Состояние и основные причины крупных аварий на угольных шахтах

УДК 622.004.6:622.86

A.Ф. Павлов

ОАО «НЦ ВостНИИ»

B. П. Баскаков ОАО ХК «СДС-Уголь» А. В. Давыдов

ООО «Разрез «Новобачатский» ОАО «Белон» А. В. Кондаков

ОАО «КЭЗСБ»

Состояние и основные причины крупных аварий на угольных шахтах

На примере крупных аварий показано происходящее старение многих технических решений и нормативных требований по промышленной безопасности угольных шахт

Ключевые слова: БЕЗОПАСНОСТЬ, АНАЛИЗ, КРУПНЫЕ АВАРИИ, УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ РОССИИ, ВЗРЫВ МЕТАНА И УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ, ПОЖАР НА ЛЕНТОЧНОМ КОНВЕЙЕРЕ

A.F. Pavlov, V.P. Baskakov, A.V. Davydov, A.V. Kondakov. Condition and main reasons of large scale accidents at coal mines

On the example of large scale accidents it is shown how many of technical decisions and safety rules in coal mines go out of date.

Key words: SAFETY, ANALYSES, LARGE SCALE ACCIDENTS, COAL MINES OF RUSSIA, METHANE AND COAL DUST EXPLOSION, FIRE ON BELT CONVEYER

Проблема безопасности в угольной промышленности исторически сводится преимущественно к безопасности угольных шахт, а в угольных шахтах - к крупным авариям с человеческими жертвами.

Крупные аварии на угольных шахтах России в основном происходят от взрывов метана с участием угольной пыли и в меньшей степени от пожаров на ленточных конвейерах и в выработанных пространствах. Вместе с тем нельзя утверждать, что всегда было так. В первой половине XX века не меньшую угрозу представляли подземные пожары.

В историческом плане взрывы метана и угольной пыли существуют столько, сколько и сами угольные шахты. При этом нельзя утверждать, что эта проблема не решалась или плохо решалась. Дело в том, что в горном производстве и на угольных шахтах происходят постоянные изменения, а вслед за ними возникает и новый подход к проблеме взрывов метана и угольной пыли.

Поэтому, изучая и решая эту проблему, приходится ее рассматривать не вообще, а в историческом плане, с учетом динамики производственно-технических и социально-экономических условий.

Особенность анализа наиболее крупных аварий в том, что каждый случай, каждое происшествие уникально и по результатам расследования каждого из них представляется возможным сделать свои выводы и предложения. Другое дело, если из всего этого может получиться какое-то обобщение. Ни о каком использовании статистических методов исследования здесь не может быть и речи из-за недостаточности опытных данных для получения достоверных статистических выводов. Все выводы и предложения разрабатываются на основе качественного анализа, то есть на основе анализа технических, организационных, социальных и личностных причин.

Основным исходным материалом для анализа наиболее крупных аварий являются акты специального расследования. При этом анализ любого происшествия представляется вполне самостоятельной работой. Каждая такая работа начинается с краткого описания существа происшествия с последующим выявлением причин, актуальных проблем и возможных направлений их решений. Здесь вполне допустимы ссылки на иные происшествия, но только с целью показать, что нечто подобное уже встречалось и прежде. В результате каждая такая работа завершается предложениями в основные направления по предотвращению подобных аварий, по снижению производственного травматизма. В итоге представляется систематизированное изложение подобных предложений.

В процессе работы потребовалось определить признаки, характеризующие крупные аварии. Крупными (условно) приняты такие аварии с групповыми несчастными случаями, при которых число несчастных случаев со смертельным исходом достигает 5 и более человек. Часто именно это условие является основным признаком для того, чтобы для расследования аварии назначалась правительственная комиссия.

Если учесть, что в новейшей истории России волна крупных аварий, связанных с взрывами метана с участием угольной пыли, началась в 1992 г. с аварии на шахте им. Л.Д. Шевякова, то для полноты анализа современных крупных аварий было рациональным охватить не все, а наиболее крупные из них, начиная с этого события.

Взрыв метана и угольной пыли на шахте им. Л.Д. Шевякова в Кузбассе

Взрыв метана и угольной пыли произошел 1 декабря 1992 г. на шахте им. Л.Д. Шевякова. При этом погибли 25 шахтеров и 5 травмировались.

Очистные участки, на которых произошла авария, отрабатывали пласт III в уклонном поле. Мощность пласта 8,5 - 10,1 м, угол падения от 2 до 80. Пласт III склонен к самовозгоранию, опасен по взрывчатости угольной пыли, природная газоносность составляла 11 м3/т. Добыча угля в лавах аварийного района велась механизированными комплексами 4-КМ-130.

