Pożary Endogeniczne w Górnictwie: Geneza, Zagrożenia i Metody Zwalczania

portalcenter.cl

Jednym z największych zagrożeń dla bezpieczeństwa pracy górników w podziemnych kopalniach są pożary. Mogą pojawić się na skutek samozapłonu węgla (pożar endogeniczny) lub na skutek przyczyny zewnętrznej (pożar egzogeniczny). W ostatnich latach bardziej dokuczliwe dla zakładów górniczych są przypadki samozapalenia się węgla na skutek utleniania się w warunkach uniemożliwiających odprowadzanie energii cieplnej.

Definicja i Charakterystyka Pożarów Endogenicznych

Dla osób ze środowiska górniczego termin „pożar endogeniczny” jest jasny i zrozumiały, jednak - jak pokazały pewne przykłady - nie każdy wie, co dokładnie oznacza i jak postępuje się w przypadku jego wystąpienia. Marek Jarczyk, zastępca dyrektora Departamentu Górnictwa WUG, wyjaśnia: „Pożary endogeniczne są niebezpieczne dla górników przede wszystkim ze względu na koncentrację gazów groźnych dla życia i zdrowia ludzi. Są one specyficzne dla górnictwa. Przeważnie nie towarzyszą im płomienie. Ich symptomem jest zadymienie i wzrost stężenia tlenku węgla w atmosferze kopalnianej”.

Adam Nowak, dyrektor ds. technicznych w Centralnej Stacji Ratownictwa Górniczego w Bytomiu, precyzuje: „Pożar endogeniczny to tzw. samozapłon węgla”. Zjawisko to wynika z faktu, iż węgiel posiada zdolność do kumulacji ciepła. Jeśli tego ciepła się nie odbiera, a jest nadal dostarczany tlen, następuje wzrost temperatury. Sytuacja taka może trwać nawet miesiącami. Graniczną temperaturą jest - w zależności od rodzaju węgla - około 70-80 stopni Celsjusza. Po jej przekroczeniu, wzrost temperatury do około 300 stopni Celsjusza zaczyna postępować znacznie szybciej i wtedy właśnie mamy do czynienia ze zjawiskiem pożaru endogenicznego. Takim pożarom często nie towarzyszy występowanie otwartego ognia. Zazwyczaj pojawiają się one głęboko w złożu.

W przepisach prawnych przez pożar podziemny rozumie się wystąpienie w wyrobisku podziemnym otwartego ognia, żarzącej lub palącej się płomieniem otwartym substancji, a także stwierdzenie w powietrzu kopalnianym dymów lub ilości tlenku węgla w rejonowym prądzie powietrza większej niż 25 dm³/min. Istotne jest, że palenie może przebiegać zarówno z pojawieniem się płomienia, jak i bez niego. Płomień występuje tylko wtedy, gdy podczas palenia wydzielają się palne pary lub gazy, dlatego definicja pożaru podziemnego nie ogranicza się jedynie do wystąpienia otwartego ognia.

Mechanizm Samozapalenia Węgla

Pożary endogeniczne w kopalniach węgla są efektem utleniania się węgla, które zachodzi w sprzyjających warunkach. Węgiel utlenia się bowiem także w temperaturze powietrza kopalnianego. Jest to reakcja egzotermiczna, która w warunkach niewystarczającego chłodzenia doprowadza do wzrostu temperatury. Szybkość utleniania znacząco wzrasta powyżej temperatury 60°C. Samozapłon następuje wówczas, kiedy temperatura nagrzewającego się węgla przekracza temperaturę zapłonu. Dla węgli kamiennych temperatura zapłonu wynosi około 350°C. Jeśli temperatura wciąż rośnie, węgiel odgazowuje się.

