Поиск - новости науки и техники

Взрыва не будет. Новый метод пожаротушения обеспечит безопасность шахтеров.

7 апреля 2018 года в 19:00 диспетчер южно-кузбасской угледобывающей шахты им. В.И.Ленина вызвал подразделение военизированной горноспасательной части для ликвидации пожара. В шахте на глубине 250 метров в тот момент находились 69 человек. Существовала реальная опасность взрыва. Выехавшие на место спасатели начали ликвидацию пожара. Они накачивали в пространство шахты хладон-23 и азот. (Хладон-23 – трифторметан (CHF3) – газ, широко применяемый в промышленности, в том числе в качестве хладагента для систем охлаждения.) Люди остались живы, шахта продолжила работу. Это первый случай в мировой практике, когда для предотвращения взрыва во время пожара под землей был использован хладон в качестве ингибитора реакции горения, то есть вещества, замедляющего и останавливающего процесс, а также предотвращающего взрыв и детонацию. 
В мае нынешнего года – еще одна авария, на этот раз пожар на шахте “Грамотеинская”, где находились 59 человек. И снова тушили парами хладона-23. И снова все остались живы. 
Автор способа “захватывать” с помощью газа-ингибитора свободные радикалы, лавинообразно размножающиеся и вызывающие возгорание метана в шахтах, член-корреспондент РАН Вилен Азатян рассказал о нем читателям “Поиска” в №36 за 2013 год. Уже тогда было проведено немало испытаний в различных организациях и получены экспериментальные доказательства эффективности метода. Не было только одного: спасенных человеческих жизней. А теперь есть, и ученый снова в гостях у “Поиска”. 

