Planung von Bränden im Vorfeld von Unfällen in untertägigen Hartgestein-Bergwerken: alte und neue Risiken

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Brände in unterirdischen Bergwerken können eine Herausforderung für die Feuerwehr und die Rettungskräfte darstellen, da die komplexe Umgebung und die vielfältigen Einflüsse eines Brandes bei der Planung im Vorfeld eines Unfalls nur unzureichend berücksichtigt werden.

*Anmerkung der CTIF-Redaktion:Dieses Forschungspapier befasst sich speziell mit Bränden in unterirdischen Hartgestein-Bergwerken, aber viele der Schlussfolgerungen können für die Vorplanung von unterirdischen Bereichen oder anderen Räumen angepasst werden, die beengt sind und/oder begrenzten Zugang, Belüftung und Evakuierungswege haben.

Brände in unterirdischen Bergwerken stellen Herausforderungen dar, zu denen die dreidimensionale Beschaffenheit des Bergwerks, große Entfernungen, die mit Rauch gefüllt sind, und die begrenzte Anzahl von Zugangswegen zum Feuer gehören. Zu den bestehenden Risiken gehören die Ausbreitung von Rauch, herabfallendes Gestein und Brände, die den Lüftungsstrom beeinträchtigen.

Zu den neuen Risiken gehören die Einführung batteriebetriebener Grubenfahrzeuge mit einem anderen Brandverhalten, die Emission giftiger Stoffe und die sich ändernden Bedingungen, mit denen die Einsatzkräfte konfrontiert werden.

In dieser Studie über die Planung vor Unfällen in unterirdischen Bergwerken wurden Daten aus Experimenten, Bestandsaufnahmen und Studien über Brandauslegung verwendet. Es wurde eine Reihe von Fragen in Bezug auf Informationsquellen, Brandmodellierung, Erfassung der Komplexität und Verwendung von Brandszenarien untersucht. Bei der Modellierung von Bränden können empirische Modelle als Ergänzung zu anderen Modellierungsinstrumenten eingesetzt werden.

Die Studie ergab, dass für die Modellierung räumlich ausgedehnter Grubenabschnitte die Verwendung von auf Belüftungsnetzen basierenden Grubenbrandsimulationen eine bessere Option sein könnte. Mit Hilfe eines analytischen Werkzeugkastens, einer iterativen Prüfung von Plänen und einem fortlaufenden Planungsprozess können die Herausforderungen bei der Vorplanung eines Bergwerks entschärft werden.

Ein wichtiges Instrument bei Brand- und Rettungseinsätzen ist die Planung im Vorfeld eines Unfalls, die das Personal bei der Entscheidungsfindung unterstützt und den anfänglichen Informationsmangel beheben kann. Die Hauptprobleme bei der Notfallplanung in unterirdischen Bergwerken sind die komplexe Bergbauumgebung, die sich ständig ändernde Struktur des Bergwerks und die äußerst flüchtigen und zahlreichen Möglichkeiten, wie sich ein Feuer verhalten kann.

In diesem Beitrag wird die Notfallplanung in untertägigen Hartgesteinbergwerkenuntersucht und es werden Informationsquellen, Modellierungswerkzeuge und Inhalte dieser Pläne vorgeschlagen. Dabei werden die folgenden Fragen untersucht: Welche Informationsquellen sind zu verwenden? Wie können Brandmodelle verwendet werden? Wie lässt sich die Komplexität des Bergwerks erfassen? In dieser Studie wurden Daten und Erkenntnisse aus Brandexperimenten, Bestandsaufnahmen und Brandentwurfsstudien verwendet.

Zur Untersuchung der Planung von Bränden im Vorfeld von Unfällen in unterirdischen Bergwerken wurden Daten aus Brandversuchen, Bestandsaufnahmen und Brandversuchsstudien herangezogen. Es wird empfohlen, empirische Modelle, die sich auf spezifische Phänomene konzentrieren, als Ergänzung zu anderen Modellierungsinstrumenten zu verwenden.

