Рудничная пыль. 
Основы охраны труда в угледобывающих шахтах

Пыль как источник опасности

Наибольшее пылеобразование в современных угольных шахтах имеет место при работе выемочных и проходческих комбайнов. Несоблюдение при этом технологии выемки угля и проведения выработок и требований противопылевых мероприятий приводит к тому, что в атмосферу выработок поступает значительное количество пыли. По мере повышения производительности угольных и проходческих комбайнов и глубины разработок растет интенсивность пылеотложения. Без применения средств обеспыливания запылённость воздуха в забоях в сотни, а иногда и в тысячи раз превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).

Так, при работе угольных комбайнов барабанного и шнекового типа образуется от 1 до 5 кг пыли на 1 т добываемого угля. В результате этого при средней производительности комбайна 100 кг/с запылённость воздуха в лаве без применения средств обеспыливания может достигать 5−8 г/м³ и более, что почти в тысячу раз превышает ПДК, но практически во всех случаях менее нижнего предела взрываемости пыли.

Таких же величин достигает запылённость воздуха и в забоях подготовительных выработок, проводимых по углю. Особенно высокая запылённость образуется в зоне работы исполнительных органов проходческих комбайнов фрезерного типа. Так, без орошения в 0,5 м от фрезы концентрация пыли в воздухе достигает 4,6−12,3, а в отдельных забоях 19,8−25,8 г/м³.

При последней концентрации могут произойти воспламенение пыли и её взрыв.

Интенсивное образование пыли наблюдается при погрузке горной массы на конвейер, на пересыпах и перегрузах, при передвижке секций механизированных крепей.

Мелкая пыль (аэрозоль) с размерами частиц менее 50 мк переносится вентиляционным потоком по горным выработкам на значительные расстояния. Более крупные фракции пыли скапливаются на почве выработок в непосредственной близости от источников пылеобразования. Осевшая пыль (аэрогель) взрывоопасна.

Угольная пыль, как и другие органические пыли, взрывоопасна. Всегда взрывчаты пыли углей, содержащие 42 мг и более метана на 1 г сухой и беззольной массы или содержащие свыше 15% летучих горючих веществ. Нижний предел взрывчатости для самой опасной пыли углей марки Д равен 17−18 г/м³, а для марок Т и ПА 300 г/м³. Для отложившейся пыли нижний предел взрывчатости примерно в 2,5 раза выше, чем для взвешенной. Поэтому при отложениях угольной пыли в количестве более 30 г на 1 м² выработка становится взрывоопасной.

При определённых условиях достаточном содержании в угле летучих веществ, определённой крупности пылинок и её концентрации угольная пыль во взвешенном состоянии взрывается от источника тепла и поддерживает взрыв метано-воздушной смеси.

Минимальная концентрация пыли, при которой возможен её взрыв в зависимости от выхода летучих веществ составляет 16−96 г/м³, максимальная около 2000 г/м³. Наибольшей силы взрыв пыли возможен при концентрации её в горных выработках 300−400 г/м³.

При содержании летучих веществ до 15% угольная пыль относится к слабовзрывчатой, при их большем содержании к опасной по взрывчатости.

Взрывчатость угольной пыли повышает наличие метана в атмосфере горных выработок. При концентрации метана 2% нижний предел взрывчатости пыли снижается до 3−40 г/м³. Установлено, что в 96% случаев источником воспламенения пыли были вспышки метана.

Влияние влаги на взрывчатость угольной пыли двояко. Во-первых, она может действовать как инертная добавка, снижая тепловой баланс системы. Теплоёмкость воды в 5 раз больше теплоёмкости инертной пыли, поэтому вода как инертная добавка в 5 раз эффективнее инертной пыли. Во вторых, влага способствует аутогезии мелких частиц в более крупные, что снижает удельную поверхность пыли и, следовательно, уменьшает её взрывчатость. Отложившаяся увлажнённая пыль теряет способность переходить во взвешенное состояние и создавать взрывоопасные концентрации. Пыль с содержанием влаги 12% и более не образует взрывчатой концентрации.

В процессе взрыва принимает участие угольная пыль определённой крупности от 0,01 до 1,0 мм в диаметре. Наиболее взрывоопасна пыль с крупностью частиц 10−75 мк. Взрыв угольной пыли как и метана сопровождается прямым и обратным ударами. При прямом (первом) ударе в выработке образуется очень высокая температура и происходит поднятие во взвешенное состояние значительного количества осевшей пыли за счёт сотрясения выработки. Так как в зоне взрыва температура высока, а перешедшая во взвешенное состояние пыль является дополнительным материалом взрыва, то происходит вторичный (обратный удар), разрушительная сила которого во много раз выше первичного удара. Таким образом, вторичный удар и завершает разрушительную работу взрыва в горных выработках.

