На угольном складе порта хранится 441 600 тонн австралийского угля. Под влиянием государственной политики таможенное оформление и складирование австралийского угля было приостановлено с сентября 2020 года. По мере увеличения срока хранения температура угольных штабелей постепенно повышалась, на отдельных штабелях неоднократно возникали очаги самопроизвольного возгорания. С ноября 2020 года портовая компания применяла различные меры, включая укрытие штабелей геотекстильными гидроизоляционными мембранами и импортными черно-белыми мембранами. Однако выяснилось, что геотекстильные и импортные мембраны имеют низкую герметичность и не могут быть надёжно закреплены при сильном ветре и сильном дожде, что приводило к высокому уровню повреждений. При повышении температуры угольного штабеля выше 70 °C укрывной материал мог также воспламениться.
На объекте был выбран целый штабель австралийского угля объёмом около 50 000 тонн, максимальная температура которого достигала 88 °C. Штабель был разделён на морскую и береговую зоны: на морскую зону распыляли новый герметизирующий материал, а на береговой зоне никаких дополнительных мер не принимали. После распыления герметизирующего материала были установлены распределённые точки измерения температуры, ежедневно проводились замеры температуры на обеих зонах штабеля. Полученные данные были систематизированы, для сравнения были построены графики зависимости температуры от времени, подтвердившие эффективность герметизирующего материала.
Результаты эксперимента показали:
① Температура на морской зоне, обработанной новым герметизирующим материалом, была на 9–12 °C ниже, чем на необработанной береговой зоне.
② После распыления нового герметизирующего материала температура угольного штабеля снижалась ежедневно, а затем стабилизировалась на среднем уровне 35 °C.
③ Для угля того же типа температура штабеля № 7 на складе, обработанного новым герметизирующим материалом, была на 12–15 °C ниже, чем температура на морской зоне штабеля № 8 на той же глубине.
④ После распыления нового герметизирующего материала температура в каждой точке постепенно снижалась.
Обзор проекта
Угольный терминал крупного порта, расположенный в центральном узле Экономического пояса реки Янцзы, имеет шесть открытых полосных угольных складов общей вместимостью 1,28 млн тонн. Терминал оснащён четырьмя мостовыми крановыми разгрузчиками, 57 ленточными конвейерами и пятью роторными штабелёрами-разгрузчиками, что формирует полностью автоматизированную цепочку операций «разгрузка – транспортировка – складирование/извлечение». Годовой пропускной能力 превышает 10 млн тонн, из которых более 60% импортируемого угля составляет индонезийский лигнит. Из-за узких мест в эффективности перевалки внутри речного бассейна срок хранения угля пассивно увеличился до более 60 дней, что значительно превышает безопасный порог в 40 дней. Это привело к превышению температуры в ядре угольных штабелей 70 °C, выделению сероводорода (H₂S) и накоплению скрытых рисков самопроизвольного возгорания. Дополнительно риск усугубляется сочетанием накопления тепла во время морской транспортировки и закрытой транспортировки по Янцзы, что приводит к следующим проблемам:
Риски при транспортировке: Концентрация оксида углерода (CO) в закрытом трюме превышает 2000 ppm, на этапе транспортировки по Янцзы уже появились признаки самопроизвольного возгорания, создающие риск пожара.
Вихрь дополнительных затрат: Годовые расходы на продлённое хранение превышают 10 млн юаней; самопроизвольное возгорание приводит к потере теплотворной способности угля, а также сопровождается риском экологических штрафов.
Дилемма товарооборота: Риск самопроизвольного возгорания → отказ судов от перевозки → продление срока хранения → эскалация риска, формирующее системный негативный цикл.
План управления рисками
Для противодействия риску полного цикла на порту «накопление тепла при морской транспортировке → просроченное хранение → самопроизвольное возгорание при транспортировке по Янцзы» данный план использует двухуровневую технологию подавления доступа кислорода на источнике и физической изоляции, позволяющую прервать закономерность развития самопроизвольного возгорания. Конкретный путь реализации следующий:
Внесение ингибитора окисления угля при погрузке
На этапе погрузки угля в трюм судна в уголь вносится ингибитор окисления, который подавляет активность реакции связывания угля с кислородом за счёт молекулярного проникновения в структуру угля. Предоставляются два гибких варианта внедрения технологии:
Вариант 1: Автономное устройство для смешивания — Устройство работает отдельно, позволяет вносить ингибитор перед погрузкой. Первоначальные затраты на модернизацию низкие, но эксплуатационная эффективность на последующих этапах невысокая.
Вариант 2: Устройство для смешивания, интегрированное в систему ленточных конвейеров — Устанавливается на существующей системе ленточных конвейеров, позволяет вносить ингибитор непосредственно в процессе погрузки, отличается высокой эксплуатационной эффективностью.
