Zwalczanie zagrożenia metanowego w ścianach w aspekcie

Wyższy Urząd Górniczy
Zwalczanie zagrożenia
metanowego
w ścianach w aspekcie
sposobu ich
przewietrzania
Zwalczanie zagrożenia
metanowego
w ścianach w aspekcie
sposobu ich
przewietrzania
Katowice 2011
© Copyright by Wyższy Urząd Górniczy, Katowice 2011
Opracowanie
Departament Górnictwa WUG
Opracowanie graficzne,
skład i łamanie
Anna Nowrot
Redakcja
Anna Swiniarska-Tadla
Druk broszury sfinansowano ze środków
Zakładu Ubezpieczeń Społecznych
Wyższy Urząd Górniczy
40-055 Katowice, ul. Poniatowskiego 31
www.wug.gov.pl
e-mail: [email protected]
1. Zagrożenie metanowe
Zagrożenie metanowe jest jednym z najgroźniejszych zjawisk
towarzyszących wydobyciu węgla kamiennego i złóż soli kamiennej. Obserwowany w ostatnich latach wzrost tego zagrożenia jest
bezpośrednio związany z rosnącą głębokością prowadzenia robót
górniczych. Złoża karbońskie, zwłaszcza w centralnej i południowej
części Górnośląskiego Zagłębia Węglowego, przykryte są nadkładem warstw trzecio- i czwartorzędowych o znacznej miąższości
i niewielkiej przepuszczalności. Skutkuje to wysoką gazonośnością pokładów węgla i współwystępowaniem wolnego metanu, co
utrudnia eksploatację, stwarzając przy tym duże zagrożenie w trakcie prowadzenia robót górniczych. Powyższe czynniki, szczególnie
w ostatnich kilku latach, powodują także narastanie zagrożenia wyrzutami gazów i skał.
W latach 2002-2010 miały miejsce 22 tragiczne w skutkach zdarzenia, w wyniku których 59 górników zginęło, 64 doznało ciężkich,
a 75 lekkich obrażeń ciała. Statystyka tych zdarzeń jest tragiczna,
głównie ze względu na liczbę ofiar śmiertelnych i wypadków ciężkich. Spowodowały one także ogromne szkody materialne.
Poniżej przedstawiono zdjęcia wyrobisk po wybuchu wykonane
podczas oględzin przeprowadzonych po tragicznych zdarzeniach
zaistniałych:
• w KWK ,,Halemba”, w listopadzie 2006 r.
3
• w KWK „Mysłowice-Wesoła”, w styczniu 2008 r.
Pamiętaj! Bezpieczeństwo zależy
od każdego z nas, także od Ciebie.
Bezpieczeństwo Twoje i Twoich współpracowników jest celem
nadrzędnym. Otaczający Cię metan w znacznym stopniu obniża poziom tego bezpieczeństwa.
4
Dlatego w miejscu pracy, w celu ograniczenia
zagrożenia metanowego:
•kontroluj skład atmosfery kopalnianej na okoliczność występowania metanu,
•obserwuj i reaguj na wskazania metanomierzy i innych
czujników pomiarowych (CO-mierzy, anemometrów itp.),
•zwracaj baczną uwagę na lokalizację metanomierzy, natychmiast reaguj na zauważone nieprawidłowości,
•dbaj o właściwy stan pomocniczych urządzeń wentylacyjnych (strumienice, przegrody, nawiewki itp.),
•utrzymuj właściwe gabaryty ruchowe wyrobisk odprowadzających zużyte powietrze ze ściany,
•„zapomnij” o używaniu otwartego ognia,
•nie urabiaj kombajnem zwięzłych skał,
•używaj właściwego sprzętu strzałowego i odpowiednich
materiałów wybuchowych, prawidłowo odpalaj ładunki
wybuchowe,
•dbaj o właściwy stan urządzeń elektrycznych,
•unikaj zbędnych nagromadzeń metanu, np. w niewypełnionych pustkach w stropie wyrobisk, w nieprzewietrzanych
wnękach lub w niezlikwidowanych wyrobiskach.
Nie oszukuj metanomierzy! One spełnią swoją rolę, jeżeli:
• są zawieszone pod stropem wyrobiska, w miejscu wymaganym przepisami oraz określonym w dokumentacji zabudowy czujnika,
• nie kierujesz na nie powietrza ze strumienicy lub lutniociągu,
• utrzymujesz je we właściwym stanie technicznym,
zwłaszcza te zabudowane przy organach urabiających.
!
