Tri Jürgen Brune, Colorado School of Mines, USA, käsittelee tarvetta parantaa suojaa hiilipölyn räjähdyksiltä maanalaisissa kaivoksissa.
huhtikuussa 2010 tapahtunut räjähdys Upper Big Branchin (UBB) kaivoksessa Länsi-Virginiassa tapahtui lähes neljä vuotta sitten. Yhteensä 29 kaivosmiestä kuoli ja kaksi loukkaantui vakavasti onnettomuudessa, joka on vahingoittanut ikuisesti heidän perheidensä ja läheistensä elämää. UBB: ssä suhteellisen pieni kasvojensytytys longwallin Takaluukun päässä muuttui suureksi hiilipölyräjähdykseksi, joka levisi laajan kaivoksen alueen läpi liekkien hiiltyessä lähes 50 Mailia kaivoksen sisääntulosta.1
voiko näin tuhoisa hiilipölyräjähdys toistua? Valitettavasti voi.
Yhdysvaltain kaivosten turvallisuus-ja terveysministeriö (MSHA) antaa Joka syksy Talvivaroituksen, jossa varoitetaan hiilipölyräjähdysten vaaroista, jotka ovat todennäköisempiä talvella, kun kaivosilma on kuivempaa. Hienojakoinen bitumipitoinen kivihiilipöly on erittäin räjähdysherkkä leijuessaan ilmassa. Tyypillisessä hiilipölyräjähdyksessä pölyä huuhtoo pieni metaanikaasuräjähdys, josta syntyy myös alkuliekki. Hiilipölyräjähdyksiä voidaan laukaista myös räjäytyksillä-erityisesti räjäytetyillä laukauksilla-ja tämä aiheutti usein räjähdyksiä 1900-luvun alussa.
käynnistettyään hiilipölyräjähdys voi levittää kaivoksen laajojen alueiden läpi pyöräyttämällä uutta hiilipölyä ilmaan räjähdysliekin edessä. Tämä kuvio jatkuu, kunnes hiilipölyä ei enää ole jäljellä tai kunnes räjähdys saavuttaa alueen, jossa hiilipöly on riittävästi inertioitu sekoittamalla sitä kivipölyyn. Kirjoittaessaan kirjaansa hiilipölyräjähdyksistä Cybulski teki tuhansia räjähdyskokeita puolalaisessa koekaivoksessa ”Barbarassa”.2 Cybulski dokumentoi seuraavat tärkeimmät löydökset:
- mitä hienompaa hiilipöly on ja mitä suurempi hiilen haihtuva aine on, sitä suurempi on sen räjähdysvaara.
- hiilipölyn räjähdykset voidaan estää sekoittamalla hiilipölyä inerttiin pölyyn (kivipölyyn). Jos suuri osa hiilipölystä on hienompaa kuin 200 mesh (74µm), yli 80% inerttiä kivipölyä voidaan tarvita räjähdysten estämiseksi.
- jos alkuräjähdys on tarpeeksi voimakas, märkäkin hiilipöly voi räjähtää.
- Räjähdysesteet voivat pysäyttää hiilipölyräjähdykset.
Yhdysvalloissa useimmat kaivoksen käyttäjät luottavat kivipölyn inertiointiin ensisijaisena keinona suojautua hiilipölyn räjähdyksiltä. Vuonna 2011 MSHA nosti kaivospölyn vaaditun inertin kokonaispitoisuuden (Tic) imuilmatiissä 65 prosentista 80 prosenttiin, mikä oli (ja on) sama kuin paluuilmailuissa. Muutos perustui Työturvallisuusinstituutin (NIOSH) tutkimuksiin, joiden mukaan lisääntyvä koneellistuminen nykyisissä kaivoksissa on myös lisännyt hiilipölyräjähdysten hienoisuutta ja siten riskiä. Siirtyminen täysin koneistettuun leikkaus-ja hihnakuljetuskuljetukseen tuottaa enemmän hienojakoista pölyä verrattuna vanhanaikaiseen alitus -, räjäytys-ja ratakuljetukseen.
