Самовозгорание угля. Эндогенные пожары: Легенды горящих гор

Эндогенные пожары в угольных пластах могут продолжаться месяцы или годы, в отдельных случаях — до нескольких тысяч лет, пока не истощится тлеющий пласт. По оценкам учёных, «Горящая гора» в Австралии — самое старое из известных горящих месторождений угля: пожар там продолжается около 6000 лет.

Самовозгорание энергоёмкой органики происходит обычно, когда большие её массы входят в соприкосновение с кислородом, и процесс окисления, идущий с выделением тепла, повышает температуру выше критического уровня. Подобное характерно в первую очередь для угля, торфа, горючих сланцев и лигнина.

Это опасное «бурое золото»

Конечно же, самые серьёзные и чреватые последствиями эндогенные пожары происходят в угольной отрасли. Угольные пласты чрезвычайно энергоёмки, и для их самовозгорания бывает достаточно температуры значительно ниже 100 °С. Пожары возникают при определённой толщине и угле залегания угольного пласта с увеличением к нему доступа кислорода вследствие выработки породы.

Наиболее химически активными являются бурые угли, а наименее пожароопасными — антрациты.

Сходная с красноярской ситуация сложилась в 2018 году на знаменитом Коркинском разрезе, где бурый уголь добывали c 30-х годов прошлого века, превратив разрез в самую глубокую яму Евразии (почти 500 метров).

А сходство ситуаций в том, что с ликвидацией Челябинской угольной компании Коркинский разрез остался бесхозным. Он в одночасье лишился специального оборудования и персонала, задействованных на тушении эндогенных пожаров.

В результате началось их стремительное распространение, и пришлось задействовать крупные силы МЧС.

План рекультивации разреза рассчитан на 20 лет, а пока дым от горения, особенно в период неблагоприятных метеоусловий, стелется по всему Коркинскому району и даже доходит до Челябинска.

Крупные пожары случились в прошлом году также на Харанорском угольном разрезе в Забайкалье и Черногорском месторождении в Хакасии.

«На разрезах Красноярского края ситуация с эндогенными пожарами спокойная.

Да, у бурого угля выше класс пожароопасности, чем у чёрного, поэтому выемка пластов должна идти быстро, и пласты надо соответствующим образом готовить, применяя меры предосторожности и ограничивая к ним доступ кислорода.

Если всё делать по инструкциям и не создавать угольных запасов, которые невозможно достаточно быстро освоить, то ситуация остаётся под контролем. Иными словами, она вполне управляема, и «сюрпризов» практически не бывает», — считает заместитель главного инженера ОАО «Красноярсккрайуголь» Марина Иванова.

Особая бдительность при складировании

Специалисты отмечают, что проблемы здесь с большей степенью вероятности могут случиться у энергетиков при создании запасов бурого угля на ТЭЦ и их хранении.

Но если правильно складировать и укатывать уголь, не превышая критического объёма на единицу площади хранения, то ситуация всегда будет находиться под контролем.

Все необходимые меры для этого прописаны достаточно чётко в «Инструкции по эксплуатации складов для хранения угля на шахтах, карьерах, обогатительных фабриках и сортировках», выпущенной Министерством угольной промышленности СССР ещё 10 февраля 1970 года.

В целях профилактики самовозгорания угля на складах уголь укладывается в штабели на негорючее основание, сокращаются сроки хранения, послойно укладываются штабели с уплотнением каждого слоя отдельно, ограничивают высоту штабелей, производят изоляцию штабелей, уплотняют поверхность штабеля и уменьшают углы откоса, применяют антипирогены, организуют контроль за температурным режимом штабелей.

Очаги самонагревания и самовозгорания угля ликвидируют путём извлечения угля из штабеля, тушения и охлаждения его на отдельных площадках.
Но не только старыми инструкциями живы меры профилактики.

В мире существуют тысячи неустранимых подземных эндогенных пожаров, особенно в Китае и Индии, где активный рост экономики происходит на фоне бедности значительных слоёв населения, недостатка правительственного регулирования и контроля за соблюдением нормативной базы.

