Incendi ed esplosioni rappresentano una minaccia costante per la sicurezza dei minatori e per la capacità produttiva delle miniere. Gli incendi e le esplosioni nelle miniere si sono tradizionalmente classificati tra i disastri industriali più devastanti.

Alla fine del diciannovesimo secolo, gli incendi e le esplosioni nelle miniere provocarono perdite di vite umane e danni materiali su una scala senza pari in altri settori industriali. Tuttavia, sono stati compiuti evidenti progressi nel controllo di questi rischi, come evidenziato dal calo degli incendi e delle esplosioni nelle mine registrato negli ultimi decenni.

Questo articolo descrive i rischi fondamentali di incendio ed esplosione delle miniere sotterranee e le misure di salvaguardia necessarie per ridurli al minimo. Le informazioni sulla protezione antincendio sulle miniere a cielo aperto possono essere trovate altrove in questo Enciclopedia e in standard come quelli promulgati da organizzazioni come la National Fire Protection Association negli Stati Uniti (ad esempio, NFPA 1996a).

Aree di servizio permanenti

Per loro natura, le aree di servizio permanenti comportano alcune attività pericolose, e quindi dovrebbero essere prese precauzioni speciali. I negozi di manutenzione sotterranei e le relative strutture rappresentano un pericolo particolare in una miniera sotterranea.

Le attrezzature mobili nelle officine di manutenzione sono regolarmente fonte di incendi. Gli incendi su attrezzature minerarie alimentate a diesel derivano tipicamente da perdite di linee idrauliche ad alta pressione che possono spruzzare una nebbia riscaldata di liquido altamente combustibile su una fonte di accensione, come un collettore di scarico caldo o un turbocompressore (Bickel 1987). Gli incendi su questo tipo di apparecchiature possono crescere rapidamente.

Gran parte dell'attrezzatura mobile utilizzata nelle miniere sotterranee contiene non solo fonti di combustibile (ad es. gasolio e impianti idraulici) ma anche fonti di ignizione (ad es. motori diesel e apparecchiature elettriche). Pertanto, questa apparecchiatura presenta un rischio di incendio apprezzabile. Oltre a questa attrezzatura, le officine di manutenzione generalmente contengono una varietà di altri strumenti, materiali e attrezzature (ad esempio, attrezzature per lo sgrassaggio) che rappresentano un pericolo in qualsiasi ambiente di officina meccanica.

Le operazioni di saldatura e taglio sono una delle principali cause di incendi nelle miniere. Ci si può aspettare che questa attività si svolga regolarmente in un'area di manutenzione. È necessario adottare precauzioni speciali per garantire che queste attività non creino una possibile fonte di innesco per un incendio o un'esplosione. Le informazioni sulla protezione contro gli incendi e le esplosioni relative alle pratiche di saldatura sicure possono essere trovate altrove in questo documento Enciclopedia e in altri documenti (ad esempio, NFPA 1994a).

Si dovrebbe prendere in considerazione la possibilità di rendere l'intera area del negozio una struttura completamente chiusa di costruzione resistente al fuoco. Ciò è particolarmente importante per i negozi destinati a un utilizzo superiore a 6 mesi. Se tale disposizione non è possibile, allora l'area dovrebbe essere protetta da un sistema automatico di soppressione degli incendi. Ciò è particolarmente importante per le miniere di carbone, dove è fondamentale ridurre al minimo qualsiasi potenziale fonte di incendio.

Un'altra considerazione importante per tutte le aree del negozio è che siano scaricate direttamente al ritorno dell'aria, limitando così la diffusione dei prodotti della combustione da un eventuale incendio. I requisiti per questo tipo di strutture sono chiaramente delineati in documenti come NFPA 122, Standard per la prevenzione e il controllo degli incendi nelle miniere sotterranee di metalli e non metallie NFPA 123, Norma per la prevenzione e il controllo degli incendi nelle miniere sotterranee di carbone bituminoso (NFPA 1995a, 1995b).

