ugrozenost rudnika uglja

M. Ivkovi: Ugroenost podzemnih rudnika ......

Tehniki institut Bijeljina. Arhiv za tehnike nauke, Godina II br. 3. 101

Pregledni rad Review paper

UDC: 622.33:699.81

UGROENOST PODZEMNIH RUDNIKA UGLJA ENDOGENIM POARIMA

Mirko Ivkovi1

1JP PEU-Resavica, E.mail: [email protected]

REZIME

Rudniki poari ine relativno estu pojavu najee pri podzemnoj eksploataciji uglja, a ree u rudnicima metala sa prisustom pirita, i predstavljaju potencijalnu opasnost za zaposlene, instaliranu opremu i ureaje, pa i ceo podzemni proizvodni sistem. Po prirodi nastajanja, rudniki poari su klasifikovani na egzogene koji nastaju spoljnim izvorom toplote i endogene koji nastaju procesom samozapaljenja.

U ovom radu daje se prikaz rizika od endogenih rudnikih poara, kao i metode zatite od navedene opasnosati u podzemnim proizvodnim objektima-jamama rudnika uglja Republike Srbije.

Kljune rei: endogeni poari, podzemna eksploatacija, samozapaljivost, mere zatite

MINE FIRES IN UNDERGROUND EXPLOATATION

ABSTRACT

Mine fires are a relatively frequent phenomenon in undergraund coal exploatation and they represent a potential danger for workers, installed equipment and appliances and for the mine istelf. Mine fires could be classified, by their nature of appearance, into mine fires, generated by the heat source, and mine fires, generated by the coal selfinflamability.

Key words: mine fires, undegraund exploatation, selfinflamability, medods of protection

UVOD

Po pojmom rudniki poari podrazumevaju se poari nastali u blizini rudnikih otvora ili u podzemnim objektima. Svaki proces oksidacije praen oslobaanjem toplote i svetlosti naziva se gorenjem. Da bi dolo do gorenja neke gorive materije moraju biti ispunjeni sledei uslovi:

da postoje gorive materije; da postoji kiseonik koji omoguava i pomae gorenje; da postoji izvor paljenja.

Zatita od rudnikih poara zasniva se na tome da se iskljui jedan od ova tri uslova. S obzirom da je ugalj goriva materija i da se u rudarske prostorije unose razni gorivi materijali, to je praktino



postojanje gorive materije nemogue iskljuiti. Takoe, nemogue je iskljuiti prisustvo kiseonika u rudarskim prostorijama. Iz tog razloga nastoje se iskljuiti izvori paljenja, koji mogu biti uzronici poara.

Pojave rudnikih poara podjednako su ugroavajue u podzemnoj eksploataciji uglja i za zaposlene, za opremu, maine instalacije i ugalj, odnosno njegove gubitke. S obzirom nas injenicu da su oksidacioni procesi kao pojava gotovo neminovni, to je osnovna mera zatite spreavanje njihovog razvijanja u burnije procese, odnosno poare.

ENDOGENI POARI

Endogeni poari nastaju kao rezultat zajednikog delovanja prirodno-geolokih i tehniko-tehnolokih uslova u prostoru i vremenu.

Prirodno-geoloki uslovi uticajni na nastajanje endogenih oksidacionih procesa su: sklonost uglja ka samozapaljenju, debljina ugljenog sloja, tektonske karakteristike, nagib i dubina zaleganja, osobine prateih naslaga, prisustvo vode u ugljenom sloju i prateim stenama.

Tehniko-tehnoloki faktori uticajni na endogenu poarnu ugroenost su: neadekvatna priprema i razrada, primenjena otkopna metoda, gubici uglja pri otkopavanju, loa i neblagovremena izolacija otkopanih prostora, neadekvatna brzina napredovanja radnog fronta otkopa, nepravilna ema provetravanja, visoka depresija jame i otkopnog polja, gubici vazdune struje, nepovoljna lokacija separatnih ventilatora i dr.

Ugalj je hemijski vrlo sloena materija, pri emu ugljevi iz raznih leita mogu biti vrlo razliitog sastava. Ovo utie da se proces endogenih oksidacionih procesa intenzivno istrauje i izuava, posebno u uslovima podzemnih proizvodnih sistema u kojima se ugrauje skupocena oprema koja ne trpi klasian sistem zatite dugotrajnijom izolacijom.

