Актуальнейшей проблемой угольной промышленности является безопасность горных работ, связанная со взрывами метана и сопутствующими им взрывами угольной пыли, что во многих случаях приводит к массовым жертвам. На слуху взрывы на шахтах «Ульяновской» (Россия, Кузбасс) в 2007 году, когда погибли 110 человек, им. А.Ф.Засядько (Украина, Донбасс) в том же году – погибли 130 человек, «Распадской» в 2010 году (Россия, Кузбасс) погибли 91 человек. К сожалению, подобных примеров можно еще приводить много, шахты взрываются во всем мире, где есть угольная промышленность. Взрывы происходили как ранее, — были случаи, когда одновременно гибли более тысячи человек. Взрывы происходили и совсем недавно – в феврале 2013 года произошёл взрыв на шахте «Воркутинской» (Россия, Печорский бассейн), погибли 18 человек, в марте – на шахте в гор. Байшань (Китай), погибли 28 человек, в апреле 2014 года – на шахте им А.А.Скочинского (Украина, Донбасс), погибли 7 человек, в июне 2014 года на шахте в гор. Кировском (там же), погибли 9 человек, в марте 2015 года на вышеупомянутой шахте им. А.Ф.Засядько погибли 34 человека. И это ещё не всё.
Предложено принципиальное конструктивное решение по ликвидации взрывов метана в шахтах, но, к сожалению, причастные к таким работам организации не торопятся, более того, препятствуют реализовывать это предложение, суть которого состоит в замене в шахте естественной атмосферы на искусственную состава примерно 21% кислорода и 79% метана, в которой человек может осуществлять нормальную жизнедеятельность без каких-либо ограничений, в том числе без средств защиты дыхания. Возможность нахождения человека в подобной атмосфере достаточно длительное время и без существенного вреда для здоровья продемонстрирована ещё в 60-х годах прошлого века В.Н. Баюном — компетентным человеком, сотрудником лаборатории горноспасательной медицины бывшего Всесоюзного научно-исследовательского института горноспасательного дела (ВНИИГД, а ныне НИИГД, гор. Донецк, Украина), а до этого работавшим врачом Горловского горноспасательного отряда. О пожаровзрывобезопасности такой атмосферы говорит химия – верхний предел взрывчатости смеси кислорода с метаном равен 39% на 61%.
Данное предложение опубликовано в российском центральном отраслевом журнале «Уголь», №2 за 2012 год, в дополнение к этому материалу написана заметка (№1 за 2013 год) [1,2]. Повторим некоторые материалы этих публикаций.
Идея искусственной атмосферы не нова. Об этом писали академик А.А. Скочинский и другие. Во второй половине прошлого века выполнено ряд исследований по данной проблеме, в основном они относятся к нейтральной среде и «безлюдной» выемке угля, при этом затрачено много сил и средств, но результат мизерный. Нам эти исследования известны. Здесь же даются реальные предложения. Технологически это предложение реализуется следующим образом. Для начала рассмотрим подготовительные работы (рис. 1).
Длинную подготовительную выработку (скажем, штрек) начинают проходить, как обычно, до тех пор, пока метан не станет ограничивающим фактором. Одновременно монтируют шлюзовую перемычку (с дверьми) у приёмной площадки выработки, через которую в дальнейшем будут проходить люди и осуществляться обмен материалов и некоторых грузов; пока двери открыты.
Также монтируют оборудование для пункта (станции) регенерации атмосферы (см. далее). Для основного потока грузов – горной массы от проведения выработки – проходят над шлюзовой перемычкой конвейерный ходок, где будет при основной проходке размещаться головная часть конвейера выработки. Конвейер разгружается в гезенк, проходимый над магистральной выработкой для выдачи из неё продукции, при этом гезенк оборудуют люком и в нём (гезенке) поддерживают «подушку» из горной массы для изоляции искусственной атмосферы от естественной (при этом на свежей струе устанавливают необходимые датчики для предотвращения взрывоопасных концентраций метана). Гезенк и конвейерный ходок также проходят одновременно с началом проведения выработки в естественной атмосфере.