Compartimenti di carburante e aree di stoccaggio del carburante

Lo stoccaggio, la manipolazione e l'uso di liquidi infiammabili e combustibili rappresentano un particolare rischio di incendio per tutti i settori dell'industria mineraria.

In molte miniere sotterranee, le attrezzature mobili sono tipicamente alimentate a diesel e un'ampia percentuale degli incendi riguarda il carburante utilizzato da queste macchine. Nelle miniere di carbone, questi rischi di incendio sono aggravati dalla presenza di carbone, polvere di carbone e metano.

Lo stoccaggio di liquidi infiammabili e combustibili è una preoccupazione particolarmente importante perché questi materiali si accendono più facilmente e propagano il fuoco più rapidamente rispetto ai normali combustibili. Sia i liquidi infiammabili che combustibili sono spesso immagazzinati sottoterra nella maggior parte delle miniere non di carbone in quantità limitate. In alcune miniere, l'impianto di stoccaggio principale per gasolio, olio e grasso lubrificante e fluido idraulico è sotterraneo. La potenziale gravità di un incendio in un'area sotterranea di stoccaggio di liquidi infiammabili e combustibili richiede un'estrema cura nella progettazione delle aree di stoccaggio, oltre all'implementazione e all'applicazione rigorosa di procedure operative sicure.

Tutti gli aspetti dell'utilizzo di liquidi infiammabili e combustibili presentano problemi di protezione antincendio impegnativi, compreso il trasferimento nel sottosuolo, lo stoccaggio, l'erogazione e l'uso finale nelle apparecchiature. I pericoli ei metodi di protezione per i liquidi infiammabili e combustibili nelle miniere sotterranee possono essere trovati altrove in questo Enciclopedia e negli standard NFPA (ad esempio, NFPA 1995a, 1995b, 1996b).

Prevenzione del fuoco

La sicurezza in caso di incendi ed esplosioni nelle miniere sotterranee si basa sui principi generali della prevenzione di incendi ed esplosioni. Normalmente, ciò comporta l'utilizzo di tecniche di sicurezza antincendio di buon senso, come la prevenzione del fumo, nonché la fornitura di misure di protezione antincendio integrate per prevenire la crescita degli incendi, come estintori portatili o sistemi di rilevamento precoce degli incendi.

Le pratiche di prevenzione di incendi ed esplosioni nelle miniere rientrano generalmente in tre categorie: limitazione delle fonti di ignizione, limitazione delle fonti di combustibile e limitazione del contatto tra carburante e fonti di ignizione.

Limitazione delle fonti di ignizione è forse il modo più semplice per prevenire un incendio o un'esplosione. Le fonti di accensione che non sono essenziali per il processo minerario dovrebbero essere del tutto vietate. Ad esempio, il fumo e qualsiasi fuoco aperto, specialmente nelle miniere di carbone sotterranee, dovrebbero essere vietati. Tutte le apparecchiature automatizzate e meccanizzate che possono essere soggette ad accumulo indesiderato di calore, come i nastri trasportatori, dovrebbero avere interruttori di scorrimento e sequenza e interruttori termici sui motori elettrici. Gli esplosivi presentano un pericolo evidente, ma potrebbero anche essere una fonte di innesco per la polvere in sospensione di gas pericolosi e dovrebbero essere utilizzati in stretta conformità con le normative speciali sull'esplosione.

L'eliminazione delle fonti di ignizione elettrica è essenziale per prevenire le esplosioni. Le apparecchiature elettriche funzionanti in presenza di metano, polvere di solfuro o altri rischi di incendio devono essere progettate, costruite, testate e installate in modo che il loro funzionamento non provochi un incendio o un'esplosione in miniera. Involucri antideflagranti, come spine, prese e dispositivi di interruzione del circuito, devono essere utilizzati nelle aree pericolose. L'uso di apparecchiature elettriche a sicurezza intrinseca è descritto in maggiore dettaglio altrove in questo documento Enciclopedia e in documenti come NFPA 70, Codice elettrico nazionale (NFPA 1996c).

