ZAGROŻENIE WYBUCHEM PYŁU WĘGLOWEGO

Pył węglowy. Strefy zagrożenia i klasyfikacja pokładów

Pyłem węglowym są ziarna węgla przechodzące przez sito o wymiarach oczek 1x1 mm.

Pokładem węgla zagrożonym wybuchem pyłu węglowego jest pokład, w którym stwierdzono zawartość części lotnych w węglu większą niż 10% w bezwodnej i bezpopiołowej substancji węglowej.

Pokładem węgla niezagrożonym wybuchem pyłu węglowego jest pokład węgla, w którym stwierdzono zawartość części lotnych w węglu mniejszą lub równą 10% w bezwodnej i bezpopiołowej substancji węglowej.

Pyłem kopalnianym jest pył powstały podczas robót górniczych, transportu urobku i przeróbki wraz z dodatkiem substancji zabezpieczających przed wybuchem.

Za pył węglowy bezpieczny uważa się pył węglowy pochodzący z pokładu węgla niezagrożonego wybuchem pyłu węglowego.

Za pył węglowy niebezpieczny uważa się pył węglowy pochodzący z pokładu węgla zagrożonego wybuchem pyłu węglowego.

Pyłem kopalnianym zabezpieczonym jest pył kopalniany zawierający:

a) co najmniej 70% części niepalnych stałych w polach niemetanowych,

b) co najmniej 80% części niepalnych stałych w polach metanowych,

c) wodę przemijającą uniemożliwiającą przenoszenie wybuchu pyłu węglowego i całkowicie pozbawiającą ten pył lotności.

Strefa zagrożenia wybuchem pyłu węglowego obejmuje wyrobiska górnicze znajdujące się
w zasięgu do 300 m w polach niemetanowych lub do 500 m w polach metanowych od miejsca możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego.

Wyrobiskiem niezagrożonym wybuchem pyłu węglowego jest wyrobisko, w którym:

a) nie występuje niebezpieczny pyl węglowy, lub

b) pył kopalniany zawiera co najmniej 90% części niepalnych stałych pochodzenia naturalnego, ilość niebezpiecznego pyłu węglowego jest mniejsza niż 10 g/m³ wyrobiska, a intensywność osiadania pyłu jest mniejsza niż 0,15 g/m² na dobę, lub pył kopalniany zawiera co najmniej 50% wody przemijającej pochodzenia naturalnego, a

wyrobiska sąsiednie mające z nim połączenie są wyrobiskami niezagrożonymi wybuchem pyłu węglowego, lub zostały zaliczone do klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego.

Miejscami możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego są w szczególności:

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

2) miejsca urabiania węgla

3) miejsca stwierdzonych nagromadzeń metanu w ilości co najmniej 1,5%

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

5) pola pożarowe,

6) zbiorniki węgla

7) składy materiałów wybuchowych_

8) strefy szczególnego zagrożenia tąpaniami w pokładach drugiej, trzeciej i czwartej kategorii zagrożenia metanowego

9) wyrobiska o nachyleniu większym niż 10 stopni z transportem linowym, kołowym lub kolejkami, w których zainstalowane są kable lub przewody elektryczne.

Ustala się dwie klasy zagrożenia wybuchem pyłu węglowego:

a) pokładów węgla lub ich części

b) wyrobisk lub ich części w podziemnych zakładach górniczych wydobywających węgiel kamienny oraz wyrobisk podziemnych lub ich części w odkrywkowych zakładach górniczych

wydobywających węgiel brunatny.

1. Do klasy A zagrożenia wybuchem pyłu węglowego zalicza się pokłady węgla lub ich

części, wraz z wyrobiskami drążonymi w tych pokładach lub częściach, w których występuje pył węglowy zabezpieczony w sposób naturalny lub nie ma odcinków z

pyłem kopalnianym niezabezpieczonym w sposób naturalny dłuższych niż 30 m przy

czym odległość między tymi odcinkami jest większa niż 100 m.

2. 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 pkt 1.

Pył węglowy powstaje w kopalniach podczas urabiania, wiercenia i transportu urobku od przodku do zakładu przeróbczego.

