Этот непредсказуемый человеческий фактор

В очередной раз, 22 января, произошел взрыв на шахте им. Дзержинского в Прокопьевске. Опять разбор полетов, строжайшие предписания и, естественно, выводы: человеческий фактор или внезапный выброс газа. Ничего нового, даже нет упоминаний о проведении каких-либо мероприятий, но всем будет строго указано о недопустимости…

Давайте рассмотрим причины взрывов по порядку.

В стране миллионы автолюбителей, все они проходят комиссии, автошколы, сдают экзамены на право вождения транспортным средством определенной категории, но при этом порядок на дороге зависит во многом от психологии каждого из водителей. Точно так же одних лишь знаний правил безопасности и эксплуатации оборудования в шахте недостаточно для того, чтобы горняки работали без аварий.

В научных трудах группы сотрудников НФИ КемГУ, возглавляемой B.C. Гершгориным и получившей международный грант “Безопасность угольных шахт”, указывается на психологическую составляющую аварий и разработаны методы их предупреждения, вплоть до возможности использования программного поведения. Пробел в психологической подготовке шахтеров, особенно для людей с большим стажем работы, привыкших к чувству опасности, необходимо восполнить.

Для кого-то выбросы метана являются внезапными, но для автора они стали закономерными более 20 лет назад. О закономерностях выбросов мы много раз писали в технических и публицистических статьях, представляли результаты исследований на международных выставках “Уголь России и Майнинг”. Заинтересовались нашими результатами две фирмы: одна кемеровская (на предмет поставки датчиков метана и влажности) и немецкая фирма “Марко”, которая изъявила желание провести совместную разработку автоматизированной системы предотвращения взрывов пыле-метано-воздушной смеси в очистных механизированных забоях.

Изучение взрывов метана и пыли началось во ВНИИгидроугле после взрыва метана на гидрошахте “Красногорская”, до этого в очистных и подготовительных забоях ни на одной из 11 действующих гидрошахт подобных ЧП не было. Как установила экспертная комиссия, причина взрыва оказалась вполне банальной: машинист комбайна при нарезке и выходе на сопряжение с вентиляционным штреком, где всегда повышенное содержание метана, отключил подачу воды и при маневрировании передавил электрический кабель. В результате замыкание и взрыв. Вроде бы все здесь понятно и ясно — нарушение правил налицо, но ученые не оставили этот факт без внимания.

Под руководством доктора технических наук, профессора Б.М. Стефанюка исследовались возможности появления фрикционной искры от соударения высоконапорной струи с металлом, породой и другими искрящими материалами и ее поведение во влажной атмосфере. Было установлено, что фрикционная искра в забое постоянно присутствует, но для инициации взрыва ей не хватает температуры. Закон Ле Шателье не является линейным, а верхний и нижний пороги взрываемости метана зависят от влажности, температуры и взвешенной пыли в шахтной атмосфере. Поэтому в правила безопасности была вписана статья о подаче воды под зубки рабочего органа, которая действует до сих пор. Однако взрывы продолжаются, следовательно, существуют другие факторы.

При разрушении горных пород в забое образуется около 40 веществ и газов. Формула угля в зависимости от изоморфности содержит более 1000 молекул и атомов различных веществ, и при разработке массива, которая сопровождается нагревом, часть молекул образует “осколки”, которые являются органическими веществами (ацетон, ацетилен и др.), имеющими размеры и точки кипения ниже, чем у метана. Они способны взрываться при более низких температурах и могут быть инициаторами взрыва метана. На это было указано, но борьба с этими явлениями лежит в плоскости пересмотра парадигмы горного машиностроения.

В ходе последующих исследований этапов протекания взрыва (искра — загорание метана — взрыв метана — детонация взвешенной пыли) было установлено, что на каждом этапе продолжение фазы взрыва обусловлено определенными условиями, которые не являются фатальными — то есть их можно упредить. На основе этих зависимостей и закономерностей были разработаны и запатентованы способ флегматизации взрывов и автоматизированная система их предотвращения. Один из аспирантов рабочей группы научной школы “Экология и рациональное природопользование” С.Н. Нагайчук подготовил диссертационную работу по данной теме. Однако вопрос внедрения остается открытым. Мы обили пороги научных и проектных институтов, генеральных и технических директоров объединений и угольных шахт, но воз и ныне там. Если институты понять еще можно (внедрять чужие идеи энтузиастов немного), то угольных генералов — очень трудно. Ведь это им идти под суд после аварии.