Limitare le fonti di carburante inizia con una buona pulizia per evitare accumuli pericolosi di spazzatura, stracci oleosi, polvere di carbone e altri materiali combustibili.

Quando disponibili, sostituti meno pericolosi dovrebbero essere usati per alcuni materiali combustibili come fluidi idraulici, nastri trasportatori, tubi idraulici e tubi di ventilazione (Bureau of Mines 1978). I prodotti di combustione altamente tossici che possono derivare dalla combustione di determinati materiali spesso richiedono materiali meno pericolosi. Ad esempio, la schiuma di poliuretano era stata precedentemente ampiamente utilizzata nelle miniere sotterranee per le guarnizioni di ventilazione, ma più recentemente è stata vietata in molti paesi.

Per le esplosioni nelle miniere di carbone sotterranee, la polvere di carbone e il metano sono in genere i combustibili primari coinvolti. Il metano può anche essere presente nelle miniere non di carbone ed è più comunemente gestito per diluizione con aria di ventilazione e scarico dalla miniera (Timmons, Vinson e Kissell 1979). Per quanto riguarda la polvere di carbone, viene fatto ogni tentativo per ridurre al minimo la generazione di polvere nei processi di estrazione, ma la piccola quantità necessaria per un'esplosione di polvere di carbone è quasi inevitabile. Uno strato di polvere sul pavimento di soli 0.012 mm di spessore provocherà un'esplosione se sospeso in aria. Pertanto, la spolveratura di roccia utilizzando un materiale inerte come calcare polverizzato, dolomite o gesso (polvere di roccia) aiuterà a prevenire le esplosioni di polvere di carbone.

Limitazione del contatto tra carburante e fonte di accensione dipende dalla prevenzione del contatto tra la fonte di accensione e la fonte di combustibile. Ad esempio, quando le operazioni di saldatura e taglio non possono essere eseguite in custodie antincendio, è importante che le aree siano bagnate e che i combustibili vicini siano coperti con materiali resistenti al fuoco o spostati. Gli estintori dovrebbero essere prontamente disponibili e una guardia antincendio deve essere posta per tutto il tempo necessario per proteggersi dagli incendi senza fiamma.

Le aree con un elevato carico di materiali combustibili, come le aree di stoccaggio del legname, i depositi di esplosivi, le aree di stoccaggio e i negozi di liquidi infiammabili e combustibili, dovrebbero essere progettate in modo da ridurre al minimo le possibili fonti di ignizione. Le apparecchiature mobili devono disporre di tubazioni del fluido idraulico, del carburante e del lubrificante deviate lontano da superfici calde, apparecchiature elettriche e altre possibili fonti di accensione. Gli schermi antispruzzo devono essere installati per deviare gli spruzzi di liquido combustibile dalle linee del fluido rotte lontano da potenziali fonti di ignizione.

I requisiti per la prevenzione di incendi ed esplosioni per le miniere sono chiaramente delineati nei documenti NFPA (ad esempio, NFPA 1992a, 1995a, 1995b).

Sistemi di rivelazione e allarme incendio

Il tempo trascorso tra l'inizio di un incendio e il suo rilevamento è fondamentale poiché gli incendi possono crescere rapidamente in dimensioni e intensità. L'indicazione più rapida e affidabile di un incendio è attraverso sistemi avanzati di rilevamento e allarme incendio che utilizzano analizzatori sensibili di calore, fiamma, fumo e gas (Griffin 1979).

Il rilevamento di gas o fumo è l'approccio più conveniente per fornire una copertura di rilevamento incendi su una vasta area o in tutta la miniera (Morrow e Litton 1992). I sistemi termici di rivelazione incendio sono comunemente installati per apparecchiature non presidiate, ad esempio su nastri trasportatori. I dispositivi di rivelazione incendio ad azione più rapida sono considerati appropriati per determinate aree ad alto rischio, come aree di stoccaggio di liquidi infiammabili e combustibili, aree di rifornimento e negozi. In queste aree vengono spesso utilizzati rilevatori di fiamma ottici che rilevano la radiazione ultravioletta o infrarossa emessa da un incendio.