U nizu teoretskih razmatranja procesa samozapaljenja, izdvajaju se piritno-sulfidna, bakterijska, fenolna i oksidaciona teorija.

Prema prirodnoj teoriji poetno zagrevanje uglja nastaje zbog prelaska pirita u prisustvu vode i kiseonika u sulfat gvoa kojom prilikom se oslobaaju znatne koliine toplote.

Bakterijska teorija pripisuje poetno zagrevanje uglja razvoju mikroorganizama u uglju. Fenolna teorija objanjava samozapaljenje uglja kao posledicu intenzivnog vezivanja fenolnih grupa iz uglja sa kiseonikom pri emu dolazi do egzotermne reakcije. Smatra se da kiseonik iz vazduha prvo deluje na fenone grupe u uglju, a potom fenol deluje na ugalj izazivajui oksidaciju.

Danas se u rudarskoj nauci prioritetan znaaj pridaje oksidacionoj teoriji, koja samozapaljenje tumai kao proces sorpcije O2 u vie karakteristinih faza odnosno perioda, i to: inkubacija, indikacija i otvoreni poar.

U period inkubacije poara rauna se period od poetka oksidacionog procesa uglja do momenta kad se poar moe primetiti ili se mogu izmeriti produkti oksidacije. U ovom periodu vri se upijanje koseonika, tj. ispunjavanje prslina i intermolekularnog prostora u sloju uglja i vezivanja kiseonika sa ugljenikom iz uglja.

Period indikacije poinje pojavom vodene pare, kada se kapljice vode hvataju na podgradu ili strop i bokove prostorija u blizini mesta poara. Nakon toga izdvajaju se CO i CO2, ime se zavrava period indikacije i dolazi do otvorenog poara. Sklonost nekog uglja da sorbira kiseonik iz atmosferskog vazduha je prirodna karakteristika, a utvrivanje razlike u sklonosti sorpcije kiseonika od strane raznih ugljeva predstavljaju jednu od metoda za ispitivanje.



OCENA SKLONOSTI UGLJA KA SAMOZAPLJENJU

Pri oceni stanja endogene poarne ugroenosti, pored prirodne sklonosti uglja ka samozapaljenju, u obzir se uzimaju i faktori uticajni na sorpcionu sposobnost uglja, i to: stepen usitnjenosti uglja, poetna temperatura uglja, prethodno zagrevanje, kvaenje i stepen oksidisanosti.

Poveanjem spena usitnjenosti uglja, poveava se ukupna unutranja i spoljna sorpciona povrina. Spoljanju sorpcionu povrinu ini sistem makro i mikro pukotina i stepen usitnjenosti, a unutranju poroznost uglja. U procesu sorpcije kiseonika uestvuje spoljanja temperatura i deo unutranje, naroito na viim temperaturama. To je posebno izraeno kod eksploatcije slojeva na veim dubinama, gde temperaturni odnosi u sloju utiu na poveanje poarne ugroenosti.

Potrebno zagrevanje uglja ubrzava razvoj procesa samozapaljenja. Naroito izraeni su recidivi poara na lokacijama prethodno saniranih poara.

Kvaenje uglja izaziva bubrenje na zidovima prslina i pukotina, usled ega dolazi do poveanja sorpcione sposobnosti. Neoksidirani ugljevi ne bubre. Pored toga, vlaga ima i ulogu katalizatora u oksidacionom procesu.

Stepen oksidisanosti uglja utie na smanjenje sklonosti samozapaljenju. Poveanjem dubine oksidisanog sloja, dolazi do njegove potpune nesposobnosti za upijanje kiseonika.

Za ispitivanje prirodne sklonosti ugljeva ka samozapaljenju, razvijeno je u svetu oko 20-tak teorija, pri emu su opte prihvaene sledee Makni, Skoinski, Olpinski, Halupe-Drebeka.