Рис. 1. Схема проведения штрека с использованием искусственной атмосферы
Условные обозначения
1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
2 – всасывающий трубопровод (для исходящих газов)
3 – шлюзовая перемычка
4 – клапан для подачи в замкнутое пространство смеси газов, составляющих искусственную атмосферу
5 – станция регенерации искусствунной атмосферы
6 — убирающаяся перемычка
7 — клапан отсоса из замкнутого пространства смеси газов
8 – вентилятор
9 – автоматический клапан, управляемый датчиком содержания в искусственной атмосфере кислорода
10 — автоматический клапан для стравливания избыточного давления искусственной атмосферы
11 – автоматический клапан, присоединённый к адсорберу, для выделения из искусственной атмосферы кислорода и стравливания во всасывающий трубопровод остальной смеси газов
После того, как метан становится ограничивающим фактором, выработку останавливают, перемонтируют конвейер, закрывают двери в перемычке, в выработке создают и затем поддерживают искусственную атмосферу (об этом будет сказано далее). Пока не будет создана нормальная искусственная атмосфера, все необходимые работы в выработке ведутся с использованием горноспасательных средств СИЗОД — респираторов (таких работ ожидается мало, если вообще они будут).
Таким образом, происходит экономия на горных работах – вместо двух спаренных выработок с увеличенными сечениями по условиям вентиляции, как это делается на многих шахтах Кузбасса, Печорского и других бассейнов, проходится одна.
Очистные работы в данном случае во многом подобны подготовительным работам. При обычной схеме выемки угля лавами (возможны и другие технологии) вентиляционная выработка, так же, как и откаточная, от магистральной выработки отделяется шлюзовой перемычкой. Для циркуляции воздуха (искусственного!) на границе выемочного участка проходят параллельно лаве выработку, соединяющую откаточную и вентиляционную выработки. В ней может быть оборудована станция регенерации воздуха.
Такая схема (одна из возможных) представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема отработки лавы с использованием искусственной атмосферы
Условные обозначения
За счёт снятия ограничения по газовому фактору можно увеличивать нагрузку на очистной забой до максимальной возможности выемочного оборудования и, таким образом, и нагрузку на шахту.
Разумеется, что на практическое внедрение этого предложения сейчас никто не пойдёт. Необходимо выполнить фундаментальные научные исследования о влиянии искусственной атмосферы на человеческий организм, чего нельзя делать без положительных результатов опытов над животными. Только после этого специальная Этическая комиссия принимает решение о возможности экспериментов с человеком.
Необходимо знать, как будут происходить в искусственной атмосфере различные технологические процессы – и так далее. Но в положительных результатах у автора статьи нет сомнений.
Надо также создать нормативные документы, связанные с искусственной атмосферой.
Это предложение – весьма необычное, даже экзотическое и поэтому многими встречается в штыки. Но подобных предложений та же история знает много: например, авиация, подводные исследования, не говоря уже о генетике, кибернетике, космонавтике… В горном деле тоже была экзотика, когда применяли кессонный способ при проведении выработок в сильно обводненных породах, при этом после каждой смены люди проходили достаточно длительную декомпрессию. Многие «экзотические» профессии требуют хорошего здоровья и дополнительных физических усилий при работе, наше же предложение никаких дополнительных условий в этом плане не ставит, наоборот, существенно снижает риск опасности труда.
Никто не выдвигает обоснованных возражений против данного предложения. В литературе и в интернете есть много материалов о токсичности метана, его наркотических свойствах и других вредностях. Но эти материалы противоречивы. Необходимы эксперименты, чтобы решить все вопросы, а для этого нужно финансирование. Попытки выйти на конкурсы научно-исследовательских работ пока остаются безуспешными.
Ещё раз повторимся, что мы не являемся первопроходцами. В том же институте медико-биологических проблем (ИМБП РАН), в отделе глубоководных погружений, проводят эксперименты с кислородно-аргоновыми и кислородно-гелиевыми смесями, в барокамерах, с участием людей.
