Исследование состояния проветривания коммуникационных коллекторов в г. Москве

К 70-летию КАФЕДРЫ «АЭРОЛОГИЯ ; И . ОХРАНА ; ТРУДА» ; .

1

И

звестно, что крупные города, называемые иначе мегаполисами, не могут существовать без хорошо развитой, разветвленной сети коллекторных тоннелей различного назначения.

По своему виду коллектора подразделяются на проходные, полупроходные и непроходные. Проходные и полупро-ходные коллектора подразумевают возможность присутствия в них человека для контроля над состоянием коллектора и различных коммуникаций находящихся в нем. Так как коллектор - это подземное сооружение, в котором предусматривается присутствие человека, то встает вопрос о безопасности такого рода пребывания.

Коллектора сооружаются из расчета существования на протяжении длительных временных периодов - до нескольких десятков лет. В этой связи возникает вероятность накопления в них природного газа и других ядовитых веществ, которые могут негативно сказаться на физическом состоянии человека. Также нельзя не учитывать возможность прорыва коммуникаций находящихся в коллекторе или вблизи него на поверхности, влекущую за собой возникновение аварийной ситуации. Такие аварии, связанные с изменением состава воздуха в коллекторе, требуют применения специальных мер по приведению выработки в безопасное состояние. Для нейтрализации такого рода воздействия в коллекторных сетях мегаполиса предусматривается вентиляция, эффективность которой достигается выбором рациональных методов и схем проветривания.

1. Состав атмосферы коммуникационных коллекторов г. Москвы

До настоящего времени не существует нормативных документов, регулирующих эксплуатацию коммуникационных коллекторов в отношении их вентиляции. Для разработки правил контроля состава атмосферы в коммуникационных коллекторах было произведено обследование состояния атмосферы коллекторов в период с мая по июль 1999г. включительно, т.е. в период наиболее неблагоприятных условий по фактору вентиляции. Отбор проб воздуха был произведен в 29 коллекторах. Причем объекты исследований подбирались по трем территориальным признакам:

• промышленные районы;

• крупные автомагистрали;

• спальные районы города.

Анализ проб производился в газоаналитической лаборатории МВГСО «Металлургбезопасность» с помощью стандартных методов. Пробы воздуха исследовались на содержание следующих компонентов: кислород, оксид и диоксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, сероводород, метан, формальдегид, пары бензина. Концентрации газов определялись методом газохроматогра-фии, аналитическими и линейноколористическими методами. Содержание метана определялось также на основании показаний кондуктометрических датчиков метана ДМТ, установленных в обследуемых коллекторах.

Анализ результатов измерений показал следующее.

Состав атмосферы коммуникационных коллекторов имеет некоторые отличия от воздуха на поверхности:

• содержание кислорода в некоторых коллекторах ниже, чем в земной

атмосфере, т.к. источников выделения или образования кислорода в коллекторах нет;

• в отдельных коллекторах концентрация кислорода составляла 19,0 - 19,5 %;

• были выявлены единичные случаи присутствия вредных газов;

• высокое содержание водяных паров.

Так, содержание кислорода в нескольких коллекторах (Ленинградский, Хорошовский, РЭК-1; Гагаринский, Старокалужский, РЭК-З; Автозаводской, РЭК-6) оказалось ниже допустимой нормы, что неблагоприятно сказывается на самочувствии людей, выполняющих работы по обслуживанию коллектора. Высокая влажность еще более ухудшает качество воздушной среды, т.к. присутствие водяных паров снижает парциальное давление кислорода.

Из вредных газов в наибольших количествах встречаются оксид и диоксид углерода (СО и С02). В незначительных количествах отмечались оксиды азота, пары бензина, диоксид серы (сернистый ангидрид).

Содержание СО в нескольких коллекторах превышало ПДК (Хорошов-ский, РЭК-1; Старокалужский, РЭК-З; Старое Русло, Автозаводской, РЭК-6).

Концентрации С02 были выше, чем на поверхности, но в пределах допустимых норм.

В коллекторах Ленинский-131 и Ангарская ул. д. 22 корп. 2 №15 отмечался запах нефтепродуктов, лабораторные анализы показали следы тяжелых углеводородов. Источником их были лакокрасочные работы. Повторные анализы присутствия вредных паров не подтвердили.

