Pożary podziemne w kopalniach

Opis

Zapobieganie pożarom w kopalniach ma istotny wpływ na bezpieczeństwo pracy górników, dlatego też angażuje się wielu praktyków i ludzi nauki, aby podejmowali odpowiednie działania prewencyjne. Niniejszy podręcznik stanowi kontynuację publikacji autorów pt. Wentylacja kopalń z roku 2023, która ukazała się nakładem Wydawnictw AGH w Krakowie. Choć dostępna jest bogata literatura dotycząca pożarów podziemnych w kopalniach, to biorąc pod uwagę fakt, że na przestrzeni kilkudziesięciu lat służby wentylacyjne kopalń wyposażono w nowoczesny i precyzyjny sprzęt wykorzystujący czujniki metanometrii automatycznej, CO-metrii automatycznej i anemometrii, a także w aparaturę do indywidualnego pomiaru składników atmosfery kopalnianej, konieczne jest aktualizowanie dostępnej na ten temat wiedzy. Celem niniejszej publikacji jest podanie najistotniejszych informacji dotyczących zjawisk mogących wystąpić w kopalniach podczas pożaru. Są to wiadomości niezbędne do zaliczenia jednego z przedmiotów podczas studiów na kierunkach górniczych wyższych uczelni, a także, po zdobyciu odpowiedniego doświadczenia w kopalni, wykorzystywane w pracy w dziale wentylacji, a w szczególności na stanowisku inżyniera wentylacji lub kierownika ruchu zakładu górniczego. Na końcu publikacji zamieszczono literaturę umożliwiającą poszerzenie wiedzy na temat zagadnień omówionych w poszczególnych rozdziałach podręcznika.

Spis treści

Od autorów / 11

1. Wstęp / 13

2. Pożary w kopalniach podziemnych – najważniejsze przepisy dotyczące zagrożenia pożarowego / 18

3. Ogólna charakterystyka zagrożenia pożarowego / 25
3.1. Teorie samozapalności węgla / 26
3.2. Proces samozapalenia węgla / 28
3.3. Samozagrzewanie węgla / 30
3.4. Czynniki sprzyjające samozagrzewaniu / 32

4. Zagrożenie pożarowe w polskich kopalniach podziemnych / 36

5. Procesy spalania materiałów palnych / 38
5.1. Zjawiska fizyczne i chemiczne występujące podczas procesu spalania / 40
5.1.1. Spalanie niezupełne i zupełne, niecałkowite i całkowite / 41
5.1.2. Zapotrzebowanie na powietrze do spalania / 42

6. Metody oznaczania skłonności węgla do samozapalenia / 46
6.1. Metoda Olpińskiego / 47
6.1.1. Oznaczenie wskaźnika samozapalności węgla i energii aktywacji pożaru / 48
6.1.2. Pobieranie próbek węgla do badań samozapalności / 50
6.1.3. Wyznaczanie okresu inkubacji pożaru endogenicznego / 51
6.2. Metoda perhydrolowa Maciejasza / 52
6.3. Metoda testu adiabatycznego / 54

7. Ocena stanu zagrożenia pożarami endogenicznymi w innych krajach / 55
7.1. Stany Zjednoczone / 55
7.2. Wielka Brytania / 56
7.3. Australia / 57
7.4. Rosja / 58
7.5. Kanada / 59
7.6. Niemcy / 59

8. Przebieg procesu spalania węgla z niedoborem tlenu / 61
8.1. Ubytek tlenu w procesie samozagrzewania i palenia się węgla / 61
8.2. Produkty spalania węgla według badań eksperymentalnych / 63
8.3. Reakcje wtórne produktów gazowych / 66
8.4. Warunki wygaśnięcia pożaru / 69
9. Możliwości ograniczenia rozwoju pożaru podziemnego / 77
9.1. Prędkość spalania / 77
9.2. Gazy pożarowe w przestrzeni otamowanej / 84
9.3. Stygnięcie masywu skalnego wokół ogniska pożaru / 88