1 декабря 1992 г. в 5 ч 10 мин произошел взрыв метана в лаве 3-0-1-6 во время работы комбайна по выемке угля. Взрыв метана инициировал взрыв угольной пыли.

На момент аварии в лавах 3-0-1-6 и 3-0-1-7 работали соответственно 13 и 10 человек. Продукты взрыва были вытеснены в выработки гор. +260 м, и загазированной оказалась практически вся шахта. Вне аварийного участка в это время работали 33 человека, из которых двое погибли в горных выработках гор. + 240 м. В ходе ведения спасательных работ и работ по

локализации пожара произошло еще 15 взрывов, приведших к полному или частичному разрушению 11 км выработок уклонного поля.

Авария на шахте им. Шевякова по разрушительной силе первого и последующих взрывов метана и угольной пыли не имела аналогов. Взрывная волна после первого взрыва при движении по горным выработкам вызвала их разрушение, а также частично повредила канал вентилятора главного проветривания и перекрытие надшахтного здания. Количество подаваемого в шахту воздуха при этом сократилось на 64%. В сбойках между капитальными уклонами с разнонаправленным движением вентиляционных струй глухие перемычки оказались разрушенными, вследствие чего схема проветривания уклонного поля пласта III после взрыва была полностью нарушена. Быстро развившийся по сети горных выработок пожар осложнил обстановку, и горноспасателям не удалось проникнуть к пострадавшим.

Правительственная комиссия, расследовавшая эту аварию, установила, что накопление метана до взрывной концентрации произошло в верхней части лавы 3-0-1-6 по одной из следующих наиболее вероятных причин:

- интенсивного выделения метана из свежеобнаженной поверхности почвы пласта в процессе выемки угля комбайном;

- повышенного выделения метана из забоя и пачки угля, находившейся в кровле и верхней части лавы, в зоне геологического нарушения, что могло привести к образованию местного слоевого скопления метана повышенной концентрации;

- выброса метана из выработанного пространства вследствие интенсивного обрушения основной кровли.

Вероятными источниками воспламенения метана явились:

- повреждение электрического кабеля, питающего комбайн, или неисправности других элементов электропривода комбайна;

- фрикционное искрение при ударе вращающихся рабочих органов комбайна о породу.

Комиссией при расследовании аварии были выявлены также нарушения правил безопасности при ведении горных работ, в частности:

- неудовлетворительно осуществлялся контроль ранних признаков самовозгорания угля;

- периодичность мероприятий по предупреждению взрывов угольной пыли устанавливалась без учета результатов контроля опасности взрыва угольной пыли в сети горных выработок;

- горные выработки, прилегающие к очистным забоям, эксплуатировались при высоком уровне их запыленности.

Принятые на шахте мероприятия по пылевзрывозащите горных выработок соответствовали требованиям «Правил безопасности...» и «Инструкции по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли». Основным способом предупреждения и локализации взрывов пыли определена сланцевая пылевзрывозащита, включающая осланцевание поверхности выработок и установку заслонов. На момент аварии уклонное поле «3-0» ограждали одиннадцать заслонов. Во время взрыва сланцевая защита не сработала, локализации взрыва не произошло.

Замечания. Разработка высокопроизводительной отечественной горной техники по выемке и транспортировке угля не сопровождалось адекватными разработками техники по дегазации угольных пластов и улавливанию угольной пыли непосредственно у мест её образования. Возросшая интенсивность горных работ привела к адекватному возрастанию интенсивности поступ-

ления в сеть действующих горных выработок и метана, и угольной пыли. В результате принятые на шахте мероприятия по пылевзрывозащите горных выработок хотя и «соответствовали требованиям «Правил безопасности...» и «Инструкции по предупреждению и локализации взрывов угольной пыли», но оказались неэффективными, как неэффективной, устаревшей оказалась и действующая система сланцевой защиты.

Пожар на ленточном конвейере и взрыв метана на шахте «Центральная» на Урале

На шахте «Центральная» 7 сентября 1993 г. воспламенение конвейерной ленты вызвало обрушение и загазирование горной выработки и взрыв метана. Погибли 3 работника шахты и 22 горноспасателя.

Около 17 ч 00 мин горнорабочий попытался запустить в работу перегружатель и лавный конвейер, но они не включались. В это время горный мастер обратил внимание, что датчик контроля метана обесточен и послал электрослесаря для выяснения причины отсутствия энергии. Не дойдя 25-30 м до приводной станции второго ленточного конвейера, электрослесарь увидел пламя, о чем срочно сообщил горному мастеру.

