Agentura Xinhua vydala následující zprávu:
Čína investuje velké prostředky k hašení požárů uhelné sloje v Sin-ťiangu
Xinhua, dne 03. 10. 2016
Národní rozvojová a reformní komise Číny vyčlenila 259 milionů juanů (39 milionů US dolarů) k uhašení požárů uhelné sloje v Sin-ťiangu, na ochranu místního prostředí a uhelných zdrojů země. Podle rozvojové a reformní komise Sin-ťiang, budou peníze použity k hašení požárů ve dvou uhelných dolech v Urumqi City a Toksun County, v průběhu příštích tří let. Uhlí v podzemí podléhá procesu vznícení a způsobuje požáry, které hoří již po celá léta, stejně jako v Ostravě uvnitř haldy Ema. Tento druh požárů se dá uhasit jen velmi obtížně. Požáry vytvářejí sopouchy, kterými se šíří k povrchu a způsobují sedání povrchové infrastruktury. V dole Urumqi hoří oblast více než 310 000 metrů čtverečních. Oheň znehodnocuje odhadem 217 000 tun uhlí ročně a neumožňuje vytěžit asi 11,28 milionu tun uhlí. V uhelném dole Toksun měl oheň v roce 2006 rozsah 60 000 metrů čtverečních a do roku 2011 se rozšířil na 860 000 metrů čtverečních. Každý rok tak shoří 450 000 tun uhlí a další 3 miliardy jsou nepřístupné pro těžbu. V oblasti Xinjiang jsou zásoby uhlí asi 2,19 bilionů tun a důlní požáry jsou zde nejakutnější v celé Číně. V současné době je otevřený oheň na více než 40 uhelných dolech. Ohně jsou rozšířeny na ploše 7 milionů metrů čtverečních. Ročně se tak znehodnocuje více než 4,7 milionů tun uhlí.
Pravděpodobná situace v exponovaných čínských dolech
Z uveřejněných informací agenturou Xinhua vyplývá, že rozsah a intenzita požárů znemožňuje likvidaci havárie přímými zásahy v dole i přes to, že Čínská důlní záchranná služba je dobře organizována a disponuje moderním technickým vybavením. Možnosti likvidace nepřímým zásahem existují v charakteru cílených uzavírek s působením inertních plynů. Ve vybavení je k dispozici i zařízení GAG, případně jiné prostředky. U malých ložisek se rozšiřuje možnost použití vody nebo pěny. Např. naše zkušenosti jsme využili po explozi na Dole Doubrava aplikací náročnějšího způsobu uzavření havarijní oblasti jako účinnou metodu k likvidaci havárie.
Aplikace zkušeností z ČR pro situaci na čínských dolech
Jedná se o hypotetickou úvahu, protože není známa konkrétní situace, informace jsou jen agenturního charakteru. Nejsou známy mapové podklady, analýzy důlního ovzduší ani technické zprávy. Protože však každý typ havárie má společné znaky, můžeme vyslovit tézi, že řadu zkušeností z ČR lze uplatnit i v čínských dolech. Situaci, která existuje na čínských dolech lze do značné míry srovnat s případem, jak se v roce 1949 postupovalo v Ostravsko-karvinském revíru v České republice, při likvidaci exploze na Dole Doubrava.
Exploze metanu a uhelného prachu na Dole Doubrava v ČR
Nejpravděpodobnější místo prvního výbuchu na Dole Doubrava dne 12. února 1949 ve 3:45 hod je možno situovat do kteréhokoli místa výdušného proudu od porubu č. 695 k šibíku č. 8. V této části dolu mohlo, za různých okolností, dojít k podmínkám vhodným k nahromadění metanu i do výbušné koncentrace.
Podstatné informace k této havárii jsou obsaženy v článku Ing. L. Hájka s názvem „Dvacet let po Doubravě“. [4].
Rozhodnutí o uzavření dolu
Protože výbuchy v Dole Doubrava se ve dnech 12. 2. a 13. 2. 1949 stále opakovaly, bylo zřejmé, že je uzavření části důlního pole v podzemí, podle navržených alternativních řešení, neuskutečnitelné. Proto bylo rozhodnuto přistoupit k uzavření dolu na povrchu. Prakticky to znamenalo uzavření všech jam. Obě klece v jámě Betina byly vytaženy na povrch a také skip byl vytažen do polohy výsypné stanice. V neděli 13. února 1949 v 15:20 hod se začalo se spouštěním poklopů ve vtažné jámě Eleonora a na vtažné jámě Betina. Hodinu poté byly na obou výdušných jamách zastaveny ventilátory. Šoupátka však uzavřena nebyla.