Wybuch pyłu węglowego jest najsilniejszy gdy w 1 m³ powietrza znajduje się od 300 do 500g zawieszonego w nim pyłu węgłowego. Dolna granica wybuchowości pyłu węglowego wynosi 50 g/m³ powietrza.

Wybuch pyłu węglowego w kopalni jest możliwy tylko wtedy, gdy pył osadzony na spągu wyrobiska, ociosach i obudowie zostanie wzbity w powietrze.

Może to nastąpić przy robotach strzałowych, tąpnięciach, wybuchu metanu, wybuchu gazów pożarowych. Prawie zawsze wybuch metanu powoduje wybuch pyłu węglowego

Wybuch pyłu węglowego zaczyna się niekiedy od nieznacznego wybuchu metanu, który zdmuchuje pył węglowy z ociosów wyrobisk i obudowy, tworząc w powietrzu gęste obłoki. Obłoki te zapalając się, dają początek wybuchowi pyłu węglowego.

Powstaje wtedy detonacja, a fala płomienia przesuwa się z dużą prędkością w kierunku, z którego płynie powietrze świeże. Fala podmuchu i ognia unosi na drodze swojego przepływu znajdujący się tam pyl węglowy, ułatwiając w ten sposób dalsze rozprzestrzenienie się wybuchu - aż do miejsca, gdzie juz nie ma odpowiedniej ilości pyłu.

Opylanie i zmywanie przodków

Osoba wykonująca roboty strzałowe w warunkach zagrożenia wybuchem pyłu węglowego powinna:

1) zmywać wodą pył węglowy, albo

2) zraszać wodą przed odpalaniem ładunków materiałów wybuchowych albo

3) opylać pyłem kamiennym

- przodek i strefę przyprzodkową.

Zmywanie wodą pyłu węglowego w wyrobiskach korytarzowych należy wykonywać w przodku i strefie przyprzodkowej na długości co najmniej 10 m:

- przed rozpoczęciem pracy na zmianie

- w czasie pracy, gdy wystąpi osad pyłu węglowego

- przed rozpoczęciem wykonywania robót strzałowych

Zmywanie przed strzelaniem należy wykonać na całym obwodzie wyrobiska w przodku i w strefie trzyprzodkowej na długości co najmniej 10m od przodku.

W wyrobiskach korytarzowych zamiast zmywania pyłu węglowego w 10 metrowej strefie rrzyprzodkowej można stosować zraszanie wodą w strefie od 10 do 60 m od przodka w celu pozbawienia pyłu węglowego lotności.

W polach niemetanowych i w pokładach zaliczonych do pierwszej lub drugiej kategorii zagrożenia metanowego zamiast zmywania lub zraszania wodą pyłu węglowego w drążonych wyrobiskach korytarzowych można stosować, za zezwoleniem kierownika ruchu zakładu górniczego, opylanie pyłem kamiennym przodka i strefy przyprzodkowej o długości co najmniej 4 m.

Za zabezpieczenie przyprzodkowej strefy odpowiedzialny jest górnik strzałowy. Zmywanie przodków i przyprzodkowych stref jest obowiązkowe przy prowadzeniu robót strzałowych w polach metanowych III i IV kategorii zagrożenia metanowego.

Przy prowadzeniu robót strzałowych w polach niemetanowych i metanowych I i II kategorii zagrożenia metanowego, strefę zmywania można zastąpić 4-metrową strefą opylania za zezwoleniem kierownika ruchu zakładu górniczego. Ilość pyłu kamiennego zużytego do opylania przodku i 4-metrowej strefy przyprzodkowej musi wynosić:

- w polach metanowych co najmniej 3 kg na każdy otwór strzałowy,

- w polach niemetanowych co najmniej 2 kg na każdy otwór,

- w przypadku odpalania pojedynczych otworów strzałowych co najmniej 10 kg na każdy otwór.

