На грани фантастики

Искусственный воздух в шахте


Вячеслав Носенко, горный инженер, к.т.н., академик Международной академии наук экологии, безопасности человека и природы, предлагает принципиальное конструктивное решение по ликвидации взрывов метана в шахтах.

Он предлагает заменить естественную атмосферу шахты на искусственную (состава примерно 21% кислорода и 79% метана). «Человек в таких условиях может осуществлять нормальную жизнедеятельность без каких-либо ограничений, в том числе без средств защиты дыхания, — считает Вячеслав Демьянович, — Это предложение — весьма необычное, даже экзотическое и поэтому многими встречается в штыки. Но подобных предложений та же история знает много: например, авиация, подводные исследования, не говоря уже о генетике, кибернетике, космонавтике... В горном деле тоже была экзотика, когда применяли кессонный способ при проведении выработок в сильно обводненных породах, при этом после каждой смены люди проходили достаточно длительную декомпрессию. Многие «экзотические» профессии требуют хорошего здоровья и дополнительных физических усилий при работе, наше же предложение никаких дополнительных условий в этом плане не ставит, наоборот, существенно снижает риск опасности труда.

Никто не выдвигает обоснованных возражений против данного предложения. В литературе и в интернете есть много материалов о токсичности метана, его наркотических свойствах и других вредностях. Но эти материалы противоречивы. Необходимы эксперименты, чтобы решить все вопросы, а для этого нужно финансирование. Попытки выйти на конкурсы научно-исследовательских работ пока остаются безуспешными».

1.

Технологически это предложение реализуется следующим образом.

Во время подготовительных работ длинную подготовительную выработку начинают проходить, как обычно, до тех пор, пока метан не станет ограничивающим фактором. Одновременно монтируют шлюзовую перемычку (с дверьми) у приемной площадки выработки, через которую в дальнейшем будут проходить люди и осуществляться обмен материалов и некоторых грузов; пока двери открыты.

Также монтируют оборудование для пункта (станции) регенерации атмосферы (см. далее). Для основного потока грузов — горной массы от проведения выработки — проходят над шлюзовой перемычкой конвейерный ходок, где будет при основной проходке размещаться головная часть конвейера выработки. Конвейер разгружается в гезенк, проходимый над магистральной выработкой для выдачи из нее продукции, при этом гезенк оборудуют люком и в нем (гезенке) поддерживают «подушку» из горной массы для изоляции искусственной атмосферы от естественной (при этом на свежей струе устанавливают необходимые датчики для предотвращения взрывоопасных концентраций метана). Гезенк и конвейерный ходок также проходят одновременно с началом проведения выработки в естественной атмосфере.

После того как метан становится ограничивающим фактором, выработку останавливают, перемонтируют конвейер, закрывают двери в перемычке, в выработке создают и затем поддерживают искусственную атмосферу (об этом будет сказано далее). Пока не будет создана нормальная искусственная атмосфера, все необходимые работы в выработке ведутся с использованием горноспасательных средств СИЗОВ-респираторов (таких работ ожидается мало, если вообще они будут).

Таким образом, происходит экономия на горных работах — вместо двух спаренных выработок с увеличенными сечениями по условиям вентиляции, как это делается на многих шахтах Кузбасса, Печорского и других бассейнов, проходится одна.

Очистные работы в данном случае во многом подобны подготовительным работам. При обычной схеме выемки угля лавами (возможны и другие технологии) вентиляционная выработка, так же, как и откаточная, от магистральной выработки отделяется шлюзовой перемычкой. Для циркуляции воздуха (искусственного!) на границе выемочного участка проходят параллельно лаве выработку, соединяющую откаточную и вентиляционную выработки. В ней может быть оборудована станция регенерации воздуха.

За счет снятия ограничения по газовому фактору можно увеличивать нагрузку на очистной забой до максимальной возможности выемочного оборудования и нагрузку на шахту.

2.

Разумеется, что на практическое внедрение этого предложения сейчас никто не пойдет. Необходимо выполнить фундаментальные научные исследования о влиянии искусственной атмосферы на человеческий организм, чего нельзя делать без положительных результатов опытов над животными. Только после этого специальная Этическая комиссия принимает решение о возможности экспериментов с человеком.

Необходимо знать, как будут происходить в искусственной атмосфере различные технологические процессы — и так далее. Но в положительных результатах у автора статьи нет сомнений.

Надо также создать нормативные документы, связанные с искусственной атмосферой.

В настоящее время у автора статьи есть идея по поводу создания, поддержания состава искусственной атмосферы в экспериментальных стендах.

Для этого в экспериментальных стендах искусственной атмосферы создают емкость, в которой будет газовая смесь с заданным составом. Емкость заполняют двумя адсорберами: один для производства кислорода О2 из атмосферы, второй — для производства метана СН4. Он отбирает исходный газ из магистрали, отходы могут сбрасываться в атмосферу земли или в ту же магистраль. В стенде обеспечивают регенерацию атмосферы и подсвежение ее кислородом по мере расхода последнего на дыхание.

При заполнении емкости со смесью газов для искусственной атмосферы вначале туда закачивают метан, и лишь потом — кислород, чтобы не создавалась пожаровзрывоопасная смесь. Состав смеси контролируют соответствующими датчиками.

