Problematice prevence a represe samovzněcovacích procesů uhelné hmoty je v dolech OKD, a.s. dobývajících sloje náchylné k samovznícení věnována vysoká a trvalá pozornost. Participace OKD, HBZS, a.s. na řešení projektů programů výzkumu a vývoje Českého báňského úřadu zaměřených do oblasti samovznícení uhlí vyústila v novelizaci vyhlášky Českého báňského úřadu č.22/1989 Sb. o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci a bezpečnosti provozu při hornické činnosti a při dobývání nevyhrazených nerostů v podzemí. Tato novelizace byla realizována vydáním vyhlášky Českého báňského úřadu č.282/2007 Sb. a jednotné plnění požadavků novelizovaného právního předpisu pak zajistil Obvodní báňský úřad v Ostravě svým Rozhodnutím Spis. Zn.: S 0300/2008-6-68/Ing.Kp/Pe. ze dne 25.11. 2008. Generální ředitel OKD, a.s. následně na základě výše uvedeného legislativního rámce vydal v dubnu 2009 Směrnici č. 05/2009 generálního ředitele OKD, a.s. ve věci prevence samovznícení uhlí v porubech OKD, a.s.
Praktická realizace moderních právních norem a řídících aktů s sebou přinesla v roce 2009 výrazný meziroční pokles případů samovznícení uhlí v dolech OKD, a.s. oproti roku 2008. V roce 2010 došlo v OKD, a.s. celkem k 5 případům samovzněcovacích procesů uhelné hmoty, které je možné dle lokalizace těchto procesů rozčlenit pouze do dvou typových kategorií:
• samovznícení uhlí v závalových prostorách likvidovaných porubů (3 případy);
• samovznícení uhlí ve stropech ražených dlouhých důlních děl (2 případy).
I dosud jediný letošní v OKD, a.s. registrovaný případ samovzněcovacího procesu patří do typové kategorie samovznícení uhlí ve stropech ražených dlouhých důlních děl a pokládám tedy za potřebné si připomenout několik základních zásad prevence a represe tohoto typu samovznícení.
Potencionální ohnisko samovznícení a jeho monitoring
Ohnisko samovznícení je zpravidla situováno v místech ponechávání uhlí ve stropě dlouhého důlního díla při vyřizování tektonických poruch tímto dílem nebo na slojových kontaktech překopních částí ražeb (Obr. 1). Oxireaktivita uhelné hmoty je v těchto místech obvykle významně alterována (oproti ostatní uhelné hmotě dané sloje) a dosahuje vysokých hodnot oxidačního tepla q30 (kJ/kg) , což je množství tepla chemické reakce čerstvého uhlí s kyslíkem během 30-ti minutového kontaktu při teplotě 30°C. Plochy diskontinuity tektonických poruch a slojových kontaktů s průvodními horninami jsou dostatečnými komunikačními cestami pro přístup kyslíku k takto reaktivně alterovanému uhlí.
Proces samovznícení uhelné hmoty ve stropě dlouhého důlního díla probíhá za uvedených podmínek téměř vždy latentně . Na čidlech oxidu uhelnatého monitorujících dané separátně větrané důlní dílo nejsou registrovány postupné nárůsty koncentrací tohoto samovznícení indikujícího plynu, ale dochází k jeho prudkém vývinu (Obr. 2). Teplotu v potencionálním ohnisku záparu je proto nutné sledovat buďto plynoměrnými technikami s následným odhadem teploty (chromatografické analýzy vzorků vzdušin, přenosné detektory s možností podpůrného nasávání ovzduší) , nebo kontaktními teploměry, a to výhradně v uzavíratelných monitorovacích vrtech, které jsou navrtány tak, aby postihly celou mocnost uhlí ponechaného ve stropě důlního díla. Termovizní snímky infrakamerami a infrateploměry v daném případě nepřinášejí uspokojivou přesnost indikace probíhajícího samovzněcovacího procesu, neboť snímají pouze povrchovou teplotu uhlí.
