Temat: 8. Zagrożenie wybuchami pyłu węglowego.

8.1. Wybuch pyłu węglowego

W kopalniach węgla powietrze kopalniane zawiera zawsze pewną ilość pyłu węglowego powstałego w wyniku urabiania, ładowania i przesy­pywania węgla. Pył węglowy, podobnie jak wszystkie pyły ciał palnych, może tworzyć z powietrzem mieszaninę wybuchową.

Wybuchowość mieszaniny pyłu węglowego z powietrzem zależy od wielu czynników, ale przede wszystkim od jakości i ilości pyłu węglowego. Pod względem jakościowym decydującym czynnikiem jest zawartość części lotnych w węglu, z którego powstał pył węglowy. Za niebezpieczny uważany jest pył powstały z węgla zawierającego powyżej 12% części lotnych w przeliczeniu na bezwodną i bezpo­piołową substancję węglową. Pył węgla o zawartości 30 do 35% części lotnych uważany jest za najłatwiej wybuchowy.

Drugim czynnikiem jest rozdrobnienie pyłu. Najbardziej wybucho­wym jest pył składający się z ziarn przechodzących przez sito, zawierające 6400 otworów na 1 cm². Ziarna takie mają wymiary poniżej 0,01 mm. Ziarna nie przechodząc przez sito o wymiarach oczka 1,0 x 1,0 mm nie są uważane za pyły.

W zależności od gatunku węgla wybuch powstaje przy zawartości pyłu węglowego w powietrzu w granicach od 50 do 1000 g/m³. W warunkach normalnych nie jest możliwe powstanie tak wysokich stężeń pyłu węglowego w powietrzu kopalnianym. Przy koncentracji 10 g/m³ zapylenie jest już tak duże, że nie widzi się z odległości 1 m światła przenośnej lampy górniczej.

Dla powstania mieszaniny wybuchowej konieczne jest, aby pył węglowy osadzony w wyrobisku i spoczywający na ociosach spągu, stropie, obudowie, urządzeniach itp. został uniesiony w powietrze, co może nastąpić przy jakimś wstrząsie (np. wywołanym strzelaniem). Powstaje wtedy obłok o dużej koncentracji pyłu węglowego, czyli tzw. obłok pierwotny, który w zetknięciu z iskrą wybucha.

Niebezpieczeństwo wybuchu zależy nie tyle od zawartości pyłu węglowego w powietrzu, ale głównie od jego ilości znajdującej się w wyrobisku.

Aby więc nastąpił wybuch, muszą być spełnione dwa warunki, a mianowicie:

- musi powstać gęsty obłok pierwotny pyłu węglowego,

- musi nastąpić jego zapalenie.

Warunki takie mogą powstać przy:

- wykonywaniu robót strzelniczych,

- wybuchu metanu,

- wybuchu gazów pożarowych,

- pojawieniu się iskry elektrycznej lub mechanicznej w obecności obłoku pierwotnego.

Uwzględniając podane warunki, jako miejsca możliwego zapocząt­kowania wybuchu pyłu węglowego uznaje się:

- miejsca wykonywania robót strzelniczych,

- miejsca stwierdzonych nagromadzeń metanu w ilości 1 % i powyżej,

- czynne pola pożarowe,

- wyrobiska o nachyleniu powyżej 10° z czynnym przewozem kołowym, w których znajdują się kable elektryczne i inne elektryczne przewody energetyczne.

Powstały w jednym miejscu wybuch pyłu węglowego może przeno­sić się, gdyż powoduje on wstrząs w sąsiednich wyrobiskach, wywołu­jąc tam powstanie obłoków pierwotnych, które zapalone dają nowe wybuchy. W ten sposób wybuch może obejmować coraz to nowe grupy wyrobisk.

Rozwijający się wybuch może objąć dużą część kopalni, a na­wet całą kopalnię. W historii górnictwa znane są wypadki, któ­rych skutki były wprost katastrofalne. Obecność metanu zwiększa zdolność wybuchową pyłu węglowego. Na przykład przy stężeniu metanu 2% wybuch pyłu węglowego jest już możliwy przy ilości pyłu 10 g/m³.

