Dr J Askorbrgen Brune, Colorado School of Mines, USA, diskuterar behovet av att förbättra skyddet mot kolstoftexplosioner i underjordiska gruvor.
april 2010-explosionen vid Upper Big Branch (UBB) – gruvan i West Virginia hände för nästan fyra år sedan. Totalt 29 gruvarbetare dog och två skadades allvarligt i en katastrof som för alltid har ärrat livet för sina familjer och nära och kära. Vid UBB förvandlades en relativt liten ansiktständning nära bakluckans ände av longwall-ansiktet till en stor koldammexplosion som förökades genom ett stort område av gruvan med flammor som förkolnade nästan 50 miles av mina poster.1
kan en sådan förödande koldammexplosion hända igen? Tyvärr, ja, det kan det.
varje höst utfärdar US Mine Safety and Health Administration (MSHA) en Vintervarning som varnar för farorna med kolstoftexplosioner, som är mer benägna att inträffa under vintern när gruvluften är torrare. Fint bituminöst koldamm är mycket explosivt när det suspenderas i luft. I en typisk koldammexplosion skuras dammet av en liten metangasexplosion, som också ger den initierande lågan. Koldammexplosioner kan också utlösas av sprängning-särskilt från utblåsta skott-och detta orsakade ofta explosioner i början av 20-talet.
en gång initierad kan en koldammexplosion sprida sig genom stora områden gruvan genom att virvla nytt koldamm i luften framför explosionsflamma. Detta mönster kommer att fortsätta tills det inte finns mer kolstoft kvar eller tills explosionen når ett område där kolstoftet har blivit tillräckligt inertiserat genom att blanda det med bergstoft. Genom att skriva sin bok om kolstoftexplosioner genomförde Cybulski tusentals explosionstester i den polska experimentella gruvan ”Barbara”.2 följande viktiga resultat dokumenterades av Cybulski:
- ju finare kolstoft och ju större kolets flyktiga Materia desto större är dess explosionsrisk.
- kolstoftexplosioner kan förhindras genom att kolstoftet blandas med inert damm (bergstoft). Om en stor del av kolstoftet är finare än 200 mesh (74 occurm), kan mer än 80% inert bergstoft behövas för att förhindra explosioner.
- om den initierande explosionen är tillräckligt stark kan även vått kolstoft explodera.
- Explosionsbarriärer kan stoppa kolstoftexplosioner.
i USA är de flesta gruvoperatörer beroende av bergstoft inertisering som den föredragna metoden för skydd mot kolstoftexplosioner. Under 2011 ökade MSHA det erforderliga totala inerta innehållet (TIC) för gruvdamm i intagsluftvägar från 65% till 80%, detsamma som det var (och är) för returluftvägar. Denna förändring baserades på erkännandet från National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) att ökad mekanisering i dagens gruvor också har ökat finheten och därmed risken för kolstoftexplosioner. Övergången till helt mekaniserad kapning och transportbandstransporter ger mer fint damm jämfört med gammaldags underskärning, sprängning och spårtransporter.
för att effektivt förhindra explosioner måste bergstoftet blandas noggrant med kolstoftet. Om kolstoft tillåts bilda lager ovanpå bergstoppade ytor ökar explosionsrisken eftersom endast den övre 1/8 tum. av damm skuras upp under en explosion. US Bureau of Mines och NIOSH tester har visat att en koldamm skikt endast 4/1000 i. tjock (motsvarande tjockleken på ett pappersark) kan vara tillräcklig för att sprida en dammexplosion. Därför är den föredragna metoden för att applicera stendamm med trickle dammare som släpper ut stendamm direkt i returluften, lämnar sektionen och blandar den noggrant med koldammpartiklarna i luften. Transportband är i allmänhet parti dammas: här, frekvent tillämpning av en lätt sten damning föredras framför tunga damning med längre intervall för att förhindra skiktning. Huruvida mängden stendamm är tillräcklig för att förhindra kolstoftexplosioner kan bestämmas nästan omedelbart med den NIOSH-utvecklade kolstoft Explosibilitetsmätaren (CDEM).
europeiska gruvoperatörer fångar explosivt kolstoft med hygroskopiska salter, inklusive kalcium-och magnesiumkloridlösningar. Salterna förblir fuktiga genom att locka vatten från gruvluften. Den fuktiga ytan fångar upp eventuellt kolstoft som sätter sig på de behandlade ytorna. Saltapplikationer varar i flera dagar, beroende på minluftens fuktighet. Salter kan sprutas när som helst eftersom de, till skillnad från stendamm, inte bärs medvind där de hindrar synligheten för gruvarbetarna.
en andra anmärkningsvärd teknik för förebyggande av kolstoftexplosioner är användningen av explosionsbarriärer. Passiva barriärer består av stora tråg fyllda med vatten och upphängda på hyllor på strategiska platser i gruvan. Explosionstrycket tippar hyllorna över och vattenfallet släcker flamman och arresterar explosionen. UBB-rapporten från West Virginia Office for Miners ’ Health, Safety and Training konstaterar att en pumpsump i UBB-gruvan uppenbarligen hade fungerat som en explosionsbarriär och förhindrat explosionen från att ytterligare sprida sig till headgate 21-posterna.3
Roadheaders som används för gruvutveckling i Europeiska gruvor är vanligtvis utrustade med aktiva, utlösta hinder. Om metan antänds nära skärhuvudet, utlöser en sensor omedelbart frisättningen av brandsläckningsmedel från sex till åtta trycksatta Behållare monterade på skärbommen för att kväva flamman. Eftersom någon mindre ansiktständning kan utlösa en våldsam kolstoftexplosion är denna aktiva barriärteknik en viktig teknisk kontroll för att förebygga sådana explosioner.
slutsatser
kolstoft fortsätter att utgöra en betydande explosionsrisk. Gruvoperatörer bör följa ett rigoröst och omfattande program för tillämpning, underhåll och provning av bergstoft för att säkerställa att det finns tillräckliga nivåer av inertisering. Mer forskning bör genomföras för att bestämma vilken barriärteknik som kan tillämpas i amerikanska gruvor för att ge en ytterligare säkerhetsnivå mot friktionständning och i bältesposter där bergstoftunderhåll är svårt.
1. Sida, N. G et al., ”Undersökningsrapport, dödlig underjordisk Gruvexplosion, 5 April 2010, Upper Big Branch Mine-South,” Mine Safety and Health Administration, Virginia, S.965, 2011.
2. CYBULSKI, W., kol explosioner och deras undertryckande, rapport nr. TT 7354001+”, översatt från polska, US Bureau of Mines, Washington, pp. 586, 1975.
3. PHILLIPS, C. A., ”rapport om undersökning av Minexplosionen vid den övre Stora Grengruvan”, Boone/Raleigh Co., West Virginia, s. 319, 2012.
denna artikel publicerades först i februariutgåvan av World Coal as: Brune, J.,” a clear and present danger”, World Coal (februari 2014), s. 14.
skriven av Dr J Bisexrgen Brunner, Colorado School of Mines.
redigerad av Jonathan Rowland