Порядок расследования, учета и анализа несчастных случаев на производстве

Для контроля взрывобезопасности действующих выработок используют приборы, сигнализаторы и системы автоматического контроля метана, пылемеры (как для оценки содержания угольной пыли в атмосфере, так и содержания инертной пыли поверх отложившейся угольной пыли при осланцевании выработки).

При взрыве метана и угольной пыли образуется ударная волна с  давлением на фронте до 2 MПa (20 кгс/см²), движущаяся со скоростью 1000 м/с. Ударная волна взвихривает отложившуюся на поверхности выработки и за крепью угольную пыль, создавая все новые и новые взрывоопасные пылевые облака. Вслед за ней с отставанием движется фронт пламени. Задержать ударную волну герметичным препятствием, например, стальной дверью невозможно. Такая дверь при взрыве будет испытывать колоссальную нагрузку. При сечении подготовительной выработки 12 м²(12-10⁴ см²) на нее будет давить 20 × 12-10⁴=2,4×10⁶ кг или 2400 т. А при сечении 15м²- еще больше - 3000 т! Экспериментально установлено, что при избыточном давлении 5 МПа (50 кгс/см²) железобетонная перемычка толщиной 4,1 м растрескалась и сдвинулась на 0,4 м. При давлении 0,1 МПа (1 кгс/см ) бетонная перемычка толщиной 0,25 м полностью разрушилась, а кирпичные перемычки толщиной 0,24-0,36 м полностью разрушались при избыточном давлении всего лишь 0,05 МПа (0,5 кгс/см²).

Но ослабить ударную волну можно, а главное - можно задержать дальнейшее распространение фронта пламени негерметичными препятствиями - сланцевыми и водяными заслонами, а также системами локализации взрыва.

Сланцевые и водяные  заслоны состоят из ряда опрокидывающихся ударной волной полок с инертной (сланцевой) пылью или легкоразрушающихся полимерных сосудов с водой из расчета 400 кг инертной пыли (воды) на 1 м² сечения выработки.

Сланцевый заслон формируется  следующим образом. Вначале под  кровлей выработки с помощью крючьев подвешиваются за крепь продольные основания по одному с каждой стороны. На эти основания устанавливаются деревянные поперечные полки с неустойчивыми опорами с боков в виде перевернутых трапеций и на них насыпается инертная пыль.

Места установки заслонов выбираются из основного принципа гашения  взрыва: где бы взрыв не возник, на пути его распространения должен находиться заслон. Заслонами должны быть изолированы очистные выработки, забои подготовительных выработок по углю, крылья шахтного поля в каждом пласте, конвейерные выработки и пожарные участки. Они размещаются на входящей и исходящей струях изолируемых выработок. Сланцевые заслоны должны устанавливаться на расстоянии не менее 60 м и не более 300 м, водяные не менее 75 м и не более 250 м от забоев очистных и подготовительных выработок, от сопряжений откаточных и вентиляционных штреков с бремсбергами, уклонами, квершлагами, а также от изолирующих пожар перемычек. В конвейерных выработках сланцевые заслоны должны устанавливаться на расстоянии не более 300 м, а водяные не более 250 м друг от друга. Сосуды с водой устанавливаются также под кровлей выработки с помощью крючьев, продольных оснований и поперечных полок. Они имеют прямоугольную форму и изготавливаются из хрупких легкораз-рушающихся при ударе пластмасс.

Механизмов локализации  взрывов заслонами несколько:

тепловой - тепловая энергия  фронта пламени расходуется на нагрев воды, водяного пара, инертной пыли, испарение воды, рассеивание теплового излучения каплями воды и инертными пылинками;

кинематический - теряется энергия взрыва на разгон диспергированного пламегасящего вещества;

аэродинамический - теряется энергия взрыва на трение диспергированного облака о поверхность выработки.

Эти заслоны являются пассивным средством взрывозащиты выработок. Основной их недостаток - они сравнительно далеки от забоя и, прежде чем они сработают, значительная часть выработки (на протяжении 60-300 м) с находящимися в них оборудованием и крепью будут разрушены. Они также громоздки - занимают 20-30 м выработки. Указанные недостатки устраняются, если применять автоматические заслоны, перемещаемые по выработке и которые можно расположить недалеко от забоя.

Таким средством взрывозащиты является автоматическая система локализации  взрыва метана и пыли «Заслон АВП-1». Она обеспечивает не только локализацию взрывов различной мощности в начальной стадии развития, но и вспышки метана при взрывных работах в подготовительных выработках. Она состоит из датчика пламени взрывоподавляющего устройства, подвешенного в верхней части выработки с помощью роликоопор к монорельсовой дороге. По сигналу датчика пламени (раскаленные продукты ВВ из-за плохой забойки вырвались в выработку) взрывается электродетонатор мгновенного действия, затем мгновенно взрывается детонирующий шнур, а от него - распыляющий пламегаситель заряд ВВ. Пламегаситель размещается в шланговой упаковке в виде состыкованных боками трех контейнеров вокруг этого заряда. Поперечное сечение «Заслона АВП-1» изображено на рис. 1.