По данным лабораторных анализов, метан (природный газ) в обследованных коллекторах отсутствовал. По показаниям аппаратуры непрерывного контроля метана (ДМТ), содержание его изменялось в диапазоне 0,01 - 0,09 %, не превышая 0,1 %, т.е. в пределах погрешности измерения приборов. Следует отметить также неправильное размещение датчиков контроля метана: для обнаружения слоевых скоплений их необходимо устанавливать под самой кровлей выработок (поскольку метановый слой может иметь толщину в несколько сантиметров).

Остальные вредные примеси не превышали ПДК.

Таким образом, состав атмосферы обследованных коллекторов незначи-

тельно отличается от допустимого по санитарным нормам.

2. Характеристики микроклимата коммуникационных коллекторов

Нормативные параметры микроклимата должны обеспечиваться системой вентиляции. Проветривание коллекторов осуществляется с использованием свободных (полуограни-ченных) струй, создаваемых рассредоточенными по длине коллектора вентиляторами, работающими на нагнетание. При этом искусственная вентиляция включается периодически. Включение вентиляторов осуществляется в период отсутствия людей в коллекторе 1-3 раза в сутки. Вентиляция длится в течение 60 - 90 мин. Затем вентиляторы отключаются, и в коллектор спускаются люди для выполнения тех или иных работ. Зачастую технический персонал, обслуживающий коллектор, отказывается от включения вентиляторов во избежание поднятия пыли.

При обследовании состояния атмосферы коллекторов одновременно с отбором проб воздуха определялись параметры микроклимата: температура, относительная влажность и скорость движения воздуха. Измерение скоростей движения воздуха осуществлялось с помощью анемометра. Измерение температуры и относительной влажности -электротермометром.

На основании проведенного обследования можно сделать следующее заключение.

Температура воздуха практически во всех коллекторах не отвечает допустимым нормам. Ее значение существенно зависит от температуры воздуха на поверхности (в летний период температура в коллекторе на 5—10 °С ниже) и наличия теплопроводов в коллекторе. Последние являются основным источником тепла, обеспечивающим повышение температуры воздуха значительно выше допустимых норм. При отсутствии теплопроводов температура воздуха определяется, главным образом, метеоусловиями на поверхности. В этом случае температура в коллекторе может быть значительно ниже допустимой. Наличие участков коллекторов с резкими перепадами температур также является вредным фактором, усугубляющим негативное влияние условий труда на здоровье работающих.

Влажность воздуха, как правило, повышенная: практически во всех обследованных коллекторах относительная влажность превышает 70 %. Исследова-

ния проводились в мае и в июле 1999 г., т.е. в периоды с ярко выраженными соответственно низкими температурами воздуха на поверхности при переменной облачности (май) и высокими, значительно превышающими среднегодовые при практическом отсутствии дождей.

Повышенная влажность усугубляет воздействие на человека как низких, так и высоких температур воздуха на рабочих местах, что имеет место в коллекторах. Кроме того, повышенная влажность способствует разрушению металлоконструкций и изоляционных покрытий, повышает электропроводимость воздуха и опасность электропоражений.

Подвижность воздуха в коллекторах оценивалась путем измерения распределения скоростей движения при остановленных вентиляторах (рабочее состояние атмосферы) и при их включении. Предполагается, что вентиляция должна обеспечивать трехкратный воздухообмен. В действительности требуемый воздухообмен в обследованных коллекторах не обеспечивается, чем и обусловлено снижение концентраций кислорода, «застой» вредных примесей и повышенная влажность воздуха.

Как показали результаты обследования, скорости движения воздуха при остановленных вентиляторах практически нулевые по всей длине коллектора. При включенных вентиляторах дальнобойность струи не превышает 6,0 м, поэтому движение воздуха при скоростях 0,4-

0,2 м/с наблюдается на расстояниях до 6,0 м от источника тяги.

Естественная тяга (за счет разности плотностей столбов воздуха) наблюдается только в отдельных случаях (например, коллекторы Дорогомиловский, Бородинский), в коллекторах, где есть участки с протяженными теплопроводами и участки без них. При этом обеспечивается движение воздуха по выработке, где температура воздуха ниже (теплопровод отсутствует) в сторону выработки с теплопроводом. В летний период скорость движения воздуха под действием этой тяги не превышает 0,2 м/с. Очевидно, в зимний период ее значение будет выше. Но на участке с теплопроводом температурное поле выравнивается, и скорость его движения падает до нуля.

Таким образом, исследование параметров микроклимата выявило недопустимо низкую эффективность вентиляции коммуникационных коллекторов.

