СПОСОБ МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ УГОЛЬНОЙ ШАХТЫ
METHOD OF MONITORING COAL MINE ATMOSPHERE

Изобретение относится к безопасности горной промышленности, а именно к мониторингу атмосферы угольной шахты по пыле- и газовым факторам и естественным флегматизаторам взрываемости пылегазовоздушной смеси. Оно может быть применено на угольных шахтах, опасных по газу и пыли.
Известен способ мониторинга шахтной атмосферы, реализованный комплексом «Метан», ведущим непрерывный местный и централизованный контроль содержания метана и оксида водорода в атмосфере шахты с целью выдачи сигнала на автоматическое отключение электрооборудования при достижении предельно допустимых концентраций [1].
Недостаток способа заключается в том, что не учитывается суммарная опасность газа и угольной пыли, которая отвечает закону экспоидной зависимости с показателем степени меньшим 1 для нижнего предела взрываемости (НПВ) пылегазовоздушной смеси [2] как более опасная, чем описываемая законом Ле-Шателье, а также не учитываются влияние влажности воздуха и пыли и зольность взвешенной пыли как естественных флегматизаторов взрываемости пылегазовоздушной смеси [2].
Известна система газового мониторинга M1 фирмы FHF Bergbautechnik GmbH&Co [4], обеспечивающая мониторинг метана, оксида углерода, температуры, давления, воздушного потока и пылеобразования в шахтах опасных по газу и пыли для обеспечения непрерывного контроля газовой и пылевой ситуации в атмосфере шахты, а также температуры и потока воздуха для сопоставления их с нормативными значениями и выдачи сигналов предупреждения при недопустимых отклонениях контролируемых параметров.
Недостаток мониторинга заключается в том, что он не учитывает усиленную опасность взрыва при совместном действии газов метана и оксида углерода с угольной пылью и влияния абсолютной влажности атмосферы и зольности угольной пыли, как флегматизаторов взрываемости пылегазовоздушной смеси.
Известен способ мониторинга, реализованный автоматизированным комплексом контроля рудной атмосферы (АКМР-М) Смоленского производственного объединения «Аналитпрбор», ведущий непрерывные измерения объемной доли метана, кислорода, оксида углерода в шахтной атмосфере, а также скорости воздушного потока в горных выработках с целью выдачи сигналов для автоматической газовой защиты, управляющих сигналов при достижении предельно допустимых значений объемной доли оксида углерода и кислорода и выдачи информации на диспетчерский пункт [5].
Недостаток мониторинга аналогичный предыдущему комплексу - не учитываются условия усиления опасности взрыва совместного действия метана и угольной пыли и влияние абсолютной влажности воздуха и зольности пыли как флегматизаторов взрываемости пылеметановоздушной смеси.
Предлагаемое изобретение решает задачу мониторинга шахтной атмосферы для определения фактического коэффициента взрывобезопасности горной выработки и шахты в целом с учетом усиливающих опасность взаимодействий газа и пыли [2] и снижающих опасность естественных флегматизаторов взрываемости пылегазовой смеси, а именно абсолютной влажности воздуха и зольности взвешенной угольной пыли [2].
Поставленная задача решается комплексным мониторингом атмосферы угольной шахты, при котором измеряют концентрацию метана и оксида углерода, взвешенной угольной пыли, температуру воздуха и его скорость в горных выработках и дополнительно измеряют абсолютную влажность воздуха, которая является естественным флегматизатором взрываемости пылеметановоздушной смеси, измеряют зольность взвешенной угольной пыли, которая является флегматизатором взрываемости угольной пыли, по величинам измеряемых параметров текущее фактическое значение коэффициента взрывобезопасности шахтной выработки и шахты в целом, рассчитываемой по зависимости
при
или
мНПВ
2,34
x=4,9+0,009γ;
где K - фактический коэффициент взрывобезопасности шахтной выработки (шахты) в текущий момент;
м
x - концентрация метана, % объемные;
- нижний предел взрываемости (НПВ) метана, % объемные;
n
3
c - концентрация взвешенной угольной пыли, г/м;
3
- нижний предел взрываемости угольной пыли, г/м;
m - показатель степени взаимодействия взрываемости пылеметановоздушной смеси в соответствии с экспоидным законом;
0,53694; 0,66551 - постоянные слагаемые показателя m в соответствующих зависимостях;
0,12818 - коэффициент переменной слагаемой показателя m;
4,9 - НПВ сухого метана, % объемные;
3
2,34
0,009 - коэффициент повышения НПВ метана влажностью атмосферы, (%)/(г/м);
3
γ - абсолютна влажность воздуха, г/м;
3
11,8 - НПВ сухой угольной пыли углей Кузбасса при выходе летучих веществ 27,5% и нулевой зольности, г/м;
Г
V - выход летучих веществ, %;
3
2
0,29 - коэффициент повышения НПВ угольной пыли с изменением выхода летучих веществ (г/м)/(%);
C
C
A - зольность угольной пыли, % (A<65%);
65 - предельная зольность взвешенной угольной пыли, выше которой пыль не взрывается, %;
3
3
1,65
0,357 - минимальный коэффициент повышения НПВ угольной пыли за счет влажности атмосферы, (г/м)/(г/м);
и сопоставляют полученный фактический коэффициент взрывобезопасности с коэффициентом взрывобезопасности, требуемым Правилами безопасности (ПБ) для конкретного типа выработок с целью выдачи в реальном времени информации о взрывобезопасной ситуации в шахтной атмосфере как основу для принятия управляющих решений, а также сопоставляют взрывобезопасную ситуацию в последовательные моменты времени и отслеживают тенденцию стабильности или нестабильности безопасных условий труда шахтеров при отмеченных скоростях воздуха в горных выработках.
