Нам 10 лет


Пункты спасения

Безопасность подземного персонала, застигнутого чрезвычайной ситуацией: концепция и пути решения проблемы


Акционерное общество «Научно-исследовательский институт горноспасательного дела» (АО «НИИГД») — специализированная организация, имеющая 80-летний опыт работы в области обеспечения безопасности на предприятиях угольной промышленности. Основные ее задачи — научное обеспечение ликвидации подземных аварий, разработка методов и способов предупреждения чрезвычайных ситуаций на угольных шахтах и государственных требований в области защиты шахт от пожаров и взрывов.

Высокая аварийность на угольных шахтах России требует поиска новых методов и средств для уменьшения трагических последствий в горных выработках.

В настоящее время существует одноступенчатая система самоспасения шахтеров, которая предусматривает использование самоспасателей и не может обеспечить в достаточной степени безопасность людей при возникновении непригодной для дыхания среды в горных выработках. Это связано со значительной протяженностью аварийных маршрутов для выхода персонала на свежую струю воздуха, что привело к появлению дополнительных и обязательных требований в Федеральных нормах и правилах в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах» (далее — ФНП). В соответствии с требованиями п. 28 ФНП, вступившего в силу с 1 января 2015 г. для спасения людей в горных выработках шахт необходимо оборудовать пункты коллективного спасения персонала (ПКСП) в качестве дополнительной возможности самоспасения персонала на маршруте следования на поверхность.

В настоящее время ПКСП применяют во многих странах (например, в Австралии, США и Китае), в России на необходимость внедрения ПКСП обратили внимание лишь после аварии, произошедшей на шахте «Распадская» с 8-9 мая 2010 года.

На угольных шахтах России внедряется многоступенчатая система самоспасения, которая учитывает разнообразие условий разработки угольных месторождений, степень безопасности шахт, профессию, расположение рабочих мест шахтеров и другие факторы. Эта система предусматривает использование в шахтах ППС и ПКСП.

На шахтах места размещения, количество и вместимость ПКСП в горных выработках определяются в каждом отдельном случае проектной документацией. Периодически, по мере развития фронта горных работ, по решению технического руководителя угледобывающей организации проектную документацию корректируют и утверждают.

В соответствии с требованиями п. 27 ФНП сеть действующих горных выработок шахты должна обеспечивать эвакуацию персонала при аварии из наиболее удаленных загазированных горных выработок на поверхность или в горные выработки со свежей струей воздуха по маршрутам, предусмотренным планом ликвидации аварии (ПЛА), за время защитного действия средств индивидуальной защиты органов дыхания (СИЗОД) изолирующего типа. Однако когда авария приобретает характер катастрофы (детонационный взрыв, масштабный внезапный выброс угля и газа с опрокидыванием вентиляционной струи), средства проветривания и вентиляционные устройства могут разрушаться, аварийный вентиляционный режим реализовать невозможно. В таком случае происходит загазирование большей части выработок, и предусмотренные ПЛА маршруты не обеспечивают выход людей на поверхность (в выработки со свежей струей воздуха) за время защитного действия СИЗОД. Кроме того, нарушение вентиляционного режима при катастрофах может увеличить вероятность повторных взрывов (при наличии источников с достаточным тепловым импульсом). Существует вероятность поражения выходящих из зоны аварии людей при повторном взрыве.

Материалы расследований масштабных катастроф на юге Кузбасса свидетельствуют о том, что большинство взрывов формируются в очистных забоях, выработанном пространстве, либо в подготавливаемых контурах планируемых к отработке выемочных участков. В таких же местах, как правило, концентрируется большая часть персонала.

При решении вопроса о наиболее целесообразном типе камер спасения и размещении их в горных выработках следует учитывать возросшую оперативность горноспасательных частей, оснащение их современными техническими средствами, позволяющими быстро прибывать к местам укрытия рабочих в подземных выработках даже в сложных условиях рудничных аварий, а также совершенствование конструкций и организации снабжения рабочих самоспасателями.