Сельские жители в Китае часто добывают уголь для домашнего использования, бросая выработки с быстро воспламеняющейся угольной пылью на открытом воздухе. Самые страшные из текущих пожаров находятся в каменноугольных бассейнах Внутренней Монголии (одной из китайских провинций).

В угольных пожарах Китая сгорает, по различным оценкам, 2030 миллионов тонн угля в год

Применяют на этом пути и результаты ряда инновационных исследований, привязанных обычно к конкретным условиям отдельных месторождений.

Например, в Якутии научные эксперименты на складах разреза «Кангаласский» показали особую опасность добываемых там углей, имеющих высокую химическую активность к кислороду при положительных температурах и относящихся по существующей классификации к самой высокой категории — опасным.

Основным видом транспорта для доставки угля в Якутии является водный, который функционирует в течение четырёх месяцев в году, и потому предполагается длительное хранение угля в штабелях, при этом появляется реальная возможность возникновения эндогенных пожаров.

С учётом специфических условий Севера группа учёных разработала способ хранения штабеля угля с применением защитной прослойки изо льда, преимуществами которого являются простота формирования штабеля угля, минимальные физические и материальные затраты, исключение самонагревания и самовозгорания угля, снижение запылённости при отгрузке угля, отсутствие сноса угольной пыли с поверхности штабеля.

Был также предложен траншейный способ хранения угля, при котором используется преимущество многолетней мерзлоты — для удлинения инкубационного периода. Внедрение предлагаемых способов позволило хранить уголь в течение длительного времени при сохранении его качества и без самонагревания.

Проблематика глубокого залегания

Если при добыче угля открытым способом ситуация редко выходит за рамки допустимого (при должной степени контроля и ответственности проводящих работы организаций), то в угольных шахтах учесть все возможные аспекты противопожарной проблематики гораздо сложнее. Потому пожары там случаются чаще, ликвидировать их сложнее, и последствия, как правило, более тяжёлые.

Длительное горение, например, может вызвать обрушение горных выработок, что снижает количество проходящего воздуха. Это помогает изолировать очаг эндогенного возгорания от доступа кислорода, однако нарушение проветривания сопровождается повышением концентрации метана, что может привести к образованию взрывоопасной газовой смеси с последующим взрывом.

Мощность взрыва существенно увеличивается из-за вовлечения в процесс горения угольной пыли, переведённой во взвешенное состояние ударной волной.

Основная часть «шахтных» эндогенных пожаров возникает в выработанном пространстве, что затрудняет их обнаружение на ранней стадии развития и определение координат очагов.

Из-за отсутствия точных данных о состоянии и местонахождении пожара резко снижается эффективность подачи хладагента, и потому для тушения остаётся только один метод — изоляция.

Проблема предотвращения эндогенных пожаров в шахтах осложняется зависимостью процесса самовозгорания от большого количества факторов, обусловленных свойствами угля и внешними воздействиями окружающей среды.

Причём влияние многих факторов неоднозначно и зависит от целого комплекса других факторов.

Наиболее пожароопасным среди месторождений Кузбасса с давних пор считалось Прокопьевско-Киселёвское месторождение. В пятидесятые годы прошлого века только на шахтах этого района ежегодно возникало до 43 эндогенных пожаров в год.

В последующие годы в результате проведённых исследований, позволивших разработать способы эффективной профилактики самовозгорания угля, число пожаров постепенно снижалось.

Например, в 1990–1998 годах на шахтах России ежегодно регистрировалось около 30 пожаров от самовозгорания угля, в том числе в Кузбассе около 20, а с 1999 года их число снизилось до 10–15 в год. В 2000-е годы в Кузбассе происходило в среднем четыре эндогенных пожара в год.

Однако из-за сложностей с тушением уже имеющихся очагов в 2011, например, году в Кузбассе действовало 24 эндогенных пожара, нанёсших совокупный экономический ущерб на 250 млн рублей. Здесь следует отметить, что в случае раннего обнаружения и быстрой ликвидации очага самовозгорания средний экономический ущерб снижается в 6,3 раза.

Быстрая ликвидация очагов самовозгорания возможна, в частности, при использовании объёмных средств обработки выработанного пространства, способных поглотить максимальное количество тепла. Одним из перспективных средств тушения подземных пожаров считается обработка инертными смесями, получаемыми при совместном распылении жидкого азота и воды.