10. Produkty spalania węgla według badań eksperymentalnych / 90
10.1. Wskaźniki proste / 90
10.2. Wskaźniki złożone / 93
10.2.1. Wskaźnik Grahama / 93
10.2.2. Wskaźnik Younga / 96
10.2.3. Wskaźnik Willetta / 97
10.2.4. Wskaźnik Tricketta / 97
10.2.5. Wskaźnik Morrisa / 98
10.2.6. Wskaźnik CO/CO 2 / 100
10.2.7. Wskaźnik C/H / 101
10.2.8. Wskaźnik Bystronia B / 103
10.2.9. Wskaźnik Bystronia F / 104
10.2.10. Wskaźnik alarmujący L i tlenowy BO2 / 104
10.2.11. Wskaźniki pożarowe K1, K2, K3 i K4 / 105
10.2.12. Wskaźniki pożarowe Głównego Instytutu Górnictwa / 105

11. Systemy przewietrzania ścian w kopalniach węgla kamiennego / 110
11.1. Racjonalny sposób przewietrzania kopalni / 110
11.2. Rozcinka i wentylacja pola eksploatacyjnego / 111
11.3. Zagrożenia wynikające z prowadzenia robót górniczych poniżej poziomu udostępnienia. 115
11.4. Kryteria doboru systemu przewietrzania ścian / 115
11.5. Dobór systemu przewietrzania ściany w przypadku współwystępowania zagrożeń / 120
11.6. Sposoby zapobiegania pożarom endogenicznym / 122
11.7. Stosowanie inhibitorów do hamowania procesu samozagrzewania węgla / 124

12. Wczesne wykrywanie pożarów endogenicznych w kopalniach węgla / 126

13. Depresja cieplna pożaru / 135
13.1. Wyznaczanie depresji cieplnej pożaru / 135
13.2. Zmiana temperatury gazów pożarowych / 141
13.3. Wpływ pożaru podziemnego na pracę wentylatora głównego / 145

14. Zaburzenia w sieci wentylacyjnej w czasie pożarów podziemnych / 150
14.1. Rodzaje zaburzeń / 150
14.2. Odwracanie się prądów / 150
14.3. Kierunki prądów w czasie pożaru w prądzie wznoszącym się / 155
14.4. Kierunki prądów w czasie pożaru w prądzie schodzącym / 162
14.5. Wpływ kąta upadu wyrobiska na odwrócenie się prądu głównego powietrza / 167
14.6. Zabezpieczenia rejonów przewietrzanych schodzącymi prądami powietrza / 171
14.7. Wtórne ogniska pożarów / 172
14.8. Zagrożenie wybuchowe gazów pożarowych / 175
14.8.1. Warunki wybuchu gazów / 175
14.8.2. Metoda trójkąta wybuchowości / 176
14.9. Analiza chemiczna składu gazów / 180
14.10. Zasady wykonywania pomiarów parametrów fizykochemicznych powietrza i gazów pożarowych / 182
14.11. Wybuchy zainicjowane iskrą lub łukiem elektrycznym / 186
14.12. Wybuchy w ognisku pożaru / 187
14.13. Wybuchy wywołane zmianami warunków pracy wentylatorów kopalnianych / 189
14.14. Cofanie się dymów i prądy wsteczne / 190
14.14.1. Cofanie się dymów / 190
14.14.2. Prądy wsteczne / 193

15. Parametry decydujące o widoczności w zadymionych wyrobiskach kopalń podziemnych / 196
15.1. Skład dymu i jego wpływ na zatrudnionych / 196
15.2. Właściwości optyczne dymu / 198
15.3. Materiały jako źródła dymotwórcze / 201
15.4. Trudnopalne materiały do konsolidacji i uszczelniania górotworu / 203
15.5. Poprawa bezpieczeństwa górników podczas ewakuacji z zagrożonego rejonu kopalni / 204
15.6. Analiza dróg ucieczkowych z rejonów wydobywczych / 205
15.7. Szybkość wycofywania się górników z wyrobisk podziemnych w warunkach ich zadymienia / 206

16. Zasady lokalizacji punktów wymiany zużytych aparatów indywidualnej ochrony dróg oddechowych dla załogi / 210
16.1. Sprzęt ochronny dróg oddechowych stosowany w ratownictwie górniczym / 211
16.1.1. Sprzęt ochronny oczyszczający (filtrujący) / 211
16.1.2. Tlenowe aparaty ucieczkowe i ewakuacyjne / 212
16.2. Punkty wymiany zużytych aparatów indywidualnej ochrony dróg oddechowych / 218
16.3. Widoczność stacji wymiany aparatów ucieczkowych / 219