5
Likwiduj chodniki przyścianowe wraz z postępem
ściany, a unikniesz:
• niebezpiecznego nagromadzenia się metanu w bezpośrednim sąsiedztwie Twojego miejsca pracy,
• powstania atmosfery niezdatnej do oddychania,
• zagrożenia zawałowego.
!
Pamiętaj! Ty osobiście odpowiadasz za
bezpieczeństwo w miejscu pracy.
2. Sposób przewietrzania
ścian a zwalczanie zagrożenia
metanowego
2.1. Przewietrzanie ścian
Dominującym systemem przewietrzania ścian w kopalniach
węgla kamiennego jest system na „U”. Jest to najgorszy sposób
przewietrzania ścian w zagrożeniu metanowym, choć można uznać,
że zdecydowanie ułatwia walkę z zagrożeniem pożarem endogenicznym. Zasadność stosowania sposobu przewietrzania wynika z
decyzji przedsiębiorców górniczych, często niestety dążących do
maksymalnego, bezwzględnego obniżania kosztów prowadzenia
kopalń. Zaprojektowanie systemu przewietrzania, ukierunkowanego na zwalczanie zagrożenia metanowego, powoduje konieczność
wykonania większej ilości robót przygotowawczych, a tym samym
wzrost kosztów i opóźnienie uruchomienia frontów ścianowych.
W roku 2010 spośród 169 ścian prowadzących eksploatację w
pokładach metanowych, aż w 125 zastosowano system przewie6
trzania na „U” (74%). W 35 ścianach zastosowano system na „Y”
(21%), a w 9 ścianach wykorzystano inne metody wentylacji, np. „Z”
i „H” (5%). Dane dotyczące metanowości bezwzględnej oraz sposobu przewietrzania ścian przedstawia tabela:
Metanowość
bezwzględna
(m3CH4/min)
od 0 do 1
pow. 1 do 5
pow. 5 do 10
pow. 10 do 20
pow. 20 do 40
pow. 40
SUMA
System przewietrzania
U
Y
36
50
22
12
5
0
125
5
7
6
12
3
2
35
Inny
6
1
0
1
0
1
9
2.2. Sposoby zwalczania zagrożenia
metanowego
Monitoring i wykonywanie pomiarów.
W kopalniach węgla kamiennego są powszechnie stosowane
systemy monitoringu dyspozytorskiego, służące do kontroli parametrów bezpieczeństwa oraz produkcji.
Poprzez sieć zabudowanych czujników w wyrobiskach dołowych monitorowane są na bieżąco m.in.:
• stężenia metanu i tlenku węgla,
• prędkość przepływającego powietrza,
• stan otwarcia lub zamknięcia tam wentylacyjnych,
• praca wentylatorów głównych oraz przewietrzających ślepe
wyrobiska, zwłaszcza w III i IV kategorii zagrożenia metanowego,
• praca pomp głównego odwadniania,
• inne, określone przez kierownictwo kopalni.
7
Przykład wyświetlenia
mapy rejonu
wentylacyjnego wraz
z czujnikami
Wykonywanie ręcznych pomiarów metanu w wyrobiskach, uzupełniany monitoringiem automatycznym, jest najważniejszym działaniem w zakresie możliwości rozpoznania skali występującego zagrożenia.
Do tego celu służą przenośne metanomierze indywidualne, a
także szeroko już stosowane mierniki wielogazowe, których podstawową zaletą jest prowadzenie stałego pomiaru stężeń gazów od
momentu ich załączenia.
Metanomierze indywidualne
8
Miernik wielogazowy
Sposób wykonywania kontroli zawartości metanu.
1.Zawartość metanu w powietrzu kontroluje się, przeprowadza-
jąc pomiary:
a)pod stropem wyrobiska,
b)nad obudową wyrobiska,
c)w miejscach możliwych wypływów lub gromadzenia się metanu.
2.Pomiar zawartości metanu pod stropem wyrobiska wykonuje
się nie niżej niż 10 cm od najwyższego miejsca niezabudowanego stropu, szczelnej obudowy lub okładziny obudowy.
3.Pomiar zawartości metanu nad obudową wyrobiska wykonuje
się w najwyższym dostępnym miejscu wyrobiska nad obudową.
W razie stwierdzenia w wyrobisku zawartości metanu powyżej
2% należy niezwłocznie wycofać ludzi z zagrożonych miejsc, wyłączyć sieć elektryczną lub spowodować jej wyłączenie przez dyspozytora, unieruchomić maszyny i inne urządzenia, zagrodzić wejścia
do tych wyrobisk, zawiadomić najbliższą osobę dozoru ruchu.