Izuavanje procesa samozapaljenja uglja, upijanje kiseonika i izdvajanje produkata oksidacije, ostaje isto nezavisno od stepena metamorfizma. Zbog toga se smatra da su izotermne, termike i adijabatske metode podjednako prihvatljive za odreivanje sklonosti uglja ka samozapaljenju.

Ispitivanje ugljeva u izotermnim uslovima naroito je pogodno za prouavanje razvoja procesa u I fazi, kad se kiseonik uglavnom absorbira i samo njegov mali deo odlazi na stvaranje CO2, CO i H2O.

Metode zasnovane na oksidaciji uglja sa kiseonikom iz vazduha najbolje odgovaraju za ispitivanje slabije metamorfisanih mrkih ugljeva.

Ispitivanjem uglja u adijabatskim uslovima, moe se pratiti razvoj procesa samozapaljivosti u sve tri faze, dok se ispitivanjem u tehnikim uslovima omoguuje praenje u drugoj i treoj fazi.

Ispitivanje prirodne sklonosti uglja ka samozapaljenju, po metodi Olpinskog, kod nas vri RI Beograd. Ova metoda zasniva se na oksidaciji uglja molekularnim kiseonikom, pri konstantnoj temperaturi. Po ovoj metodologiji ugljeva su razvrstani u 4 kategorije:

I. kategorija: veoma skloni SZB = 1200 C/min i vie

II. kategorija: skloni SZB = 100-1200C/min

III. kategorija: umereno skloni SZB = 80-1000C/min

IV. kategorija: nisu skloni SZB= ispod 800 C/min



ISTRAIVANJA SAMOZAPALJIVOSTI UGLJEVA U PODZEMNIM RUDNICIMA UGLJA SA REPUBLIKE SRBIJE

U Republici Srbiji sistemom podzemne eksploatacije otkopavaju se slojevi kamenog uglja, mrkog uglja i lignita. Na osnovu prikupljenih o obraenih podataka , osnovne prirodno-geoloke uslove aktivnih leita karakterie sledee:

ugljeni slojevi su uglavnom sloene strukture (sa veim ili manjim ueem jalovine) najee promenljive debljine koja varira od 1-40 m;

usled intenzivne makro i mikro tektonike, leita su po pravilu izrasedana u vie sistema raseda, koji su formirali otkopna polja nepravilnog oblika;

aktivna leita nisu izraziti nosioci metana, izuzev leita Soko i Vrka uka; stabilnost rudarskih podzemnih objekata direktno je vezana za fiziko-mehanika svojstva

ugljenih slojeva i prateih naslaga (sa naglaenim ueem glinovitih komponenti) u kojima se primenjuju uobiajeni sistemi podgraivanja:

u pogledu vodonosnosti sva leita, izuzev leita tavalj pripadaju grupi rudnika sa dotokom vode manjim od 1,0 m3/min, odnosno grupi slabo odvodnjenih rudnika;

samozapaljivost i eksplozivnost ugljene praine, kao i prirodna sklonost uglja samozapaljenju ispitivani su u vie navrata po metodologiji Skoinskog.

Vrednost prirodnog indeksa samozapaljivosti, za ugljeve svih aktivnih rudnika dobijene na osnovu ispitivanja, tabela 1.

Tabela 1. Vrijednosti prirodnog indeksa samozapaljivosti Table 1 Index value of natural igniting

Prirodni index samozapaljivosti SZP (0C/min)

RUDNIK JAMA Vrka uka Avramica

Ibarski rudnici Rembas Soko Bogovina Jasenovac Lubnica tavalj Jarndo Ue S.Rudnik Strmosten P.livade

SZP Nije sklon samozapaljenju

69-98 62-120 118-140 110-120 55-95 115-188

80-120 81-95 80 103-111

U poslednjih 15 godina oksidacioni procesi i poari endogenog karaktera registrovani su u veini jama-rudnika JP za PEU.