W wyrobiskach wybierkowych należy stosować zmywanie wodą pyłu węglowego lub opylanie pyłem kamiennym przodka i strefy przyprzodkowej przed wykonywaniem robót strzałowych:

1) dla wymuszenia zawału stropu w ścianach materiałami wybuchowymi węglowymi lub skalnymi,

2) w chodnikach podsadzkowych,

3) ładunkami wolno przyłożonymi,

4) przy rozsadzaniu luźnych brył.

Przed wykonywaniem robót strzałowych w luźnych bryłach ładunkami wolno przyłożonymi należy usunąć pył węglowy w promieniu l0 m od miejsca odpalania ładunków oraz zabezpieczyć tę strefę przez zraszanie, lub zmywanie wodą.

Strefę tę zamiast wodą można zabezpieczyć przez opylenie pyłem kamiennym, przy czym na każdy ładunek materiału wybuchowego należy użyć co najmniej 10 kg pyłu kamiennego

Przy wykonywaniu robót strzałowych w luźnych brytach ładunkami materiału obuchowego umieszczonego w otworach strzałowych, jak również w przybierkach stropu i -spągu oraz w ściekach, konieczne jest zabezpieczenie przed możliwością wybuchu pyłu węglowego.

Strefy opylania i zmywania

W wyrobiskach zaliczonych do klasy A i B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego należy utrzymywać 200-metrowe strefy zabezpieczające przed przeniesieniem się wybuchu.

W strefach tych należy wyrobiska zmywać wodą lub opylać pyleni kamiennym na całym ich

obwodzie łącznie z obudową.

Strefa zabezpieczająca rozpoczyna się od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu. W polach metanowych oprócz 200-metrowych stref zabezpieczających należy dodatkowo utrzymywać strefy zabezpieczające:

- na całej długości wyrobisk przewietrzanych lutniociągami,

- w wyrobiskach zaliczonych do pomieszczeń ze stopniem "c" niebezpieczeństwa wybuchu na odcinkach z zainstalowanymi kablami lub przewodami elektrycznymi.

Stref zabezpieczających nie stosuje się w:

1) drążonym wyrobisku kamiennym, w którym nie występuje niezabezpieczony pył

kopalniany,

2) wyrobisku wybierkowym,

3) wyrobisku, w którym pył kopalniany jest zabezpieczony przed wybuchem w sposób naturalny,

4) wyrobisku korytarzowym, w którym nagromadzenie pyłu węglowego jest mniejsze 30 g/m3 wyrobiska

Zawartość części niepalnych w mieszaninie pyłu węglowego z pyłem kamiennym w strefie zabezpieczającej powinna wynosić co najmniej 70% w polach niemetanowych i 80% polach metanowych.

Pył kopalniany usuwa się z maszyn i urządzeń znajdujących się w wyrobisku w strefie zabezpieczającej.

W wyrobiskach korytarzowych, w pokładzie zaliczonym do IV kategorii zagrożenia metanowego, zawartość części niepalnych stałych poza strefami zabezpieczającymi powinna wynosić co najmniej 50% albo zawartość wody przemijającej w pyle węglowym powinna być większa niż 60% wartości wymaganej w strefie zabezpieczającej.

Zapory przeciwwybuchowe (rys.10)

W wyrobiskach zaliczonych do klasy B zagrożenia wybuchem pyłu węglowego muszą być stosowane zapory przeciwwybuchowe pyłowe lub wodne. Ze względu na miejsca zabudowy zapór przeciwwybuchowych rozróżnia się zapory główne i pomocnicze.

Główne zapory przeciwwybuchowe należy budować na wlotach i wylotach rejonów wentylacyjnych oraz we wszystkich pozostałych wyrobiskach łączących rejony wentylacyjne.

Pomocnicze zapory buduje się wewnątrz rejonów wentylacyjnych w odległości od 60 do 200 m od miejsc możliwego zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego.

W uzasadnionych okolicznościach odległość ta może być zmniejszona do 40 m lub zwiększona ponad 200m, na warunkach ustalonych przez kierownika ruchu zakładu górniczego, z tym, że strefę zabezpieczającą wykonaną przez opylanie pyłem kamiennym zmywanie wodą przedłuża się do miejsc zabudowania zapory.

