630

658 М761

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

В.С. МОЛЧАНОВ, В.А. ФЕСЕНКО

БЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЯХ В ТОННЕЛЕСТРОЕНИИ

Учебное пособие

Рекомендовано учебно-методическим объединением в качестве учебного пособия для студентов вузов железнодорожного транспорта

НОВОСИБИРСК 2007

ПРЕДИСЛОВИЕ

В связи с активизацией производственной деятельности, ростом энерговооруженности труда и связанным с этим возрастанием роли техногенных факторов повышается актуальность обеспечения безопасности жизнедеятельности во всех сферах хозяйствования. Особенно это касается промышленно опасных производств, к которым относится тоннелестроение.

Частота аварий и тяжесть несчастных случаев в тоннелестроении адекватны горнорудной и угольной отраслям и выше, чем в других отраслях строительства. Строительство тоннельных сооружений часто сопровождается внезапным обрушением грунта и крепи, прорывом подземных вод и плывунов, выбросом грунта и газов, пожарами, взрывами, возникновением опасных ситуаций, связанных с поломкой оборудования, повреждением инженерных коммуникаций и пр. Объекты подземного строительства являются зонами «повышенного риска» и в случае аварии представляют серьезную опасность для находящихся в них людей и окружающей среды. Аварии в тоннелях часто вызывают травматизм и гибель людей, значительное увеличение сроков строительства, большой экономический ущерб. Кроме собственно аварий, в тоннелестроении возникают другие экстремальные ситуации, требующие оперативности и безошибочности в принятии мер, изменении технологий, а также психологической подготовленности персонала. Такие ситуации возникают как при неожиданных, так и прогнозируемых проявлениях неблагоприятных, вредных и особых факторов, при проведении работ по ликвидации и консервации объектов, ликвидации последствий аварий и восстановлению выработок.

Безопасность в тоннелестроении определяется не только грамотностью принятия конструктивно-технологических решений и неукоснительностью соблюдения требований нормативно-техни- ческих документов на всех стадиях создания объекта, но также подготовленностью и способностью персонала к действиям в экстремальных ситуациях. Для этого необходимы обобщение и анализ опыта деятельности производственных, горноспасательных и вспомогательных подразделений при выборе технологий, регламентов, разработка мероприятий и организационных форм действий при возникновении экстремальных ситуаций. Это позволит избежать ошибок и нежелательных последствий.

3

ВВЕДЕНИЕ

При строительстве тоннельных сооружений должен учитываться комплекс факторов, которые определяют состояние системы «крепь – грунтовый массив» и режимы производственных процессов. Статическая и динамическая работа подземных сооружений как в стадии эксплуатации, так и в стадии строительства подчиняется законам математики, в том числе согласно теории катастроф, – в околокритических областях при переходе из устойчивых состояний в неустойчивые. Это относится к функционированию любых систем, включая системы жизнеобеспечения.

В учебном пособии обобщены знания о методах преодоления экстремальных ситуаций в тоннелестроении, включая аварийные, с учетом современных и перспективных для эффективного выхода из таковых. Приводятся известные и новые методики расчета параметров жизнеобеспечения в тоннелестроении, мероприятия по спасению людей, действия при авариях и ликвидации их последствий. При написании пособия использованы действующие законодательные акты Российской Федерации [1–5], нормативные документы строительства [6–17], а также публикации отечественных и зарубежных авторов [18–80 и др.], в которых собран обширный материал о произошедших авариях. Основные термины и определения приведены в прил. А.

4

ГЛАВА 1. ПРИЧИНЫ И ФАКТОРЫ АВАРИЙ И ДРУГИХ

ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ В ТОННЕЛЕСТРОЕНИИ

1.1. Общие сведения об авариях и других экстремальных ситуациях

Опасную ситуацию в различных отраслях хозяйствования называют по-разному: аварийной, экстремальной, нештатной. Незначительные происшествия относят к инцидентам, имеющие особую тяжесть – к чрезвычайным ситуациям (ЧС) [1, 2, 6– 10, 15]. Термин «катастрофа» применительно к техногенным происшествиям в нашей стране до настоящего времени не применялся. Основанием отнесения событий к той или иной категории происшествия является размер ущерба, выражаемый в длительности простоя оборудования (участка, предприятия). К авариям в тоннелестроении относят разрушения сооружений или технических устройств, включая разрушения крепи, сдвижения земной поверхности, подвижки откосов и ограждений котлованов, вызванные техногенными факторами и нарушениями технологии работ и приведшие к приостановке работ на срок более суток. В случае приостановки работ на срок менее суток, но сопровождающейся несчастными случаями, происшествие следует также квалифицировать как аварию. Инцидент характеризуется продолжительностью простоя объекта сроком менее суток, отсутствием разрушений сооружений, технических устройств и несчастных случаев. К инцидентам относят разрушение (повреждение) деталей и узлов технических устройств, отклонение от режима технологических процессов, нарушение требований нормативных технических документов, отказы зарядов при производстве взрывов, частичное нарушение конструкций сооружений, не оказавшее влияния на их устойчивость. В подземном строительстве могут возникать преимущественно техногенные (связанные с производственной деятельностью людей) аварии и инциденты. Иными словами, любая производственная деятельность людей в подземном строительстве предполагает возможное развитие опасных ситуаций из-за нарушения устойчивости сложившихся природных макросистем.

