Коллоидные огнезащитные вещества для угольных шахт: от теории к забою 

Когда слышишь ?коллоидные огнезащитные вещества?, первое, что приходит в голову многим управленцам на поверхности — это просто какая-то густая смесь, которую закачал и забыл. Вот в этом и кроется главная ошибка, из-за которой потом случаются ЧП или средства уходят впустую. На деле, это не единый продукт, а целый комплекс систем, и их поведение в лаве или в выработанном пространстве зависит от кучи факторов, о которых в каталогах часто умалчивают.

Что на самом деле скрывается за термином?

Под этим понятием обычно объединяют два основных типа: инъекционные коллоидные системы и напыляемые покрытия. Если говорить об инъекциях для профилактики эндогенных пожаров, то тут речь чаще о силикатных гелях или, например, суспензиях на основе бентонитовых глин. Их задача — проникнуть в породу или скопления угольной мелочи, отнять кислород и тепло. Но ключевое слово — ?проникнуть?. Не все составы одинаково хорошо работают на разных типах угля и вмещающих пород.

Помню случай на одной из шахт Кузбасса, где закупили, казалось бы, проверенный немецкий гель. Заливали в скважины по выработанному пространству, а он не растекался, как ожидалось, а образовывал локальные ?линзы?. В итоге, через пару месяцев тепловая аномалия проявилась буквально в метре от незаполненной полости. Оказалось, что специфичная зольность угля и состав пластовых вод просто изменили реологию состава. Пришлось на ходу корректировать рецептуру, добавлять модификаторы.

Поэтому сейчас я всегда смотрю не на общее название, а на паспорт с конкретными параметрами: время гелеобразования, устойчивость к расслоению, pH, предел проникающей способности. Без этих данных любая закупка — лотерея. Компания ООО Шаньдун Хаокунь Инжиниринг Вентиляции и Противопожарной Защиты Шахт (их сайт — sdhaokun.ru) в своих материалах как раз акцентирует на адаптации состава под геологические условия, что близко к реальной практике, а не просто к продаже ?волшебного? раствора.

Практика инъекций: тонкости, которые не пишут в инструкциях

Самая большая головная боль — это расчет объема и точек инъекции. Теоретические модели, основанные на однородной среде, в шахте почти никогда не работают. Обрушенная порода в выработанном пространстве — это хаос каналов и препятствий. Иногда гель уходит непредсказуемо далеко, иногда — стоит на месте, не заполняя критическую зону.

Мы отрабатывали методику ступенчатой инъекции: сначала закачиваем небольшой объем-маркер, следим по датчикам температуры и газоанализаторам, куда идет фронт, и только потом запускаем основной состав. Это требует времени и слаженной работы с геологической службой, но снижает риск пустой траты материалов. Кстати, давление нагнетания — тоже критичный параметр. Слишком высокое — можно вызвать нежелательные подвижки породы или разрушить искусственную перемычку.

Еще один момент — подготовка воды. Часто на шахтах используют техническую воду, которая может содержать соли или органику. Это может катализировать или, наоборот, тормозить гелеобразование. Пришлось как-то столкнуться с преждевременным загустением прямо в магистрали. Теперь всегда требую предварительный анализ воды или используем привозную.

Напыляемые покрытия: не только для стен

Второе направление — это огнезащитные покрытия, которые наносятся на поверхности крепи, металлоконструкции или даже на сам угольный пласт в забой. Их часто недооценивают, считая просто ?краской?. Но их роль в локализации очага, особенно в начальной стадии, огромна. Они создают терморасширяющийся барьер.

Но и тут есть нюансы. Адгезия к влажной и запыленной поверхности — бич всех составов. Перед нанесением требуется качественная очистка, что в условиях шахты часто выполняется спустя рукава. Видел, как покрытие отслаивалось пластами через месяц после нанесения. Сейчас появились составы с включением специальных присадок, повышающих смачиваемость и адгезию даже к плохо подготовленной поверхности. Надо следить за этим.

Кроме того, важно учитывать время схватывания и образование пены при нагреве. Быстрое вспенивание может быть полезным для быстрой изоляции, но если слой слишком тонкий, он просто прогорит. Опытным путем пришли к необходимости многослойного нанесения с контролем толщины каждого слоя штукатурным шаблоном.

Интеграция с системами мониторинга

Самая современная коллоидная система бесполезна, если она работает сама по себе. Ее эффективность кратно возрастает при интеграции с системами газового и температурного мониторинга. Данные с датчиков в режиме, близком к реальному времени, должны анализироваться, и на их основе должен корректироваться режим инъекций или приниматься решение о нанесении покрытий в новых зонах.

На одном из объектов, где мы сотрудничали с китайскими специалистами, в том числе и с упомянутой ООО Шаньдун Хаокунь, была внедрена именно такая связанная система. Датчики, установленные по контуру потенциально опасной зоны, при росте концентрации CO или температуры выше порога запускали сигнал для усиления режима закачки в конкретные скважины. Это не панацея, но такой превентивный подход позволил несколько раз купировать развитие инцидентов на ранней стадии.

Проблема, однако, в стоимости и сложности обслуживания такой интегрированной сети в суровых условиях шахты. Датчики загрязняются, требуют поверки, а программное обеспечение — обучения персонала. Без грамотных инженерных кадров на месте все это быстро превращается в груду бесполезного железа.

Экономика вопроса и типичные ошибки при выборе

Закупка огнезащитных материалов часто проходит по критерию ?цена за тонну?. Это в корне неверно. Дешевый состав может иметь в разы больший расход из-за низкой проникающей способности или требовать частого повторного нанесения. Считать нужно стоимость защиты единицы площади или объема горного массива за весь жизненный цикл выработки.

Частая ошибка — закупка ?универсального? состава для всей шахты. Условия в разных крыльях или на разных горизонтах могут сильно отличаться. То, что хорошо работает в сухой лаве, может быть абсолютно неэффективно в обводненных выработках. Нужно проводить предварительные испытания на образцах породы с конкретного участка.

И последнее. Никакие, даже самые совершенные коллоидные огнезащитные вещества, не отменяют необходимости грамотного ведения горных работ, контроля состояния выработанного пространства и соблюдения вентиляционного режима. Это инструмент в системе безопасности, а не магический щит. Когда это понимают и на уровне руководства, и на уровне исполнителей в забое, только тогда можно говорить о по-настоящему эффективной защите.