Dr. Jürgen Brune, Colorado School of Mines, US, bespreekt de noodzaak om de bescherming tegen kolenstofexplosies in ondergrondse mijnen te verbeteren. De explosie in April 2010 bij de Upper Big Branch (UBB) Mijn in West Virginia vond bijna vier jaar geleden plaats. In totaal kwamen 29 mijnwerkers om het leven en raakten twee zwaargewond bij een ramp die voor altijd het leven van hun familie en geliefden heeft getekend. Bij UBB veranderde een relatief kleine ontbranding nabij de achterklep van de pijler in een grote kolenstofexplosie, die zich door een groot gedeelte van de mijn voortzette en waarbij bijna 80 km van de mijnaanvoer door vlammen werd verbrand.1
kan een dergelijke verwoestende kolenstofexplosie zich opnieuw voordoen? Helaas wel, ja. In de herfst geeft de US Mine Safety and Health Administration (MSHA) een Winteralarm uit die waarschuwt voor de gevaren van kolenstofexplosies, die in de winter het meest voorkomen wanneer de lucht in de mijn droger is. Fijn bitumineus kolenstof is zeer explosief wanneer het in de lucht wordt gesuspendeerd. Bij een typische kolenstofexplosie wordt het stof afgeschuurd door een kleine methaangasexplosie, die ook de initiërende vlam vormt. Kolenstofexplosies kunnen ook worden veroorzaakt door het stralen – vooral van geblazen schoten-en dit veroorzaakte vaak explosies in het begin van de 20e eeuw.
wanneer een kolenstofexplosie eenmaal is begonnen, kan deze zich door uitgestrekte gebieden van de mijn voortplanten door nieuw kolenstof vóór de explosievlam in de lucht te wervelen. Dit patroon zal zich voortzetten totdat er geen kolenstof meer over is of totdat de explosie een gebied bereikt waar het kolenstof voldoende geïnertiseerd is door het te mengen met steenstof. Cybulski schreef zijn boek over kolenstofexplosies en voerde duizenden explosieproeven uit in de Poolse experimentele mijn “Barbara”.2 De volgende belangrijke bevindingen werden gedocumenteerd door Cybulski:
- hoe fijner het kolenstof en hoe groter de vluchtige bestanddelen van de kolen, des te groter is het explosiegevaar.Kolenstofexplosies kunnen worden voorkomen door het kolenstof te mengen met inert stof (steenstof). Indien een groot deel van het kolenstof fijner is dan 200 Maas (74µm), kan meer dan 80% inert gesteente nodig zijn om explosies te voorkomen.
- indien de initiërende explosie sterk genoeg is, kan zelfs nat kolenstof exploderen.
- Explosiebarrières kunnen kolenstofexplosies stoppen.
in de VS vertrouwen de meeste mijnexploitanten op de inertisering van het gesteente als de beste methode ter bescherming tegen kolenstofexplosies. In 2011 verhoogde het MSHA het vereiste totale inertgehalte (Tic) voor mijnstof in de inlaatluchtwegen van 65% tot 80%, hetzelfde als het was (en is) voor retourluchtwegen. Deze verandering was gebaseerd op de erkenning uit onderzoek van het National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) dat de toenemende mechanisatie in de huidige mijnen ook de fijnheid en dus het risico van kolenstofexplosies heeft vergroot. De overgang naar volledig gemechaniseerd snijden en transportbanden produceert meer fijn stof in vergelijking met oude onderbieding, stralen en Spoortransport.