Согласно РД 06-376-00 [16] к авариям относят:

— разрушение шахтных стволов, тоннелей, горных выработок, а также поверхностных объектов в пределах горного отвода вследствие горных ударов и геодинамических проявлений техногенного или природного характера;

5

—эндогенные пожары независимо от длительности и последствий;

—взрывы, вспышки, горение газа и пыли, а также материалов, технологического оборудования, кабелей и крепи в подземных выработках;

—прорывы газа из горящих участков, внезапное выделение газов из грунтов, подземных хранилищ различного назначения;

—взрывы и пожары на складах взрывчатых материалов (ВМ)

ив других местах их хранения, а также на транспортных средствах, перевозящих ВМ;

—несанкционированные взрывы ВМ в местах ведения взрыв-

ных работ (в том числе при ликвидации «отказов»), приведшие

кслучаям травмирования;

—пожары в надшахтных зданиях и производственных сооружениях в пределах земельного отвода;

—обрушения горной массы в подземных сооружениях, при-

ведшие к приостановке строительства на срок более суток или

кслучаям травмирования;

—разрушение крепи и армировки шахтных стволов;

—разрушение предохранительных целиков;

—разрушения зданий и сооружений, инженерных коммуникаций, вызванные сдвижением земной поверхности вследствие влияния горных работ;

—прорывы воды или обводненной горной массы в выработки, затопление (заиловка) мест производства работ и оборудования, приведшие к приостановке строительства на срок более суток или к случаям травмирования;

—разрушение узлов и деталей вентиляторных установок главного проветривания;

—разрушение узлов и деталей, приведшее к остановке работы подъемных установок на срок более суток либо к случаям травмирования;

—разрушение основных узлов и элементов экскаваторов всех типов в пределах горного (земельного) отвода, приведшее к их остановке на срок более суток либо к случаям травмирования;

—оползни и обрушения бортов карьеров и отвалов и др.

К инцидентам относят:

—нарушение положений федеральных законов и иных нормативных правовых актов РФ, нормативных технических документов, устанавливающих правила ведения работ;

—обрушения горной массы, разрушения крепи и армировки

воткаточных, вентиляционных и других вспомогательных гор-

6

ных выработках, приведшие к приостановке работ на срок до смены;

—пожары и возгорания в подземных горных выработках, не приведшие к выводу людей на поверхность либо к случаям травмирования;

—утрата взрывчатых материалов (ВМ) промышленного назначения;

—несанкционированные взрывы ВМ в местах ведения взрывных работ, не приведшие к случаям травмирования;

—отказы зарядов при проведении массовых взрывов;

—применение на взрывных работах немаркированных кап- сюлей-детонаторов, электродетонаторов и других изделий с ВМ;

—частичное нарушение конструкции зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, не оказавшее влияние на их устойчивость, вызванное горными работами и строительством подземных сооружений;

—прорывы воды или обводненной горной массы в подземные и открытые горные выработки, затопление (заиловка) мест производства работ и оборудования, вызвавшие приостановку работ на срок более смены и не приведшие к случаям травмирования;

—замораживание отдельных участков пульповодов и водово-

дов;

—прорывы напорных пульповодов и водоводов с растеканием пульпы (воды) и затоплением прилегающей территории;

—внезапное прекращение подачи энергоносителей вследствие повреждения оборудования, кабельных линий, трубопроводов, не приведшее на подземных горных работах к выводу людей на поверхность;

—разрушение (повреждение) деталей и узлов грузовых и грузолюдских подъемных установок, не приведшее к нарушениям технологического цикла;

—разрушение узлов и деталей участковых вентиляторных установок, центральных водоотливов, компрессорных установок, приведшее к их остановке;

—разрушение буровых станков, подвижного состава откатки

идругой техники, повлекшее временную остановку горных работ на срок более смены и не вызвавшее случаев травмирования;

—нарушение технологических процессов, остановка работы оборудования, участков, цехов, машин, механизмов, которые могут привести к развитию аварий с тяжелыми последствиями,

ит. п.

7

Развитие аварийной ситуации может привести к ее перерастанию в ЧС. Согласно Федеральному закону «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» [2], ЧС – это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которая может повлечь или повлекла человеческие жертвы, ущерб здоровью населения или природной среде, нарушение условий жизнедеятельности людей. ЧС можно определить как внешне неожиданную, внезапно возникающую обстановку, характеризующуюся неопределенностью и сложностью принятия решений, остроконфликтностью и стрессовым состоянием людей, значительным социальноэкономическим и экономическим ущербом, человеческими жертвами и, вследствие этого, необходимостью крупных трудовых и материальных затрат на проведение спасательных работ и ликвидацию негативных последствий. Положение [10] разделяет ЧС по природе возникновения на природные и техногенные, масштабности проявления – локальные, местные, территориальные, федеральные и трансграничные. К ЧС природного характера относят геологические, метеорологические, гидрогеологические происшествия, природные пожары, массовые заболевания людей, животных или растений. Среди наиболее опасных – геологические ЧС (землетрясения, оползни, сели, извержения вулканов). Вероятную тяжесть последствий аварийных ситуаций (табл. 1.1) определяет РД 08.120-96.

