Концепция создания шахтных автоматических систем противопожарной зашиты

© Ю.Ф. Булгаков, 2003

YAK [622.822.7: 614.844] - 52

Ю.Ф. Булгаков

КОНЦЕПЦИЯ СОЗААНИЯ ШАХТНЫХ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАШИТЫ

В докладе изложены основные принципы новой концепции создания шахтных автоматических систем противопожарной защиты. Обоснованы технические характеристики новейших систем, предназначенных для противопожарной защиты горных выработок и горно-шахтного оборудования. Выполнен анализ конструкций существующих отечественных и зарубежных средств пожаротушения. Показано, что не смотря на довольно широкий арсенал современных шахтных систем пожаротушения, их структуру можно свести к единой несложной блок-схеме, включающей подсистему контроля параметров среды, подсистему пожаротушения, запорнопусковую арматуру, распределительный трубопровод с распылителями, а также вспомогательные контрольно-измерительные устройства. Основным параметром, контролируемым шахтными системами пожаротушения является температура. Контроль осуществляется с помощью тепловых шахтных пожарных извещателей, назначение которых - сигнализация о повышении температуры воздуха в защищаемой горной выработке. Кроме тепловых пожарных извещателей в комплект шахтных автоматических систем могут входить дымовые датчики различной конструкции.

На сегодняшний день подземные пожары остаются одним из наиболее сложных и опасных видов аварий, которые опустошают недра, уничтожают горные выработки и дорогостоящее оборудование, наносят огромный моральный и материальный ущерб угольным предприятиям, а зачастую сопровождаются человеческими жертвами. Ежегодно на шахтах Украины происходит в среднем от 160 до 200 подземных пожаров, 50-70 % которые экзогенного происхождения (рис. 1).

Тушение развитых подземных пожаров - одна из наиболее сложных и актуальных научно-технических проблем угольной промышленности. Есть два пути решения проблемы: первый - широкое использова-

ние научно обоснованных профилактических мероприятий,

исключающих возможность возгорания и последующее развитие пожара, и второй, создание способов и средств тушения развитых пожаров.

Практика показывает, что сегодня, на фоне ослабления централизованного управления,

значительно сократилось финансирование программ, направленных на модернизацию шахт, охрану труда и обеспечение пожарной безопасности. Это обстоятельство существенно осложнило проведение профилактических мероприятий и негативно повлияло на уровень угледобычи в целом. Доля ущерба от подземных пожаров в угольной промышленности Украины достигла 27 % от общего объема и стала доминирующей среди всех видов ущерба от аварий на шахтах (рис. 2).

Сегодня состояние противопожарной защиты подавляющего большинства шахт Украины не адекватно их пожарной опасности. Положение, сложившееся в угольной отрасли, усугубляется низкой культурой производства и дисциплиной труда, резким снижением качества поставляемых в шахту материалов, особенно конвейерных лент, возгорание которых нередко приводит к тяжелым последствиям. Поэтому наряду с проведением профилактических мероприятий необходимо проводить глубокие научные исследования процессов развития подземных пожаров и создавать высокоэффективные технические средства и способы пожаротушения.

Научно-исследовательские и проектно-конструкторские работы в области предупреждения и тушения экзогенных пожаров направлены на создание высокоэффективного пожарного оборудования с использованием в качестве огнетушащих веществ воды, воздушно-механической пены, инертных газов, огнетушащих порошков, аэрозолей, а также их комбинаций. Вода, в силу своих уникальных физических свойств, остается наиболее распространенным и дешевым средством пожаротушения. Наибольший интерес представляют автоматические установки, способные эффективно защитить горные выработки и технологическое оборудование от подземных пожаров.

В основу концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения положен принцип, базирующийся на представлении подземного пожара как управляемой системы с определенными параметрами (температурой, тепловой мощностью, скоростью распространения по горной выработке), предопределяющими выбор способов и сочетания средств пожаротушения, обеспечивающих максимально возможную огнетушащую эффективность для каждого конкретного пожара. При этом автоматическая система осуществляет постоянный мониторинг окружающей среды, контролируя ее параметры и сравнения их с регламентированными величинами с целью выработки управляющего сигнала на включение установок пожаротушения.