W przypadku, gdy długość wyrobiska uniemożliwia zabudowanie w nim całej zapory przeciwwybuchowej, buduje się w tym wyrobisku co najmniej połowę zapory, a pozostałą część zapory w każdym sąsiednim wyrobisku.

W przypadku, gdy wzajemna odległość między sąsiednimi przodkami wybierkowymi jest mniejsza niż 150m budowanie zapory przeciwwybuchowej w wyrobisku między tymi przodkami nie jest wymagane.

Pomocniczymi zaporami przeciwwybuchowymi ponadto zabezpiecza się:

1) przodek wyrobiska wybierkowego

2) przodek wyrobiska korytarzowego

3) grupy przodków korytarzowych lub wybierkowych, których nie można zabezpieczyć oddzielnie zaporami,

4) wyrobiska, w których pracują maszyny lub inne urządzenia powodujące na długości co najmniej 30 m powstawanie nagromadzenia pyłu węglowego niebezpiecznego w pyle kopalnianym niezabezpieczonym w ilości 0,5 kg/m³ wyrobiska i powyżej

5) pole pożarowe

6) wyrobisko, w którym zawartość metanu w powietrzu jest wyższa od 1,5% lub występują przystropowe nagromadzenia metanu

7) miejsca znacznego nagromadzenia pyłu węglowego niebezpiecznego w pyle kopalnianym niezabezpieczonym, w szczególności powyżej 0,5 kg/m³ wyrobiska,

występujące w wyrobiskach korytarzowych, przy czym odległość między zaporami nie

może być większa niż 200 m.

W polach metanowych w wyrobiskach korytarzowych, przewietrzanych za pomocą lutniociągów, buduje się pomocnicze zapory przeciwwybuchowe w odległości nie większej od siebie niż 200 m.

W pokładach zaliczonych do II, III i IV kategorii zagrożenia metanowego należy budować dodatkowe pomocnicze zapory przeciwwybuchowe w odległości nie większej niż 200 m w wyrobiskach korytarzowych przewietrzanych prądem powietrza wytwarzanym wentylatorem głównym, w których:

• zawartość metanu w powietrzu jest większa od 0,5% oraz zabudowane są kable i przewody elektryczne,

• zawartość metanu w powietrzu jest większa od 1,5% i występują przystropowe nagromadzenia metanu,

• wyznaczone są strefy szczególnego zagrożenia tąpaniami.

Na zaporze przeciwwybuchowej powinno się znajdować:

• w polach niemetanowych co najmniej 200 kg pyłu kamiennego lub 200 dcm³ wody w przeliczeniu na 1 m² poprzecznego przekroju wyrobiska,

• w polach metanowych co najmniej 400 kg pyłu kamiennego lub 400 dcm³ wody w przeliczeniu na 1 m poprzecznego przekroju wyrobiska.

Do obowiązków górnika strzałowego w zakresie kontroli zapór przeciwwybuchowych należy sprawdzenie:

• liczby półek na zaporze i porównanie jej z liczbą wpisaną na tablicy opisowej zapory (maksymalnie może brakować 10% półek - rezerwy)

• czy jest pył kamienny lub woda na półkach oraz czy pył jest lotny,

• odległości zapory od przodku,

• czy półki na zaporze są wywrotne.

Stwierdzone usterki górnik strzałowy usuwa osobiście lub zgłasza osobie dozoru ruchu i czasu ich usunięcia nie może przystąpić do prowadzenia robót strzałowych.

Rys. 10

Na rys. 10 pokazano schemat rozmieszczenia zapór przeciwwybuchowych metrowych stref opylenia w wyrobiskach pól metanowych.

Przykład rozmieszczenia zapór pyłowych i stref opylania

Zwalczanie zagrożeń wybuchu pyłu węglowego

Niebezpieczeństwo wybuchu pyłu węglowego zwalcza się przez stosowanie czterech

obrony.

Pierwsza linia obrony to zwalczanie pyłu węglowego w miejscu jego powstawania.