Вспомогательные меры: После завершения погрузки на поверхность угля распыляется герметизирующий материал, который формирует кислородонепроницаемую плёнку толщиной более 2 мм, устойчивую к эрозии дождевой воды и подавляющую окисление поверхностных слоёв угля и повышение температуры.
Очистной забой 110 с полной механизацией и выпусканием угля из кровли разрабатывает угольные пласты № 10 и № 11, между которыми расположена породная прослойка. Общая мощность двух угольных пластов составляет около 6 метров. Угольные пласты склонны к самопроизвольному возгоранию, относятся к категории самопроизвольно возгорающихся углей II класса, срок самопроизвольного возгорания составляет 80 дней. Шахта относится к категории малогазовых, выделение метана низкое.
При разработке забоя используется технология отходящей выемки угля с полной механизацией и выпуском угля из кровли, управление кровлей осуществляется методом полного обрушения. Обустроены две горные выработки, конвейерный штрек используется как отходящий вентиляционный штрек. Из-за небольшой глубины залегания забоя и наличия выработанных пространств старых мелких шахт в вышележащих породах используется непрерывная вентиляция с избыточным давлением для предотвращения притока внешнего воздуха и газа.
В верхнем призабойном углу забоя 110 была обнаружена аномальная концентрация оксида углерода (CO), которая возросла примерно до 120 ppm. В ходе анализа было установлено, что остаточный уголь в соседнем выработанном пространстве забоя 108 подвергся окислению и самопроизвольному возгоранию из-за большого количества остаточного угля и влияния утечек воздуха. Впоследствии работы на забое были приостановлены на время празднования Праздника Весны. Для предотвращения интенсификации окисления остаточного угля в выработанном пространстве, которое могло создать серьёзную угрозу безопасности производства, потребовалось срочное принятие соответствующих мер предотвращения и контроля.
С учётом вышеуказанной ситуации были применены специальная жидкость для тушения пожаров в шахтах Purite (JTF-Ⅰ), разработанная нашей компанией, и сопутствующее оборудование для её внесения. Для подачи материала в призабойных углах и между крепями забоя 110 были пробурены скважины для нагнетания раствора. В результате остаточный уголь в выработанном пространстве получил эффективную изоляцию от кислорода и охлаждение, что предотвратило дальнейшее окисление и распространение очага возгорания. Концентрация CO в отходящем призабойном углу и между крепями забоя стабильно снижалась, что обеспечило последующее безопасное и быстрое проведение очистных работ на забое 110 и безопасную производственную деятельность шахты в целом.
Угольные пласты данной шахты склонны к самопроизвольному возгоранию, класс склонности к самопроизвольному возгоранию — II, минимальный срок самопроизвольного возгорания составляет 60 дней. Очистной забой 603 верхнего горизонта № 3 имеет среднюю мощность угольного пласта 5 м, разрабатывается по технологии длинного столба по простиранию с отходящей выемкой по полной мощности пласта с полной механизацией, общая длина отработки по простиранию составляет 370 м.
Согласно плану последовательности отработки запасов под защитным давлением в шахтном районе № 6 в восточной части шахты, работы на забое должны быть приостановлены примерно на 8 месяцев. На угольной стенке был выполнен крепь из анкеров и сетки для предотвращения обрушения пород в передней части забоя. Однако в ходе строительства неизбежно возникло частичное дробление угля и образование трещин. В сочетании со снижением скорости потока воздуха на забое и длительным прямым контактом раздробленного угля с кислородом могло произойти частичное окисление и самопроизвольное возгорание угля.
В ответ на вышеуказанную ситуацию были применены пластичный герметизирующий материал для распыления «Гайник» (JPF-Ⅲ), разработанный нашей компанией, и сопутствующее оборудование для его нанесения. Были выполнены работы по распылению герметизирующего материала на поверхность угольной стенки в передней части забоя 603 верхнего горизонта № 3, обработка охватила 20 м материала и 70 м транспортного (отходящего вентиляционного) штрека.
После нанесения данного противопожарного материала на поверхности угля на забое и в двух штреках сформировалось плотное герметизирующее покрытие, блокирующее контакт угля с кислородом для предотвращения окисления и самопроизвольного возгорания угля. При этом была обеспечена эффективная защита металлических крепежных элементов, таких как металлическая сетка и анкеры, предотвращена коррозия металла и отказ крепи.
Данные работы позволили достичь цели предотвращения окисления и самопроизвольного возгорания угля на забое, обеспечили безопасную производственную деятельность шахты, принесли значительные экономические и социальные выгоды для шахты, а также предложили новые подходы и методы для организации работ по предотвращению пожаров на предприятии.