Otvoreni poari zabeleeni su u jamama:

Senjski Rudnik rudnika Rembas (preko 30 poarnih pojava) Pasuljanske livade rudnika Rembas,(3) Jarando rudnika Ibarski rudnici, (6) Stara jama rudnika Lubnica, (3) Jasenovac rudnika Jasenovac, (4)

dok su u vie navrata oksidacioni procesi blagovremeno sanirani i spreeno njihovo razvijanje u otvorene poare u jamama:

Strmosten rudnika Rembas, Soko rudnika Soko i Jasenovac rudnika Jasenovac Tadenje Ibarskih rudnika

Najvei broj poara dogodilo se u jami Senjski Rudnik, pri otkopavanju debelog ugljenog sloja u otkopnom polju B. Na brojnost poara najvei uticaj imali su lokacija otkopnog polja, nekvalitetna izolacija otkopnih prostora i neadekvatan sistem izolacije. Kao rezultat razvoja poarnih procesa,



povremeno je prekinuto otkopavanje u ovom otkopnom polju i pristupljeno kvalitetnoj izolaciji otkopanih prostora zamuljivanjem termoelektranskim pepelom.

Poari u jami Jarando u otkopnom polju OP-2, bili su posebno specifini zbog lokacije nastanka u starom radu aktivnih stubnih otkopa i uz prisustvo metana i potencijalne opasnosti od upale.

Kako se nije mogla izvriti kvalitetna izolacija poarnog podruja uz nastavak radova otkopavanja, to su sanacije poarnog procesa uspeno izvedene ventilacionim metodama, uz primenu depresionog naina provetravanja otkopnih radilita, bez zastoja u tehnolokom procesu proizvodnje.

Treba istai injenicu da se u aktivnim jamama mora raunati sa permanentnom prisutnom mogunou nastanka endogenih oksidacionih pojava, bez obzira na relativno nizak indeks samozapaljivosti. Izvore nastanka endogenih oksidacionih pojava treba traiti u tehnolokim faktorima i to u prvom redu: u visokim gubicima uglja kod primenjenih metoda otkopavanja, neadekvatnim nainima izolacije otkopnih prostora, ostavljanju niza ugljenih stubova kroz koje migrira vazduh i neadekvatnim sistemima ventilacije.

TEHNIKE MERE ZATITE OD ENDOGENIH POARA

Opasnost od pojave endogenih poara u PPS traje praktino tokom itavog perioda eksploatacije u leitima uglja, te su endogeni procesi postali izuzetno vaan sigurnosno proizvodni faktor eksploatacije uglja u celini.

Praksa je pokazala da proces otkopavanja, ma koliko bio efikasan i ekonomian stvara, ipak, povoljne uslove za razvoj oksidacionih procesa. Iz tog razloga, u samom procesu otkopavanja treba traiti one elemente procesa koji deluju odbrambeno ili deprimirajue na oksidacioni proces, zadravajui ga u okviru potencijalnih opasnosti.

Proces otkopavanja, koji nije uvek jednostavan, naroito kod nekih metoda otkopavanja, sa stanovita oksidacije stvara posebne potekoe. Otkopne jedinice, bez obzira na geometrijski oblik i nain otkopavanja, predstavljaju mesta gde je najtee ostvariti kontrolu protoka vazduha, zbog velike mogunosti njegove migracije. Od glavnog vazdunog toka u otkopnim prostorima uvek se gubi relativno vea ili manja koliina vazduha i nekontrolisano zalazi u stare radove, ispucale stubove uglja i u slabo izolovane otkopane delove leita. Te koliine vazduha nisu sposobne da iznesu viak toplote koji se pri oksidaciji stvara, ali su dovoljne da proces oksidacije podstiu i razvijaju. Zbog toga su , u principu, otkopne jedinice, bez obzira na metodu i tehnologiju otkopavanja, potencijalno ugroenije ili podlonije oksidacionim i poarnim pojavama od ostalih objekata u PPS.

Analzom nastalih pojava, uoene su neke karakteristine pojave, pri emu treba istai sledee:

pri otkopavanju slojeva vee debljine, ee su pojave endogenih pojava nego to je to sluaj kod otkopavanja tankih ugljenih slojeva,

nisu zabeleene pojave endogenih poara u neporemeenim slojevima, sem u sluaju kada izdanjuju na povrinu,

svakoj fazi procesa samozapaljivanja uglja odgovara odreena optimalna koliina vazduha, brzina otkopavanja (napredovanja otkopa) je, uz neadekvatnu ventilaciju, najei uzrok

nastanka endogenih poara, neadekvatnim provetravanjem obezbeuju se dovoljne koliine kiseonika, ali zato se

onemoguuje odvoenje oksidacione toplote, ime se direktno utie na ubrzanje poarnog procesa,

najvei broj poara nastaje u periodima izraenih oscilacija barometarskog pritiska, posebno kod loe izvedene izolacije starih radova.

