpływ następujące czynniki:
* stopień rozdrobnienia węgla,
* zawartość w węglu: wilgoci higroskopijnej, węgla pierwiastkowego i substancji mineralnych.
Pożary egzogeniczne
powstałe z przyczyn zewnętrznych są nieprzewidywalne często powstałe w sposób nagły i w miejscach niemożliwych do określenia z góry, co stanowi bardzo duże zagrożenie dla załogi i dla kopalni.
Pożary powstałe z przyczyn zewnętrznych mogą powstać na skutek:
utrzymywania w ruchu urządzeń mechanicznych z zatartymi elementami wirującymi,
wadliwego działania lub uszkodzenia urządzeń elektrycznych,
nieprawidłowego wykonania robót strzałowych,
nieostrożnego obchodzenia się z ogniem otwartym,
wybuchu gazów palnych lub pyłu węglowego,
umyślnego podpalenia.
Zagrożenia wodne
zagrożenie wodne − rozumie się przez to możliwość wdarcia lub niekontrolowanego dopływu wody, solanki, ługów albo wody z luźnym materiałem, do wyrobisk, stwarzające niebezpieczeństwo dla ruchu zakładu górniczego lub jego pracowników,
Wdarcia wody w zakładach górniczych w ostatnich dziesięciu latach mają charakter incydentalny. Na ogólną sumę czterech wdarć wody w tym czasie - dwa miały miejsce w kopalniach węgla kamiennego i dwa w zakładach górniczych, w których prowadzi się eksploatację innych kopalin.
Dotychczas największą ilość tj. dwa wdarcia wody odnotowano w 2000 r. Od roku 1996 nie odnotowano żadnego wypadku z powodu zagrożenia wodnego.
Zagrożenia metanowe
Złoża węgla kamiennego w centralnej i południowej części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego należą do silnie i bardzo silnie metanowych. Złoża karbońskie przykryte są nadkładem warstw trzeciorzędowych i czwartorzędowych o znacznej miąższości. Spowodowało to, że metan pozostał w pokładach węgla, co znacznie utrudnia bezpieczną eksploatację i stwarza duże zagrożenie w czasie prowadzenia robót górniczych.
Zagrożenia metanowe w polskim górnictwie węglowym w dalszym ciągu jest bardzo duże z uwagi na:
prowadzenie eksploatacji na coraz niższych poziomach,
wzrost metanonośności pokładów węgla wraz z głębokością ich zalegania,
pojawienie się na dużych głębokościach niekorzystnego dla bezpieczeństwa efektu dynamicznego wydzielania metanu wolnego uwięzionego w strefach zaburzeń tektonicznych (uskoki, szczeliny) występującego pod dużym ciśnieniem hydrostatycznym skał nadległych,
wysoką koncentrację wydobycia.
Zdarzenia i wypadki związane z zagrożeniem metanowym charakteryzują się dużą nieregularnością występowania. Po roku 1990, w którym zaistniały trzy tragiczne w skutkach zapalenia i wybuchy metanu, do roku 2002r. nie stwierdzono zdarzeń skutkujących wypadkami śmiertelnymi. W latach 2002-2003 zaistniało pięć tragicznych w skutkach zdarzeń zainicjowanych zapaleniem metanu.
Podjęto bezzwłoczne działania, polegające między innymi na wprowadzeniu zmian w przepisach poprzez ograniczenie stosowania niekorzystnych systemów przewietrzania ścian w ekstremalnych warunkach zagrożenia metanowego oraz znowelizowaniu instrukcji prowadzenia ścian w warunkach zagrożenia metanowego.
Prace ukierunkowane także na opracowanie i wdrożenie skutecznych środków eliminujących zapalenie metanu przy urabianiu kombajnami chodnikowymi oraz weryfikacje obowiązujących przepisów, dotyczących zwalczania zagrożenia metanowego w drążonych wyrobiskach korytarzowych.
Zagrożenia wyrzutami gazów i skał
Zagrożenie wyrzutowe jest jednym z najbardziej niebezpiecznych zagrożeń naturalnych występujących w górnictwie podziemnym. Ryzyko powstania zdarzenia wyrzutowego metanu i skał potęguje się wraz z wzrostem głębokości.. W wyniku schodzenia z eksploatacją na coraz większe głębokości obserwuje się wzrost metanonośności pokładów, co przy jednoczesnym obniżeniu się przepuszczalności gazowej węgla przyczynia się do wzrostu tego zagrożenia.