3.

Для изучения физиологического воздействия искусственной атмосферы на животных можно создать стенд.

Первый вариант: Животные проводят в первом отсеке 8 часов в сутки (как люди в шахте). Для манипуляций одна из стенок делается подвижной с «рукавами».

Когда животные находятся в первом отсеке с искусственной атмосферой, во втором отсеке также искусственная атмосфера, и он герметичен. Между отсеками — герметичная дверь. Через нее после 8 часов нахождения животных в искусственной атмосфере пропускают их из первого отсека во второй, после чего дверь закрывают, во втором отсеке убирают съемную герметичную стенку, создавая таким образом в этом отсеке обычную атмосферу, где животные находятся 16 часов. После чего герметизируют второй отсек, устанавливая герметичную стенку, вытягивают «земной» воздух, одновременно подавая туда искусственный, открывают герметичную дверь. Перегоняют животных в первый отсек и закрывают дверь между отсеками.

Второй вариант: круглосуточное содержание животных в искусственной атмосфере.

По мере необходимости перегоняют нужных животных из первого отсека во второй. Далее испытания можно перенести на человека.

Стенд представляет собой отсек из двух комнат — «предбанника» и комнаты с искусственной атмосферой, между которых устроен шлюз.

Шлюз, представляется, лучше всего сделать как в плавательных бассейнах — с водой и подныриванием испытателя под перемычку, отгораживающую «предбанник» от основной комнаты (см. рис. 2). Это гарантирует на 100% от смешения искусственной и естественной атмосфер.

В составе стенда устанавливают тренажеры для создания физической и интеллектуальной нагрузок с соответствующими датчиками.

Перед началом рабочей смены испытатель раздевается в «предбаннике» до плавок, проныривает в комнату с искусственной атмосферой, переодевается и выполняет эксперименты.

По окончании рабочей смены проделывается обратная операция.

Оборудование на поверхности шахты.

Для создания и поддержания заданного состава искусственной атмосферы на поверхности шахты устанавливают соответствующее оборудование.

4.

На поверхности шахты уста­навливают:

емкость (газгольдер), в которой создают первоначальный запас смеси газов для искусственной атмосферы. Ее объем должен быть достаточным для первоначальной, инициативной подачи искусственной атмосферы в замкнутое пространство — порядка 1000 м3. Давление в емкости выше атмосферного. Необходимое давление в подающем трубопроводе создают с помощью редуктора;

адсорбер для производства кислорода О2, который присоединяют к емкости. Кислород производят из естественной атмосферы. Для контроля на трубопроводе от этого адсорбера к емкости устанавливают газоанализаторы;

адсорбер для производства метана СН4, который также присоединяют к емкости. Метан производят из природного сетевого газа, для контроля того, что подают в емкость, на трубопроводе устанавливают газоанализаторы. Остальную часть газа, от которого отделен метан, возвращают в газовую сеть. Чтобы эта часть газа не попадала опять в адсорбер, ставят обратный клапан. Адсорберы для производства кислорода и метана связаны между собой: вначале в емкость подают метан, через какое-то время включают кислородный адсорбер — это необходимо для того, чтобы в емкости не создавалась пожаровзрывоопасная концентрация, то есть метана всегда должно быть больше 61%. После заполнения емкости должна быть эксплуатационная смесь.

При создании искусственной атмосферы в изолированном пространстве с поверхности открывают задвижку на нагнетательном трубопроводе, идущем от емкости, включают вакуумный насос на всасывающем трубопроводе и открывают задвижку для сброса газа из изолированного пространства в атмосферу Земли. Включают одновременно кислородный и метановый адсорберы (их производительность должна быть такой, чтобы создавалась эксплуатационная смесь, состав подаваемой смеси контролируется газоанализаторами, в случае необходимости выключают тот или иной адсорбер). При этом контролируют состав исходящего из изолированного пространства газа; когда во всасывающем трубопроводе на поверхности появится эксплуатационная смесь, закрывают задвижку для сброса атмосферы замкнутого пространства в атмосферу Земли и эта смесь пойдет в сеть с природным газом.

Переходят в эксплуатационный режим. На поверхности с помощью задвижек отключают от нагнетательного трубопровода емкость и подключают к нему кислородный адсорбер. Метановый адсорбер выключают.

5.

Данное предложение (без описания экспериментальной базы) было разослано автором, начиная с лета 2010 года, очень многим организациям и лицам, имеющим какое-либо отношение к шахтному метану или к топливно-энергетическому комплексу, в котором угольная промышленность составляет важную часть. Многие адресаты проигнорировали послание, но были такие, кто сделал анализ и прислал свои возражения, к примеру, такие:

«подобные работы проводились в Кузбассе, результат — отрицательный. Кроме того, на каждый кубометр добыто угля в шахту надо подавать столько же искусственной смеси». (МЧС России).

«Вследствие двойной разности в удельном весе метан и кислород будут разделяться — метан вверху, кислород внизу» (АКО, ВостНИИ).

Тем не менее, автор идеи не сомневается в ее востребованности — пусть она требует доработок и апробаций, но итог может быть прорывным.


СГИ Тимофеева