Размещение в горных выработках шахт ППС и ПКСП должно осуществляться исходя из следующего:

 необходимости одного переключения в резервный самоспасатель на маршруте выхода из шахты — размещают пункт переключения в самоспасатели;

 необходимости двух и более переключений на маршруте — дополнительно оборудуют ПКСП.

А также должны учитываться:

  •  места концентрации горных работ и, соответственно, пути выхода основной массы работников при аварии;
  •  места возможного нарушения вентиляционного режима и вероятного загазирования выработок при масштабных взрывах;
  •  пути следования из отдаленных рабочих мест, по которым невозможен выход на поверхность за время защитного действия самоспасателя при масштабных взрывах (загазированы все выработки шахты);
  •  места, позволяющие минимизировать воздействие на них ударной воздушной волны при взрыве.

К приоритетным местам расположения ПКСП необходимо относить ранее пройденные выработки (камеры, сбойки и т.д.) или специально пройденные горные выработки для этих целей. Для шахт Кузбасса применимы три варианта размещения ПКСП в горных выработках (рис. 1).

Несмотря на большой объем строительных работ, наиболее предпочтителен I вариант размещения ПКСП в специально пройденной горной выработке. В этом случае при чрезвычайных ситуациях обеспечены более комфортные условия пребывания персонала, и вероятность разрушения пункта сведена к минимуму. По стоимости и продолжительности возведения наименее затратен II вариант, так как ПКСП оборудуют в сбойке между двумя выработками. При III варианте требуется возведение более объемной взрывоустойчивой перемычки, что приведет к дополнительным затратам.

Пункт коллективного спасения персонала должен обеспечивать:

  •  защиту горнорабочих от вредных газов, образующихся при пожарах и взрывах, от воздействия высокой температуры, от ударной волны повторных взрывов;
  •  снабжение воздухом, пригодным для дыхания без применения индивидуальных средств защиты;
  •  возможность постоянной связи с диспетчером шахты;
  •  приемлемые санитарно-гигиенические условия обитания;
  •  жизнеобеспечение на период не менее 24 часов. (определяют исходя из технических решений, принятых при выполнении проектной документации на оснащение горных выработок шахты ПКСП).

Выработки, оборудованные под ПКСП, не должны подвергаться затоплению шахтными и поверхностными водами, а также загазированию вредными газами в течение установленного срока использования этих выработок.

Пропуск укрываемых в убежище в условиях загрязненной атмосферы предусматривается со стороны исходящей из убежища струи воздуха (при нормальном режиме проветривания). Оборудованный с указанной стороны вход (выход) обеспечивают двойным шлюзованием, включающим последовательно расположенные тамбур-шлюз и шлюзовую камеру. Вход в тамбур-шлюз и выход в шлюзовую камеру должны состоять из взрывоустойчивой перемычки с защитно-герметичными дверями. Вход в камеру спасения оснащают перемычкой с герметичной дверью. Взрывоустойчивые перемычки возводят из материалов, предназначенных для таких целей.

Площадь ПКСП следует принимать исходя из условия размещения максимального числа персонала (пересменок); емкостей для хранения запасов питьевой воды; склада продовольствия; оборудования санитарных узлов; медицинских пунктов (санитарных постов); противопожарного инвентаря; средств индивидуальной защиты; мест для сидения и лежания персонала, а также исходя из площади, необходимой для размещения пункта управления объектами и вентиляционного оборудования на поверхности. Схема ПКСП показана на рис. 2.

Минимальные размеры выработки (на одного человека) для укрываемых должны соответствовать трем условиям: минимальная площадь пола должна быть не менее 0,6 м2, внутренней поверхности выработки по тепловому фактору — не менее 2,5 м2; минимальный объем выработки по газовому фактору — не менее 5 м3.