Czynniki wpływające na samozapalność węgla

Proces samozapalenia węgla jest złożony, a jego przebieg zależy od wielu czynników:

• Skład chemiczny, skala oraz rodzaj zanieczyszczenia węgla.
• Stopień rozdrobnienia węgla: Pożary endogeniczne są skutkiem samozapalenia się węgla, wywołanego utlenianiem się surowca w warunkach, w których niemożliwe jest odprowadzenie ciepła utleniania. Proces utleniania węgla może przebiegać niedostrzegalnie, objawiać się wydzielaniem gazów lub widocznym, otwartym ogniem - co zależy od rozdrobnienia surowca. Wielkość powierzchni węgla stykającej się z powietrzem ma znaczenie.
• Poziom wilgoci i popiołu: Na samozapalność węgla wpływa również zawartość wilgoci higroskopijnej (w miarę wzrostu jej zawartości wzrasta samozapalność) i węgla pierwiastkowego. Obecność większej ilości popiołu w węglu może wpływać na zmniejszenie samozapalności, ponieważ popiół składa się głównie z niepalnych substancji mineralnych, takich jak tlenki, węglany i krzemionka, które pozostają po spaleniu węgla.
• Skład petrograficzny: Pokłady węgla zawierające duże ilości składników kruchych, takich jak np. fuzyt i klaryt, łatwo się kruszą, a w następstwie tego ulegają samozapaleniu.

Statystyki i Przykłady Akcji Pożarowych w Polsce

Pożary endogeniczne to naturalne i dość częste zjawisko w kopalniach eksploatujących złoża węgla kamiennego. W ubiegłym roku w polskich kopalniach węgla kamiennego gaszono pożary endogeniczne 11 razy; w 2008 r. było ich dziewięć, a w tym roku wystąpiły już sześć razy (w czterech kopalniach). W sześciu miesiącach 2010 r., podobnie jak w całym ubiegłym roku, nie było ani jednego pożaru egzogenicznego.

Podczas narady kierownictwa WUG z dyrektorami czterech Okręgowych Urzędów Górniczych, która odbyła się w Katowicach 15 lipca br., szczegółowo analizowano tegoroczne sytuacje pożarowe. W latach 2009-2010 było łącznie 17 akcji pożarowych. Cztery z nich ugaszono w krótkim czasie (w ciągu 2-3 dni). Pozostałe zdołano opanować dopiero po zamknięciu rejonów specjalnymi tamami. Średni okres akcji pożarowych wynosił siedem dni. Najdłużej - 18 dni - trwało gaszenie pożaru w KWK "Murcki-Staszic" (maj 2010 r.), który zatrzymano dopiero na drugiej linii. Rekordowo długie pożary zdarzyły się w KWK "Staszic" (14-dniowy w maju 2009 r.) i KWK "Pniówek" (10-dniowy w grudniu 2009 r.). Podczas narady stwierdzono, że w ostatnich latach wydłuża się średni czas trwania akcji pożarowych (średnio 10 dni). Na wzrost zagrożenia wpływa kilka czynników, między innymi doprowadzenie mediów niezbędnych do wykonania tam przeciwwybuchowych w zadymionych wyrobiskach.

W jednym z przypadków, w chodniku ścianowym równoległym, w pokładzie 405/1/L górnicy wykonywali prace profilaktyczne w związku z likwidacją ściany wydobywczej 2C. Z rejonu pożaru wycofano 23 górników, nie było konieczności użycia aparatów tlenowych. Nikt nie został poszkodowany.

Niedawny przykład stanowi akcja ratownicza w kopalni Staszic-Wujek, należącej do Polskiej Grupy Górniczej, gdzie od środy rano, 26 października, automatyczne czujniki odnotowały wzrost stężenia tlenku węgla o godz. 4:27. Załogę - liczącą 18 osób - wycofano z rejonu ściany II/501/C, a w związku ze wzrostem zagrożenia pożarowego ogłoszono akcję ratowniczą. Samozagrzanie węgla wystąpiło w tzw. zrobach ściany wydobywczej, czyli w miejscach po eksploatacji węgla. W Zakładzie Górniczym Sobieski, należącym do Południowego Koncernu Węglowego w Jaworznie, 13 października rozpoczęła się akcja gaszenia pożaru endogenicznego.