 

 

Рис. 1. Конструкция «Заслона АВП-1»:

1 - контур кровли выработки; 2 - монорельс; 3 - роликоопора; 4 - трехсекционный  контейнер; 5 - детонирующий шнур; 6 - распыляющий заряд ВВ; 7 - пламегаситель в шланговой упаковке

 

Распыление пламегасящего  порошка в направлении оси выработки позволяет за 30-50 мс перекрыть все ее поперечное сечение, а за 2-4 мс - верхней части без сохранения каналов, по которым, поджигая слоевое скопление метана, могло бы проскочить пламя. Длина заслона 4-14 м, размещается от забоя перед взрыванием ВВ в 7-20 м (рис. 2).

 

Рис. 2. Сработавший на пламя (2) «Заслон A1IB-1» (3) в штреке (4): 1 - забой; 5 - облако пламегасителя

При взрыве распыляющего заряд ВВ полиэтиленовая шланговая  упаковка разрывается и пламегасящее вещество распыляется вперед и в боковые стороны через лепестковые клапаны в наружных стенках контейнера перпендикулярно оси выработки одновременно по всей длине заслона (клапаны не показаны).

Взрывозащита - это комплекс средств обеспечивания нормальной эксплуатации электрооборудования в местах, опасных по взрыву газа или пыли (горные выработки, обогатительные фабрики, предприятия химической, газовой, нефтяной промышленности и др.). Электрические устройства, обеспеченные взрывозащитой, называются взрывозащищенным электрооборудованием. В зависимости от области применения взрывозащишенное электрооборудование подразделяется на две группы

I - рудничное взрывозащищенное, предназначенное для подземных  выработок шахт и рудников, опасных  по газу или пыли, маркировка

II - взрывозащищенное для внутренней и наружной установки, кроме рудничного взрывозащищенного, маркировка «Е_х»

Рудничное взрывозащищенное электрооборудование, применяющееся на угольных шахтах, имеет маркировку, Указывающие уровень взрывозашиты: «РП» - электрооборудование повышенной надежно против взрыва; "РВ" - взрывобезопасное электрооборудование; «РО» -особовзрывобезопасное электрооборудование.

Наиболее опасным источником воспламенения и последующего взрыва метана является электрическая дуга короткого замыкания, имеющая температуру до +3500 °С. При наличии взрывчатой концентрации метана 5-15 % и электрической дуги, например, при обычном размыкании-замыкании электрических контактов в пусковой аппаратуре (пускателях, фидерах), при межвитковом замыкании в электродвигателе, трансформаторе, передача взрыва из оболочки этих устройств в атмосферу выработки или иного сооружения, заполненного метаном при аварии, казалась бы неизбежна. В результате появилась техническая проблема обезвреживания дугообразования в электрооборудовании. Исторически она решалась следующими этапами.

1  этап. Разделение  в пространстве взрывоопасной  среды и источника воспламенения путем заполнения оболочки электрооборудования диэлектриком, например, трансформаторным маслом. Недостаток -возможны утечки масла, а оно горюче. Масляные лужи вокруг оборудования могут загореться.

2  этап. Создание взрывонепроницаемой  герметичной оболочки электрооборудования  с помощью прокладок между  корпусом и крышкой, стягиваемых болтами. Но следует учитывать, что при горении метана (или другого горючего газа) образуется много тепла, например, для метана

 

 

За счет этого в  оболочке возникает давление примерно 6,5 кгс/см². А горение и даже взрыв метана внутри оболочки весьма вероятны, т.к. при регулярных ремонтно-профилактических работах добиться постоянной полной герметичности оболочки практически невозможно. Прокладку можно повредить и даже потерять. При нагреве будет разлагаться изоляция с дополнительным образованием горючих газов. Сменяющие друг друга нагревание и охлаждение внутри оболочки будут приводить к выпадению в ней влаги, а затем к ухудшению изоляции, окислению контактов и др.

3 этап. Нормирование зазоров  - щелей между корпусом и крышкой оболочки электрооборудования, малых по высоте, но достаточно широких. И никаких прокладок, которые можно повредить или даже потерять. Экспериментально установлено, введя резерв для обеспечения безопасности, что при зазоре фланцевого соединения 0,5 мм продукты взрыва, пройдя через него, охлаждаются ниже температуры воспламенения горючего газа. Так возникла фланцевая взрывозащита электрооборудования, работающего во взрывчатой атмосфере.

Наиболее простые в  изготовлении плоские фланцы (рис. 3, а). Более сложные, но более надежные, лабиринтные фланцевые соединения (рис. 3, б). Охлаждение продуктов горения (взрыва) происходит за счет их турбулизации в щели и отдачи тепла массивным фланцам. Контроль взрывозащиты такового электрооборудования сводится к периодическому регулярному контролю величины зазора щупом. При необходимости зазор нужно уменьшить, подтянув болты, скрепляющие корпус с крышкой.