W przypadku stwierdzenia w wyniku przeprowadzonych pomiarów nad obudową zawartości 5% metanu lub powyżej, należy
niezwłocznie wstrzymać roboty w wyrobisku, przeprowadzić dodatkowe pomiary dla ustalenia rozmiarów nagromadzenia metanu i
miejsc wypływu metanu oraz podjąć działania mające na celu likwidację zagrożenia.
Pamiętaj!
nie próbuj sam rozkręcać i naprawiać metanomierzy,
wykonuj rzetelnie pomiary metanu,
„szukaj” metanu nie tylko w miejscach określonych przepisami,
„szukaj” metanu zgodnie z doświadczeniami stosowanymi w
Twojej kopalni.
9
2.2.1. Środki wentylacyjne
System przewietrzania ścian określany jest na etapie projektowania, w zależności od sposobu udostępnienia poszczególnych
parcel pokładu. Jak już wspomniano, w polskim górnictwie dominuje system przewietrzania z doprowadzeniem i odprowadzeniem
powietrza wzdłuż calizny węglowej, tzw. „U”. Sposób ten jest najkorzystniejszy z uwagi na zagrożenie pożarowe, natomiast jest najmniej skuteczny przy przewietrzaniu ścian prowadzonych w warunkach wysokiego zagrożenia metanowego.
Na rys. 1a) pokazano sytuację, gdy obydwa chodniki zostały
wcześniej wydrążone i całkowita ilość powietrza (bez strat) zostaje
doprowadzona do ściany z wyjątkiem jej górnej części.
Doświeżanie w chodniku nadścianowym zapewnia intensywne
przewietrzanie górnego odcinka ściany. Ponadto sposób ten zezwala na wcześniejsze wprowadzenie odmetanowania, zaś istnienie
chodnika nadścianowego za czołem ściany umożliwia długotrwałą
eksploatację otworów odmetanowania.
Na rys. 1b) pokazano sytuację podobną, lecz bez możliwości
doświeżania, a prowadzenie odmetanowania możliwe jest dopiero
za czołem ściany.
Rys. 1 - najczęściej spotykane sposoby przewietrzania ścian
10
Na rys. 1c) powietrze do ściany doprowadzane jest chodnikiem
sąsiadującym ze zrobami. Powoduje to ucieczki powietrza wymywające metan ze zrobów, co stwarza poważne zagrożenie w górnej
części ściany. Doświeżanie powietrza górnym chodnikiem poprawia
nieco sytuację, lecz nieszczelność zrobów powoduje stały wzrost
koncentracji metanu, osiągając najwyższe wartości na wylocie ze
ściany. W tym przypadku można wprowadzić wcześniej odmetanowanie i utrzymywać otwory przez dłuższy czas eksploatacji przy
dużej efektywności odmetanowania.
Na rys. 1d) chodnik wentylacyjny wykonano wcześniej, ale
chodnik, którym doprowadzane jest świeże powietrze, sąsiaduje ze
zrobami. Nieszczelne ociosy powodują ucieczki powietrza, które
wymywa metan ze zrobów, oddalając go od ściany, zaś doświeżanie zmniejsza zagrożenie w górnej części ściany. Odmetanowanie
można tutaj wprowadzić przed czołem ściany i utrzymywać go za
czołem ściany z dużą efektywnością.
Na rys. 1e), oprócz zmniejszenia ilości powietrza płynącego do
ściany, istnieje możliwość gromadzenia się metanu przy drążeniu chodnika nadścianowego. Wiercenie otworów drenażowych możliwe jest
tylko za czołem ściany, przez co nie wykorzystuje się okresu maksymalnego wypływu metanu, co zmniejsza efektywność odmetanowania.
Na rys. 1f) oraz 1g) przedstawiono sytuacje, w których, z uwagi
na likwidację chodnika nadścianowego wraz z postępem ściany, następuje wymywanie metanu ze zrobów, stwarzając poważne zagrożenie w górnym odcinku ściany. Odwiercone otwory drenażowe w
chodniku nadścianowym przed czołem ściany są likwidowane wtedy, kiedy mają największą wydajność.
W górnictwie znajduje zastosowanie sposób eksploatacji i przewietrzania przedstawiony na rys. 1h).Wymaga on wykonania dodatkowo chodnika nadścianowego równoległego. Sposób ten stosuje
się głównie przy wysokich metanowościach. Chodnik równoległy
drąży się w odległości od 6 do 15 m od chodnika nadścianowego,
łącząc je z sobą przecinkami, np. co 50 m. W tym przypadku po11
wietrze bez strat dopływa do ściany i w górnej części przepływa
przez zroby do chodnika nadścianowego, skąd przecinką A płynie
do chodnika równoległego, oddalając strefę wzmożonego wypływu
metanu od czoła ściany. Po dojściu czoła ściany do następnej przecinki powietrze jest odprowadzane przecinką B, a odcinek chodnika
nadścianowego pomiędzy przecinkami rabuje się i przed przecinką
B otamowuje. W przecince A buduje się tamę izolacyjną, spoza której odsysa się mieszankę metanowo-powietrzną do rurociągu odmetanowania umieszczonego w chodniku równoległym, z którego
także wierci się otwory drenażowe nad eksploatowaną ścianę.