Metody Zwalczania Pożarów Endogenicznych

Problemem w przypadku akcji gaśniczej bywa to, że pożary endogeniczne pojawiają się głęboko w złożu, co uniemożliwia aktywne gaszenie. W takich sytuacjach stosuje się metody pasywne, takie jak otamowanie i zamknięcie obszaru, w którym wystąpił pożar. Akcje przeciwpożarowe, podejmowane w wyniku pożarów, wywołują konieczność częściowego wstrzymania robót górniczych w części kopalni (przy gaszeniu aktywnym), a także konieczność tamowania wyrobisk celem ich izolacji. To często prowadzi do pozostawienia znacznego majątku trwałego oraz zasobów węgla (przy gaszeniu pasywnym).

W artykule „Górnictwo Zrównoważonego Rozwoju 2003. Nowoczesne struktury w górnictwie i efektywne pozyskiwanie surowców mineralnych” omówiono przypadki, w których obowiązujący wskaźnik oceny stanu zagrożenia pożarem endogenicznym w otamowanej przestrzeni lub zrobach jest niewystarczający. Przedstawiono również wpływ oceny zagrożenia opartej na określeniu temperatury zrobów w miejscu samozagrzania na podejmowanie decyzji o wznowieniu przewietrzania.

Różnice Między Pożarami Endogenicznymi a Egzogenicznymi

W górnictwie, w szczególności w kopalniach węgla kamiennego, pożary podziemne są zagrożeniami, które występują najczęściej i niejednokrotnie wymagają prowadzenia długotrwałych akcji ratowniczych. Wiąże się to przede wszystkim ze specyfiką podziemnych wyrobisk górniczych; ich ograniczona pojemność sprawia, że może dojść do szybkiego przekroczenia dopuszczalnej granicy koncentracji gazów szkodliwych dla zdrowia. Może to również powodować groźne w danym momencie i sytuacji zmiany kierunków przepływu powietrza, ale też zmniejsza swobodę poruszania się ludzi, szczególnie gdy panuje zadymienie.

Pożary egzogeniczne, w swoim występowaniu i rozwoju różnią się od endogenicznych, ponieważ powstają z przyczyn zewnętrznych. Do potencjalnych przyczyn pożarów egzogenicznych zalicza się między innymi:

• Zapalenia i wybuchy metanu i pyłu węglowego: Powodują one pożary o bardzo szerokim zasięgu i są trudne do ugaszenia ze względu na zniszczenie i zagazowanie wyrobisk. Przykładem jest pożar w kopalni węgla kamiennego w Upper Big Branch, USA (2010), gdzie zaniedbania w zakresie przestrzegania procedur bezpieczeństwa spowodowały zapłon metanu i pyłu węglowego, co doprowadziło do eksplozji i śmierci 29 górników.
• Wyładowania atmosferyczne: Silne uderzenia piorunów mogą spowodować zapłon gazów wydzielających się z pokładów węgla lub metanu w kopalniach. Przykładem jest pożar w kopalni węgla kamiennego w Soma, Turcja (2014), gdzie wyładowanie atmosferyczne spowodowało zapłon metanu, co doprowadziło do eksplozji i pożaru, w którym zginęło 301 górników.
• Wycieki łatwopalnych substancji: Wypadki związane z wyciekami łatwopalnych substancji, takich jak oleje, smary, paliwa, mogą prowadzić do pożarów, jeśli nie zostaną podjęte odpowiednie środki ostrożności, takie jak właściwe przechowywanie i manipulacja tymi substancjami. Pożar w kopalni rudy żelaza w Pilbara, Australia (2018), spowodowany wyciekiem oleju hydraulicznego, szybko się rozprzestrzenił, powodując znaczne straty materialne.
• Przegrzewanie maszyn i urządzeń: Nieprawidłowe użytkowanie, nieprawidłowe smarowanie lub awarie maszyn i urządzeń mogą prowadzić do ich przegrzania i wywołania pożaru. Przykładem jest pożar w kopalni złota w Mponeng, RPA (2012), gdzie przegrzanie przenośnika taśmowego spowodowało zapłon gumowej taśmy.
• Działania ludzkie: Niedbalstwo, nieprawidłowe zachowanie lub nieprzestrzeganie procedur bezpieczeństwa przez pracowników może prowadzić do wywołania pożaru.

