Оцінка ризиків і підвищення безпеки гірничорятувальних робіт у шахтах, небезпечних за газом - Автореферат

Булгаков Юрій Федорович, ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України (м.Донецьк), проректор ДВНЗ «Донецький національний технічний університет», директор інституту гірництва та геології, завідувач кафедри охорони праці та аерології Захист відбудеться «7» липня 2011р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченой ради Д 11.052.05 ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України вул. З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці ДВНЗ «Донецький національний технічний університет» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України вул. Не зважаючи на інтенсивний розвиток засобів і способів ліквідації підземних аварій, актуальною залишається проблема удосконалення технологій гірничорятувальних робіт у газових шахтах, особливо при виконанні важких і тривалих тактичних заходів. Методи досліджень - при виконанні дисертаційної роботи був використаний комплексний метод досліджень, який містить аналіз та узагальнення літературних джерел, що присвячені існуючим способам і засобам виконання аварійно-рятувальних робіт у гірничих виробках небезпечних за газом шахт; теоретичні дослідження динаміки формування вибухонебезпечних середовищ; методи математичного і чисельного моделювання зміни депресії на ізолюючих спорудах; лабораторні дослідження вибуховості газових сумішей; ретроспективний аналіз оперативних дій при веденні аварійних робіт у газових шахтах.Перший розділ «Аналіз існуючих уявлень щодо забезпечення безпечних умов ведення робіт при ліквідації аварій у газових шахтах» присвячений обґрунтуванню актуальності роботи, аналізу умов виникнення і ліквідації підземних аварій на газових вугільних шахтах України, сучасним технологіям ведення аварійно-рятувальних робіт, аналізу безпеки і ефективності ліквідації наслідків катастроф, що сталися останнім часом. Інертизація за допомогою газоподібного азоту дозволяє вирішити наступні задачі під час ліквідації підземної пожежі: скоротити час ліквідації аварії; попередити вибухи газоповітряної суміші на аварійній дільниці; прискорити охолодження високотемпературної зони до безпечного рівня; скоротити до мінімуму або цілком припинити процес горіння. Способи і засоби подавання азоту обирають, виходячи з гірничотехнічних умов, наявності технічних засобів подачі газу, обраної технологічної схеми випуску його в гірничі виробки аварійної ділянки та обраного способу ліквідації аварії. Схема визначення області вибуховості трикомпонентних газових сумішей: , , - концентрації у складі суміші відповідно окислювача, флегматизатора, горючого газу; і - відповідно нижня і верхня межа вибуховості газової суміші, де - процентний вміст флегматизатору у складі суміші; - пік спалаху суміші за киснем; 1,2 - лінії, що характеризують газові середовища з початковим вмістом флегматизатору відповідно 79 і 90%. Загальний вигляд лабораторної установки (а) і ініціювання горіння суміші від електродетонатору, що розміщений у вибуховій ємності(б): 1 - дозувальний пристрій; 2 - вибухова ємність для суміші, що досліджується; 3 - ємність для газового інгредієнту; 4 - вентиль; 5 - проміжна еластична ємність; 6 - електричні контакти; 7 - джерело постійного струму 12V.Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій наведено теоретичне обґрунтування і практичне вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає в підвищенні безпеки і ефективності ведення гірничорятувальних робіт у газових шахтах на основі прогнозування та управління ризиками при виконанні аварійних робіт, використання закономірностей вибуховості трикомпонентних (горючий газ - окислювач - флегматизатор) газових сумішей та застосування розроблених способів управління складом атмосфери за допомогою мембранних газорозподільних установок. Виконані дослідження дозволили поширити уявлення про процеси, що відбуваються в ізольованих дільницях мережі гірничих виробок при придушенні пожеж, виявити ряд умов, які сприяють формуванню вибухонебезпечних газових середовищ. Вперше встановлено, що ступінь ризику травматизму гірничорятувальників під час праці в умовах потенційного вибуху метаноповітряних сумішей прямо пропорційний протяжності аварійної зони і обернено пропорційний швидкості переміщення людей по цій зоні, що дозволяє розробити науково-обґрунтовані рекомендації з безпеки праці гірничорятувальників. Розроблено якісно нову технологію комбінованого гасіння складних підземних пожеж за допомогою газорозподільної мембранної установки, яка передбачає створення додаткової ізолюючої перемички, заповнення створеної камери інертним газом, перенесення депресії на ближчу до вогнища перемичку, що дозволяє підвищити безпеку виконання аварійних робіт у газових шахтах та скоротити час гасіння пожежі.