Die Verwendung empirischer Modelle kann umständlich sein; eine Alternative ist die Verwendung einer auf einem Bewetterungsnetz basierenden Grubenbrandsimulationssoftware. Planungsszenarien und Modellierungsergebnisse sind ein wichtiges Instrument für die Analyse des Brandverhaltens und die Prüfung des Plans und dienen als Kontrollpunkt während des Planungsprozesses. Grubenbewetterungssysteme sollten über Anweisungen verfügen, wie das System zu handhaben ist und wie es anhand von Brandszenarien für Grubenabschnitte und Sicherungsmaßnahmen getestet werden kann.

Durch den Einsatz von Analyseinstrumenten, die wiederholte Prüfung von Plänen und einen kontinuierlichen Planungsprozess könnendie hohen Brandrisiken in einem unterirdischen Bergwerk gemindert werden.

Im Folgenden sind einige Beispiele aus dem Forschungspapier aufgeführt:

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Kaskadeneffekte

Ein Brand im Untergrund kann sich über das Ausgangsobjekt hinaus ausbreiten, und Brandgase können weiter entfernte Anlagen in Mitleidenschaft ziehen. Die Entzündung von angrenzendem Brennstoff oder die Rauchausbreitung kann weitere Risiken auslösen. Diese Kaskadeneffekte müssen identifiziert, analysiert und in den Plan aufgenommen werden. Bei der Analyse von Kaskadeneffekten sind Eingangsdaten aus der Risikoanalyse von Grubenabschnitten, Beschreibungen des Produktionsprozesses und des Spektrums der Auswirkungen eines Brandes wertvolle Hilfsmittel. Kaskadeneffekte könnten identifiziert und im Plan beschrieben werden, so dass Feuerwehr und Rettungskräfte die Kette von Ereignissen unterbrechen und die Folgen abmildern können.

Alternative Ereignisketten

Einer der wichtigsten Bestandteile der Planung vor einem Brandfall sind alternative Ereignisketten, die die Anzahl der verfügbaren taktischen Optionen erhöhen und Spielraum für Manöver bieten. Die Planung umfasst die verschiedenen Richtungen, die ein Zwischenfall einschlagen kann, sowie die Entwicklung von Notfallplänen und -maßnahmen. Die Planung umfasst die Analyse möglicher Szenarien und die Vorbereitung taktischer Optionen, um der Abfolge der Ereignisse zu begegnen. Die Vorbereitung taktischer Optionen umfasst die Beschaffung oder Vorhaltung von Spezialausrüstung und die Ausbildung von Personal für bestimmte Situationen.

Unterirdische Minen mit begrenzten Zugangswegen und Lüftungsmöglichkeiten erhöhen den Planungsbedarf. Die Empfindlichkeit und Verwundbarkeit im Falle eines Systemausfalls erhöht den Bedarf an einem Notfallplan.

Zugangswege

Die Zugangswege müssen sorgfältig geplant werden, da die Anzahl der Zugangswege begrenzt sein kann und sie sowohl als Angriffswege als auch als Evakuierungswege dienen müssen. Vorzugsweise sollten die Routen in primäre und alternative Angriffs- und Evakuierungsrouten unterteilt werden, um das Risiko einer gegenseitigen Beeinflussung der beiden Vorgänge zu begrenzen. Bei der Festlegung der Zugangswege sollten Parameter wie die Position des Feuers und vorhandene Feuer- und Rauchbarrieren berücksichtigt werden. Die Auswahl der Zugangswege sollte mit dem Management der Grubenbewetterung während eines Brandes synchronisiert werden. Die Wahl der Zufahrtswege ist nicht statisch, sondern variiert von Brand zu Brand und während eines Brandes.

