Dr Jürgen Brune, Colorado School of Mines, USA, omawia potrzebę poprawy ochrony przed wybuchami pyłu węglowego w podziemnych kopalniach.
wybuch w kwietniu 2010 roku w kopalni Upper Big Branch (UBB) w Wirginii Zachodniej miał miejsce prawie cztery lata temu. W sumie 29 górników zginęło, a dwóch zostało poważnie rannych w katastrofie, która na zawsze odcisnęła piętno na życiu ich rodzin i bliskich. W UBB stosunkowo mały zapłon czołowy w pobliżu tylnej klapy czołowej ściany przerodził się w poważną eksplozję pyłu węglowego, która rozprzestrzeniła się na dużym obszarze kopalni, a płomienie zwęglały prawie 50 mil wejść do kopalni.1
czy taki niszczycielski wybuch pyłu węglowego może się powtórzyć? Niestety, tak, może.
każdej jesieni amerykańska administracja ds. bezpieczeństwa i zdrowia w kopalniach (MSHA) wydaje zimowy alarm ostrzegający przed niebezpieczeństwami wybuchów pyłu węglowego, które są bardziej prawdopodobne podczas zimy, gdy powietrze kopalni jest bardziej suche. Drobny pył z węgla kamiennego jest wysoce wybuchowy, gdy jest zawieszony w powietrzu. W typowej eksplozji pyłu węglowego pył jest usuwany przez niewielki wybuch gazu metanowego, który zapewnia również płomień inicjujący. Wybuchy pyłu węglowego mogą być również wywołane przez wybuchy-zwłaszcza z wydmuchanych strzałów-co często powodowało wybuchy na początku XX wieku.
po zainicjowaniu eksplozja pyłu węglowego może rozprzestrzeniać się przez rozległe obszary kopalni, wirując nowy pył węglowy w powietrzu przed płomieniem eksplozji. Ten wzór będzie trwał do momentu, gdy pył węglowy przestanie istnieć lub do momentu, gdy wybuch osiągnie obszar, w którym pył węglowy został wystarczająco inerowany przez zmieszanie go z pyłem skalnym. Pisząc książkę o wybuchach pyłu węglowego, Cybulski przeprowadził Tysiące prób wybuchowych w Polskiej kopalni Doświadczalnej „Barbara”.2 Cybulski udokumentował następujące najważniejsze ustalenia:
- im drobniejszy pył węglowy i im większa lotność węgla, tym większe jest zagrożenie wybuchem.
- wybuchom pyłu węglowego można zapobiec poprzez zmieszanie pyłu węglowego z pyłem obojętnym (pyłem skalnym). Jeśli duża część pyłu węglowego jest drobniejsza niż 200 mesh (74µm), może być potrzebne więcej niż 80% obojętnego pyłu kamiennego, aby zapobiec wybuchom.
- jeśli wybuch inicjujący jest wystarczająco silny, może wybuchnąć nawet mokry pył węglowy.
- bariery przeciwwybuchowe mogą zatrzymać wybuchy pyłu węglowego.
w Stanach Zjednoczonych większość operatorów kopalń opiera się na bezwładności pyłu kamiennego jako preferowanej metodzie ochrony przed wybuchami pyłu węglowego. W 2011 r.MSHA zwiększyła wymaganą całkowitą zawartość obojętną (Tic) dla pyłu kopalnianego w drogach wlotowych z 65% do 80%, tak samo jak w przypadku dróg powrotnych. Zmiana ta polegała na uznaniu z badań Narodowego Instytutu Bezpieczeństwa i zdrowia w pracy (NOSH), że rosnąca mechanizacja w dzisiejszych kopalniach zwiększyła również rozdrobnienie, a tym samym ryzyko wybuchu pyłu węglowego. Przejście na całkowicie zmechanizowany transport cięcia i przenośników taśmowych wytwarza więcej drobnego pyłu w porównaniu do podcinania, śrutowania i transportu gąsienicowego w starym stylu.