räjähdysten estämiseksi kivipöly on sekoitettava huolellisesti hiilipölyyn. Jos kivihiilipölyn annetaan muodostaa kerroksia kivipölyisten pintojen päälle, räjähdysvaara kasvaa, koska vain ylin 1/8 in. pöly huuhtoutuu räjähdyksen aikana. Yhdysvaltain Bureau of Mines ja NIOSH testit ovat osoittaneet, että hiilipöly kerros vain 4/1000 sisään. paksu (vastaa paperiarkin paksuutta) voi riittää levittämään pölyräjähdystä. Siksi kivipölyn levitysmenetelmä on se, että kivipöly valuu suoraan paluuilmaan, jolloin se poistuu paluuilmasta ja sekoittuu perusteellisesti ilmassa oleviin hiilipölyhiukkasiin. Liukuhihnat ovat yleensä eräpölyisiä: tässä suositaan usein kevyttä kivipölyämistä raskaan pölyämisen sijaan pidemmin väliajoin kerrospukeutumisen estämiseksi. Se, riittääkö kivipölyn määrä estämään hiilipölyn räjähdykset, voidaan määrittää lähes välittömästi NIOSHIN kehittämällä hiilipölyn Räjähdysmittarilla (Cdem).
eurooppalaiset kaivosmiehet pyydystävät räjähtävää hiilipölyä hygroskooppisilla suoloilla, kuten kalsium-ja magnesiumkloridiliuoksilla. Suolat pysyvät kosteina houkuttelemalla vettä kaivosilmasta. Kostea pinta vangitsee käsitellyille pinnoille laskeutuvan hiilipölyn. Suolan käyttö kestää useita päiviä kaivoksen ilman kosteudesta riippuen. Suoloja voidaan suihkuttaa milloin tahansa, koska toisin kuin kivipölyä, niitä ei kanneta myötätuuleen, jossa ne haittaavat kaivostyöläisten näkyvyyttä.
toinen huomionarvoinen tekniikka hiilipölyräjähdysten ehkäisemiseksi on räjähdysesteiden käyttö. Passiiviset esteet koostuvat suurista, vedellä täytetyistä kaukaloista, jotka on ripustettu hyllyille strategisiin paikkoihin kaivoksen sisääntuloväylillä. Räjähdyspaine kaataa hyllyt ja vesisade sammuttaa liekin, mikä pysäyttää räjähdyksen. Länsi-Virginian kaivostyöläisten Terveys -, Turvallisuus-ja Koulutusviraston UBB: n raportissa todetaan, että UBB: n kaivoksessa ollut pumppupohja oli ilmeisesti toiminut räjähdysesteenä ja estänyt räjähdystä leviämästä edelleen 21 kohdan päähän.3
Euroopan kaivoksissa kaivosten kehittämiseen käytettävät tiehöylät on tyypillisesti varustettu aktiivisilla, laukaistuilla esteillä. Jos metaani syttyy lähellä leikkurin päätä, anturi laukaisee välittömästi sammutusaineen vapautumisen kuudesta kahdeksaan paineistetusta säiliöstä, jotka on asennettu leikkurin puomiin tukahduttamaan liekki. Koska pienikin sytytys kasvoilla voi aiheuttaa rajun hiilipölyräjähdyksen, Tämä aktiivinen sulkutekniikka on tärkeä tekninen ohjaus tällaisten räjähdysten ehkäisemiseksi.
päätelmät
hiilipöly aiheuttaa edelleen merkittävän räjähdysvaaran. Kaivosten käyttäjien olisi noudatettava tiukkaa ja kattavaa kivipölyn levitys -, huolto-ja testausohjelmaa sen varmistamiseksi, että inertioinnin taso on riittävä. Lisää tutkimusta olisi tehtävä sen määrittämiseksi, mitä sulkuteknologioita voidaan soveltaa Yhdysvaltojen kaivoksissa lisäturvallisuuden takaamiseksi kitkasytytyksiltä ja vyönkiristyksiltä, joissa kivipölyn huolto on vaikeaa.
1. PAGE, N. G et al., ”Report of Investigation, Fatal Underground Mine Explosition, April 5, 2010, Upper Big Branch Mine-South”, Mine Safety and Health Administration, Virginia, s. 965, 2011.
2. CYBULSKI, W., Hiiliräjähdykset ja niiden tukahduttaminen, raportti No. TT 7354001+”, käännetty Puolan, US Bureau of Mines, Washington, SS. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C. A., ”Report of Investigation into the Mine explosion at the Upper Big Branch Mine”, Boone/Raleigh Co., West Virginia, s. 319, 2012.
tämä artikkeli ilmestyi ensimmäisen kerran World Coal-lehden helmikuun numerossa nimellä: Brune, J.,” a clear and present danger”, World Coal (helmikuu 2014), s. 14.
kirjoittanut tohtori Jürgen Brunner, Colorado School of Mines.
Jonathan Rowland