Spreavanje oksidacionih procesa ulazi u tehnoloki postupak ukupne podzemne eksploatacije uglja i tangira sve njegove osnovne faze izvoenja: otvaranje, pripremu, otkopavanje, ventilaciju,



odvodnjavanje i odravanje. Prvi stepen zatite i ujedno najvaniji i najefikasniji, jesu mere prevencije, koje se ugrauju u postupak svake tehnoloke faze. Za sluaj da mere prevencije nisu dovoljne, kao drugi stepen zatite, podrazumevaju se mere sanacije.

Rano otkrivanje oksidacionih pojava je veoma bitan inilac za uspenu zatitu od izbijanja ili samu sanaciju endogenog poara. Redovna kontrola gasnih, ventilacionih i poarnih pokazatelja, kako operativnim putem, tako i primenom sistema automatske daljinske kontrole, predstavlja glavnu preventivnu meru. Savremen metod preventivne zatite od nastanka endogenih poarnih procesa predstavlja postupak intertizacije azotom.

Pored ovih mera, u sistemu preventivne zatite veoma bitne mere su:

istoa kopanja, uz to manje gubitke; smanjenje manifestacija jamskih pritisaka; izbor parametra eksploatacionih polja; utvrivanje brzine i redosleda otkopavanja; redovna izolacija otkopanih prostora; primena pravilnog sistema provetravanja.

Za sanaciju nastalih poara, koriste se aktivne metode gaenja i ventilacione metode. U aktivne metode ubrajaju se aktivni zahvati gaenja poara sa vodom i odvoz upaljenog i zagrejanog uglja, izolacija poarom ugroenih podruja privremenim i stalnim podgradama, injektiranje poarnog podruja i intervencija sa azotom ili inertnim gasovima.

Za aktivno gaenje vodom, neophodno je imati instaliran razvod vode ili hidrantsku mreu pod pritiskom. Aktivno gaenje poara sprovodi se po posebnom planu i sa obuenim ljudstvom za ovu vrstu radova.

Izolacija poarnog podruja pregradama ima cilj prekidanje i dovoenje kiseonika na poarno arite, te uspeh gaenja zavisi od kvaliteta izolacije. Izolacione podgrade treba da zadovolje niz zahteva: da su nepropusne, da mogu da izdre jamski pritisak kome su izloene, da izdre eventulani dotok vode, da su otporne na gorenje, kao i agresivno dejstvo okolne sredine, da se lako odravaju, da imaju to dui vek trajanja, da se lako i brzo mogu postavljati.

Izolacione protivpoarne pregrade mogu biti: od kladia, opeke, kamena, betona ili armiranog betona, a pri izradi pregrada, obavezno se ugrauju cevi za odvodnjavanje, uz uzimanje uzoraka vazduha, radi kontrole gasno-temperaturnog stanja i depresije.

Prilikom izolacije poarom ugroenog podruja, naroito u metanskim uslovima, postoji opasnost od stvaranja eksplozivnih smea metana i poarnih gasova. Zbog toga se posebna panja posveuje redosledu postavljanja pregrada.

Injektiranje poarnog podruja najee se vri smeom vode i gaenog krea ili smeom rastvorene gline sa dodatkom odreenih hemijskih sredstava koje poboljavaju efekat injektiranja. Materije koje se u glinenom rastvoru ponaaju kao inhibitori su: CaCO3, Ca(HCO3)2, (NH4)2SO4. Odlike katalizatora imaju FeSO4, CaO, MgO, K2O, NaO, Fe2O.

Inertizacija poarnog podruja sa inertnim gasovima, prvenstveno azotom, ugljendioksidnim i generatorskim gasom, nala je iroku primenu u razvijenim rudarskim zemljama. Primenom inertizacije kod poara, vrlo brzo se postie znaajno smanjenje razvoja poara, a u metanskim uslovima otklanja opasnost od eksplozije.