Основний зміст роботи

Дисертація є завершеною науковою роботою, в якій наведено теоретичне обґрунтування і практичне вирішення актуальної науково-технічної задачі, яка полягає в підвищенні безпеки і ефективності ведення гірничорятувальних робіт у газових шахтах на основі прогнозування та управління ризиками при виконанні аварійних робіт, використання закономірностей вибуховості трикомпонентних (горючий газ - окислювач - флегматизатор) газових сумішей та застосування розроблених способів управління складом атмосфери за допомогою мембранних газорозподільних установок. Виконані дослідження дозволили поширити уявлення про процеси, що відбуваються в ізольованих дільницях мережі гірничих виробок при придушенні пожеж, виявити ряд умов, які сприяють формуванню вибухонебезпечних газових середовищ.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у наступному: 1. Вперше встановлено, що ступінь ризику травматизму гірничорятувальників під час праці в умовах потенційного вибуху метаноповітряних сумішей прямо пропорційний протяжності аварійної зони і обернено пропорційний швидкості переміщення людей по цій зоні, що дозволяє розробити науково-обґрунтовані рекомендації з безпеки праці гірничорятувальників. При цьому для оперативних підрозділів ДВГРС, враховуючи сучасний рівень техніки та технологій виконання оперативних дій, були визначені чисельні значення ризиків травматизму, при перевищенні яких аварійні роботи мають бути припинені.

2. Встановлено явище змінення значень верхньої межі займання метаноповітряної суміші у залежності від концентрації азоту. При збільшенні вмісту азоту в суміші на 1,5-2%, значення межі знижується на 1%, що може служити підставою для створення експрес-методу розрахунку параметрів флегматизації аварійних дільниць.

3. Встановлено, що коефіцієнт флегматизації атмосфери в районі вогнища горіння після закриття прорізів у перемичках визначається відношенням теплоти, яка може виділитися при окислюванні пального, до кількості теплоти, яку здатен поглинути флегматизатор. Визначено мінімальне безпечне значення коефіцієнту флегматизації =0,22 для метаноповітряних сумішей, яке слід враховувати для розрахунку часу розкриття пожежної дільниці й зниження якого приведе до вибуху та травмування гірничорятувальників.

4. Розроблено якісно нову технологію комбінованого гасіння складних підземних пожеж за допомогою газорозподільної мембранної установки, яка передбачає створення додаткової ізолюючої перемички, заповнення створеної камери інертним газом, перенесення депресії на ближчу до вогнища перемичку, що дозволяє підвищити безпеку виконання аварійних робіт у газових шахтах та скоротити час гасіння пожежі. Також було розроблено комплект засобів автоматизації технологічних операцій з гасіння підземних пожеж способом ізоляції, що дозволяє видалити гірничорятувальників з зон враження і скоротити витрати на ліквідацію аварії.

5. Очікуваний річний економічний ефект від використання отриманих автором практичних результатів складає не менше 1295 тис. грн у масштабах вугільної галузі України.

6. Теоретичні положення і практичні результати роботи використані при складанні рекомендацій по розробці нових технологічних схем гасіння підземних пожеж, які передані НДІГС «Респіратор».

7. Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі ДОННТУ в курсах «Рудничні пожежі», «Техногенна безпека» для студентів гірничого факультету і факультету екології та хімічної технології.

1. Костенко В.К. Предупреждение и тушение подземных эндогенных пожаров в труднодоступных местах: монография / В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, С.В.Подкопаев, Н.В.Малеев, В.А.Коломиец, Е.Л.Завьялова, Т.В.Костенко// Донецк: Изд-во «Ноулидж» (донецкое отделение), 2010. - 253с.

2. Костенко В.К. Совершенствование технологии инертизации воздуха в горных выработках / В.К.Костенко, Т.В.Костенко // Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Безопасность». - М.: Изд-во МГГУ, 2005. - С. 197-204.

3. Совершенствование технологии тушения азотом подземных пожаров в труднодоступных местах /В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски // Горный информационно-аналитический бюл. Тематическое приложение «Безопасность». - М.: Изд-во МГГУ, 2006. - С. 254-261.

4. Костенко В.К. Забезпечення безпеки гірничорятувальників при ліквідації підземних пожеж у важкодоступних місцях/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко// Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю. - Донецьк, ДВНЗ „ДОННТУ”, 2008. - №2. -С. 47-53.

5. Деклараційний пат. на корисну модель № 11376. Спосіб подавання інертного газу до джерела самонагрівання або горіння/В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДОННТУ. Опубл. 15.12.2005, Бюл. №12.