Realizowana ona jest między innymi przez:

• usuwanie pyłu węglowego

• zmywanie przodka i 10 metrowej strefy przyprzodkowej

• poprawną technikę strzałową

• właściwy dobór urządzeń zraszających

• pozbawienie pyłu lotności

Druga linia obrony to zwalczanie zapoczątkowania wybuchu polegające na stosowaniu:

• skutecznej wentylacji i kontroli metanu

Trzecia linia obrony to przeciwdziałanie rozwojowi wybuchu przez stosowanie strefy zabezpieczającej pyłem kamiennym lub wodą

Czwarta linia obrony to ograniczenie zasięgu wybuchu przez budowę zapór przeciwwybuchowych.

Zagrożenie wybuchu pyłu węglowego przy prowadzeniu robót strzałowych

Zapobieganie powstaniu wybuchu

Roboty strzałowe w wyrobiskach, w których znajduje się niebezpieczny pył węglowy, mogą być jedną z podstawowych przyczyn zainicjowania jego wybuchu.

Każda robota strzałowa powoduje wzniesienie obłoku suchego pyłu węglowego w wyrobisku i może spowodować zainicjowanie wybuchu mieszaniny pyłu z powietrzem kopalnianym wskutek powstania czynnika zapalającego.

Najczęściej do zapoczątkowania wybuchu pyłu węglowego dochodzi w wyrobiskach wąskich o stosunkowo małym przekroju, gdy istnieje większa energia jednostkowa podmuchu.

W celu eliminowania zagrożeń wybuchu pyłu węglowego od robót strzałowych, niezależnie od stosowania bezpiecznych MW i ZE wobec metanu i pyłu węglowego, należy:

• stosować prawidłową przybitkę,

• unikać przeładowania otworów strzałowych,

• zachować minimalną odległość pomiędzy otworami sąsiednimi,

• stosować prawidłową zwłokę międzystrzałową,

• stosować zabezpieczenia przeciwwybuchowe,

• przestrzegać górnych granic zawartości metanu dla danej grupy MW.

Ponieważ przy prowadzeniu robót strzałowych nawet przy poprawnym ich wykonaniu, istnieje prawdopodobieństwo wydostania się do wyrobiska gorących gazów z detonacji, zagrożenie zainicjowania wybuchu jest zawsze możliwe. Wobec tego należy - przez zmywanie strefy 10-metrowej - pozbawić pył węglowy lotności.

Zmywając wyrobisko na długości l0 m od miejsca załadowanych otworów we wszystkich

kierunkach, pozbawia się pył węglowy lotności, tak że nie unosi się on w wyrobisku w czasie

detonacji ładunków MW w przodku.

Przypadkowy inicjał nie napotyka unoszących się w powietrzu ziarenek pyłu węglowego w strefie przyprzodkowej, gdyż po zalaniu wodą są one ciężkie i w czasie podmuchu nie unoszą się w górę.

Jest to podstawowa zasada bezpiecznego strzelania w obecności pyłu węglowego, której muszą przestrzegać górnicy strzałowi.

Przykłady wybuchu pyłu węglowego

Przykład I (rys. II)

W dniu 8 lutego 2002 roku wystąpiło zapalenie i-wybuch pyłu węglowego w kopalni "Jas-Mos" w Jastrzębiu Zdroju. Wybuch nastąpi! w rejonie przodka chodnika badawczego prowadzonego na zbicie do ściany 35 W2 w pokładzie 505/1.

Przodek chodnika węglowego prowadzony był od pochylni badawczej do ściany i zaliczony został, jak wszystkie inne wyrobiska w kopalni do IV kategorii zagrożenia metanowego i klasy B zagrożenia pyłowego Urabianie prowadzona przy użyciu MW -metanitu specjalnego i zapalników elektrycznych metanowych milisekundowych Do odpalenia otworów strzałowych używano zapalarki ZK-I00. Chodnik o długości 135 ni przewietrzany był lutniociągiem tłoczącym o średnicy 800 mm i zabezpieczony metanometrią automatyczną. Maksymalna zawartość metanu w przodku 0,3%. Ze składu MW pobrano do odpalenia przodka 30 kg materiału wybuchowego i 50 sztuk zapalników elektrycznych. W dniu zdarzenia w przodku na zmianie IV zatrudnionych było 10 pracowników, w tym górnik strzałowy i sztygar zmianowy, który nadzorował roboty strzałowe. O godz.4:30 powiadomił dyspozytora ruchu kopalni o zamiarze odpalenia ładunków. Stanowisko odpalania znajdowało się w schronie strzałowym około 70 m od przodka, a pozostali pracownicy wycofani zostali tylko poza schron strzałowy, a nie do pochylni zgodnie z ustaloną dokumentacją. Po wybuchu w czole chodnika znajdowała się mała ilość urobku, do odpalenia którego można było użyć tylko kilka kilogramów MW.