Literatura

• 1. Buchwald P., Jaskólski Z., Kajdasz Z.: Określenie wpływu modelowych mieszanin gazowych na kierunki profilaktyki pożarowej i metanowej. Materiały 2. Szkoły Aerologii Górniczej. Wyd.
• 2. Budryk W.: Pożary podziemne.
• 3. Bystroń H., Jaroń S., Kołodziejczyk B., Markefka P., Strumiński A.: Pożary podziemne. Poradnik Górnika T.3, DZ. III. Wyd.
• 4. Bystroń H.: Stan pożaru, zapalenie i wybuch gazów podczas aktywnego i pasywnego gaszenia pożarów.
• 5. Cygankiewicz J.: Ocena rozwoju ogniska samozagrzewania na podstawie precyzyjnej analizy chemicznej prób powietrza kopalnianego. Materiały Konferencji Naukowo -Technicznej nt. Zagrożenia metanowe i pożarowe w górnictwie, wykorzystanie metanu z pokładów węgla. Wyd.
• 6. Cygankiewicz J.: Ocena ryzyka pożaru endogenicznego w rejonach eksploatacyjnych kopalń.
• 7. Cygankiewicz J.: Opinia o stanie zagrożenia w otamowanym rejonie pokładu 502 K na podstawie dotychczasowych wyników analiz chromatograficznych.
• 8. Cygankiewicz J.: Oznaczanie skłonności węgla do samozapalenia metodą kalorymetryczną. Materiały Międzynarodowej Konferencji nt. Najnowsze osiągnięcia w zakresie przewietrzania kopalń oraz zwalczania zagrożeń pożarowych, gazowych i klimatycznych. Szczyrk, kwiecień 1994. Wyd.
• 9. Draper R. N., Smith H.: Analiza regresji stosowana.
• 10. Grabowski W.: Programowanie matematyczne.
• 11. Jones J. H., Trickett J. C.: Some Observations on the Examinations of Gases Resalting from Explosions in Collieries. Transact.
• 12. Maciejasz Z., Kruk F.: Pożary podziemne w kopalniach. Cz. I, Wyd.
• 13. Miller R.: Bedeutung und Auwenduksgrezen der Brandkenniziffer von J. J. Graham. Gliick. Forsch. - H. 33.
• 14. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 28 czerwca 2002 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy, prowadzenia ruchu oraz specjalistycznego zabezpieczenia przeciwpożarowego w podziemnych zakładach górniczych. Dz. U. Nr 139, poz.
• 15. Steinkohlenbergbauverein, Beurteilung der Analysenergebnisse von Grubenbrandgasproben. Verl. Glueckauf.
• 16. Strumiński A., Madeja - Strumińska B.: Dendryt wadliwości jako skuteczne narzędzie badania zagrożenia pożarowego w kopalniach głębinowych. Materiały Konferencyjne nt. Zagrożenia metanowe i pożarowe w górnictwie, wykorzystanie metanu z pokładów węgla.
• 17. Strumiński A., Madeja - Strumińska B.: Sposoby oceny procesu powstawania pożarów endogenicznych w głębinowych kopalniach węgla. Materiały Konferencyjne 1. Szkoły Aerologii Górniczej.
• 18. Trenczek S.: Prognozowanie zagrożenia pożarami endogenicznymi ścian zawałowych z wykorzystaniem analizy skupień. Materiały 2. Szkoły Aerologii Górniczej. Wyd.
• 19. Trenczek S.: Próba temperaturowej oceny stanu zagrożenia pożarem endogenicznych zrobów na przykładzie ściany zawałowej.
• 20. Trenczek S.: Wpływ dużych głębokości i trudnych warunków geotermicznych na zagrożenie pożarami endogenicznymi rejonu ścian zawałowych w kopalni węgla kamiennego.

tags: #pozar #endogeniczny #gaszenie