Суммарную опасность газов метана и оксида углерода вычисляют по закону Ле-Шателье.
Предложенный способ мониторинга атмосферы угольной шахты может быть реализован комплексной системой датчиков, дающих исходную информацию о контролируемых параметрах шахтного воздуха, и контроллеров, обрабатывающих полученную информацию по предложенным зависимостям.
Блок-схема комплекса представлена на фиг.1.
Комплекс мониторинга атмосферы угольной шахты включает в себя датчик метана 1, датчик оксида углерода 2, датчик температуры 3, датчик скорости воздуха в горной выработке 4, датчик взвешенной угольной пыли 5, датчик зольности угольной пыли 6 и датчик абсолютной влажности воздуха 7, которые через распределительную коробку 8 соединены с бесперебойным источником питания 9 и контроллером 10, выходы из которого идут на блок управляющих сигналов 11.
Эти устройства составляют модульный блок (МБ) комплекса, обеспечивающий одну выработку. Количество модульных блоков МБ1, МБ2, …, МБn зависит от разветвленности выработок шахты. Информация из контроллеров 10 всех блоков через блок усиления и уплотнения сигналов 12 поступает на центральный диспетчерский пульт 13.
В контроллеры, кроме информации, поступающей от датчиков, заносится информация о характеристике выработки (ее сечение, процент летучих веществ, нормативный коэффициент взрывобезопасности, согласно требований ПБ, и константы, входящие в вычисленные зависимости.
Определяется вид выдаваемой информации: от сигналов на немедленное отключение электрооборудования до рекомендаций на выполнение не экстренных работ с указанием их места на мнимосхеме шахты и с указанием материально-технического их обеспечения и времени выполнения.
Комплекс по выполнению должен отвечать требованиям рудничного особо взрывобезопасного электрооборудования уровня РО с видом взрывозащиты Иа.
Установленные в горной выработке датчики становятся на непрерывное дежурство на срок существования выработки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Автоматизация производства на угольных шахтах. / Г.И.Бедняк, В.А.Ульшин, В.П.Довженко и др. - Киев: «Техника» 1989. - С.219, Комплекс «Метан».
2. Стефанюк Б.М. Законы пределов взрываемости пылеметановоздушной среды. / Безопасность жизнедеятельности: экологические, производственные, правовые, медико-биологические и социальные аспекты. // Труды I Международной научно-практической конференции, г.Новокузнецк, 8-9 июгя 2005 года. - Новокузнецк: НФИ КемГУ. - С.19-20.
3. Стефанюк Б.М. Коэффициент взрывобезопасности угольных шахт. 9 с. / Деп. в научной библиотеке ЛИУ им. И.Френка. Отдел рукописных, старинных и редких книг им. Ф.П.Максименка. Инв. №3595-26, 1998.
4. Система газового мониторинга M1. Фирма FHF Bergbautechnik GmbH&Co. KG (Германия). Проспект выставки «Уголь и майнинг» 2007.
5. Автоматизированный комплекс контроля рудничной атмосферы АКМР-М. Проспект выставки «Уголь и майнинг» 2007 ФГУП Смоленское производственное объединение «Аналитприбор».