Мегаполис в дыму

Бывают случаи, когда огромную проблему создают даже обычные опилки, оставленные без присмотра.

В Красноярске в январе 2016 года краевая природоохранная прокуратура потребовала от мэрии ликвидировать на Енисейском целлюлозно-бумажном комбинате тление опилок, которых с 2004 года накопилось около 160 тысяч кубометров.

Ранее их сжигали в котельной предприятия, но после банкротства ЕЦБК котельную остановили, и накопленные объёмы оставались невостребованными. Опилки гнили, температура росла, начались процессы пиролиза, и постепенно ситуация стала выходить из-под контроля: слабое поначалу тление переросло в полноценный эндогенный пожар, представивший серьёзную угрозу экологической безопасности миллионного города.

СПРАВКА

Имеется несколько успешных примеров борьбы с «долгоиграющими» подземными пожарами: в 2004 году в Китае удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу, начавшийся ещё в 1874 году.

«На встречах в мэрии красноярские экологи и ряд специалистов настаивали на том, чтобы накрыть тлеющие отходы неким саркофагом, например, из шлака, отходов ТЭЦ. Мол, так удастся перекрыть доступ кислорода, и пламя потухнет.

Но профессор СибГТУ Валерий Иванов раскритиковал этот план. Потребовалось бы перевозить по городу огромные объёмы не самого безвредного для окружающей среды шлака, причём без гарантии конечного успеха.

Причём, скорее всего, шлак будет проваливаться в пустоты, образующиеся при горении, слой нарушится, и доступ кислорода возобновится, говорил Иванов.

В качестве альтернативы профессор предложил разбросать всю массу опилок на более широкой площади и этим прекратить сам биохимический процесс, провоцирующий горение.

В городской администрации его предложение приняли, и наш институт разработал проект этой операции. В течение почти двух месяцев шла битва с горящими опилками: было задействовано множество единиц техники (экскаваторы, бульдозеры, самосвалы), пожарные машины заливали водой открытое пламя, которое вспыхивало порой прямо перед экскаваторами; потрачены десятки миллионов рублей из городского бюджета, но в итоге всё закончилось успешно, пожар был потушен…», — рассказывает директор проектного института «Сибгипробиосинтез» Владимир Трянин.

Специалисты отмечают, что проблема эндогенных пожаров с участием лигнина — отходов целлюлозно-бумажных комбинатов — актуальна для всех полигонов, где происходит его захоронение: на слуху нашумевшие пожары в Иркутской области и под городом Канском Красноярского края (на полигоне промышленных отходов бывшего биохимического завода).

Обычно профилактика самовозгорания лигнина производится с помощью отсыпки его скоплений шлаком. Также ведутся исследования по различным способам его переработки и тем самым уменьшению количества и объёмов лигнохранилищ.

СПРАВКА

На самовозгорание угля оказывают влияние следующие геологические особенности месторождения:
мощность пласта (до 2 м — малоопасно, 2–3,5 м — умеренная опасность, более 3,5 м — опасно);
угол падения пласта (до 25° — малоопасно, 25–50° — умеренная опасность, более 50° — опасно).

Не меньшую опасность представляют пожары эндогенного происхождения на торфяных разработках. Под ровным, чистым полем может пылать невидимый огонь, незаметно подбирающийся к городам и посёлкам, строениям и технике. Вырвавшись на свободу, он разносится ветром и движется с большой скоростью, вызывая массовые лесные пожары и распространение удушливого смога.

При влажности менее 40 % деятельность ряда микроорганизмов приводит к нагреванию торфа до 60–65 °C с последующим превращением в полукокс, который особенно склонен к спонтанному возгоранию. Профилактика самовозгорания торфа проводится с помощью противопожарных разрывов и обводнения осушенных торфяников.

После выработки доступа к залежам горючих сланцев обеспечивается приток воздуха, который способен вызвать их самовозгорание. Также возможны эндогенные пожары на складах, где хранится эта порода.

Для профилактики самовозгорания сланцев применяют послойное уплотнение и укатку боковых откосов штабелей. Массы сланца также можно защитить от окисления извне с помощью изоляции более плотными слоями глины.

Текст: Виктор Николаев