Po uzavření poklopů a zastavení ventilátorů se barva kouřů, vystupujících z dolu změnila a jejich množství se podstatně snížilo, což nasvědčovalo tomu, že výbuchy uhelného prachu v dole ustaly. Po celou nedělní noc 13. února a pondělí 14. února 1949 nedošlo v dole, podle pozorování na povrchu, k dalším výbuchům. Dopoledne 14. 2. však byla zjištěna netěsnost poklopů na výdušné jámě č. 1. Působením horkých vzdušin se vznítily dřevěné trámy podpírající konstrukci těžní věže. Při likvidaci museli zasahovat hasiči. V dalších dnech se pracovalo na utěsňování všech jam navážkou asi 0,5 m vysoké vrstvy slínu. Vzorky odebrané z kanálu výdušné jámy č. 1 dne 15. 2., v ovzduší s teplotou 33oC, vykazovaly tyto hodnoty (Tabulka 1).
Tabulka 1. Vzorky vzdušin z kanálu výdušné jámy č. 1 dne 15. 2. 1949
| CH4 % | CO2 % |
O2 % |
CO % |
|
2,1 |
2,6 |
14,8 |
0,358 |
Šlo o nevýbušnou směs s relativně vysokým obsahem oxidu uhelnatého. Rozbory vzdušin z 16. 2. vykázaly stoupající obsah metanu a oxidu uhličitého, úbytek oxidu a setrvalou koncentraci oxidu uhelnatého.
Ve čtvrtek 17. 2. byla, po dotěsnění jámových povalů, zcela uzavřena šoupátka také ve výdušné jámě č. 1. Celé okolí jámy na povrchu bylo zcela vyklizeno. Po uzavření byl v uzavřeném prostoru přetlak 400Pa. V 11:15 hod vyrazily prudce vzdušiny ze šachtice spojovacího kanálu do strojovny. Později bylo ověřeno, že ocelové dveře v kanále, (otevíraly se směrem do strojovny) záchranáři, neznalí místních poměrů, dokonale nezajistili. A tak přetlak vznikající v uzavřeném dole tyto dveře otevřel. V nepříznivých podmínkách, při teplotě 50oC, se podařilo po
3 hodinách ústí šachtice zakrýt a utěsnit. Téhož dne (17. 2. 1949) vyrazila v 15 hodin z vtažné jámy Betina s táhlým hukotem mračna černého prachu a rozmetala ohlubeň jámy [5]. Uvolněná jáma ihned počala nasávat čerstvý vzduch z povrchu.
Rovnovážný stav nastal až v 21:30 hodin a trval 90 minut. Potom začaly zplodiny výbuchu z jámy Betina opět vystupovat. Utěsňování jámy probíhalo za velmi těžkých podmínek. Netěsnostmi vystupovalo důlní ovzduší obsahující přes 1 % CO. Do vzdálenosti 50 m od jámy museli záchranáři pracovat v nasazených dýchacích přístrojích.
Nejvyšší přípustná koncentrace CO v pracovním prostředí označovaná jako průměrná je 0,003 % a mezní do 0,013 %, za předpokladu, že za 8 hodin, nebo kratší pracovní dobu, nepřekročí průměrnou hodnotu [7].
Pokračovalo také dotěsňování dalších jam. Jáma Betina byla zcela dotěsněna v neděli 20. 2. v 13:55 hodin. Do té doby byl v této jámě měřen podtlak 150 Pa, zatímco ve výdušné jámě č. 1 byl přetlak 450 Pa. Naproti tomu ve výdušné jámě č. 2 byl podtlak až 520 Pa.
Dne 20. března 1949 došlo na toaletě pod rozvodnou k vzplanutí metanu od zapálené cigarety. Naštěstí došlo jen k drobnému popálení jednoho pracovníka. I později, těsně před zahájením znovuotevření a průniku do dolu, došlo v srpnu 1949 k výbuchu metanu v prostoru staré váhy. Naštěstí nebyl nikdo zraněn.
Výstup zplodin výbuchu po uzavření jam
Situace uvedená v popisu havárie, kdy po uzavření jam došlo k výstupu zplodin výbuchu na povrch přes nedotěsněné jámy a horninové prostředí na sebe poutá pozornost i v dnešní době. Důkladnějším rozborem lze vysvětlit řadu zákonitostí, které mohou být užitečné i v současnosti, pokud by bylo třeba řešit obdobná rizika.