Jednym z najbardziej istotnych czynników ukierunkowanych na
zwalczanie zagrożenia metanowego jest, na etapie sporządzania projektu ściany, ustalenie niezbędnej, minimalnej ilości powietrza doprowadzanego do ściany, która umożliwi bezpieczne prowadzenie
robót w obliczu wydzielającego się do środowiska ściany metanu.
Pamiętaj!
• dbaj o stan tam wentylacyjnych w rejonach wentylacyjnych,
szczególnie przy ścianach,
• nigdy nie otwieraj dwóch tam wentylacyjnych jednocześnie
– myśl o tym zarówno podczas przechodzenia załogi, jak i
podczas wykonywania transportu materiałów.
2.2.2. Pomocnicze urządzenia wentylacyjne
W rejonach skrzyżowań ścian z chodnikami przyścianowymi
stosowane są układy pomocniczych urządzeń wentylacyjnych.
Konfiguracja zabudowy takich urządzeń jest najbardziej rozbudowana w ścianach przewietrzanych na „U”. Podstawowym środkiem, stosowanym w tym zakresie, jest przegroda wentylacyjna ze
śluzą wentylacyjną, zabudowana w wyrobisku przyścianowym z
prądem powietrza odprowadzanym ze ściany. Ma ona za zadanie
skierowanie maksymalnej ilości powietrza wypływającego ze ściany
w rejon miejsca likwidacji wyrobiska za ścianą.
12
Powinna ona być tak zabudowana, aby pole przekroju poprzecznego wyrobiska między przegrodą a ociosem przeciwległym do
ściany nie było mniejsze niż 4 m2, a odległość między przegrodą
a tym ociosem, mierzona w środku wysokości wyrobiska, nie była
mniejsza niż 1,5 m.
Przy doborze pomocniczych urządzeń wentylacyjnych uwzględnia się prognozę wydzielania metanu ze zrobów ściany w rejonie
skrzyżowania z wyrobiskiem przyścianowym z prądem powietrza
wypływającym ze ściany. Rodzaj i ilość przedmiotowych urządzeń
są na bieżąco korygowane w zależności od kształtowania się zagrożenia metanowego.
Układ pomocniczych urządzeń wentylacyjnych najczęściej rozbudowuje się o:
• wentylatory elektryczne lub pneumatyczne wraz z lutniociągami,
• strumienice (inżektory),
• nawiewki kierunkowe (kierownice),
• węże perforowane.
Przy stosowaniu pomocniczych urządzeń wentylacyjnych należy
przestrzegać następujących zasad:
a)wszystkie urządzenia powinny tworzyć spójny system przewietrzania do zwalczania zagrożenia metanowego,
b)pomocnicze urządzenia
wentylacyjne
powinny
pracować w sposób ciągły i stabilny, zapewniający
skuteczne zwalczanie zagrożenia metanowego,
c)wszelkie prace związane
z przebudową lub zmianą
Przykładowy schemat zabudowy
pomocniczych urządzeń wentylacyjnych w
lokalizacji pomocniczych
rejonie skrzyżowania ściany z wyrobiskiem
urządzeń wentylacyjnych
przyścianowym, którym odprowadzane jest
(z wyjątkiem strumienic)
powietrze ze ściany.
13
muszą być dokonywane pod nadzorem osoby dozoru ruchu
oraz przy spełnieniu następujących warunków:
• wszystkie urządzenia elektryczne w ścianie oraz chodniku
przyścianowym w prądzie powietrza odprowadzanym ze
ściany muszą być wyłączone spod napięcia,
• w trakcie przebudowy pomocniczych urządzeń wentylacyjnych
w ścianie nie mogą być prowadzone żadne czynności
technologiczne (urabianie, przesuwanie sekcji rabowanie itp.),
• rozpoczęcie oraz zakończenie przebudowy pomocniczych
urządzeń wentylacyjnych należy zgłosić do dyspozytora
metanometrii,
d)wszelkie usterki i wady w działaniu pomocniczych urządzeń
wentylacyjnych powinny być natychmiast usuwane przy
zatrzymanych procesach technologicznych i przy wyłączonych
spod napięcia urządzeniach elektrycznych w ścianie i wyrobisku
przyścianowym.