Ventilacione metode u borbi protiv nastalog jamskog poara mogu biti vrlo efikasne, a sutina im je spreavanje cirkulacije kiseonika kroz poarno podruje. Kod primene ventilacionih metoda, potrebni su visoka strunost, dobro poznavanje konkretnih uslova i raspolaganje odgovarajuom tehnikom dokumentacijom i opremom. Ove metode ne doputaju improvizaciju i brzopleta i nestudiozna reenja.



Ventilacione metode za suzbijanje nastalog poara su najee sledee:

smanjenje koliine vazduha, izravnjavanje pritisaka gaseim ogrankom i priguivaem, izravnjavanje pritisaka priguivaem, izravnjavanje pritisaka cevnim ventilatorom i priguivaem, izravnjavanje pritisaka pomonim ventilatorom i priguivaem, izravnjavanje pritisaka pomou glavnih ventilatora i priguivaa.

ZAKLJUAK

U cilju zatite zaposlenih i imovine u rudnicima sa podzemnom eksploatcijom Republike Srbije, neophodno je preduzimati kompleks preventivnih mera zatite, a ukoliko iste nisu dovoljne, moraju se preduzeti mere sanacije.

Mere preventivne zatite moraju biti ugraene u svaku fazu tehnolokog procesa, a za metode sanacije rudnici moraju sprovoditi sledee:

odravanje pravilnog reima provetravanja; permanantna kontrola gasnih, ventilacionih i poarnih parametara; ugradnja sistema za izolaciju sistema starih radova i poarnih podruja sa termoelektranski

pepelom; instaliranje hidrntske mree sa prikljucima za gaenje poara.

Za eliminaciju poara u podzemnim objektima, rudnici moraju imati osposobljene kadrove i odgovarajuu opremu za efikasno gaenje (izolaciju) eventualno nastalih poara.

LITERATURA

1. Dragosavljevi Z., Deni M., Ivkovi M.: Strategija razvoja podzemnih rudnika uglja u Srbiji u okviru razvoja ugljenih basena sa povrinskom eksploatacijom, asopis Rudarski radovi br. 1/2009, Bor, 2009.

2. Ivkovi M., Mladenovi A.: Osavremenjavanje podzemne eksploatacije uglja u cilju poveanja proizvodnje i zatite zaposlenih, asopis Rudarski radovi br.1/2001, Bor, 2001.

3. Ivkovi M., Miljanovi J.: Parametri uticajni na ivotnu sredinu u rudniku Soko Sokobanja, asopis rudarski radovi br.1/2009,Bor, 2009.

4. Magdalenovi N., Jovanovi R., Stanujki D., Magdalinovi-Kalinovi: Optimizacija rudarskih projekata i proizvodnje, asopis Rudarski radovi br.2/2009, Bor, 2009.

5. Mileevi M., Mili V., Svrkota I.: Zaruavanje krovinskih stena pri otkopavanju slojeva uglja vrlo velike monosti. asopis Rudarski radovi br.1/2007, Bor, 2007.

6. Miljkovi M., Ignjatovi M., Bogdanovi D.: Proraun i izgradnja zatitnih pregrada od aerodinamikih udara u rudnicima, asopis rudarski radovi 2/2001, Bor, 2001.

7. Sokolovi D.: Risk identification in the mine design, exploitation and combustion of oil shale, Journal Mining Engieeneering, no 1/2010, Bor, 2010.

8. Stjepanovi M.: Stanje sigurnosti i tehnika zatita u rudnicima sa podzemnom eksploatacijom uglja u Republici Srbiji, asopis Rudarski radovi br.1/2001, Bor, 2001.

9. Stjepanovi M.: Novi izazovi i vizije rudarstva u svetu sa osvrtom na rudarstvo u Srbiji, asopis Rudarski radovi br.2/2007, Bor, 2007.

10. Uroevi D., uranovi D.: Znaaj i procena vrednosti poslovnih poduhvata u Rudarstvi Srbije, asopis Rudarski radovi br.1/2007, Bor, 2007.

ugrozenost rudnika uglja

Documents