Сейчас необходимо решить вопрос о форсировании исследований в предлагаемом нами направлении и реализовать его. Считаем, что необходимо поставить вопрос о проведении исследований в свете исследований, озвученных в данной статье. Положительные результаты будут иметь мировой резонанс, поскольку проблема взрывов метана касается многих стран.
Далее даны предложения, как выполнить биомедицинские исследования, чтобы на их основе подготовить нормативные документы Ростехнадзора по работе в искусственной среде.
Создание, поддержание состава искусственной атмосферы в экспериментальных стендах.
Для создания в экспериментальных стендах искусственной атмосферы создают ёмкость, в которой будет газовая смесь с заданным составом. Ёмкость заполняют двумя адсорберами: один для производства кислорода О2 из атмосферы, второй – для производства метана СН4. Он отбирает исходный газ из магистрали, отходы могут сбрасываться в атмосферу Земли или в ту же магистраль. В стенде обеспечивают регенерацию атмосферы и подсвежение её кислородом по мере расхода последнего на дыхание (рис. 3).
Рис. 3. Схема оборудования для создания и поддержания искусственной атмосферы в стендах
Условные обозначения
1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
5 – станция регенерации искусственной атмосферы
9 – автоматический клапан, управляемый датчиком содержания в искусственной атмосфере кислорода
При заполнении ёмкости со смесью газов для искусственной атмосферы вначале туда закачивают метан, и лишь потом – кислород, чтобы не создавалась пожаровзрывоопасная смесь. Состав смеси контролируют соответствующими датчиками.
Физиологическое воздействие искусственной атмосферы на животных.
Схема стенда для эксперимента:
Рис.4. Схема стенда для экспериментов с животными
Состоит из двух отсеков. Один отсек — с искусственной атмосферой, второй – с переменной атмосферой.
Первый вариант:
Животные проводят в первом отсеке 8 часов в сутки (как люди в шахте). Для манипуляций одна из стенок делается подвижной с «рукавами».
Когда животные находятся в первом отсеке с искусственной атмосферой, во втором отсеке также искусственная атмосфера и он герметичен. Между отсеками – герметичная дверь. Через неё после 8 часов нахождения животных в искусственной атмосфере пропускают их из первого отсека во второй, после чего дверь закрывают, во втором отсеке убирают съёмную герметичную стенку, создавая таким образом в этом отсеке обычную атмосферу, где животные находятся 16 часов. После чего герметизируют второй отсек, устанавливая герметичную стенку, вытягивают «земной» воздух, одновременно подавая туда искусственный, открывают герметичную дверь. Перегоняют животных в первый отсек и закрывают дверь между отсеками.
Второй вариант – круглосуточное содержание животных в искусственной атмосфере.
По мере необходимости перегоняют нужных животных из первого отсека во второй.
Физиологическое воздействие искусственной атмосферы на человека
Схема стенда изображена на рис. 5:
Рис.5. Схема стенда для исследования жизнедеятельности человека
и производственных процессов в искусственной атмосфере
Стенд представляет собой отсек из двух комнат – «предбанника» и комнаты с искусственной атмосферой, между которых устроен шлюз.
Шлюз, представляется, лучше всего сделать, как в плавательных бассейнах – с водой и подныриванием испытателя под перемычку, отгораживающую «предбанник» от основной комнаты (см. рис. 5). Это гарантирует на 100% от смешения искусственной и естественной атмосфер.
В составе стенда устанавливают тренажёры для создания физической и интеллектуальной нагрузок с соответствующими датчиками.
Перед началом рабочей смены испытатель раздевается в «предбаннике» до плавок, проныривает в комнату с искусственной атмосферой, переодевается и выполняет эксперименты.
По окончании рабочей смены проделывается обратная операция.
Оборудование на поверхности шахты.
Для создания и поддержания заданного состава искусственной атмосферы на поверхности шахты устанавливают соответствующее оборудование (рис. 6).
Рис. 6. Схема создания искусственной атмосферы в замкнутом пространстве.