17. Zasady wyznaczania wewnątrzrejonowych tam bezpieczeństwa oraz ustalenie lokalizacji, jakości i ilości środków do aktywnego zwalczania pożarów / 221
17.1. Rejon wentylacyjny i rejon ściany / 223
17.2. Lokalizacja wewnątrzrejonowych tam bezpieczeństwa / 225
17.3. Przykłady wyposażenia ścian eksploatacyjnych w przeciwpożarowe tamy bezpieczeństwa / 226
17.4. Przeciwpożarowe komory na poziomach wydobywczych / 229

18. Zwalczanie zagrożenia pożarami endogenicznymi w wyrobiskach ścianowych / 230
18.1. Metody zwalczania pożarów endogenicznych / 230
18.1.1. Sposoby uszczelnienia zrobów ścian zawałowych / 231
18.1.1.1. Uszczelnianie oraz izolacja wyrobisk i zrobów ścian zawałowych / 231
18.1.1.2. Stosowanie popiołów lotnych do uszczelniania zrobów zawałowych / 233
18.1.1.3. Inertyzacja atmosfery zrobów ścian zawałowych / 233

19. Pożary w grupowych prądach powietrza świeżego i rewersja wentylacji w kopalni / 245

20. Metody i sposoby izolowania pożarów / 249
20.1. Kierunki poszukiwania nowych rozwiązań zabezpieczeń rejonów zagrożonych wybuchem gazów i pyłu węglowego / 251
20.2. Środki chemiczne stosowane w profilaktyce przeciwpożarowej podziemnych zakładów górniczych / 270
20.3. Środki mineralne w zwalczaniu zagrożenia pożarami endogenicznymi / 271
20.3.1. Informacje ogólne / 271
20.3.2. Grupa I – pianki cementowe pęczniejące / 271
20.3.3. Grupa II – spoiwa mineralne o wysokich parametrach wytrzymałościowych / 272
20.4. Rozwiązania umożliwiające szybkie zamknięcie tam przeciwwybuchowych / 272
20.5. Pasywne gaszenie pożarów podziemnych / 275
20.5.1. Wyrównanie potencjałów aerodynamicznych za pomocą bocznicy gaszącej i tamy gaszącej / 275
20.5.2 Wyrównanie potencjałów aerodynamicznych za pomocą tamy dławiącej / 277
20.5.3. Wyrównanie potencjałów aerodynamicznych za pomocą wentylatora w tamie regulacyjnej / 278
20.5.4. Wyrównanie potencjałów aerodynamicznych za pomocą tamy dławiącej i wentylatora pomocniczego / 280
20.5.5. Wyrównanie potencjałów aerodynamicznych za pomocą tamy dławiącej i wentylatorów głównych / 281

21. Szczegółowe zasady prowadzenia akcji ratowniczych w zakładach górniczych / 283
21.1. Akcje ratownicze przeciwpożarowe / 283
21.2. Akcje ratownicze przeciwpożarowe w polach metanowych / 285
21.3. Akcje ratownicze przeciwpożarowe w wyrobisku z wentylacją lutniową / 289
21.4. Zasady wycofywania załogi ze strefy zagrożenia pożarowego / 290
21.5. Rygory obowiązujące po zamknięciu tam przeciwwybuchowych oraz podczas otwierania pola pożarowego / 291
22. Ocena stanu pożaru w przestrzeniach otamowanych / 292
22.1. Badanie składu gazów / 293
22.2. Charakterystyka pożaru w otamowanym polu pożarowym / 295

23. Przykłady analizy stanu pożaru w przestrzeni otamowanej / 297
23.1. Ściana 44-Z1, Z2 w pokładzie 505/1 w kopalni J-M / 297
23.2. Ocena stanu pożaru w otamowanym rejonie ściany II/501/C po zaistniałym zapaleniu metanu / 307

24. Zagrożenie pożarowe w kopalniach rud miedzi / 316
24.1. Praca szybów w sytuacjach zdarzeń pożarowych w wyrobiskach łączących sieci wentylacyjne poszczególnych kopalń / 319

25. Wybrane zdarzenia i akcje ratownicze w górnictwie węgla kamiennego / 321
25.1. Akcja ratownicza w KWK Halemba / 322
25.2. Akcja ratownicza w KWK Wujek / 325
25.3. Akcja ratownicza w KWK Krupiński / 328
25.5. Akcja ratownicza w KWK Mysłowice-Wesoła / 331
25.6. Akcja ratownicza w Kopalni im. Aleksandra Fiodorowicza Zasiadki / 336

26. Zakończenie / 341

Literatura / 343

Informacje o bezpieczeństwie produktu Informacje o producencie