Pamiętaj!
•dbaj o stan pomocniczych urządzeń wentylacyjnych,
•natychmiast zgłaszaj przełożonym wszelkie awarie lub
usterki zauważone w pracy tych urządzeń,
•nie wyłączaj samowolnie zasilania pomocniczych urządzeń wentylacyjnych,
•nie zmieniaj samowolnie miejsca ich zabudowy.
2.2.3. Odmetanowanie górotworu
Zgodnie z obowiązującymi przepisami, w zakładach górniczych
eksploatujących pokłady zaliczone do IV kategorii zagrożenia metanowego stosuje się odmetanowanie górotworu, przy czym, w
przypadkach uzasadnionych analizą stanu warunków wentylacyjno-metanowych i prognozą metanowości, można nie stosować
odmetanowania, o ile przestrzegane będą warunki gwarantujące
bezpieczeństwo pracy i ruchu zakładu górniczego, ustalone przez
kierownika ruchu zakładu górniczego.
14
W roku 2010 w polskich kopalniach z pokładów metanowych
wydobyto 60,8 mln ton węgla, tj. ok. 79,9 % ogółu wydobycia. Spośród 22 kopalń prowadzących eksploatację w pokładach metanowych (w których stwierdzono wydzielanie się metanu), w 19 w
sposób ciągły stosowano odmetanowanie za pomocą 16 powierzchniowych i 5 dołowych stacji odmetanowania.
Biorąc pod uwagę okres ujmowania gazu, można wydzielić następujące sposoby odmetanowania:
• wyprzedzające, prowadzone przed rozpoczęciem górniczej
eksploatacji pokładów, w górotworze o nienaruszonej pierwotnej metanowości i nienaruszonej strukturze,
• eksploatacyjne, prowadzone równocześnie z eksploatacją
węgla w górotworze, w którym naturalna równowaga złoża
została naruszona, a sam proces odmetanowania prowadzony jest w skałach o zmiennym w czasie stanie naprężeń,
• ujęcie metanu z otamowanych przestrzeni - ujęcia gazu z
zaizolowanych wyrobisk, w których utrzymuje się wysoka
koncentracja metanu. Odmetanowanie starych zrobów cechuje na ogół mała intensywność lecz długi okres trwania.
Z punktu widzenia bezpiecznego prowadzenia ścian w warunkach wysokiego zagrożenia metanowego, największą istotę stanowi
odmetanowanie eksploatacyjne. Biorąc pod uwagę prowadzenie tej
profilaktyki w zależności od sposobu przewietrzania ścian, największą efektywność odmetanowania, dochodzącą nawet do 80%, uzy-
Powierzchniowa stacja odmetanowania
15
skuje się przy prowadzeniu ścian przewietrzanych systemem na „Y”
lub jego modyfikacji.
W tym przypadku istnieje możliwość eksploatacji otworów
metanowych także za frontem ściany, bezpośrednio znad zrobów
ściany.
Odmetanowanie w ścianach przewietrzanych systemem na
„U” charakteryzuje się niską efektywnością (ok. 30%). Spowodowane jest to koniecznością likwidacji stanowisk odmetanowania
przed frontem ściany. W niektórych przypadkach stosuje się zabieg
pozostawiania stanowisk za ścianą, w zlikwidowanym wyrobisku
przyścianowym, przy czym czynności te wymagają wykonania odpowiedniego zakresu prac, ukierunkowanych na utrzymanie w jak
najdłuższym czasie możliwości eksploatacji otworów.
Najlepsze efekty odmetanowania uzyskujemy poprzez wykonywanie chodników drenażowych, przebiegających od kilku do kilkunastu metrów nad parcelą ściany.
Pamiętaj!
•zwracaj uwagę na rurociągi i urządzenia odmetanowania,
zabudowane w wyrobiskach – oznaczone żółtym kolorem,
•natychmiast zgłaszaj przełożonym wszelkie awarie lub
usterki zauważone w pracy tych urządzeń,
•w instalacji odmetanowania występuje podciśnienie – nigdy nie manipuluj przy zaworach i zasuwach, nie demontuj
połączeń i łańcuchów, gdyż może to spowodować zasysanie powietrza do instalacji i obniżenie stężenia metanu
w rurociągu do wartości wybuchowych – czynności te
mogą wykonywać tylko odpowiednie służby odmetanowania.
16
Wyższy Urząd Górniczy
Poniatowskiego 31
40-055 Katowice
32 736 17 00
www.wug.gov.pl