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.
- Contents
-
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/CO2 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 sią 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