Zejména jde o zhodnocení stavu, kdy v místech ještě nedotěsněných jam nebo trhlinami v místech, kde chybí pokryvný útvar, docházelo k výstupu zplodin výbuchu na povrch, případně proudění vzduchu do dolu. Tento stav je v popisu události přičítán změnám barometrického tlaku. Řídící havarijní komise ho řešila izolací daného prostoru zeminou. Obě alternativy, výstup zplodin z dolu i proudění vzduchu do dolu, představovaly reálné nebezpečí. Zplodiny výbuchu mohly na povrchu vytvořit nedýchatelnou nebo výbušnou koncentraci a obdobně vzduch s obsahem kyslíku mohl v dole přispět k vytvoření další výbušné koncentrace. Z tohoto hlediska je proto vhodné posoudit daný případ i teoreticky. Je známo, že nejsilnější exploze metanu probíhá podle rovnice (1)
CH4 + 2O2 = O2 + H2O
Při tomto poměru výbušné směsi připadá na 1 objemový podíl CH4 10 objemových podílů atmosférického vzduchu. V prvním okamžiku výbuchu má směs plynu teplotu asi 2 650oC [3].
Pokud byla v uzavřeném prostoru před výbuchem teplota například 15oC, pak je poměr absolutních teplot směsi před a po výbuchu:
2650 + 273 = 2923 = 10,1
15 + 273 288
Podle stavové rovnice je zvýšení teploty úměrné zvýšení objemu plynu. Plyny tedy zvýší v průběhu výbuchu objem více než 10krát. Podle Mariottova zákona musí vzniklý tlak odpovídat změně objemu. V původním objemu existoval teoreticky tlak, blízký barometrickému, tj. 0,1 MPa, takže po výbuchu dosáhne 1MPa.
Profesoři K. Vorálek a A. Říman, již v polovině padesátých let 20. století uváděli, že tento čistě teoretický vztah platí v dimenzi 1D, ale v důlním prostředí s geometrií důlních chodeb, mnoha místních odporů a drsnosti stěn, nemusí být tlak výbuchové vlny tak vysoký. V novějších národních zdrojích se touto otázkou zabývá [7]. Podle jejich závěrů ale může dosáhnout přetlak výbuchové vlny až 1,8 MPa.
Také v USA, kde se až do událostí na dolech Sago a Darby v roce 2006 vycházelo z tlaku výbuchové vlny 20 pounds per sq. inch (tj. 0,138 MPa), byla nově přijata hodnota blízká 1MPa. [6].
V průběhu měsíce března 1949 zpracovali Prof. Ing. Karel Vorálek (působil jako vedoucí Ústavu důlního větrání na VŠB) a Ing. Eduard Pstružina, ideový projekt otvírky uzavřeného Dolu Doubrava [4]. V projektu byly shrnuty všechny známé skutečnosti, s podobnými akcemi z celého světa.
Dusík na Doubravě poprvé v historii hornictví
Na základě podnětu Dr. Františka Walda se začalo uvažovat o použití plynného dusíku z Ostravských chemických závodů. [4]. Později bylo po dohodě odborníků rozhodnuto, že bude na povrchu nedaleko jámové budovy, připraveno v kompresorovně zařízení na výrobu dusíku, typu Claude. Zařízení pracovalo na principu zkapalnění vzduchu a jeho rektifikace.
Původním záměrem bylo vytěsnit dusíkem z dolu CO, jehož koncentrace ve vzdušinách uzavřeného dolu byla kolem 0,1 %, snížit obsah oxidu a v nejkratší možné době inertizovat ovzduší celého dolu. Podrobně popisují použití dusíku práce [1 a 2].
V kompresorovně byly umístěny 2 vysokotlaké vzduchové kompresory pro výrobu vysokotlakého vzduchu pro pohon důlních vzduchových lokomotiv a nízkotlaký kompresor o výkonu 20 000 m3/hod.
Zařízení pro výrobu dusíku poskytovalo 16 000 – 17 000 N2m3/24 hod.
Bylo poháněno stlačeným vzduchem z 3. stupně vysokotlakého kompresoru o tlaku 2,5-3 MPa.