aby skutecznie zapobiegać wybuchom, pył skalny musi być dokładnie wymieszany z pyłem węglowym. Jeśli pył węglowy może tworzyć warstwy na powierzchniach pokrytych skałami, ryzyko wybuchu wzrasta, ponieważ tylko górna 1/8 cala. pył jest oczyszczany podczas eksplozji. US Bureau of Mines and NOSH testy wykazały, że warstwa pyłu węglowego tylko 4/1000 w. grubość (równoważna grubości arkusza papieru) może być wystarczająca do propagacji wybuchu pyłu. Dlatego preferowaną metodą nakładania pyłu skalnego jest stosowanie odpylaczy ściekowych, które uwalniają pył skalny bezpośrednio do powietrza powrotnego, opuszczając sekcję, dokładnie mieszając go z cząstkami pyłu węglowego w powietrzu. Przenośniki taśmowe są zazwyczaj odpylane wsadowo: w tym przypadku preferowane jest częste stosowanie lekkiego opylania skał zamiast ciężkiego opylania w dłuższych odstępach czasu, aby zapobiec nakładaniu warstw. Czy ilość pyłu skalnego jest wystarczająca, aby zapobiec wybuchom pyłu węglowego, można określić niemal natychmiast za pomocą miernika wybuchowości pyłu węglowego (CDEM) opracowanego przez NOSH.
europejscy operatorzy kopalni zatrzymują wybuchowy pył węglowy za pomocą higroskopijnych soli, w tym roztworów chlorku wapnia i magnezu. Sole pozostają wilgotne przez przyciąganie wody z powietrza kopalni. Wilgotna powierzchnia zatrzymuje pył węglowy osadzający się na obrabianych powierzchniach. Stosowanie soli trwa kilka dni, w zależności od wilgotności powietrza w kopalni. Sole mogą być rozpylane w dowolnym momencie, ponieważ w przeciwieństwie do pyłu skalnego nie są przenoszone pod wiatr, gdzie utrudniają górnikom widoczność.
drugą godną uwagi technologią zapobiegania wybuchom pyłu węglowego jest zastosowanie barier przeciwwybuchowych. Bariery pasywne składają się z dużych korytarzy wypełnionych wodą i zawieszonych na półkach w strategicznych miejscach w wyrobiskach kopalnianych. Ciśnienie wybuchu przechyla półki, a woda gasi płomień, zatrzymując eksplozję. Raport UBB sporządzony przez West Virginia Office for Miners’ Health, Safety and Training stwierdza, że miska pompy w kopalni UBB najwyraźniej działała jako bariera przeciwwybuchowa i zapobiegła dalszemu rozprzestrzenianiu się eksplozji w drzwiach 21 wejść.3
Kombajny chodnikowe stosowane w kopalniach europejskich są zazwyczaj wyposażone w aktywne, wyzwalane bariery. Jeśli w pobliżu głowicy tnącej zapali się Metan, czujnik natychmiast wyzwala uwolnienie środka gaśniczego z sześciu do ośmiu pojemników pod ciśnieniem zamontowanych na wysięgniku tnącym, aby stłumić płomień. Ponieważ każdy drobny zapłon czołowy może wywołać gwałtowny wybuch pyłu węglowego, ta technologia aktywnej bariery jest ważną kontrolą inżynieryjną w zapobieganiu takim wybuchom.
wnioski
pył węglowy nadal stanowi poważne zagrożenie wybuchem. Operatorzy kopalń powinni przestrzegać rygorystycznego, kompleksowego programu stosowania, konserwacji i testowania pyłu skalnego, aby zapewnić odpowiedni poziom bezwładności. Należy przeprowadzić więcej badań w celu ustalenia, które technologie barierowe mogą być stosowane w amerykańskich kopalniach, aby zapewnić dodatkowy poziom bezpieczeństwa przed tarciem oraz we wejściach taśmowych, w których utrzymanie pyłu skalnego jest trudne.
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, PP.965, 2011.
2. CYBULSKI, W., wybuchy węgla i ich tłumienie, Raport nr 10/2010 TT 7354001+”, tłumaczenie z języka polskiego, US Bureau of Mines, Washington, pp. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C. A., „Report of Investigation into the Mine Explosition at the Upper Big Branch Mine”, Boone/Raleigh Co.[2012-01-12 19: 31]
ten artykuł pojawił się po raz pierwszy w lutowym wydaniu World Coal jako: Brune, J., „a clear and present danger”, World Coal (luty 2014), s. 14.
autor: Dr Jürgen Brunner, Colorado School of Mines.