om explosies doeltreffend te voorkomen, moet het gesteente grondig met het kolenstof worden gemengd. Als kolenstof boven op met steen bestoven oppervlakken lagen mag vormen, neemt het explosiegevaar toe omdat alleen de bovenste 1/8 in. van stof wordt afgeschuurd tijdens een explosie. De proeven van het US Bureau of Mines en NIOSH hebben aangetoond dat een laag kolenstof slechts 4/1000 in. dik (gelijk aan de dikte van een vel papier) kan voldoende zijn om een stofexplosie voort te planten. Daarom wordt bij de toepassing van het steenstof de voorkeur gegeven aan druppelafdichtingen die het steenstof rechtstreeks in de afvoerlucht vrijgeven, het gedeelte verlaten en het grondig mengen met de kolenstofdeeltjes in de lucht. Transportbanden worden over het algemeen batch bestrooid: hier wordt frequente toepassing van een lichte steenstof de voorkeur boven zware stof met langere tussenpozen om gelaagdheid te voorkomen. Of de hoeveelheid steenstof voldoende is om kolenstofexplosies te voorkomen, kan met de door NIOSH ontwikkelde Kolenstofexplosibiliteitsmeter (CDEM) vrijwel onmiddellijk worden bepaald.
Europese mijnexploitanten vangen explosief kolenstof op met hygroscopische zouten, waaronder calcium – en magnesiumchlorideoplossingen. De zouten blijven vochtig door water uit de mijnlucht aan te trekken. Het vochtige oppervlak vangt het eventueel op de behandelde oppervlakken bezinkende kolenstof op. Zouttoepassingen duren enkele dagen, afhankelijk van de vochtigheid van de mijnlucht. Zouten kunnen te allen tijde besproeid worden, omdat ze, in tegenstelling tot steenstof, niet met de wind meegedragen worden waar ze het zicht voor de mijnwerkers belemmeren.
een tweede opmerkelijke technologie ter voorkoming van kolenstofexplosies is het gebruik van explosiebarrières. Passieve barrières bestaan uit grote met water gevulde troggen en opgehangen op planken op strategische plaatsen in de mijngangen. De explosiedruk slaat de planken omver en de waterbui blust de vlam, waardoor de explosie wordt tegengehouden. Het UBB-rapport van het West Virginia Office for Miners’ Health, Safety and Training merkt op dat een pompcarter in de UBB-mijn blijkbaar als een explosiebarrière had gefunctioneerd en had voorkomen dat de explosie zich verder in de headgate 21-ingangen verspreidde.3
Galerijdrijfmachines die worden gebruikt voor mijnontwikkeling in Europese mijnen zijn doorgaans uitgerust met actieve, getriggerde barrières. Als methaan in de buurt van de snijkop ontbrandt, zorgt een sensor ervoor dat het brandblusmiddel onmiddellijk wordt losgelaten van zes tot acht drukcontainers die op de snijklem zijn gemonteerd om de vlam te verstikken. Aangezien elke geringe ontbranding van de pijler een hevige kolenstofexplosie kan veroorzaken, is deze actieve Barrièretechnologie een belangrijke technische controle ter voorkoming van dergelijke explosies.
conclusies
kolenstof blijft een aanzienlijk explosiegevaar opleveren. Mijnexploitanten dienen een streng, alomvattend programma van toepassing, onderhoud en beproeving van gesteente te volgen om ervoor te zorgen dat er voldoende inertiseringsniveaus aanwezig zijn. Er dient meer onderzoek te worden verricht om vast te stellen welke barrièretechnologieën in de mijnen van de Verenigde Staten kunnen worden toegepast om een extra veiligheidsniveau tegen wrijvingsontstekingen te bieden en bij het binnendringen van banden waar het moeilijk is om het gesteente in stand te houden.
1. PAGE, N. G et al., “Report of Investigation, Fatal Underground Mine Explosion, April 5, 2010, Upper Big Branch Mine-South,” Mine Safety and Health Administration, Virginia, blz. 965, 2011.
2. CYBULSKI, W., Coal explosions and their Suppression, Report No. TT 7354001+”, vertaald uit het Pools, US Bureau of Mines, Washington, pp. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C. A., “Report of Investigation into the Mine Explostion at the Upper Big Branch Mine”, Boone/Raleigh Co., West Virginia, PP. 319, 2012.
dit artikel verscheen voor het eerst in het februarinummer van World Coal als: Brune, J., “a clear and present danger”, World Coal (februari 2014), p. 14.
geschreven door Dr. Jürgen Brunner, Colorado School of Mines.
uitgegeven door Jonathan Rowland