Temat: 8.2. Podział pokładów pod względem zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

W każdej kopalni węgla wszystkie pokłady lub ich części powinny być, zbadane pod względem zagrożenia wybuchem pyłu węglowego. Bada­nia powinny być przeprowadzone niezwłocznie po udostępnieniu pokładu i wykonaniu wyrobisk górniczych w stopniu umożliwiającym przeprowadzenie pomiarów i badań. Obok określenia ilości części lotnych, części niepalnych, powinny one uwzględniać zawilgocenie pyłu węglowego w wyrobiskach górniczych oraz warunki lokalne możliwości rozszerzenia się wybuchu. Duże znaczenie ma zawilgocenie pokładu. Pył węglowy pochodzący z pokładu, którego węgiel zawiera więcej jak 12% części lotnych, jest bezpieczny, gdy jest zupełnie pozbawiony lotności przez wilgoć.

Wybuch pyłu węglowego powoduje zagrożenie przede wszystkim w wyrobiskach znajdujących się w otoczeniu miejsca wybuchu. Nie­bezpieczeństwo stwarza ciśnienie fali wybuchu, płomień, wysoka temperatura oraz wielkie ilości wytworzonego tlenku węgla, którego stężenie w czasie wybuchu dochodzi nawet do kilkunastu procent. Rozróżnia się dwie strefy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego:

- strefa I - obejmuje wyrobiska górnicze znajdujące się w zasię­gu do 300 m w polach niemetanowych, a do 500 m w polach metanowych od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego określonych w rqzdz. 8.1,

- strefa II - obejmuje wszystkie wyrobiska poza zasięgiem strefy I. Na podstawie doświadczeń przeprowadzonych w Kopalni Do­świadczalnej Barbara, w polskim górnictwie węglowym pokłady węgla lub ich części dzieli się na dwie klasy zagrożenia pyłowego: A i B.

Do klasy A zagrożenia pyłowego zalicza się pokłady węgla lub ich części oraz wyrobiska górnicze, w których:

- nie występuje niebezpieczny pył węglowy,

- w strefie I nie ma odcinków wyrobisk dłuższych niż 30 m z niebezpiecznym pyłem węglowym.

Do klasy B zagrożenia pyłowego zalicza się pokłady węgla lub ich części oraz wyrobiska górnicze, w których:

- występuje niebezpieczny pył węglowy,

- w strefie I są odcinki wyrobisk z niebezpiecznym py­łem węglowym dłuższe niż 30 m.

Zaliczenia pokładów węgla do odpowiedniej klasy zagrożenia pyłowego dokonuje okręgowy urząd górniczy. Podział pokładów węglowych pod względem zagrożenia pyłowego ilustruje rys. 8.1.

Rys. 8.1. Podział węglowych pod względem zagrożenia pyłowego i za­kres stosowania środków zwalczania wybuchów pyłu węglowego

Temat: 8.3. Zwalczanie niebezpieczeństwa wybuchów pyłu węglowego.

8.3.1. Sposoby zwalczania niebezpieczeństwa wybuchów pyłu węglowego.

Zwalczanie niebezpieczeństwa wybuchu pyłu węglowego polega na:

- zapobieganiu powstania wybuchu,

- tłumieniu (gaszeniu) i zatrzymywaniu wybuchu w celu niedopu­szczenia do jego przeniesienia się.

Powstaniu wybuchu zapobiega się:

- usuwając pył węglowy z miejsc jego gromadzenia się; w przod­kach i strefach przyprzodkowych drążonych wyrobisk koryta­rzowych i eksploatacyjnych należy stosować zmywanie wodą pyłu węglowego;

- stosując prawidłową technikę strzelniczą i właściwe materiały wybuchowe;

- przestrzegając prawidowego zraszania przy urabianiu, ładowa­niu maszynami oraz podczas odstawy i transportu urobku;

- stosując wszelkie rygory odnośnie do prawidłowego prze­wietrzania i zwalczania zagrożenia metanowego.

Miejscami dużego nagromadzenia się pyłu węglowego są przede wszystkim przesypy, wysypy, wywroty, podszybia i nadszybia oraz pomieszczenia sortowni i zakładu przeróbczego. Bardzo niebezpieczne są nagromadzenia pyłu węglowego w rejonie tam regulacyjnych i śluz zabudowanych w chodnikach wyposażonych w przenośniki taśmowe. W zakładach przeróbczych, a niekiedy w podszybiach stosuje się urządzenia odpylające (ekshaustory, cyklony). W pozostałych miej­scach pył węglowy usuwa się ręcznie, zlewając go uprzednio obficie wodą.