Rys. 11

W wyniku poszukiwań w chodniku po wybuchu nie znaleziono materiału wybuchowego i zapalników elektrycznych,

a środki strzałowe nie były rozchodowane w dzienniku strzałowym. W oparciu o przeprowadzone badania, komisja powypadkowa stwierdziła, że przyczynami wybuchu pyłu węglowego były:

• nieprzepisowe prowadzenie robót strzałowych w tym niszczenie materiału wybuchowego i zapalników w przodku wyrobiska,

• tolerowanie nagromadzenia niebezpiecznego, wybuchowego pyłu węglowego w chodniku.

Nie wycofanie pracowników z przodka na czas wykonywania robót strzałowych, było przyczyną tak poważnego wypadku.

Końcówka rurociągu przeciwpożarowego znajdowała się 100 m od czoła przodka co świadczyło o braku możliwości zmywania przodka i 10-metrowej strefy przodkowej Ponadto nie opylono pyłem kamiennym chodnika celem utrzymania 80% strefy opylania Wybuch pyłu węglowego spowodował powstanie dynamicznie przemieszczającej się fali ciśnieniowej o bardzo wysokiej temperaturze, powstanie atmosfery beztlenowej i śmierć 10 górników. Wybuch pyłu zatrzymany został na zaporach przeciwwybuchowych w pochylni badawczej ściany 35.

W strefie zagrożenia wybuchem znajdowało się jeszcze 47 pracowników zatrudnionych w rejonie ściany 35 W-2, lecz zadziałanie ww. zapór i stabilność powietrza zapobiegła cofnięciu się gazów powybuchowych do ściany oraz umożliwiła ich odpływ z pochylni badawczej w

kierunku szybu wydechowego.

Przykład 2.

W 1976 r. w KWK Mysłowice nastąpił wybuch pyłu węglowego od robót strzałowych, w wyniku którego śmierć poniosło trzech górników a dwóch doznało ciężkich obrażeń. Okoliczności wybuchu i wypadku były następujące: górnik strzałowy po zakończeniu robót strzałowych wstrząsowych w pokładzie tąpiącym nie zużył całego lontu detonującego i zamiast odnieść go do składu MW postanowił go zniszczyć przez detonację. Zwinięty w krążek odcinek lontu umieścił na spągu, na którym znajdował się suchy pył węglowy. Następnie przymocował do lontu ZE ostry i z bezpiecznej odległości dokonał czynności odpalenia. Wskutek wzniecenia podmuchu suchego i lotnego pyłu węglowego, a następnie zainicjowania go produktami detonacji lontu, nastąpił wybuch pyłu węglowego, który rozprzestrzenił się na długości kilkuset metrów.

Przykład 3.

Dnia 5X11.1987 r. w KWK Centrum nastąpił wybuch pyłu węglowego w chodniku urabianym kombajnem. W przodku tym prowadzono roboty strzałowe wstrząsowe ze względu na zagrożenie tąpaniami.

Górnik strzałowy, podobnie jak w KWK Mysłowice, postanowił zniszczyć nieużyty odcinek lontu detonującego przez jego detonację. Rozwinął odcinek lontu na spągu wyrobiska i poprzez zainicjowanie go ZE ostrym dokonał detonacji w obecności suchego i lotnego pyłu węglowego. W wyniku detonacji lontu i podmuchu został zainicjowany wzniesiony pył węglowy. Wybuch pyłu węglowego spowodował śmierć dwóch górników oraz poparzenia jednego górnika.

5

---