Vysokotlaký kompresor byl poháněn původním parním pohonem, v němž však místo páry byl použit stlačený vzduch z nízkotlakého kompresoru. Vyrobený dusík o chemické čistotě 99,5 % byl potrubím veden k ohlubni jámy Betina. Přes slínový příkrov ohlubně jámy a poklop byl v dýchacích přístrojích zhotoven otvor pro větračku (lutnu) o průměru 300 mm. Po zabudování lutny byl okolní prostor opět utěsněn slínem. Přes tuto lutnu pak bylo spuštěno do jámy samonosné vrtné soutyčí o průměru 100 mm. Potrubí pak bylo spuštěno až do hloubky 543 m, tedy na úroveň 7. patra. Vážilo 7 tun.
Výroba dusíku byla zahájena 8. srpna 1949. Teplota dusíku u výrobního zařízení dosahovala +9oC a u lutny ve slínovém příkrovu již +14oC. V dole vystupoval dusík pod přetlakem asi 30 kPa. Současně byl dusík také vypouštěn do propusti na ohlubni jámy, kde se obsah CO pohyboval stále kolem 1 %.
V rámci postupující asanace dolu bylo vrtné soutyčí pro napouštění dusíku demontováno z jámy Betina dne 8. 10. 1949 a distribuce byla přepojena na opravený stálý potrubní řád.
Plynný dusík byl vháněn do dolu od 8. srpna 1949 až do 12. září 1950, kdy bylo při zmáhacích pracích dosaženo prvního průchodního větrního proudu. Za tuto dobu bylo do uzavřeného dolu vpuštěno 5 056 644 m3 plynného dusíku o čistotě 99,5 %. V denním průměru byly dosahovány výkony 16 až 17 tisíc kubíků. To představuje průměrnou úctyhodnou dodávku více než 11 m3 za minutu.
Jak už se to v životě často stává, tak patentová přihláška na tuto metodu, podaná již v roce 1946 v tehdejším Československu pracovníky Ostravských dusíkáren, nebyla přijata.
Přitom již první patentová přihláška navrhovala obecné využití dusíku, který byl odpadem při výrobě kyslíku kryogenní metodou. Použití spočívalo v inertizaci prostředí, obsahujícího výbušné plyny. A tak si dnes prvenství využití dusíku jako inertu v hornictví, připisují v Německu.
Časový sled otevření dolu a asanace
Jako varianta pro první průnik bylo rozhodnuto využít vtažnou jámu Eleonora. Po podrobnějším prozkoumání možností se tento způsob průniku neukázal jako reálný a proto se přistoupilo k variantě průniku do dolu jámou Betina. Aby se umožnilo toto proniknutí do dolu, byla nad ohlubní jámy Betina zřízena zděná propust, vysoká 14 m. Ta vytvořila s uzavíracími dveřmi izolovaný prostor mezi dolem a povrchem.
Dne 29. 8. 1949 byl odstraněn slínový příkrov na jámě Betina. Při odstraňování příkrovu se zjistilo, že poslední výbuchový náraz ze 17. 2. 1949 velmi významně poškodil povaly v jámě. Před pronikáním do dolu byla do jámy nejprve spuštěna zkušební šablona. Tou se ověřila téměř neprůchodnost jámy v hloubce 135 m. V upravené kleci se museli do tohoto úseku spustit záchranáři a porušenou výstroj upravit. Při složitém proniknutí až na 2. patro byl nalezen v jámovém komínu volný otvor, vedoucí až do chodby ve sloji Ludvík. Z otvoru vystupovaly vzdušiny o teplotě 41oC s obsahem:
CH4 37,6 %, CO2 5,3 %, CO 0,01 %, O2 4,8 %
Obdobná situace byla i na 3. patře. Obě patra se uzavřením odizolovala.
První záchranné čety sjely do dolu 12. září 1949 a následovala kaskádová asanace dolu, za použití plynného dusíku s postupným izolováním části dolu ve směru od jámy Betina.
Historický vývoj inertizace dusíkem v hornictví po roce 1949
Podle [1, 2] představuje výše popsaný případ použití čistého plynného dusíku pro hašení důlního požáru jako jeho první využití v historii hornictví. Následně byl čistý dusík pro podobné účely použit ve Velké Britanii v roce 1953. V roce 1962 bylo, rovněž ve Velké Britanii, pro uhašení důlního požáru na Dole Fernhill spotřebováno přes 2 miliony m3 plynného dusíku. Ten byl však již získáván odpařením kapalného dusíku pomocí odpařovačů, umístěných na povrchu. Významné rozšíření inertizace dusíkem se datuje do sedmdesátých a osmdesátých let XX. století. Tato technologie se uplatnila ve Francii a Německu. Jistým mezníkem byl rok 1983, kdy byl ve francouzském revíru v Lotrinsku uveden do provozu potrubní řád Azodukt, který na vzdálenost 40 km zásoboval plynným dusíkem uhelné doly. Na tuto zkušenost navázalo OKD, a.s. v roce 1993.