Niekiedy na przesypach taśmowych buduje się tzw. osłony przeciw­pyłowe, uniemożliwiające zapylenie wyrobisk pyłem węglowym. Wy­konuje się je w postaci skrzyń blaszanych z ruchomymi klapami dla przejścia taśmy przenośnika. Budowa ich jest wskazana zwłaszcza tam, gdzie duża prędkość powietrza sprzyja unoszeniu się pyłu węglowego w czasie przesypywania węgla. Wykonanie osłony przeciwpyłowej nie zwalnia od obowiązku zraszania urobku na przesypie.

Tlumi się i zatrzymuje wybuch pylu węglowego głównie przez:

- zraszanie,

- opylanie pyłem kamiennym,

- stosowanie środków chemicznych służących do związania pyłu

- węglowego (środki higroskopijne).

Zraszanie polega na pozbawieniu pyłu węglowego jego lotno­ści. Gdy pył węglowy zawiera więcej jak 50% wody, wtedy wybuch nie jest możliwy. Kopalnie stosujące zmywanie lub zraszanie muszą utrzymywać sieć rurociągów wodnych, do których dołącza się węże gumowe.

Opylanie pyłem kamiennym zmniejsza palność pyłu węglowego, gdyż palący się pył węglowy oddaje ciepło pyłowi kamiennemu, w rezultacie czego temperatura płomienia obniża się i proces palenia zostaje przerwany.

Do opylania należy stosować pył kamienny zawierający małą ilość wolnej krzemionki. Używa się pyłu wapiennego (tzw. mączki wapien­nej) i pyłu iłołupkowego. Pyły te są higroskopijne i w warunkach wilgotnych szybko tracą lotność oraz ulegają zbryleniu. Obecnie stosuje się powszechnie pył wodoodporny typu K. D. Barbara, który dzięki dodatkowi niewielkiej ilości stearyny zachowuje dość długo lotność w wyrobiskach wilgotnych (tzw. pył stearynowany).

Do opylania wolno stosować tylko te pyły kamienne, które są dozwolone przez Wyższy_. Urząd Górniczy.

Zraszanie lub opylanie stosuje się jako środek zapobiegawczy przed powstaniem wybuchu pyłu węglowego w przodkach i w wy­robiskach korytarzowych w postaci stref lub zapór tłumiących oraz zatrzymujących wybuch i nie dopuszczających do jego przeniesienia się. Środki higroskopijne można stosować w postaci roztworów wodnych, suchych proszków lub płatków albo półpłynnych past pyłochłonnych.

Temat: 8.3.2. Zmywanie, zraszanie i opylanie przodków oraz stref przyprzodkowych.

W przodkach i strefach przyprzodkowych drążonych wyrobisk kory­tarzowych, w których występuje niebezpieczny pył węglowy, należy stosować zmywanie wodą pyłu węglowego. Zmywanie należy wykony­wać w przodku i dziesięciometrowej strefie przyprzodkowej - przed rozpoczęciem pracy na zmianie, w czasie pracy gdy wystąpi osad pyłu węglowego, a w wyrobiskach - w których są wykonywane roboty strzelnicze - dodatkowo przed strzelaniem.

W wyrobiskach, w których są wykonywane roboty strzelnicze, można zamiast zmywania pyłu węglowego stosować zraszanie w 20­metrowej strefie przyprzodkowej, przy czym dysze zraszające powinny zapewniać łączny wydatek wody co najmniej 30 dm³/m²/min. Zraszanie powinno być zapoczątkowane co najmniej 30 minut przed strzelaniem.

W przypadku braku możliwości stosowania zmywania pyłu węglo­wego można w polach niemetanowych i polach metanowych I oraz II kategorii zagrożenia metanowego stosować opylanie przodku i strefy przyprzodkowej pyłem kamiennym. Długość strefy przyprzodkowej powinna wynosić co najmniej 4 m, a ilość pyłu kamiennego użytego do opylania przodku przed odpalaniem powinna wynosić:

- w pokładach niemetanowych 2 kg na każdy otwór strzałowy,

- w pokładach metanowych 3 kg na każdy otwór strzałowy,

- przy pojedynczo odpalanych otworach strzałowych 5 kg na każdy otwór strzałowy.