Замкнутое пространство 12 изолируют от естественной атмосферы шлюзовыми перемычками 3. Сооружают станцию 5 регенерации искусственной атмосферы, где убирают все вредные для жизнедеятельности газообразные и твёрдые взвешенные (пыль) вещества. В районе станции 5 сооружают убирающуюся перемычку 6, перекрывающую замкнутое пространство вокруг станции 5 при создании искусственной атмосферы и открывающуюся при эксплуатационных работах. Станция 5 присоединяется к вентилятору 8, который обеспечивает циркуляцию искусственной атмосферы в замкнутом пространстве 12. В замкнутом пространстве 12 с поверхности прокладывают два трубопровода: нагнетательный 1 и всасывающий 2.
На нагнетательном трубопроводе 1 располагают следующие устройства: перед перемычкой 6 на входе в станцию регенерации искусственной атмосферы 5 — управляемый с поверхности клапан 4 для подачи в замкнутое пространство смеси газов, составляющих искусственную атмосферу при её создании; по длине трубопровода – автоматические клапаны 9, управляемые датчиками содержания в искусственной атмосфере кислорода О2 – при поддержании состава искусственной атмосферы.
На всасывающем трубопроводе 2 располагают следующие устройства: за перемычкой 6 — управляемый с поверхности клапан 7 для отсоса из изолированного пространства смеси имеющихся там газов – при создании искусственной атмосферы; по длине трубопровода – автоматические клапаны 11, присоединённые к адсорберам для выделения из искусственной атмосферы кислорода О2 и стравливания в трубопровод 2 остальных газов искусственной атмосферы и управляемые датчиками содержания в искусственной атмосфере метана СН4, а также автоматические клапаны 10 для стравливания атмосферного давления искусственной атмосферы – при поддержании состава искусственной атмосферы.
На поверхности шахты устанавливают:
— ёмкость (газгольдер), в которой создают первоначальный запас смеси газов для искусственной атмосферы. Её объём должен быть достаточным для первоначальной, инициативной подачи искусственной атмосферы в замкнутое пространство – порядка 1000 м3. Давление в ёмкости выше атмосферного. Необходимое давление в подающем трубопроводе создают с помощью редуктора;
— адсорбер для производства кислорода О2, который присоединяют к ёмкости. Кислород производят из естественной атмосферы. Для контроля на трубопроводе от этого адсорбера к ёмкости устанавливают газоанализаторы;
— адсорбер для производства метана СН4, который также присоединяют к ёмкости. Метан производят из природного сетевого газа, для контроля того, что подают в ёмкость, на трубопроводе устанавливают газоанализаторы. Остальную часть газа, от которого отделён метан, возвращают в газовую сеть. Чтобы эта часть газа не попадала опять в адсорбер, ставят обратный клапан. Адсорберы для производства кислорода и метана связаны между собой: вначале в ёмкость подают метан, через какое-то время включают кислородный адсорбер – это необходимо для того, чтобы в ёмкости не создавалась пожаровзрывоопасная концентрация, то есть метана всегда должно быть больше 61%. После заполнения ёмкости должна быть эксплуатационная смесь.
При создании искусственной атмосферы в изолированном пространстве с поверхности открывают задвижку на нагнетательном трубопроводе, идущем от ёмкости, включают вакуумный насос на всасывающем трубопроводе и открывают задвижку для сброса газа из изолированного пространства в атмосферу Земли. Включают одновременно кислородный и метановый адсорберы (их производительность должна быть такой, чтобы создавалась эксплуатационная смесь, состав подаваемой смеси контролируется газоанализаторами, в случае необходимости выключают тот или иной адсорбер) При этом контролируют состав исходящего из изолированного пространства газа; когда во всасывающем трубопроводе на поверхности появится эксплуатационная смесь, закрывают задвижку для сброса атмосферы замкнутого пространства в атмосферу Земли и эта смесь пойдёт в сеть с природным газом.
Переходят в эксплуатационный режим. На поверхности с помощью задвижек отключают от нагнетательного трубопровода ёмкость и подключают к нему кислородный адсорбер. Метановый адсорбер выключают.