6. Деклараційний пат. на корисну модель № 10260. Спосіб попередження та гасіння джерел самонагрівання або горіння /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДОННТУ. Опубл. 15.11.2005, Бюл. №11.

7. Патент на винахід № 77132. Спосіб подачі інертного газу до джерела горіння або саморозігрівання вугілля /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДОННТУ. Опубл. 16.10.2006, Бюл. №10.

8. Патент на винахід № 79818. Спосіб попередження та гасіння джерел самонагрівання або горіння /В.К.Костенко, Т.В.Костенко; заявник і власник ДОННТУ. Опубл. 25.07.2007, Бюл. №11.

9. Костенко Т.В. Разработка системы управления подачей азота в зону подземного пожара/Т.В.Костенко, Б.В.Гавриленко//V Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів «Автоматизація технологічних обєктів та прцесів. Пошук молодих»: Збірник наукових праць. - Донецьк, 2005. - С. 223-227.

10. Костенко Т.В. Моделирование режима автоматической подачи азота в зону подземного пожара/Т.В.Костенко, Б.В.Гавриленко//VI Міжнародна науково-технічна конференція аспірантів та студентів «Автоматизація технологічних обєктів та прцесів. Пошук молодих»: Збірник наукових праць. - Донецьк, 2006. - С. 82-85.

11. Костенко Т.В. Обеспечение безопасности горноспасателей при тушении подземных пожаров в труднодоступных местах/Т.В.Костенко//Международный форум-конкурс молодых ученых «Проблемы недропользования»: Сборник научных трудов. - Санкт-Петербург, 2010. - С. 113-115.

12. Костенко В.К. Способ тушения подземных пожаров/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// Пути повышения безопасности горных работ в угольной отрасли Труды науч.- практ. Конференции. Макеевка, - 2004. - С. 60-61.

13. Костенко В.К. Технологія профілактики та гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// «Форум гірників -2005», Матеріали міжнарод. конф., Т.3. Дніпропетровськ, 2005. - С. 47-54.

14. Костенко В.К. Удосконалення технології гасіння підземних пожеж у важкодоступних місцях за допомогою мембранних установок/В.К.Костенко, Т.В.Костенко// Матеріали VII всеукр. конф. «Пожежна безпека -2005», Київ, МНС України, - 2005, - С. 202-203.

15. Костенко В.К. Гасіння пожеж у важкодоступних місцях за допомогою мембранних газорозділюючих установок / В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко// Безпека життя і діяльності людини - освіта, наука, практика: матеріали V наук.-практ. конф.- Харьків: ХНАДУ, 2006. - С.126-127.

16. Повышение надежности профилактики самонагревания угля в зонах геологических нарушений/ В.К.Костенко, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски, М.Колярчик// «Gornictwo zrownowazonego rozwoju? 2006»: konferencja naukowa, 22 list. 2006.- Seria: Gornictwo z.273 Т.2. - Гливице, 2006- С. 147 - 157.

17. Совершенствование технологии тушения подземных пожаров с помощью мембранных газоразделительных установок / В.К.Костенко, О.К.Мороз, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Ю.Сулковски// Bezpecnost v prumyslu (pozar-vybuch-havarie): 6. mezinarodni konference akciove spolecnosti, VVUU, 12-13.04.2007: sbornik prednasek. - Ostrava, 2007. -S. 119 - 126.

18. Оценка взрываемости флегматизированных смесей воздуха и горючих газов/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Л.Штрох, Л.Мокош, М.Флейшингер//ІХ Міжнародна науково-технічна конференція «Пожежна безпека-2009»: Збірник тез доповідей. - Львів, 2009. - С. 262-264.

19. Автофлегматизация газовозушных смесей при тушении подземных пожаров/ В.К.Костенко, Ю.Ф.Булгаков, Т.В.Костенко, Е.Л.Завьялова// «Горноспасательное дело»: Сборник научных трудов. - Донецк, 2010. - С.57-62.

Особистий внесок автора в роботах, що були виконані в співавторстві, полягає в створенні методики оцінки ризиків гірничорятувальників при веденні аварійно-рятувальних робіт з ліквідації складних підземних аварій [4]; теоретичному та експериментальному розкритті механізму формування вибухонебезпечних газових сумішей шляхом подавання флегматизатору до аварійної дільниці [18]; обґрунтованні способів забезпечення безпеки гірничорятувальників при веденні робіт в районі вогнища горіння [2, 3, 9, 12, 14, 15, 19]; розробці параметрів якісно нової технології ліквідації складних підземних аварій [1, 10, 17].