Горный мастер аварийного участка, получив сообщение о пожаре, вместе с горнорабочим направился к месту пожара. Там они увидели, что за перегрузом на протяжении 1,5 м горит конвейерная лента с неходовой стороны. Попытка потушить пожар оказалась безрезультатной, так как в пожарном трубопроводе не было воды, а пенный огнетушитель не включился. Тогда горный мастер вывел людей из лавы на свежую струю (на вентиляционный штрек), по телефону сообщил диспетчеру о пожаре и об отсутствии воды в пожарном трубопроводе.

В 17 ч 48 мин на шахту прибыли два отделения горноспасателей, которые были направлены по четырем разным маршрутам.

Примерно в 19 ч 20 мин на конвейерном штреке лавы произошел взрыв метана. Затем в течение 20 мин произошло еще несколько взрывов метана меньшей мощности. Ударная волна от них распространилась по вентиляционному штреку, в результате чего в штреке образовались завалы. В выработках, подвергшихся воздействию взрыва, находились 2 работника шахты и 22 горноспасателя. Кроме того, до взрыва в транспортном уклоне был обнаружен без признаков жизни рабочий участка конвейерного транспорта. А 11 октября при подключении водораспылительной завесы к противопожарному трубопроводу в конвейерном штреке лавы №84 в условиях высокой температуры (28-420 С) от острого перегрева организма (тепловой удар) скончался респиратор-щик.

По выводам комиссии причинами аварии и группового несчастного случая явились:

- взрывы метановоздушной смеси в конвейерном штреке, в лаве и на участке вентиляционного штрека, примыкающего к очистному забою;

- воспламенение метана с последующим его взрывом произошло от пламени, возникшего при загорании ленты и деревянных элементов крепи на натяжной станции ленточного конвейера в 250 м от лавы. Развитию пожара способствовали отсутствие воды в противопожарном трубопроводе, наличие неисправных огнетушителей, крепление выработки сгораемой крепью;

- накопление метана до взрывной концентрации в результате сокращения подачи количества воздуха, поступающего на выемочный участок из-за завала выработки в месте пожара;

- неудовлетворительная организация работ по ликвидации аварии и ведению горноспасательных работ в начальный период, потеря управления отделениями горноспасателей, направленными в шахту.

Замечания. 1 Высокоскоростные конвейеры при трении ленты способны нагреть неподвижный металлический ролик настолько, что стоит конвейеру остановиться, как лента загорается. Вместе с тем организовать обычное наблюдение за работой конвейеров людьми сложно из-за большой их протяженности. Необходимы технические решения.

2 Противопожарный провод, безусловно, должен быть наполнен водой, однако на стыках металлических труб образуются течи воды, что создает определенные неудобства работникам и поэтому воду часто отключают. Необходимы технические решения, исключающие подобное неудобство.

Взрыв метана и угольной пыли на шахте «Зыряновская» в Кузбассе

На шахте «Зыряновская» 2 декабря 1997 г. в лаве, оборудованной механизированным комплексом КМ-138, при работе комбайна по выемке угля произошел взрыв метана и угольной пыли. Погибли 67 человек, 6 человек травмированы.

Источником воспламенения метанопылевоздушной смеси явился открытый источник огня, возникший в результате разрушения комбайном при его движении вверх по лаве изолирующего самоспасателя ШСС- 1У и загорания кислородсодержащего продукта, находящегося в нем. Температура горения этого продукта превышает 1000°С.

Накопление метана (местное скопление) до взрывоопасного содержания в труднопровет-риваемой зоне между шнеками, корпусом комбайна и забоем произошло в результате повышенного выделения его из отбитого угля и значительного сокращения воздухообмена в призабойном пространстве между плоскостью забоя и комбайном. Расход воздуха в этой зоне над комбайном составил 210 м3/мин, а между шнеками - 140 м3/мин, что привело к возрастанию концентрации метана до 4,2% при средней по сечению лавы 0,8%. Повышению концентрации метана в этом районе способствовало выделение его из трещин в почве пласта.

Наряду с увеличением содержания метана в месте расположения комбайна при его работе происходило интенсивное пылеобразование с концентрацией взвешенной в воздухе угольной пыли выше нижнего предела ее взрываемости, составляющей 14 г/м3, что привело к образованию взрывчатой метанопылевоздушной среды. Нижний предел воспламенения смеси взвешенной угольной пыли и метана ниже, чем отдельных составляющих ее компонентов (метана 2% и взвешенной угольной пыли 3,5 г/м3).

Наличие открытого источника пламени в этой среде вызвало взрыв метанопылевоздушной смеси. Образовавшаяся при этом ударная волна привела во взвешенное состояние отложившуюся угольную пыль с элементов секций крепи КМ-138 в выработанном пространстве лавы и прилегающих к ней выработках.