80л

V

60

40-/

20

У

1996 1997 1998 1999 2000 2001

Рис. 1. Количество экзогенных пожаров на шахтах Минтопэнерго Украины

Основным параметром, контролируемым шахтными системами пожаротушения является температура. Контроль осуществляется с помощью тепловых шахтных пожарных извещателей, назначение которых - сигнализация о повышении температуры воздуха в защищаемой горной выработке. Кроме тепловых пожарных извещателей в комплект шахтных автоматических систем могут входить дымовые датчики различной конструкции.

Одним из важных аспектов создания шахтных автоматических систем пожаротушения является научное обоснование выбора типа и конструкции пожарного извещателя в зависимости от его назначения и условий применения.

Инерционность пожарного извещателя для случая конвективного теплообмена, можно определить по безразмерному параметру в и критериям Био (В) и Фурье (Го)\

б

Оу- {о)

О/ -

где , tf и 0 - соответственно температура срабатывания извещателя, температура среды при пожаре

в месте расположения датчика и первоначальная

0/'“'

температура до начала пожара С.

Критерий В/ = а . I; где а - коэффициент тепло-

X

обмена в ккал/м2 ч-град; X - коэффициент теплопроводности чувствительного элемента пожарного из-вещателя в ккал/ м- ч- град; Ь - толщина чувстви-

а  т

тельного элемента, м; критерий Го = ------"., где П-

I2

коэффициент теплопроводности м2/с; ти - инерционность извещателя в секундах.

В конструкциях современных шахтных систем пожаротушения применяются пожарные извещатели с температурой срабатывания 72 0С.

Не смотря на довольно широкий арсенал современных шахтных систем пожаротушения, их структуру можно свести к единой несложной блок-схеме, включающей подсистему контроля параметров среды, подсистему пожаротушения, запорно-пусковую арматуру, распределительный трубопровод с распы-

млн.грн.

40.

У

Рис. 2. Экономический ущерб от экзогенных пожаров на шахтах Минтопэнерго Украины

П\

V

о\

77\

П\

1996 1997 1998 1999 2000 2001

лителями, а также вспомогательные контрольноизмерительные устройства и приспособления для заправки и технического обслуживания системы. Наиболее универсальными с точки зрения тушения различных классов подземных пожаров являются порошковые системы, способные эффективно ликвидировать пожары классов А, В, С, а также возгорание электрооборудования, находящегося под напряжением до 1140 В. Типичная структурная схема шахтной системы порошкового пожаротушения представлена на рис. 3. В состав системы, как правило, входят: автоматическая установка пожаротушения типа АУПП (или ее модификации) с пусковыми блоками (механического или электрического включения), световые и звуковые сигнализаторы, распределительные трубопроводы (перфорированные или с форсунками-распылителями), станция пожарной сигнализации типа СЦ-1, СЦ-2, СП (или их модификации) с комплектом пожарных тепловых или дымовых извещателей, шлейфами сигнализации и коммутирующими элементами.

Работают системы порошкового пожаротушения следующим образом. При пожаре в защищаемой зоне срабатывает ближайший к источнику возгорания пожарный извещатель, электрический сигнал от которого поступает на станцию пожарной сигнализации, которая включает световой и звуковой сигналы тревоги и начинает выполнять логическую оценку поступившего импульса, определяя его величину и природу происхождения.

При этом станция проверяет целостность шлейфов, соединяющих между собой извещатели, определяет наличие в их цепи тока короткого замыкания, целостность извещателей и «высвечивает» результаты диагностики на контрольной панели.

В случае срабатывания второго извещателя станция вырабатывает управляющий электрический сигнал для запуска установки пожаротушения. Запуск автоматических установок осуществляется с помощью пусковых устройств (блоков), конструкция которых определяется назначением системы.

Логическая обработка сигналов, поступающих от пожарных извещателей, производится станцией СЦ. Принцип действия, конструкция, технические параметры, правила монтажа и другие сведения об СЦ представлены в ТУ.