W wyrobiskach eksploatacyjnych należy stosować zmywanie wodą pyłu węglowego, zraszanie lub opylanie pyłem kamiennym przodku i strefy przyprzodkowej przed wykonywaniem robót strzelniczych:

- dla wymuszenia zawału stropu w ścianach MW skalnymi lub węglowymi,

- w ślepych chodnikach podsadzkowych,

- ładunkami przyłożonymi,

- przy rozsadzaniu luźnych brył.

Zmywanie wodą pyłu węglowego, zraszanie, opylanie pyłem ka­miennym przodku i strefy przyprzodkowej należy do obowiązków przodowego, a w miejscach wykonywania robót strzelniczych do osoby wykonującej roboty strzelnicze.

Temat: 8.3.3. Zabezpieczenia przed przenoszeniem się wybuchu pyłu węgłowego.

Tłumienie i zatrzymywanie wybuchu pyłu węglowego można uzyskać wykonując:

- strefy zabezpieczające,

- zapory przeciwwybuchowe.

W pokładach zaliczonych do klasy A stosuje się strefy zabez­pieczające, w zaliczonych natomiast do klasy B stosuje się strefy zabezpieczające i zapory przeciwwybuchowe.

Strefy zabezpieczające. Można je wykonać przez opylenie pyłem kamiennym lub zroszenie wodą wyrobiska na całym jego obwodzie, łącznie z obudową na długości 200 m. Najczęściej wykonuje się strefy zabezpieczające przez opylanie.

Opylenie pyłem kamiennym powinno być takie, aby zawartość części niepalnych w mieszaninie pyłu węglowego z pyłem kamiennym w strefie zabezpieczającej wynosila co najmniej:

- w pokładach niemetanowych - 70%,

- w pokładach metanowych - 80%.

W przypadku występowania nagromadzeń metanu o zawartości powyżej 2% przez okres dłuższy niż 3 dni, zawartość części niepalnych w strefie zabezpieczającej powinna wynosić co najmniej 85%. W wyro­biskach górniczych w pokładach lub ich częściach zaliczonych do IV kategorii zagrożenia metanowego zawartość części niepalnych stałych poza strefami zabezpieczającymi powinna wynosić co najmniej 50% lub należy wykonywać zraszanie wodą.

W określonych przepisami przypadkach stosować można strefy zabezpieczające przez zraszanie. Zraszanie należy wykonywać tak, aby strop, spąg i ociosy wyrobiska były w dostateczny sposób zlane wodą. Pył uważa się za wilgotny, jeśli zawiera więcej jak 50% wody. Pył taki rozmazuje się lub opada w postaci zlepionych grudek. Zgarnięty i ściśnięty w dłoni nie powinien rozsypywać się. Po rozluźnieniu ucisku na dłoni powinien pozostać ślad wilgoci, a w ręce - kluska z wyraź­nym odbiciem palców.

Strefy zabezpieczające należy wykonywać i utrzymywać we wszyst­kich kierunkach od:

- przodków,

- miejsc wykonywania robót strzelniczych,

- miejsc, w których pracują maszyny powodujące znaczne zapylenie,

- czynnych pól pożarowych oraz wszystkich innych miejsc wy­mienionych w szczegółowych przepisach obowiązujących w ko­palniach węgla.

Zapory przeciwwybuchowe. Stanowią one zabezpieczenie przed roz­szerzeniem się już rozwiniętego wybuchu pyłu węglowego. Stosuje się zapory przeciwwybuchowe pyłowe i wodne.

Działanie zapory pyłowej tłumiące wybuch jest następujące. Każ­demu wybuchowi pyłu węglowego towarzyszy podmuch, który wy­przedza płomień. Podmuch ten zrzuca półki z pyłem kamiennym (stanowiące istotną część zapory), wskutek czego powstaje gęsty obłok pyłu kamiennego. Płomień uderzając w ten obłok gaśnie i wybuch nie może przedostać się poza zaporę.

Podobne jest działanie zapór przeciwwybuchowych wodnych, w których podmuch zrzuca pojemniki z wodą, powodując powstanie wodnego obłoku gaszącego.

Ze względu na znaczenie, zapory przeciwwybuchowe (pyłowe lub wodne) dzieli się na:

- glówne, zabezpieczające rejony wentylacyjne; zapory te buduje się na wlocie i wylocie z każdego rejonu wentylacyjnego oraz we wszystkich pozostałych wyrobiskach łączących dany rejon z innymi rejonami wentylacyjnymi;

- pomocnicze, budowane wewnątrz rejonów wentylacyjnych; po­winny one zabezpieczać przodki wybierkowe, przodki wyrobisk korytarzowych, pola pożarowe oraz wszelkie inne wyrobiska określone w szczegółowych przepisach.

