Wyższy Urząd Górniczy. Zwalczanie zagrożenia metanowego w ścianach w aspekcie sposobu ich przewietrzania

Transkrypt

1 Wyższy Urząd Górniczy Zwalczanie zagrożenia metanowego w ścianach w aspekcie sposobu ich przewietrzania

2 Zwalczanie zagrożenia metanowego w ścianach w aspekcie sposobu ich przewietrzania Katowice 2011

3 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 Katowice, ul. Poniatowskiego wug@wug.gov.pl

4 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 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

5 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

6 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

7 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 przewie- 6

8 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 (m 3 CH 4 /min) System przewietrzania U Y Inny od 0 do pow. 1 do pow. 5 do pow. 10 do pow. 20 do pow SUMA 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

9 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 Miernik wielogazowy 8

10 Sposób wykonywania kontroli zawartości metanu. 1. Zawartość metanu w powietrzu kontroluje się, przeprowadzając 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

11 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

12 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 po- 11

13 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 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

14 Powinna ona być tak zabudowana, aby pole przekroju poprzecznego wyrobiska między przegrodą a ociosem przeciwległym do ściany nie było mniejsze niż 4 m 2, 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 lokalizacji pomocniczych urządzeń wentylacyjnych (z wyjątkiem strumienic) Przykładowy schemat zabudowy pomocniczych urządzeń wentylacyjnych w rejonie skrzyżowania ściany z wyrobiskiem przyścianowym, którym odprowadzane jest powietrze ze ściany. 13

15 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 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

16 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

17 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

18 Wyższy Urząd Górniczy Poniatowskiego Katowice