Рис. 3. Общий вид автоматической системы пожаротушения типа САП

20

0

Питание станции СЦ обеспечивает блок питания, на вход которого подается напряжение 220 В, 50 Гц. При аварийном отключении напряжения, станция автоматически переходит на собственное резервное питание 24 В постоянного тока.

Техническая характеристика системы Объем, защищаемый одной автоматической установкой с массой заряда 80 кг огнетушащего порошка типа П-2АП или аналогичного класса, м3; не менее 250 Инерционность автоматической установки - время от срабатывания пускового блока до начала выхода газопорошковой смеси из распылителей или отверстий перфорации, с 10.. .12

Температура срабатывания датчиков, 0С 72

Диапазон температур эксплуатации станций типа СЦ1 и ее модификаций С -10...+50

Диапазон температур эксплуатации сосудов автоматических установок типа АУПП, 0С -35...+55

Напряжение питания станции и пусковых блоков, В

220

Давление сжатого воздуха в баллонах установок, МПа

15

Масса жидкой двуокиси углерода в баллонах установок при 20 0С, кг 2.8. 3.0

Пусковое давление рабочего газа в емкостях установок, МПа 0,7...0,9

Масса, заряженной автоматической установки, кг 145 Полный срок службы, лет, не менее 6

Количество контролируемых шлейфов, шт. 10

СЦ-1 20

СЦ-2

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ----------------------------------

Система способна «распознавать» на ранней стадии и тушить подземные пожары классов А, В, С и возгорания электрооборудования, находящегося под напряжением до 1140 В. Разработана методика расчета основных параметров шахтных автоматических установок, входящих в состав систем пожаротушения. Кроме того, разработана методика определения огнетушащей эффективности автоматических систем пожаротушения, включающая определение производительности огнетушащих модулей, массы огнетушащего заряда, величины рабочего давления в рабочих емкостях, а также расчет конструктивных параметров установок и характеристик распределительных трубопроводов. Проведены натурные огневые испытания систем типа САП-1, которые подтвердили их надежность и высокую огнетушащую эффективность.

Выводы.

Таким образом, разработанные на основе принципа теплового мониторинга системы пожаротушения типа САП являются надежным средством противопожарной защиты горных выработок и горношахтного оборудования и могут быть рекомендованы к широкому применению. Наиболее эффективно и целесообразно их применение для противопожарной защиты шахтных электроподстанций и электровозных гаражей, башенных копров и административнобытовых комбинатов шахт. В настоящее время на угольных шахтах Украины и угольных разрезах России в эксплуатации находятся более 50 автоматических систем типа САП и их модификаций.

Булгаков Ю.Ф. — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой "Охрана труда и аэрология”, ДонНТУ, г. Донецк, Украина.

г ДИССЕРТАЦИИ \

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ

ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы специальность Ученая степень

московским государственный открытый университет

ТУХТО Андрей Андреевич Предотвращение газодинамических явлений при разработке калийных пластовых месторождений (на примере РУП По «Беларуська-лий») 25.00.22 к.т.н.

сТАРОВОЙТОВ Вячеслав савельевич определение рациональных параметров и режимов разрушения сложноструктурных калийных солей шнековыми исполнительными органами очистных комбайнов (на примере По «Беларусь-калий») 05.05.06 к.т.н.

всероссиискии научно-исследовательскии институт ческих и геохимических систем

финкельштейн Михаил Янкелевич Технология обработки и анализа данных на базе геоинформационной системы INTEGRO для решения задач прогноза твердых полезных ископаемых 25.00.35 д.т.н.

«НЕДЕЛЯ Г0PНЯКЛ-2ЦЦ3» ŒMMrn'P № 4

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова: Заметки:

Дата создания:

Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:

Полное время правки: Дата печати:

При последней печати страниц: слов: знаков:

БУЛГАКОВ

G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03 C:\Program Files\Microsoft Office\Шаблоны\Normal.dot Ю

Булгаков Ю.Ф.

17.04.2003 11:42:00 5

08.11.2008 0:20:00

Таня

14 мин.

08.11.2008 0:54:00 4

1 862

10 617