Vyztužování raženého dlouhého důlního díla
Zde platí jednoduchá zásada – způsob vyztužování dlouhého důlního díla v místě potencionálního ohniska samovznícení uhlí musí vytvářet podmínky pro omezení akumulace tepla a musí také umožňovat realizaci preventivních, či represivních protizáparových opatření.
To tedy znamená, že pažení jednotlivých prvků TH výztuže pomocí betonových, či textilních pažnic je přípustné pouze tehdy, pokud prostor mezi těmito pažnicemi a horninovým pláštěm dlouhého důlního díla je řádně vyplněn vhodným těsnícím a nosným materiálem (pažnice se stává konstrukčním prvkem těsnicí manžety), a to bezprostředně za postupující čelbou ražby.
Větrání raženého dlouhého důlního díla
Vzhledem k současným požadavkům na velikost příčných profilů ražených dlouhých důlních děl v OKD, a.s je větrání těchto děl zajišťováno v souladu se zněním vyhlášky Českého báňského úřadu č. 165/2002 Sb. o separátním větrání při hornické činnosti v plynujících dolech pomocí výkonných dvoumotorových elektrických ventilátorů umístěných v důlním díle s průchodním větrním proudem . Je však nutné si uvědomit, že pokud se potenciální výše definované ohnisko samovznícení nachází v dlouhém důlním díle s krátkým lutnovým tahem separátního větrání (vyraženo od průchodního větrního proudu je méně než 100 m), jsou jinak žádoucí výkonové parametry (Q, Δp) předmětných elektrických ventilátorů z hlediska samovzněcovacích procesů negativním prvkem. Uvedená skutečnost by proto měla být zcela jistě zohledňována již ve fázi projektování separátního větrání raženého dlouhého důlního díla.
Prevence samovznícení
Prevence samovznícení v předcházejícím textu vymezeného potencionálního ohniska samovznícení spočívá v aplikaci antipyrogenních látek do daného ohniska a stavbě těsnicích manžet zabraňujících přístupu kyslíku k tomuto ohnisku.
Antipyrogeny se dělí podle mechanismu působení na látky:
• chemicky inhibující oxireaktivitu uhlí (např. hloubkově injektovaný ANTYPIROGEL® nebo GEOLITH, hloubkově injektovaný ANTYPIROFIX® ve formě suspenze, povrchově aplikovaný ANTYPIROFIX® ve formě prášku nebo aerosolu, film vytvářející antipyrogeny ve formě tlakově aplikované dusíkové pěny – syntetická pěnidla třídy A nebo třídy AFFF zpěňovaná technologií CNFS – Compresed Nitrogen Foam System);
• vyplňující póry v uhelné hmotě (hloubková injektáž suspenze bentonitu s 15 % přídavkem hygroskopického CaCl2, hloubkově injektovanýANTYPIROGEL® nebo GEOLITH);
• izolující povrch uhelné hmoty od přístupu kyslíku (prášková forma ANTYPIROFIX®, pastovitá nebo prášková forma bentonitu s 15 % přídavkem hygroskopického CaCl2, Izopiana® P antypirogeniczna).
Technologie stavby těsnicích manžet zabraňujících přístupu kyslíku k potencionálnímu ohnisku samovznícení prošla v uplynulých letech zásadními změnami. Tyto změny rezultují především z dostupnosti nových typů stavebních hmot využitelných k realizaci předmětných manžet. Jedná se např. o tyto hmoty:
• dvousložkové nástřikové výplňové a těsnící pěny na močovino-formaldehydové bázi (Izopiana® P antypirogeniczna, Krylamina Super), které nevyžadují stavbu opěrného peření pro svou aplikaci;
• dvousložkové nástřikové hmoty na bázi fenolových pryskyřic (Ekoflex, Mariflex), které nevyžadují stavbu opěrného peření pro svou aplikaci;
• hydraulické prefabrikované napěňující směsi na bázi cementu (Wilfoam K, Porocem ® C), které stavbu opěrného peření vyžadují;
• pomalu reagující nepěnící pružné dvousložkové organicko-minerální pryskyřice určené k vytvoření izolační fólie na konstrukci opěrných peření těsnících manžet.