– Вилен Вагаршович, а ведь в основе вашей идеи о противопожарной защите на угольных шахтах лежит фундаментальная наука. Как вы пришли к пониманию природы горения и нашли способ управлять этим процессом? 
– Это было начало 70-х. Меня интересовал вопрос, почему при атмосферном давлении процесс перехода от горения к детонации и взрыву происходит так стремительно? Традиционное объяснение, что причиной является резкое выделение тепла, которое ускоряет взаимодействие между молекулами газов, меня не устраивало: у молекул такие прочные связи между атомами, что скорость реакции с их участием должна быть в тысячи раз медленнее той, что мы видим на практике. Я пришел к выводу, что эти реакции имеют цепной характер и определяющую роль в них играют лавинообразно размножающиеся свободные атомы и радикалы – осколки молекул. С этой гипотезой я пошел к своему учителю, Нобелевскому лауреату Николаю Николаевичу Семенову. Однако он так же, как и другие ученые, считал, что такие механизмы работают только при давлениях в сотни раз ниже атмосферного. Учитывая большое значение проблемы, он сказал мне: “Вилен, пока вы не докажете свою идею экспериментально, не стоит об этом докладывать”. И тогда я начал эксперименты. 
– Сам Семенов, который получил Нобелевскую премию за открытие цепных реакций, фактически тех самых реакций, с которыми вы и пришли к нему, не согласился с вами?
– Наоборот, он отнесся с вниманием. Но он – настоящий ученый, ему нужны были неопровержимые доказательства.
– И вы их представили? 
– Да, но уже после того, как Семенова не стало. Я сумел нейтрализовать действие свободных радикалов, захватывая их при помощи небольших доз веществ-ингибиторов. 
Так появился метод управления реакциями горения, взрыва и детонации, неоднократно подтвержденный российскими и зарубежными учеными. 
– Какой химический процесс лежал в основе пожаротушения до этого?
– Тушили водой, охлаждая участки возгорания, изолировали их пеной – преградой и смесью газов с большим количеством азота, который должен составлять в воздухе до 40%, чтобы быть эффективным. Человек в этих условиях дышать не может. Стояла задача найти безопасный газ, которого нужно немного. И тогда возникла идея подобрать вещество, которым можно не просто разбавить воздушную среду, а точечно “поймать” с его помощью свободные радикалы. Такой химический процесс до нас никто не использовал. 
Базой для проведения испытаний стал Институт структурной макрокинетики РАН в Черноголовке. Много совместных исследований мы провели с учеными Объединенного института высоких температур РАН при участии его директора академика Владимира Евгеньевича Фортова, с исследователями из Института механики МГУ, из Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны МЧС. 
Работы финансировались по программам Президиума РАН, грантам Российского фонда фундаментальных исследований, на субсидии Федеральной целевой программы. Существенную материальную и организационную поддержку оказали инвестиционно-строительная группа компаний “Конти” и ее генеральный директор профессор Тимур Рафкатович Тимербулатов. 
Часть экспериментов была воспроизведена в Восточном научно-исследовательском институте по промышленной и экологической безопасности в горной отрасли в Кемерово (НЦ “ВостНИИ”), где специальную камеру (штрек) наполняли метано-воздушной смесью. С помощью гексогена эту смесь взрывали, а потом добавляли в камеру с такой же горючей смесью ингибитор и повторяли эксперимент. Взрыва не происходило. 
Такие же успешные испытания, но с водородом, я провел в Германии, в Институте физической химии им. Макса Планка, при участии его директора профессора Вагнера и сотрудников. Результаты мы доложили на международном симпозиуме, опубликовали в Журнале физической химии.
Несмотря на то что специалисты убедились в реальности предотвращения горения и взрыва ингибированием, использовать метод для предупреждения аварий на стратегически важных объектах было все же рискованно. Да, мы научились управлять горением, взрывами и детонацией в лаборатории, но когда речь идет о сохранении человеческих жизней, нужны серьезные гарантии. Что если скажется различие условий? Поэтому эксперименты и проводились в испытательных центрах – с участием представителей РАН, Ростехнадзора, специалистов угледобывающей отрасли, горноспасателей, специалистов Министерства чрезвычайных ситуаций, атомной промышленности. 
– У вас в руках протоколы испытаний?
– Да, это протоколы и акты с подписями всех участников. Посмотрите на рисунок. Смесь метана с воздухом, содержащая от 5% до 15% метана, в отсутствие ингибитора и при наличии искры или горячих предметов возгорается. Область повышенной взрывоопасности формируется при концентрациях от 7% до 12%. При наличии же ингибитора – вещества, состоящего из трифторметана с небольшой примесью азота, – концентрационная область воспламеняющихся смесей сильно сокращается. Молекула трифторметана отличается от метана (СН4) тем, что на месте трех атомов водорода расположены три атома фтора (CHF3). При 2% концентрации трифторметана в воздухе возможность воспламенения сокращается более чем в три раза, а при 6% вещества возгорания вообще не происходит. 
После проведенных испытаний необходимость поставить баллоны с трифторметаном для защиты шахт от взрывов стала совершенно очевидной. Но пока даже при наличии этих баллонов там ими могут пользоваться только горноспасатели – инструкции для персонала еще разрабатываются. 
– Но ведь в случае внезапного мощного выброса метана даже люди, находящиеся рядом, могут не успеть воспользоваться баллонами?
– Верно, поэтому нужна автоматика. Шахта “Распадская”, на которой в 2010 году произошла авария, унесшая жизни 93 человек, была оборудована современными газоанализаторами, предупреждающим о превышении в воздухе паров метана. Но оперативного метода тушения пожара тогда не было. Я был на “Распадской” после аварии. Место взрыва выглядело удручающе, хотя на восстановление уже было потрачено больше миллиарда рублей. 
Сейчас мы знаем, как предотвращать подобные катастрофы. Поэтому весной этого года после успешных применений нового метода в реальных условиях генеральный директор НЦ “ВостНИИ” Юрий Михайлович Филатов обратился к президенту РАН Александру Михайловичу Сергееву с просьбой продолжить программу по предупреждению крупных аварий и катастроф на шахтах, утвержденную в еще 2012 году президентом РАН и губернатором Кемеровской области. Нужно создать современные автоматизированные системы подачи ингибитора с выводом управления на диспетчерский пункт, чтобы минимизировать человеческий фактор. После того как датчики покажут содержание метана более 2-2,5%, а это уже опасно, ингибитор должен выпускаться автоматически. 
Инициативная группа, в которую я вхожу, обратилась также в Правительство РФ с просьбой сформировать соответствующую государственную программу. Она с лихвой окупится в самые ближайшие годы. 
– А в других странах есть такие разработки? Как там тушат “метановые” пожары?
– Как мне объяснили специалисты угледобывающей отрасли, такого сильного выделения метана в разрабатываемых шахтах, например, в США или Англии нет. У них система оповещения развита лучше: малейшая опасность – и работы приостанавливают. До нас никто не использовал метод химического управления горением и взрывом, который создан именно в нашей стране. Сама идея, что лежит в его основе, – приоритет России и ее Академии наук. 
Елена МОРГУНОВА
Фото Ольги Прудниковой

 

Нет комментариев