Významné bylo také zavedení molekulových sít pro fyzikální dělení vzduchu. Poprvé byla předmětná technologie využita v hornictví v Indii v roce 1986. V OKR byla první molekulová síta uvedena do provozu v roce 1989 na Dole Barbora.
Dusík se stal v současnosti nástrojem prevence a represe důlních požárů v mnoha zemích.
V devadesátých letech se stal hlavním zdrojem dusíku v OKR stálý potrubní řád, dopravující odpadní dusík z kyslíkárny ve Vratimově. Tuto distribuci zajišťuje Centrální dusíkové hospodářství OKD a. s. (CDH). V OKR je v současné době distribuce dusíku řízena centrálně. Tento způsob distribuce dusíku je znázorněn na obr. 3.
Z kyslíkárny MG Odra Gas s.r.o. z Vratimova, kde je rovněž umístěn havarijní zásobník kapalného dusíku, je plynný dusík přiváděn pomocí CDH na důlní závody.
Závěr
K uvedení zkušeností při likvidaci havárie na Dole Doubrava jsme se rozhodli proto, že problém je podobný situaci v čínských dolech. V novějších případech z posledních let, při likvidacích požárů v dole, jsme nenašli vhodnější způsob.
V předloženém článku je popsán průběh výbuchů metanu a uhelného prachu na Dole Doubrava v roce 1949. Současně s tím je uveden i způsob uzavíráni dolu, který musel následovat, když se nepodařilo exponovanou oblast uzavřít hrázemi v dole. Součástí práce je také popis metody inertizace, která byla použita pro likvidaci havárie a následné znovuotevření dolu. Tyto zkušenosti mohou být i z dnešního pohledu zdrojem poučení. Lze také prokázat, jak se za dobu, která uplynula od havárie, významně posunuly znalosti a úroveň techniky v dané oblasti. Toto srovnání by mohlo mít i aktuální význam a umožnit zvolit potřebné metody a prostředky k řešení situace na čínských dolech. Nelze tvrdit bez detailního rozboru situace na čínských dolech, že postup použitý na Dole Doubrava je vhodný, ale lze vycházet z těchto zkušeností a upravit je na konkrétní situaci s aplikací moderních metod a postupů. Jistě se bude jednak o uzavírky prostupů do dolu a v tomto mohou být zkušenosti z Dolu Doubrava velmi cenné, protože je v nich řada detailních situací, které nebyly z počátku dostatečně zhodnoceny.
Plynná analytika vypoví o účinnosti uzavření prostupů do dolu a reakci požáru na nově vzniklé prostředí. Detailní posouzení pak rozhodne, jak účinné, nákladné a časově náročné bude použití inertizačních technik.
Vzhledem k dlouholetým zkušenostem československých a českých záchranářů se domníváme, že bychom mohli čínské straně poskytnout významnou pomoc při likvidaci ohňů na jejich dolech.
Zpracovali prof. J. Lát a Ing. P. Milostný
Literatura:
[1] Adamus, A., Pošta, V., Pavelek, Z.: Dusík v hornictví již 60 let. Uhlí, rudy, geologický průzkum 9, 10/2009.
[2] Adamus, A., Pavelek, Z.: Dusík po šedesáti letech. Záchranář 3, 4/2009.
[3] Fritzsche, C. H.: Bergbaukunde, Erster Band 9. Auflage, Springer Verlag Berlin 1959.
[4] Hájek, L., Otáhal, A.: Dvacet let po Doubravě. Záchranář č. 2 – 10/1969, 9/94, 3/99.
[5] Janovský, B., Krupka, M.: Univerzita Pardubice, KTTV: 2003: Závěrečné zpráva řešení projektu č. 10/2001 ČBÚ. Zdolávání závažných provozních nehod.
[6] Lát, J.: Otázka spolehlivosti hráze, Problémy s bezpečností za velkou louží, Strašidlo výbuchu vzdorných hrází obchází Ameriku. Záchranář 2, 3, 4/2006.
[7] Báňské záchranářství I a II, Montanex, a. s. 2000, 2004.
[8] www.vsb.cz/nitrogen
[9] 4th International Mines Rescue Conference, Czech Republic, September 2009.