Z předešlého textu je patrno, že stavba klasických těsnících manžet, kdy prostor mezi filtračním opěrným peřením a horninovým pláštěm důlního díla byl vyplňován plaveným popílkem, je již minulostí, a to zejména pro pracnost a časovou náročnost tohoto řešení. Z dlouhodobého hodnocení praktické účinnosti prevence samovznícení uhelné hmoty v dlouhých důlních dílech však vyplývá, že k samovznícení nikdy nedošlo v případech, kdy popílková těsnicí manžeta byla provedena v potřebné kvalitě nebo kdy bylo ražbou probíráno dlouhé důlní dílo, jež bylo předtím v plném profilu zaplaveno popílkem.
Téma těsnicích manžet nelze ukončit jinak, než konstatací dvou základních postulátů:
• těsnicí manžeta nevykazuje stejné těsnící vlastnosti po celou dobu své životnosti a je proto nutné požadovanou těsnost průběžně obnovovat na základě výsledku monitoringu teplotních poměrů v potenciálním ohnisku samovznícení uhelné hmoty;
• uhelná hmota v potenciálním ohnisku samovznícení musí být bezprostředně před stavbou těsnicí manžety ošetřena vhodným antipyrogenem, a to jak povrchově, tak hloubkovou injektáží, přičemž hloubkovou injektáž je vhodné obnovovat po celou dobu životnosti manžety, a to na základě výsledku monitoringu teplotních poměrů v potenciálním ohnisku samovznícení uhelné hmoty;
• veškeré aplikační armatury (terminologicky „piky“, „jehly“) musí být v době, kdy jimi není aplikován příslušný antipyrogen nebo těsnicí hmota bezpodmínečně těsně zaslepeny.
Havarijní připravenost
Havarijní připravenost pro případné zmáhání důlního požáru ve stropě raženého dlouhého důlního díla je tvořena následujícími opatřeními:
• potrubní, či hadicový řad pro vypouštění dostatečné kapacity plynného dusíku v místě potencionálního ohniska samovznícení uhlí;
• z průchodního větrního proudu propojitelný samostatný, armaturami a záslepkami neosazený potrubní řad pro případné zatopení úpadně raženého dlouhého důlního díla vodou (místo vyústění tohoto řadu v raženém dlouhém důlním díle musí vycházet z úklonných poměrů daného díla);
• záseky pro stavbu uzavírací výbuchuvzdorné hráze na ústí raženého dlouhého důlního díla;
• instalace výbuchuvzdorné hrázové lutny (luten) do lutnového tahu separátního větrání dlouhého důlního díla, a to v úseku vymezeném vzájemnou roztečí záseků pro stavbu uzavírací výbuchuvzdorné hráze dle předcházející odrážky – při nerealizaci tohoto opatření je nutno hráz budovat s nevýbuchuvzdornou lutnou separátního větrání ponechanou v tělese hráze (Obr. 3);
• dostatečná havarijní zásoba aplikačních armatur (terminologicky „piky“, „jehly“) pro aplikaci antipyrogenů, těsnicích hmot a hasební vody.
Závěrem je nutno říct, že důlní požár ve stropě dlouhého důlního díla generovaný samovzněcovacím procesem uhelné lávky o mocnosti větší jak 1 m je přímým hasebním zásahem velmi obtížně zvladatelný a v drtivé většině případů musí byt přistoupeno k prostorovému výbuchuvzdornému uzavření daného díla nebo jeho zatopení v případě, že to umožňují úklonné poměry v důlním díle.