Немецкие коллеги живо интересуются нашими исследованиями. Они готовы поставить оборудование для проведения экспериментов бесплатно и оставить его за небольшие деньги при условии выдачи им проработанного технического задания на изготовление системы. А мы не можем изыскать крохи финансирования для разработки задания, хотя общеизвестно, что ликвидация последствий аварий и помощь семьям погибших горняков обходятся в десятки и сотни раз дороже, чем проведение исследований и внедрение систем предупреждения.

Следует отметить, что система предотвращения взрывов не дублирует автоматическую газовую защиту, а выполняет свои особые функции, при этом оповещает персонал о своем включении и выключении, предупреждает его о внезапном выбросе газа, о чем следует поговорить отдельно.

Внезапные выбросы метана, воды и горной массы проявляются обычно на стадии подготовки шахтного поля в зонах нарушений, скоплений воды и газа, которые имеют характерные признаки и достаточно легко распознаются. При добыче угля подрабатываются водоносные горизонты, а после посадки кровли образуются множественные трещины и каверны, по которым вода приходит в забой. Она, естественно, откачивается, а полости заполняются газом. Его интенсивный выброс может быть спровоцирован различными тектоническими проявлениями, взрывами в соседнем разрезе, посадкой кровли, подземным толчком, а кроме этих напастей, как ни странно, еще и нашим ночным светилом. Луна создает приливы и отливы земной коры (на экваторе колебания почвы достигают 1 метра, а на нашей широте примерно 0,5-0,6 метра). О какой неожиданности можно говорить, если все закономерно.

Где же выход? Он в том, что из шахт не надо откачивать воду. Точнее, её следует очищать и возвращать в водоносные пласты за пределы зоны ведения горных работ. Такие опыты ранее проводились, но для других целей. Анализ взрывов шахт за пятьдесят лет на территориях нашей и зарубежных стран позволил установить, что аварии в большинстве случаев носят сезонный характер и приурочены к новолунию и полнолунию, сильным холодам зимой и жаркой погоде летом. Пик аварий приходится в Кузбассе на период от конца декабря до начала марта, что находит объяснение в особенностях взаимодействия Земли, Луны и Солнца в это время.

Орбита Земли имеет форму эллипса и ближе к Солнцу находится 22 — 23 декабря. Орбита Луны проходит то по одну сторону от Земли на стороне Солнца, то по другую. В периоды новолуния усиливается гравитационное воздействие, а в период полнолуния Луна ослабляет гравитационное воздействие Солнца. Земная кора, сжимаясь и разжимаясь, выдавливает из своих недр воду и газы. Если горный массив не тронут, то это “дыхание” могут регистрировать только приборы, для человека оно незаметно. Другое дело, когда массивы пород нарушены разработками. В этом случае горное давление в сочетании с гравитационным воздействием Солнца и Луны создает в земных недрах куда более ощутимые подвижки.

Прогнозную карту проявления горного давления может составить горный инженер, привязав к широте и долготе местоположение шахты и условия залегания пластов. Крутые пласты в меньшей мере подвержены этим проявлениям.

Чтобы разобраться с сезонностью, нужно спуститься на грешную Землю. Мороз и жара сильно меняют свойства приземных слоев атмосферы и соответственно понижают влажность воздуха в проветриваемых выработках. Вдобавок зимой он подогревается. А сухой воздух увеличивает запыленность в шахте, следовательно, расширяется область взрываемости метана и пыли. Вероятность взрыва многократно возрастает. Выход — в повышении влажности шахтной атмосферы.

Однако на этом пути мы сталкиваемся с противодействием технологов. Первое возражение: повысить влажность — значит, простудить людей. Простой расчет, однако, показывает, что шахтный воздух не обеспечивает ни здорового микроклимата, ни эффективного пылеподавления, понижающего риск взрыва.

Человеческий фактор как причина аварии проявляется не только в виде нарушений технологической и трудовой дисциплины, инженерной ошибки или административного распоряжения, которое противоречит нормам безопасности. Он находит свое выражение и в устаревшем своде инструкций, и в пренебрежении научными рекомендациями. Ситуация, когда управленец руководствуется прежде всего пожеланиями собственника, а тот - соображениями сиюминутной выгоды, являет собой все тот же пресловутый человеческий фактор, способный в очередной раз “неожиданно” рвануть “непредвиденными” последствиями в самом “непредсказуемом” месте.

Снимки сделаны после аварии на шахте “Листвяжная” в 2004 году