Пункт коллективного спасения должен быть оборудован местами для сидения и лежания (соответственно 75 и 25% общего числа укрываемых в ПКСП). Санитарные узлы следует проектировать из расчета одно очко на 75 человек и один умывальник на 200 человек. Санитарные узлы следует размещать со стороны исходящей из ПКСП струи воздуха (по решению технического руководителя предприятия). Основываясь на требованиях п. 28 ФНП, ПКСП должны быть обеспеченны обособленным или автономным проветриванием.

Могут быть рассмотрены четыре возможных варианта проветривания ПКСП:

  •  сжатым воздухом;
  •  системами регенерации воздуха;
  •  фильтро-вентиляционными установками (воздух забирают из выработок шахты);
  •  через скважину, пробуренную с поверхности.

При проветривании сжатым воздухом требуется его предварительная очистка от масляных включений и конденсата с помощью специального водомаслоотделителя, устанавливаемого на выпускном клапане пневмопровода. Для исключения повреждений пневмопровода от разрушений ударной волной необходима укладка его в приямки. Для обеспечения равномерного его распределения используют рассекатели в виде перфорированной трубы, прокладываемой по полу ПКСП. Для снижения уровня шума, создаваемого сжатым воздухом при выходе его из трубопровода, устанавливают ресивер или другое шумопоглощающее устройство.

Воздухообеспечение ПКСП в режиме чистой вентиляции с помощью регенерирующих установок осуществляют с использованием регенеративных патронов, содержащих химические поглотители, очищающие воздух в следующем порядке: сжатый кислород подают в эжектор и извлекают предварительно очищенный воздух, обогащают его кислородом, делая пригодным для дыхания. При этом обогащенный кислородом воздух должен равномерно распределяться по всему ПКСП, а запас сжатого кислорода в баллонах — обеспечивать подачу его в необходимом объеме. Данный вариант гарантирует полную автономность системы вентиляции, однако требует монтажа установки регенерации (включая невзрывозащищенное электрооборудование, выделяющее свободный кислород) в горных выработках. Такое оборудование будет представлять повышенную взрыво- и пожароопасность для шахты. Регенерация же воздуха в устройстве сопровождается повышением его температуры, поэтому перед подачей в отсеки воздух необходимо охлаждать с помощью воздухоохладителя.

В случае проветривания ПКСП фильтро-вентиляционными установками используют шахтный воздух, который засасывают вентилятором и перед подачей в ПКСП очищают от вредных примесей путем прохождения через многослойные фильтры. Недостаток данного способа проветривания — его непригодность в случаях, когда концентрация кислорода в рудничном воздухе значительно снижается.

При проветривании ПКСП через скважину, пробуренную с поверхности, воздух подают вентилятором (один рабочий и один резервный), установленным в поверхностном модульном здании. Для обеспечения равномерного распределения воздуха необходимо использовать рассекатели в виде перфорированной трубы, прокладываемой по полу ПКСП. Скважина также будет служить независимым гарантированным источником подачи воздуха с поверхности, что позволит увеличить время для спасения персонала. При необходимости и соответствующем диаметре скважину можно использовать для эвакуации шахтеров на поверхность.

Таким образом, наиболее оптимальный способ снабжения воздухом ПКСП из вышеописанных — проветривание их через скважину, пробуренную с поверхности (рис. 3).

Так же в ПКСП должен обеспечиваться сброс избыточного давления воздуха, способствующий вытеснению загрязненного воздуха в течение всего времени эксплуатации пункта спасения, в том числе и при периодическом заполнении его людьми. Для выполнения этого условия применяют клапаны избыточного давления, предназначенные для постоянного автоматического его поддержания в смежных помещениях и для обеспечения перетекания воздуха из одного помещения в другое только в одном направлении.