Примечания :

1. По тяжести последствий принимают отказы: катастрофический – приводящий к смерти людей и наносящий существенный ущерб объекту и

8

невосполнимый ущерб окружающей среде; критический (некритический)

– угрожающий (не угрожающий) жизни людей, потерей объекта, окружающей среде; с пренебрежительно малыми последствиями – не относящийся по своим последствиям ни к одной из первых групп.

2. По степени риска отказы принимают: А – обязателен детальный анализ, и требуются особые меры безопасности для снижения риска; В – желателен детальный анализ риска, и требуются меры безопасности; С – рекомендуется проведение анализа и принятие мер безопасности; Д –

анализа риска и принятия мер безопасности не требуется.

1.2. Факторы и воздействия, приводящие к экстремальным ситуациям в тоннелестроении

Факторы, проявления которых при проходке тоннелей могут привести к возникновению экстремальных ситуаций [18-24], разделяют по происхождению (природные, техногенные и социальные), виду (неблагоприятные, агрессивные, опасные и особые) и характеру проявления (внезапные и постепенные). В числе природных факторов, способных вызвать аварии, рассматривают неблагоприятные геотехнические, гидрогеологические и геотермические условия, вредные и ядовитые подземные газы, некоторые виды агрессивных (радиоактивность) и особых (сейсмическая активность) воздействий и др.

К опасным природным воздействиям относят оползни, сели,

лавины, землетрясения, абразию и термоабразию, карсты, суффозию, просадочность грунтов, подтопление территории, эрозию (плоскостную, овражную и речную), пучение, солифлюкцию, наледеобразование, наводнения, ураганы, смерчи и цунами. Техногенные факторы проявляются в результате неправильного выбора или нарушений технологий работ, требований промышленной безопасности, эксплуатации оборудования, вызвавших явления, провоцирующие аварию. Особо опасные условия возникают при наличии опасных производственных факторов (неблагоприятные инженерно-геологические условия, близкое расположение других выработок, выделение вредных газов и т.п.), параметры которых (в том числе местоположение и границы) точно не определены. Нельзя не отметить и опасность особых социальных факторов, включая терроризм.

1.3. Неблагоприятные и опасные факторы природных условий

Неблагоприятные и опасные факторы природных условий по сложности и опасности подразделяют на категории (прил. Б., В).

9

1.3.1. Инженерно-геологические условия

Категории сложности инженерно-геологических условий приведены в прил. Г. Объемы геофизических исследований при инженерно-геологических изысканиях представлены в прил. Д.

Влияние неблагоприятных природных условий геологической среды на подземные сооружения можно разделить на вызываемые действием горного давления (инженерно-геологичес- кие) и подземных вод (гидрогеологические). Влияние инженер- но-геологических условий проявляется в виде нарушений устойчивости грунтового массива, деформаций крепи и обрушения грунта с образованием завалов, а также вредного воздействия на здоровье работающих с возникновением профессиональных заболеваний. Такие явления определяются физикомеханическими характеристиками грунтов, характером напластований, степенью неоднородности, анизотропии, трещиноватости, слоистости, сланцеватости грунтов и пр.

Из физико-механических характеристик грунтов для оценки условий проходки важны те, которые связаны с процессами нарушения природного равновесия. При этом механические свойства грунтов разделяют на три группы: прочностные (сопротивление различного рода нагрузкам), деформационные и реологические (деформируемость под воздействием нагрузок или во времени). Прочностные свойства характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения; деформационные – коэффициентом связи напряжений и деформаций Ее (в области упругих деформаций – модулем упругости или сдвига G ), коэффициентом поперечной деформации (коэффициентом Пуассона) ; реологические – ползучестью (способностью деформироваться во времени при постоянной нагрузке) и релаксацией (способностью снижать во времени напряжения при фиксированной деформации). Необходимо оценивать для скальных грунтов – плотность, крепость, угол внутреннего трения, пористость, пределы прочности на сжатие, растяжение, сдвиг, модули упругости и деформации, абразивность, коэффициенты размягчения и структурного ослабления, водонепроницаемость, морозостойкость; для песчаных и крупнообломочных грунтов – плотность, гранулометрический состав, показатель неоднородности, пористость, водонепроницаемость, водоотдачу, коэффициент сжимаемости (либо модуль общей деформации и коэффициент Пуассона), абразивность, угол естественного откоса. При расположении тоннеля в слоистых грунтах необходимо учитывать стратиграфию массива

10