W miejscu umieszczenia zapory przeciwwybuchowej chodnik po­winien być opylony na całej długości zapory do zawartości co najmniej 80% części niepalnych.

Gdy mała długość wyrobiska uniemożliwia zabudowanie w nim całej zapory przeciwwybuchowej, wówczas należy zabudować w wymie­nionym wyrobisku co najmniej połowę zapory, a pozostałą część zapory w każdym wyrobisku sąsiadującym z danym wyrobiskiem (rys. 8.2).

Ilość pyłu na zaporze w pokładach niemetanowych powinna wynosić 200 kg/m² przekroju poprzecznego wyrobiska, w którym znajduje się zapora, a w pokładach metanowych 400 kg/m².

Rys. 8.2. Zapora przeciwwybuchowa obejmująca skrzyżowanie chodników

W wyrobiskach z obudową murową, powłokową lub stalową z szczelną wykładką przyjmuje się przekrój w świetle obudowy, w pozostałych wyrobiskach - przekrój w wyłomie.

Wolno stosować tylko typy zapór przeciwwybuchowych zatwier­dzone przez Wyższy Urząd Górniczy. Najczęściej stosowanym typem jest zapora pomostowa, zwana również zaporą półkową.

Rys. 8.3. Budowa zapory przeciwwybuchowej pyłowej zwykłej

a - wymiary podstawowe półki zapory,

b - zabudowanie półki przy obudowie drewnianej prostokątnej,

c - zabudowanie półki przy obudowie ŁP

Na rys. 8.3 przedstawiono budowę zapory przeciwwybuchowej pyłowej zwykłej przy obudowie ŁP.

Wykonanie zapory (rys. 8.3c). Do przeciwległych łuków odrzwi ŁP przykręca się podpórki zawiesia 1. Jako podpórki można użyć zamka śrubowego do ŁP z przyspawanymi dwoma prętami (konsolkami) stalowymi, płaskownikami lub kątownikami. Zamiast przykręconych podpórek można stosować odpowiednie haki zawieszone na betoni­tach stanowiących opinkę obudowy ŁP lub na samej obudowie ŁP. Na każdą parę konsolek kładzie się dwa kanciaki 2, na których spoczywa podstawa pomostu 3. Pomost (tzw. drabinkę) wykonuje się z dwóch desek postawionych pionowo i usztywnionych za pomocą dwóch lub trzech żeberek. Zewnętrzny rozstęp desek drabinki powi­nien wynosić zawsze 0,2 m, a wysokość deski 0,15 m. Na podstawie pomostu układa się deseczki 4 jedna przy drugiej, tworzące tzw. pomost, na który nasypuje się pył kamienny. Deseczki powinny być z czterech stron obcięte, aby szczelnie przylegały do siebie.

Poszczególne części składowe półki (z wyjątkiem drabinki i pod­pórek) są luźne, tzn. nie są zbite gwoździami, a tylko położone tak, aby przy podmuchu mogły łatwo spaść.

Półki wykonuje się z deseczek długości 0,35 i 0,50 m. Przy długości 0,35 m na jednym metrze długości półki zmieści się około 25 kg pyłu, a przy deseczkach 0,50 m około 45 kg.

Odległość pomiędzy poszczególnymi półkami zapory powinna wynosić 2 do 3 m. Wyjątkowo można ją skrócić do 1 m.

Pytania kontrolne

1. Co to jest pył węglowy, kiedy jest niebezpieczny?

2. Wymień miejsca możliwego zapoczątkowania wybuchu.

3. Podaj, co to są strefy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

4. Które pokłady węgla oraz ich części zalicza się do klasy A, a które do klasy B zagrożenia pyłowego?

5. Jak zapobiega się powstaniu wybuchu pyłu węglowego?

6. Podaj zasady opylania przodków i stref przyprzodkowych przed strzelaniem.

7. Jak wykonuje się strefy zabezpieczające i gdzie się je stosuje?

8. Podziel zapory pyłowe ze względu na znaczenie i budowę.

9. Jak zbudowana jest zapora pyłowa lub wodna?

---