При эксплуатации ПКСП производственный автоматический газовый контроль за содержанием метана, вредных газов, кислорода, температуры должен осуществляться датчиками контроля непрерывного действия, входящими в состав автоматизированной системы аэрогазового контроля шахты, которая в свою очередь служит составной частью многофункциональной системы безопасности (МФСБ). Данная система должна обеспечивать непрерывное функционирование технических средств контроля содержания вредных газов, кислорода, температуры и расхода воздуха, а также систем жизнеобеспечения ПКСП при возникновении чрезвычайной ситуации (в случае выхода из строя подземной инфраструктуры МФСБ).

Система управления средствами жизнеобеспечения ПКСП и контроль за их функционированием должны быть включены в общую многофункциональную систему безопасности шахты и соответствовать требованиям в области промышленной безопасности и технического регулирования, обеспечения единства средств измерений и стандартов на взрывозащищенное электрооборудование, автоматизированные системы управления, информационные технологии, измерительные системы и газоаналитическое оборудование. Система управления средствами жизнеобеспечения ПКСП и контроля за ними должна обеспечивать:

  •  непрерывную подачу необходимого для проветривания ПКСП количества воздуха;
  •  температуру подаваемого в ПКСП воздуха не ниже 2°C;
  •  непрерывный мониторинг концентрации вредных для дыхания газов.

Система автоматического запуска средств жизнеобеспечения ПКСП в шахте должна состоять из электронных, электромеханических средств управления и прочих исполнительных механизмов и средств наблюдения за их состоянием.

Средства системы жизнеобеспечения пункта коллективного спасения персонала должны размещаться в поверхностном здании ПКСП и включать:

  •  систему управления автоматическим запуском средств жизнеобеспечения;
  •  вентиляторные установки для подачи воздуха;
  •  системы электропитания, аварийного электропитания, диагностики и контроля, связи и управления.

Блок-схема системы управления ПКСП представлена на рис. 4. В состав системы управления ПКСП входят системы визуализации, контроля и управления средствами жизнеобеспечения ПКСП, которые в свою очередь доступны диспетчеру шахты, обслуживающему персоналу шахты непосредственно в самом ПКСП и его поверхностном модульном здании.

Система визуализации процессов, происходящих в ПКСП, должна отображать текущее состояние объекта и параметры текущих настроек оборудования.

Управление ПКСП должно осуществляться либо через отдельную панель управления, либо непосредственно через дисплей визуализации, оснащенный активной панелью, срабатывающей от прикосновения оператора, которую также можно считать панелью управления. С панели управления можно включать или отключать средства жизнеобеспечения ПКСП или же изменять их параметры, предварительно переведя систему запуска средств жизнеобеспечения ПКСП в ручное управление. Блок-схема автоматического запуска системы жизнеобеспечения ПКСП представлена на рис. 5. Управление системой запуска средств жизнеобеспечения ПКСП должно проводиться автоматически или вручную с пульта управления в поверхностном здании ПКСП и с пульта управления горного диспетчера шахты по проводному или беспроводному каналам связи.

В систему диагностики и контроля входят подсистемы: сигнализации и видеонаблюдения; аэрогазового контроля (включает датчики газоанализаторов и температуры), позиционирования (состоит из датчиков позиционирования персонала).

Для поддержания жизнедеятельности персонала, находящегося в ПКСП на поверхности, предусмотрено наличие модульного здания (возможно, контейнерного типа, полной заводской готовности), представленного на рис. 6.

Таким образом, сформулированные требования и концепция развития в угольных шахтах ПКСП позволят существенно повысить безопасность горняков в аварийных ситуациях.

Андрей Черепов, техн. директор АО «Распадская угольная компания»,

Александр Ерусланов, зам. командира филиала «Новокузнецкий ВГСО» ФГУП «ВГСЧ»,

Алексей Ярош, канд. техн. наук, зам. ген. директора по научной работе АО «НИИГД»,

Денис Кузнецов, гл. инженер проекта АО «НИИГД»,

Олег Сергеев, зав. лабораторией АО «НИИГД»,

Станислав Мусинов, директор ООО «НИИ ГП»

kuznetsov.d.82@mail.ru