Bei der Planung der Evakuierung mit Fahrzeugen gilt es, Staus zu vermeiden und einen gleichmäßigen Verkehrsfluss zu gewährleisten. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die Fahrzeuge durch Rauch mit eingeschränkter Sicht fahren. Die vorgesehenen Zufahrtswege für Spezialgeräte und -fahrzeuge sollten überprüft werden, um die Zugänglichkeit und die Möglichkeit zum Wenden des Fahrzeugs zu gewährleisten. Als kritisch erachtete Stellen könnten in dem Plan ausgewiesen werden, und es sollten Maßnahmen zur Erleichterung des Wendemanövers (z. B. Beleuchtung) in Betracht gezogen werden. Die Neigung des Gefälles könnte einbezogen werden, wenn sie die Zugänglichkeit beeinflusst. Die Transportzeit, um unterirdische Positionen zu erreichen, könnte in den Plan aufgenommen werden.

Feuerschutzsysteme

In den Plänen sollten die vorhandenen automatischen Feuerlöschsysteme aufgeführt werden und Informationen über die Auslegung des Systems enthalten sein. Die Informationen sollten spezifisch sein: Ist das Feuerlöschsystem so ausgelegt, dass es das Feuer löscht, oder ist es so ausgelegt, dass es das Feuer eindämmt? Ein Feuerlöschsystem in einem Parkstollen mit großen Minenfahrzeugen kann so ausgelegt sein, dass es das Feuer eindämmt. Diese Information ist erforderlich, wenn zusätzliche Löschkräfte zum Einsatzort geschickt werden und eine längere Rauchentwicklung zu erwarten ist.

Das allgemeine Fehlen von Brandschutztüren oder -barrieren in einem Stollen und die hohe Frequenz von Fahrzeugen machen ein Bemessungsbrandszenario anwendbar (Hansen 2010a). Das Ergebnis wird bei der Planung von Evakuierungen, alternativen Ereignisketten und dem Management der Grubenbewetterung hilfreich sein.

Bewetterungsanlage

Die Vorplanung des Bewetterungssystems sollte Anweisungen für das Management des Bewetterungssystems im Falle eines Brandes in einem Grubenabschnitt enthalten. In den Anweisungen sollte festgelegt werden, welche Ventilatoren laufen sollten und welche nicht und welche Türen geöffnet sein sollten. Der Plan sollte auch die Positionen der Ventilatoren, Schächte, Schutzräume und Orte, an denen Frischluft zu finden ist, enthalten. Der Plan sollte anhand von Brandszenarien für den betreffenden Grubenabschnitt überprüft werden. Für den Fall eines Stromausfalls oder geschlossener Feuerschutzwände sollten Ersatzmaßnahmen geplant werden. Für die Grubenbewetterung kritische Stellen sollten identifiziert und überwacht werden, und für den Fall, dass eine Barriere versagt oder sich der Rauch in eine unerwünschte Richtung ausbreitet, sollten Sicherungsmaßnahmen eingeleitet werden.

Wärmefreisetzung und Feuerwachstumsrate

Die Feuerwachstumsrate und die Wärmefreisetzungsrate von Fahrzeugbränden können aufgrund der Brennstoffbelastung der Fahrzeuge sehr hoch sein. Eine hohe Wärmefreisetzungsrate führt zu einem Rückstau und starker Rauchentwicklung, und eine hohe Feuerwachstumsrate kann einen Drosseleffekt auslösen, der die Grubenbewetterung ernsthaft beeinträchtigt (Hansen 2020). Abbildung 2 zeigt die Wärmefreisetzungsrate eines Laders in einem Untertagebergwerk (Hansen & Ingason 2013). Das anfängliche Feuerwachstum und die Wärmefreisetzungsrate sind sehr hoch und verursachen Probleme bei der Grubenbewetterung. Eine zweite Spitze in der Wärmefreisetzungsrate ist nach etwa 50 Minuten zu erkennen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass sich der Brennstoff in späteren Phasen entzündet oder verschlungen wird. Daher ist in späteren Stadien mit Spitzenwerten der Wärmefreisetzungsrate zu rechnen.