 

Рис. 3. Фланцевая взрывозащита электрооборудования с нормированным зазором (3) между крышкой (2) и корпусом (5):

а - плоское, б - лабиринтное  фланцевые соединения; ] - продукты горения (взрыва) внутри оболочки; 4 - фронт горения (взрыва); 6 - лабиринт; 7 - капли расплавленной меди

 

Но если внутри оболочки произойдет короткое замыкание между  токоведущими жилами из меди (алюминий в шахте не пригоден, т.к. он горит), то плоские фланцы могут и не локализовать взрыв. Расплавленные капли меди могут вырваться из оболочки через щель, не успев охладиться до температуры ниже температуры воспламенения горючего газа. А в лабиринте между фланцами (см. рис. 3, б) капли меди гасят свою скорость и охлаждаются, ударяясь на крутых поворотах о корпус и крышку оболочки электрооборудования. Следует отметить, что наличие тяжелого взрывозащищенного электрооборудования неизбежно. Это дань безопасности.

При пожаре в шахте  помимо метана СН₄ могут взрываться и другие горючие газы (их называют «пожарные») - окись углерода СО, водород Н₂, образующие горючую взрывоопасную смесь. Для взрыва этой смеси необходимы источник высокой температуры и определенная минимальная концентрация кислорода 0₂. Метан взрывается при концентрации 5 - 15 %, окись углерода – 16 -74 %, водород - 4-74%. Для установления возможности взрыва смеси этих газов необходимо знать сумму их концентраций и содержание кислорода в атмосфере пожарного участка.

Вначале горноспасатели в респираторах (отделение разведки) берут пробы газовой смеси из атмосферы пожарного участка и производят их анализ с помощью хромотографического газоанализатора «Поиск-2» или аппаратуры непрерывного исследования рудничной атмосферы дистанционно, используя аппаратуру «пучка трубок». Наряду с определением концентрации кислорода О₂ и горючих газов СН₄, СО и Н₂ подсчитывают сумму концентраций горючих газов С_г(%):

 

С_Г=СН₄+СО+Н₂,

 

где СН₄, СО и Н₂ - концентрация метана, окиси углерода и водорода, %.

Далее рассчитывают объемную долю каждого горючего газа в смеси Р:

 

             

 

Правильность расчетов определяют по соотношению

 

 

Затем из набора графических  изображений «треугольников взрываемости», полученных экспериментально в лаборатории, отбирают соответствующий данной объемной доле окиси углерода Р_со и на график в координатах О₂ % - С_г % наносят точку X, соответствующую газовым параметрам пожарного участка в данное время, и оценивают, как близко точка X располагается от треугольника взрываемости. В соответствии с этим выбирают необходимые меры защиты горноспасателей от возможного взрыва горючих газов.

На рис. 4 показаны основные принципы построения треугольника взрываемости но результатам экспериментов в лабораторной взрывной камере и пользования этим треугольником. Эти эксперименты выполнялись и анализировались следующим образом. Стальная камера с окном, перекрытым прозрачной плотной бумагой, заполнялась смесью О₂, СН₄, СО и Н₂ и в нее подавалась электрическая искра. Результаты экспериментов наносились в виде точек на координатное поле 0₂ - С_г. Если был взрыв, на поле ставилась черная точка, а если не было - светлая. Как установлено многочисленными экспериментами, область черных точек отделяется от светлых фигурой в виде треугольника. Его и назвали «треугольником взрываемости».

 

Рис. 4. Принципы построения «треугольника взрываемости» по экспериментам во взрывной камере и пользования им:

• - был взрыв; º - взрыва не было; X - состояние атмосферы перед взрывом; Х-8 - траектория неуправляемого движения точки X; Х- 20 и Х- 0 - траектории движения точки X при противовзрывных мерах

 

Треугольники взрываемости имеют следующие характерные  особенности:

а)  каждый ограничен концентрацией О₂= 20% (больше в шахте не бывает) и 0₂= 8 % (при меньшей концентрации смесь горючих газов не взрывается);

б)  их площадь увеличивается  с уменьшением доли СН₄ и увеличением доли Н₂ (водород более взрывоопасен, он взрывается при температуре всего лишь +300 °С);

в)  с уменьшением  доли СО треугольники смещаются правее, т.е. взрыв становится возможным  при большей концентрации горючих  газов.

Изображенная на рис. 4 точка X в виде квадрата может перемещаться по траекториям: Х- 8; Х- 20; Х- 0. Х- 8 - это траектория неуправляемого (опасного) движения точки X с пересечением треугольника взрываемости. Х- 20 и Х- 0 - это траектории управляемого движения точки X соответственно при усилении активного проветривания пожарного участка (свежий воздух вытесняет горючие газы и концентрация кислорода доходит до 20 %) и при заполнении участка инертным негорючим газом, например, азотом N₂ или двуокисью углерода СО₂ (инертные газы вытесняют как кислород, так и горючие газы).