Для возникновения взрыва пыли (как и метана) требуется источник воспламенения. Такими источниками могут быть: пламя от взрыва ВВ; нагретые предметы и поверхности; открытое пламя; электрические искры и искры механического происхождения (искры от трения по пириту, песчаникам и металлическим поверхностям, искры при ударах и т. п.).

Анализ происшедших за последние годы аварий показывает, что более 80% всех случаев происходит в подготовительных и только 10−20% в очистных выработках Следует отметить, что взрывы, в которых участвует угольная пыль, по своим размерам и последствиям значительно превышают взрывы метана, о чём свидетельствуют приведенные ниже примеры.

Пример 1. На шахте «Пионерка» ПО «Ленинскуголь» при сбойке конвейерного штрека с северным путевым уклоном произошло закорачивание вентиляционной струи, в результате чего расход воздуха в монтажной камере № 6 уменьшился с 240 до 10 м³/мин, а концентрация метана возросла с 0,4 до 4−6%. Несмотря на это, на участке велись работы по проходке выработок в течение 2-х дней. Из-за отсутствия орошения на комбайнах и не-выполнения мероприятий по уборке и связыванию отложившейся угольной пыли выработки участка на всём протяжении находились в пыле-взрывоопасном состоянии. Источником воспламенения метано-воздушной смеси послужило искрение в электрическом кабеле, повреждённом обрушившимися в камере породами кровли и металлическими верхняками. Экономический ущерб от этой аварии превысил ущерб от всех остальных взрывов метано-воздушной смеси, в которых не участвовала угольная пыль.

Пример 2. Воспламенение метана, перешедшее во взрыв угольной пыли, произошло в забое конвейерного ходка 6-й центральной лавы пласта k₈ горизонта 900 м шахты «Горская» ПО «Первомайскуголь» (мощность пласта 1,4−1,5 м, уголь марки Г). Повышение содержания метана у забоя конвейерного ходка произошло из-за подачи в него недостаточного количества воздуха. Причиной воспламенения метановоздушной смеси явилось взрывание зарядов ВВ при наличии высокой концентрации метана в выработке. Взрыв угольной пыли и его распространение по сети горных выработок произошли в связи с невыполнением мероприятий по предупреждению взрывов угольной пыли, порядка расстановки и эксплуатации водяных заслонов. Отложение угольной пыли по сети горных выработок составляло 65−210 г/м³, что значительно больше нижнего предела взрывчатости пыли, равного для данного шахтопласта 38 г/м³. Отсутствие ряда водяных заслонов и несоответствие параметров имевшихся заслонов требованиям ПБ явилось причиной распространения взрыва по сети горных выработок на расстояние около 5 км. Обследование состояния водяных заслонов вблизи аварийного участка показало, что в заслонах недостаёт 40−60% сосудов, а имеющиеся либо не имеют воды, либо заполнены на 40−50% .

Пример 3. Вследствие нарушения требований безопасного ведения работ в 1985 г. при взрывных работах в забоях подготовительных выработок произошли взрывы метана и угольной пыли в шахте № 1 шахтоуправления «Новогродовское» ПО «Селидовуголь» и в шахте им. Г. Димитрова ПО «Красноармейскуголь». В первом случае зона разрушения выработок составила 635, во втором 1090 м.

Пример 4. Взрыв газа и угольной пыли в конвейерном штреке и фланговом уклоне общей длиной 580 м шахты «Байдаевская» ПО «Южкузбассуголь» произошёл вследствие искрообразования при коротком замыкании в гибком кабеле и повышенной концентрации метана в за-бое из-за неустойчивого проветривания.

Пример 5. На шахте «Карагайлинская» ПО «Киселёвскуголь» произошёл взрыв газа и угольной пыли в забое разрезного штрека вследствие искрообразования от трения исполнительного органа проходческого комбайна о твёрдые породные включения и подачи в забой недостаточного количества воздуха для разбавления выделяющегося метана. В результате взрыва разрушено 630 м горных выработок.

Из приведенных примеров следует, что во всех случаях при различии исходных причин воспламенения пылегазовой смеси общим является невыполнение требований по снижению пылеотложений в горных выработках и мероприятий по своевременной уборке отложившейся угольной пыли по сети горных выработок. Участвующая при взрыве газа пыль, особенно опасна для работающих в шахте, поскольку продукты взрыва содержат большое количество оксида углерода, вызывающего отравление и гибель людей даже на значительных расстояниях от места взрыва.