Данное предложение (без описания экспериментальной базы) было разослано, начиная с лета 2010 года, очень многим организациям и лицам, имеющим какое-либо отношение к шахтному метану или к топливно-энергетическому комплексу, в котором угольная промышленность составляет важную часть. Предлагалось принять участие в исследованиях, необходимых для снятия некоторых вопросов и создания нормативный документов, а также финансировать разработки. К сожалению, большинство писем было проигнорировано. Но несколько ответов от авторитетных организаций всё же есть, к сожалению, опять же, отрицательных. Однако все эти ответы просто поражают либо своей некомпетентностью, либо технической малограмотностью, так что не могут расцениваться всерьёз.
Так, Министерство по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России), которому переданы ВГСЧ, пишет, что подобные работы проводились в Кузбассе, результат – отрицательный. Кроме того, на каждый кубометр добыто угля в шахту надо подавать столько же искусственной смеси. Это могут сказать только люди, совершенно не знакомые с горным делом.
Администрация Кемеровской области, вместе с институтом ВостНИИ, пишут, что вследствие двойной разности в удельном весе метан и кислород будут разделяться – метан вверху, кислород внизу. Но они забывают о таком элементарном физическом явлении, которому нас учили ещё в школе и которое буквально окружает нас, как диффузия. Воздух, запахи, та же водка, не будь диффузии, не существовали бы. И мы — тоже.
Нельзя согласиться и с ответами ИПКОНа, ДонУГИ, СУЭКа. В курсе дела и Министерство, но ничего положительного не делает. Надо сказать, что некоторые заключения по данному предложению приходили не мне непосредственно, а в другие инстанции, но я этими заключениями располагаю.
Все эти ответы и мои ответные письма у меня имеются и с ними можно ознакомиться.
Поскольку в литературе есть публикации о вредности для здоровья человека при его длительном пребывании в атмосфере с повышенным содержанием метана [4, 5 и др.], возможен вариант применения смеси 21%О2+79%СН4 с использованием капсул с естественной атмосферой, предлагаемых в работе [3]. В таких капсулах будут находиться шахтёры, управляющие автоматизированными очистными или проходческими комплексами. При необходимости устранения сбоев очистного или проходческого оборудования шахтёры будут выходить из капсул, но при этом нет нужды в использовании СИЗОД.
Кстати, эти гипотетические автоматизированные очистные и проходческие комплексы лучше бы называть «беспилотниками», как принято сейчас называть автоматизированную технику, управляемую дистанционно. Я не знаю, каково сейчас положение с этим делом в угольной промышленности, но в других отраслях достигнуты большие успехи. Так что ситуация с искусственной средой может быть поставлена на практические рельсы.
Список литературы:
- Носенко В. Д. , Худин Ю. Л. Как ликвидировать взрывы метана на шахтах // Уголь. – 2012. – №2. – С. 33-36.
- Носенко В. Д. Почему взрывается метан в шахтах? // Уголь. – 2013. – №1. – С. 28.
- Пучков Л.А., Красюк Н.Н., Мазикин В.П. Технология интенсивной отработки высокогазоносных пологих угольных пластов с применением автоматизированных комплексов оборудования и инертных сред // МГТУ, «Горный информационно-аналитический бюллетень», выпуск 5, М., 1994.