Tutti i minatori dovrebbero essere avvisati una volta rilevato un incendio. A volte vengono utilizzati telefoni e messenger, ma i minatori sono spesso lontani dai telefoni e spesso sono ampiamente dispersi. Nelle miniere di carbone, i mezzi più comuni di allarme antincendio sono l'interruzione dell'energia elettrica e la successiva notifica tramite telefono e messaggeri. Questa non è un'opzione per le miniere non di carbone, dove così poche apparecchiature sono alimentate elettricamente. L'avvertimento della puzza è un metodo comune di comunicazione di emergenza nelle miniere sotterranee non di carbone (Pomroy e Muldoon 1983). Speciali sistemi di comunicazione a radiofrequenza senza fili sono stati utilizzati con successo anche nelle miniere di carbone e non (Bureau of Mines 1988).

La preoccupazione principale durante un incendio sotterraneo è la sicurezza del personale sotterraneo. Il rilevamento precoce e l'allarme antincendio consentono l'avvio di un piano di emergenza nella miniera. Tale piano assicura che si verifichino le attività necessarie, come l'evacuazione e la lotta antincendio. Per garantire una corretta attuazione del piano di emergenza, i minatori dovrebbero ricevere una formazione completa e un aggiornamento periodico sulle procedure di emergenza. Le esercitazioni antincendio, complete dell'attivazione del sistema di allarme mine, dovrebbero essere eseguite frequentemente per rafforzare la formazione e identificare i punti deboli nel piano di emergenza.

Ulteriori informazioni sui sistemi di rivelazione e allarme incendio sono disponibili altrove in questo documento Enciclopedia e nei documenti NFPA (ad esempio, NFPA 1995a, 1995b, 1996d).

Soppressione del fuoco

I tipi più comuni di attrezzature antincendio utilizzate nelle miniere sotterranee sono gli estintori manuali portatili, le tubazioni dell'acqua, i sistemi sprinkler, la polvere di roccia (applicata manualmente o da una macchina per spolverare la roccia) e i generatori di schiuma. Il tipo più comune di estintori manuali portatili sono in genere quelli che utilizzano prodotti chimici secchi multiuso.

I sistemi antincendio, manuali o automatici, stanno diventando sempre più comuni per attrezzature mobili, aree di stoccaggio di liquidi combustibili, azionamenti di nastri trasportatori e installazioni elettriche (Grannes, Ackerson e Green 1990). La soppressione automatica degli incendi è particolarmente importante per le apparecchiature di controllo remoto, automatizzate o incustodite in cui il personale non è presente per rilevare un incendio, attivare un sistema di soppressione incendi o avviare operazioni antincendio.

La soppressione delle esplosioni è una variazione della soppressione degli incendi. Alcune miniere di carbone europee utilizzano questa tecnologia sotto forma di barriere passive o attivate su base limitata. Le barriere passive sono costituite da file di grandi vasche contenenti acqua o polvere di roccia sospese al tetto dell'ingresso di una miniera. In un'esplosione, il fronte di pressione che precede l'arrivo del fronte di fiamma innesca lo sversamento del contenuto delle vasche. I soppressori dispersi estinguono la fiamma mentre passa attraverso l'ingresso protetto dal sistema di barriera. Le barriere attivate utilizzano un dispositivo di azionamento azionato elettricamente o pneumaticamente che viene attivato dal calore, dalla fiamma o dalla pressione dell'esplosione per rilasciare agenti soppressori che sono immagazzinati in contenitori pressurizzati (Hertzberg 1982).

Gli incendi che raggiungono uno stadio avanzato devono essere combattuti solo da squadre antincendio altamente addestrate e appositamente attrezzate. Quando vaste aree di carbone o legname stanno bruciando in una miniera sotterranea e la lotta antincendio è complicata da cadute estese del tetto, incertezze di ventilazione e accumuli di gas esplosivo, dovrebbero essere intraprese azioni speciali. Le uniche alternative pratiche possono essere l'inertizzazione con azoto, anidride carbonica, i prodotti della combustione di un generatore di gas inerte, oppure l'allagamento con acqua o la sigillatura parziale o totale della miniera (Ramaswatny e Katiyar 1988).