Создание пылевзрывоопасной обстановки на аварийном участке явилось следствием высокого уровня запыленности при производстве основных процессов - добыче угля, передвижении секций крепи, транспортировке угля конвейерами, обусловленного низкой естественной природной влажностью пласта (2,7%) и плохой смачиваемостью углей марки Ж.

Об активном участии угольной пыли во взрыве свидетельствуют анализы пыли, отобранные в выработках, подвергшихся взрывному воздействию. Потеря летучих веществ в этих пробах достигает 40%.

Замечания. 1 Подобный механизм возникновения крупной аварии повторился в 2007 г. на шахте «Юбилейная», в которой пострадало 47 человек, в том числе 39 смертельно. Причиной аварии явилось повреждение комбайнового кабеля в ограниченном объеме метана взрывоопасной концентрации, образовавшемся в трудно проветриваемой зоне между корпусом комбайна и конвейером, с последующим взрывом угольной пыли в обширной сети горных выработок.

2 Подобный механизм возникновения крупной аварии повторился в 2007 г. на шахте «Ульяновская», в которой пострадало 118 человек, в том числе 110 смертельно. Причиной аварии явилось повреждение комбайнового кабеля в ограниченном объеме метана взрывоопасной концентрации с последующим взрывом угольной пыли в обширной сети горных выработок.

3 Повторим, что в современной угольной шахте при оснащении современными техническими средствами выемки и транспортировки угля основной угрозой в возникновении крупных аварий является не метан, а угольная пыль. Не будь угольной пыли, происшествие завершилось бы локальным воспламенением метана, а такие воспламенения на шахтах г. Прокопьевска происходят довольно часто.

4 На самоспасатель как источник воспламенения довольно часто ссылаются в актах расследования аварий. И это представляет самостоятельную техническую проблему.

Взрыв метана на шахте «Распадская» в Кузбассе

30 марта 2001 г. на шахте «Распадская» в горных выработках пласта 10 блока 3 в непосредственной близости от ВМЦГ-7 произошел взрыв метана. Травмировано 11 человек, из них 4 со смертельным исходом.

При интенсивной отработке лавы 4-10-23 с подвиганием забоя 10-15 м/сут произошла запоздалая просадка основной кровли. При этом метан из выработанного пространства лавы выдавился в путевой штрек 3-10. В это время на путевом штреке 3-10 обрушившимися породами повредился бронированный кабель, произошло короткое замыкание и воспламенение метана. Возникшим избыточным давлением выдавило перемычки, изолировавшие откаточный штрек от выработанных пространств трех вышележащих отработанных лав. Огонь распространился в вышележащее выработанное пространство и достиг газоотсасывающей установки, установленной за перемычкой вблизи бремсберга на вентиляционном штреке вышележащей отработанной лавы 3-107, где превратился во взрыв ограниченного объема метановоздушной смеси.

Замечания. Подобный механизм возникновения и развития крупной аварии повторился и на шахте «Тайжина» в 2004 г. Скоростное подвигание очистного забоя создает благоприятные условия для поддержания кровли в очистном забое, но образуемое за сравнительно короткое время большое обнажение кровли в выработанном пространстве влечет за собой в сеть действующих горных выработок экстремальные геомеханические и аэрогазодинамические нагрузки при осадке основной кровли. Приемлемых технических решений по ним практически нет.

Выводы

1 Приведенные примеры крупных аварий на угольных шахтах России показывыают, что основной причиной возникновения и формирования крупных аварий являются неудовлетворительные технические решения по обеспечению промышленной безопасности угольных шахт. Однако отсюда вовсе не следует, что инженерная мысль не работает. Скорее всего, это следствие сложившейся хозяйственной политики.

2 Используемые организационно-технические решения по средствам и способам обеспечения промышленной безопасности угольных шахт во многом устарели и не соответствуют современному уровню развития техники и технологии работ по выемке и транспортировке угля. Возникло глубокое противоречие, несоответствие между техническими средствами и способами и организационно-техническими, конструктивными и проектными решениями, ориентированными, с одной стороны, на обеспечение производственных процессов по выемке и транспортировке угля, а с другой, - на обеспечение процессов заблаговременного обнаружения и предотвращения таких опасных явлений, как взрывы метана и угольной пыли, пожаров, внезапных выбросов.

3 Подавляющее большинство причин неадекватного поведения обслуживающего персонала следует воспринимать всего лишь как следствие устаревших технических решений и нормативных требований по охране труда и обеспечению промышленной безопасности в современных условиях ведения горных работ.