- Интернет ссылка https://v-science.ru/view/665800/Какой вред наносит метан человеку
- Интернет ссылка отравление метаном
Рис. 1. Схема проведения штрека с использованием искусственной атмосферы
Условные обозначения
1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
2 – всасывающий трубопровод (для исходящих газов)
3 – шлюзовая перемычка
4 – клапан для подачи в замкнутое пространство смеси газов, составляющих искусственную атмосферу
5 – станция регенерации искусственной атмосферы
6 — убирающаяся перемычка
7 — клапан отсоса из замкнутого пространства смеси газов
8 – вентилятор
9 – автоматический клапан, управляемый датчиком содержания в искусственной атмосфере кислорода
10 — автоматический клапан для стравливания избыточного давления искусственной атмосферы
11 – автоматический клапан, присоединённый к адсорберу, для выделения из искусственной атмосферы кислорода и стравливания во всасывающий трубопровод остальной смеси газов
направление движения породы, горной массы
направление движения людей
направление движения материалов
струя свежего воздуха
струя отработанного воздуха
ленточный конвейер
гезенк (горный бункер)
кроссинг
Рис. 5
Рис. 1. Схема проведения штрека с использованием искусственной атмосферы
Условные обозначения
1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
2 – всасывающий трубопровод (для исходящих газов)
3 – шлюзовая перемычка
4 – клапан для подачи в замкнутое пространство смеси газов, составляющих искусственную атмосферу
5 – станция регенерации искусственной атмосферы
6 — убирающаяся перемычка
7 — клапан отсоса из замкнутого пространства смеси газов
8 – вентилятор
9 – автоматический клапан, управляемый датчиком содержания в искусственной атмосфере кислорода
10 — автоматический клапан для стравливания избыточного давления искусственной атмосферы
11 – автоматический клапан, присоединённый к адсорберу, для выделения из искусственной атмосферы кислорода и стравливания во всасывающий трубопровод остальной смеси газов
направление движения породы, горной массы
направление движения людей
направление движения материалов
струя свежего воздуха
струя отработанного воздуха
ленточный конвейер
гезенк (горный бункер)
кроссинг
Рис. 2. Схема отработки лавы с использованием искусственной атмосферы
Условные обозначения
Рис. 3. Схема обрудования для создания и поддержания искусственной атмосферы в стендах
Условные обозначения
| 1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
5 – станция регенерации искусственной атмосферы 9 – автоматические клапаны, управляемые датчиками содержания в искусственной атмосфере кислорода
|
Рис. 4.
Схема стенда для экспериментов с животными
Рис. 5
Схема стенда для исследования жизнедеятельности человека
и производственных процессов в искусственной атмосфере
Рис. 6. Схема создания искусственной атмосферы в замкнутом пространстве.
Условные обозначения
| 1 – нагнетательный трубопровод (подающий)
2 – всасывающий трубопровод для исходящих газов 3- -шлюзовая перемычка 4 – клапан для подачи в замкнутое пространство смеси газов, составляющих искусственную атмосферу 5 – станция регенерации искусственной атмосферы 6 – убирающаяся перемычка 7 — клапан для отсоса из замкнутого пространства смеси газов 8 – вентилятор 9 – автоматические клапаны, управляемые датчиками содержания в искусственной атмосфере кислорода
|
10 — автоматические клапаны для стравливания атмосферного давления из искусственной атмосферы
11 — автоматические клапаны, присоединённые к адсорберу, для выделения из искусственной атмосферы кислорода и для стравливания во всасывающий трубопровод остальных газов искусственной атмосферы 12 – замкнутое пространство 14 – задвижка 15 – вакуумный насос 16 – обратные клапаны |
[schema type=»book» name=»ПРОБЛЕМА ИСКЛЮЧЕНИЯ ВЗРЫВОВ МЕТАНА И УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В ШАХТАХ» description=»Целью статьи является предложение по ликвидации взрывов метана (и сопутствующим им взрывам угольной пыли) на угольных шахтах, часто приводящим к гибели людей. Предлагается заменить в шахтах естественную атмосферу искусственной состава примерно 21% кислорода и 79% метана, в которой человек может осуществлять нормальную жизнедеятельность и которая пожаровзрывобезопасна. Даны предложения по созданию и поддержанию такой атмосферы, ведению подготовительных и очистных работ. Чтобы создать нормативные документы Ростехнадзора по применению такой атмосферы, предложены биомедицинские эксперименты, по которым ожидается положительный исход. Поскольку есть сомнения в безвредности для здоровья человека длительного пребывания в предлагаемой атмосфере, могут использоваться ранее предложенные капсулы с естественной атмосферой, из которых шахтеры управляют дистанционно очистными и проходческими комплексами. » author=»Носенко Вячеслав Демьянович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_26.09.15_10(18)» ebook=»yes» ]