3. Источники вредных газов

Воздух в коллекторах представляет собой смесь газов и паров, заполняющих подземные выработки. Химический состав его очень важен с точки зрения обеспечения нормальных санитарногигиенических и безопасных условий жизнедеятельности при эксплуатации коллекторов. Проведенное обследование состояния атмосферы коллекторов показало, что наиболее вероятно присутствие в атмосфере водяных паров, оксида и диоксида углерода, метана, в незначительных количествах оксидов азота, сероводорода, паров бензина, акролеина, а также органических и неорганических растворителей. Кроме того, при авариях на газоопасных объектах химической, пищевой и др. отраслей, расположенных на поверхности, возможно появление любых химических веществ, используемых или складируемых на этих объектах.

Значительное количество вредных газов появляется в атмосфере коллектора при пожаре. В этом случае кроме оксидов углерода выделяются ядовитые примеси при горении электроизоляции.

В нормальном (безаварийном) режиме функционирования коллектора внутренних (собс-твенных) источников вредных газов, кроме водяных паров, как правило, нет. Источниками их появления являются технологические процессы, протекающие в коллекторах. Такие, как сварочные работы, окрасочные работы, нанесение изолирующих покрытий, и т.п. Вследствие низкой эффективности вентиляции вредные выделения длительное время остаются в атмосфере коллектора.

Водяные пары, присутствующие в атмосфере коллекторов, также можно отнести к вредным примесям, которые ухудшают условия труда и повышают износ оборудования. Источником влаги являются, как правило, грунтовые воды, а также утечки из водопроводов.

К потенциальным (появляющимся в результате аварии) внутренним источникам вредных газов относятся также возможные пожары в коллекторе.

Пожарные газы весьма токсичны, и защита от них должна предусматриваться планом ликвидации аварий.

Появление вредных газов в коллекторе возможно также в результате попадания их с поверхности, т.е. от внешних источников, таких, как бензозаправочные станции, склады и хранилища вредных и токсичных веществ, автомагистрали, расположенных в зоне забора воздуха вентиляторами, и др.

Особую опасность представляет собой метан (природный газ). Он может выделяться как из внутренних источников (при пересечении коллекторами слоев грунта, содержащих органические включения или отходы, а также из грунтовых вод, в которых может присутствовать растворенный метан), так и из внешних: при пересечении газовых магистралей, при наличии утечек газа из них или при авариях, связанных с разрушением газопроводов и хранилищ газа на поверхности.

Выводы

1. Исследованиями установлено, что на протяжении большей части коллектора движение воздуха отсутствует или имеет место ламинарное течение с весьма низкими скоростями. При таком режиме перемешивание (разбавление) и вынос вредных газов из коллектора осуществляется не активной струей воздуха, а только за счет молекулярной

диффузии, характеризующейся крайне низкой интенсивностью. Это создает условия, благоприятные для образования местных скоплений при появлении локальных (точечных) источников вредных газов. Особую опасность при этом представляет собой метан (природный газ), образующий с воздухом взрывоопасные смеси.

2. Система автоматизированного контроля метана в коллекторах выполнена с серьезными нарушениями. Кроме того, при отсутствии направленного движения воздуха в них, автоматический контроль не обеспечивает безопасности по газовому фактору, т.е. затраты на такие системы экономически нецелесообразны.

3. Существующие системы вентиляции коллекторов являются неэффективными, а средства вентиляции используются с низким

КПД. Для обеспечения безопасности их эксплуатации необходимо совершенствование вентиляционных систем отдельных коллекторов и коллекторных сетей мегаполиса.

4. Вопросы вентиляции коллекторов должны решаться не на стадии эксплуатации и ремонта, а прежде всего на стадии проектирования. При проектировании новых и реконструкции действующих вентиляционных систем коммуникационных коллекторов нужно учитывать следующие факторы:

• расположение воздухозаборных и воздухо-выводящих венткамер

• наличие пересечения и размещение в коллекторах различных магистралей

• внедрение новых технологических решений, оборудования и систем контроля и управления вентиляцией в коллекторных сетях.

ш

-7

Каледина Нина Олеговна —профессор, доктор технических наук, заведующая кафедрой «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.

Филин Александр Эдуардович — доцент, кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.

Скворцов С.В. — аспирант, Московский государственный горный университет. Мишин С.В. - асиираш, Московский юсуларсгкеннмй трный уникерсикч. _________________________________________________________________/