Czynnikami decydującymi o występowaniu zagrożenia są między innymi: wysoka gazonośność złoża ( metanonośność ), mała zwięzłość skał, wysokie ciśnienie i intensywność desorbcji gazów oraz prowadzenie robót w sąsiedztwie zaburzeń geologicznych. Zmniejszenie wytrzymałości węgla ( na ściskanie do 3-8 MPa) oraz zmniejszenie wskaźnika wytrzymałości do 0,3 (stanowiącego umowną liczbę charakteryzującą zwięzłość węgla kamiennego w skali Protodiakonowa), wpływa nie tylko na zwiększone skłonności zagrożeń zjawiskami gazogeodynamicznymi, ale także na wielkość zjawiska i kawerny powyrzutowej.
Zagrożenie wentylacyjno-klimatyczne
Zagrożenia wentylacyjne w podziemnych zakładach górniczych związane jest z występowaniem atmosfery niezdatnej do oddychania i zależą głównie od głębokości, na której prowadzone są roboty górnicze, budowy geologicznej górotworu, rodzaju eksploatowanej kopaliny, występujących zagrożeń, stosowanego systemu przewietrzania a związane są z:
pojawieniem się w wyrobiskach gazów o stężeniach przekraczających wartości dopuszczalne,
niedostateczną ilością tlenu w wyrobisku,
możliwością wystąpienia gwałtownego wyrzutu z górotworu gazów pochodzenia naturalnego (metan, dwutlenek węgla), połączonego z wyrzutem rozdrobnionych skał,
możliwością wybuchu mieszaniny gazów palnych,
pożarem (endogenicznym lub egzogenicznym),
niedrożnością wyrobisk wskutek np. tąpnięcia, zawału skał,
wypływu wody bądź kurzawki do wyrobisk,
awarią maszyn i urządzeń mechanicznych wywołujących ruch powietrza.
Zagrożenia związane z wybuchem pyłu węglowego
Wybuch pyłu węglowego jest to egzotermiczna reakcja chemiczna, przebiegająca w bardzo krótkim czasie, powodująca powstanie znacznej ilości gazów w wyniku czego następuje gwałtowny wzrost ciśnienia, który w postaci fali podmuchu rozprzestrzenia się od miejsca zainicjowania wybuchu.
Kiedy dojdzie do wybuchu pyłu węglowego ?
W wyrobisku musi znajdować się niebezpieczny pył węglowy o odpowiednim stężeniu.
Niebezpieczny tzn. pochodzący z pokładu zagrożonego wybuchem pyłu węglowego. Wszystkie aktualnie eksploatowane pokłady węgla zawierają ponad 10% części lotnych w bezwodnej i bezpopiołowej substancji węglowej.
Nagromadzenie pyłu węglowego musi być takie , aby powstała mieszanina tego pyłu z powietrzem o stężeniu minimalnym 50g/m3 powietrza. Optymalnym stężeniem dla zaistnienia wybuchu jest 300g/m3 - 500g/m3.
2. Musi zaistnieć przyczyna umożliwiająca wzbicie w powietrze pyłu osadzonego na spągu, ociosach, obudowie, urządzeniach i utworzenie mieszaniny z powietrzem.
Przyczyną tą może być: wybuch metanu, tąpnięcie roboty strzałowe, wybuch gazów pożarowych.
3. W tym samym czasie musi zadziałać inicjał (źródło zapłonu) wytworzonej mieszaniny o odpowiedniej temperaturze 5500C - 14000C.
Skala zagrożenia
Wielkość zagrożenia wybuchem pyłu węglowego w polskich kopalniach węgla kamiennego utrzymuje się na wysokim poziomie ze względu na wielkość wydobywanego węgla kamiennego.
W procesie urabiania, transportu i przeróbki od 1% do 3% urobku zamienia się w pył węglowy, z czego około 30% pyłu węglowego wytwarzane jest podczas przeróbki węgla.
Stosowana profilaktyka pozwala na bezpieczne wydobywanie węgla kamiennego, czego przykładem może być fakt występowania 15-letniego okresu (od 1987r. do 2002r.), w którym nie zaistniał w polskich kopalniach węgla kamiennego wybuch pyłu węglowego.