Ulteriori informazioni sulla soppressione degli incendi possono essere trovate altrove in questo Enciclopedia e in vari documenti NFPA (ad esempio, NFPA 1994b, 1994c, 1994d, 1995a, 1995b, 1996e, 1996f, 1996g).

Contenimento del fuoco

Il contenimento del fuoco è un meccanismo di controllo fondamentale per qualsiasi tipo di impianto industriale. I mezzi per confinare o limitare un incendio in una miniera sotterranea possono aiutare a garantire un'evacuazione più sicura della miniera e ridurre i rischi della lotta antincendio.

Per le miniere di carbone sotterranee, olio e grasso dovrebbero essere immagazzinati in contenitori chiusi e resistenti al fuoco e le aree di stoccaggio dovrebbero essere di costruzione resistente al fuoco. Le stazioni di trasformazione, le stazioni di ricarica delle batterie, i compressori d'aria, le sottostazioni, i negozi e altri impianti devono essere alloggiati in aree resistenti al fuoco o in strutture ignifughe. Le apparecchiature elettriche incustodite devono essere montate su superfici non combustibili e separate dal carbone e da altri combustibili o protette da un sistema antincendio.

I materiali per la costruzione di paratie e sigillature, inclusi legno, stoffa, seghe, chiodi, martelli, intonaco o cemento e polvere di roccia, dovrebbero essere prontamente disponibili in ogni sezione di lavoro. Nelle miniere sotterranee non di carbone, olio, grasso e gasolio devono essere conservati in contenitori ermeticamente chiusi in aree resistenti al fuoco a distanza di sicurezza da depositi di esplosivi, impianti elettrici e stazioni di pozzo. In alcune aree sono necessarie barriere di controllo della ventilazione e porte tagliafuoco per prevenire la propagazione di fuoco, fumo e gas tossici (Ng e Lazzara 1990).

Conservazione dei reagenti (mulini)

Le operazioni utilizzate per elaborare il minerale prodotto in operazioni minerarie possono comportare determinate condizioni pericolose. Tra le preoccupazioni vi sono alcuni tipi di esplosioni di polveri e incendi che coinvolgono operazioni di trasporto.

Il calore generato dall'attrito tra un nastro trasportatore e un rullo di azionamento o folle è un problema e può essere risolto mediante l'uso di interruttori di sequenza e scorrimento. Questi interruttori possono essere efficacemente utilizzati insieme a interruttori termici sui motori elettrici.

Eventuali esplosioni possono essere prevenute eliminando le fonti di innesco elettrico. Le apparecchiature elettriche funzionanti in presenza di metano, polvere di solfuro o altri ambienti pericolosi devono essere progettate, costruite, testate e installate in modo tale che il loro funzionamento non provochi incendi o esplosioni.

Le reazioni di ossidazione esotermica possono verificarsi sia nei minerali di carbone che di solfuro metallico (Smith e Thompson 1991). Quando il calore generato da queste reazioni non viene dissipato, la temperatura dell'ammasso roccioso o del cumulo aumenta. Se le temperature diventano sufficientemente elevate, può verificarsi una rapida combustione di carbone, minerali di solfuro e altri combustibili (Ninteman 1978). Sebbene gli incendi spontanei si verifichino relativamente di rado, sono generalmente abbastanza dannosi per le operazioni e difficili da estinguere.

La lavorazione del carbone presenta particolari preoccupazioni perché per sua natura è una fonte di combustibile. Le informazioni sulla protezione contro gli incendi e le esplosioni relative alla manipolazione sicura del carbone possono essere trovate altrove in questo documento Enciclopedia e nei documenti NFPA (ad esempio, NFPA 1992b, 1994e, 1996h).

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