СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
METHOD TO PREVENT IGNITION OF METHANE AND AIR MIXTURE

Изобретение относится к горному делу, а именно к области предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом.
Известен способ инертизации для предотвращения пожаров или взрывов посредством снижения содержания кислорода в защищаемой зоне до базового уровня инертизации по сравнению с окружающим воздухом. При этом содержание кислорода сравнивают с его пороговой величиной и затем в случае если содержание кислорода опускается ниже пороговой величины, то подается свежий воздух (патент РФ №2372954, кл. A62C 2/00, A62C 39/00, заявлен 03.11.2005 г., опубликован 20.11.2009 г.). Существенным недостатком известного технического решения является то, что в определенный момент может происходить понижение уровня кислорода в шахтной атмосфере.
Известен процесс инертизации атмосферы угольной шахты при работе комбайна в забое, включающий в себя введение инертных газов, например азота, в поток добываемого угля на режущий инструмент горной машины (патент US №5273344, кл. 299/12, заявлен 21.12.1992, опубликован 28.12.1993). Целью известного способа является предотвращение возгорания метановоздушной смеси путем подачи инертного газа в место работы режущего инструмента комбайна, и за счет нагнетания в эту область большого количества газа происходит снижение концентрации кислорода. Недостатком известного изобретения является то, что производится непрерывная подача газа для инертизации защищаемой зоны. Это приводит к увеличению затрат на производстве.
В качестве прототипа принят известный способ ликвидации пожара в закрытых помещениях, система его реализации и пневмоакустическое распылительное устройство (патент РФ №2130328, кл. A62C 3/00, A62C 35/00, заявлен 03.08.1999 г., опубликован 20.05.1999 г.). В предлагаемом способе ликвидации пожара в закрытых помещениях подают смесь инертного газа и воды пневмоакустическим способом в зону горения. Соотношение газа и воды берут 0,7-1,5 вес.ч. Способом предполагается использование значительного объема инертного газа, что может быть эффективно на стадии горения, а не на стадии предупреждения возгорания.
Все известные на сегодня способы обеспечения пожаробезопасности при производстве горных работ (огнепреградители, искрогасители, сильное разбавление инертными газами и др.) не всегда эффективны. Как показала практика, известные способы использования инертных газов требуют применения в больших количествах газов-разбавителей, что не всегда эффективно и удобно для предотвращения процесса возгорания. Кроме того, могут возникать проблемы безопасности людей в защищаемой зоне.
В основу изобретения положена задача совершенствования превентивных мер предотвращения риска воспламенения и взрыва метановоздушной смеси.
Техническим результатом заявляемого изобретения является нейтрализация образовавшихся метановоздушных смесей взрывоопасных концентраций и предотвращение их воспламенения.
Для решения поставленной задачи предложен способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси, включающий пневмогидроорошение зоны разрушения угля, автоматический контроль содержания метана датчиками и введение в шахтную атмосферу ингибирующего газа.
Отличием является то, что ингибирующий газ вводят под давлением автоматически через систему пневмогидроорошения при достижении концентрации метана в воздухе от 1,9 до 2%, с концентрацией ингибирующего газа от 0,1% до 2% от защищаемого объема и заданном содержании кислорода в шахтной атмосфере.
Другим отличием является то, что при снижении уровня метана ниже 1% подача ингибирующего газа автоматически прекращается.
В качестве ингибирующего газа могут быть использованы, например, комплексные составы на основе фторированных углеводородов, которые вступают в химическую реакцию с метаном, приводящую к образованию малоактивных продуктов и обрыву реакционных цепей процесса горения на начальной стадии их возникновения, что значительно затрудняет и предотвращает процесс воспламенения метана. Химические методы ингибирования описаны в статьях: «О промотировании и ингибировании фторированными углеводородами горения метана в окислительных средах с различным содержанием кислорода» В.В.Азатян, Ю.Н.Шебеко, А.Ю.Шебеко, В.Ю.Навценя, ж-л «Химическая физика», 2010 г., №9, с.42-51, и «Химические методы ингибирования взрывоопасных сред» В.В.Азатян, Т.Р.Тимербулатов, А.А.Трубицын, Н.В.Трубицына, Ю.М.Филатов, С. В.Шатиров., Вестник НЦ ВостНИИ, 2012 г., №2, с.38-46.
Проведение горных работ характеризуется опасностью воспламенения метана и угольной пыли. При этом интенсификация процессов добычи угля значительно увеличивает риск возгорания и взрыва метановоздушной смеси. В настоящее время применение известных защитных мер не позволяет полностью нейтрализовать и предупредить воспламенение метана в горных выработках на разных этапах работ. Поэтому вопрос предупреждения взрывов газопылевоздушных смесей и обеспечения безопасности работающих людей остается актуальным.
Предлагаемый способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси включает использование при определенных условиях ингибирующего газа для своевременной нейтрализации газопылевоздушных смесей и предупреждения их образования в дальнейшем.
Проводится орошение мелкодиспергированной водовоздушной смесью под давлением зоны разрушения угля. Мощность напора водовоздушного потока может изменяться в зависимости от объема и вида горных работ. Водовоздушная мелкодиспергированная завеса нейтрализует источник воспламенения. Таким образом, осуществляется процесс пылеподавления в опасной по возгоранию области.
При этом для своевременного автоматического ввода в шахтные выработки ингибирующего газа, в местах наиболее вероятного прорыва и скопления метана, обеспечивается контроль датчиками, например, МГМ-1 (ТУ 4215-015-05798310-2004) уровня содержания метана в шахтной атмосфере вблизи работающей техники и местах предполагаемого скопления метана. При достижении концентрации метана в воздухе от 1,9 до 2% автоматически через систему пневмогидроорошения вводится под давлением дополнительно ингибирующий газ с концентрацией его от 0,1% до 2% от защищаемого объема. Ингибирующий газ вводят с опережением до момента образования опасной по взрыву концентрации метановоздушной смеси, нейтрализуя при этом метан в атмосфере горной выработки. Создается малоактивная для процесса горения атмосфера непосредственно в месте производства горных работ, прерывается процесс формирования опасной по воспламенению метановоздушной среды.
Учитывая, что подача ингибирующего газа производится периодически и концентрация его колеблется в незначительных пределах, кислородовоздушный баланс, необходимый для жизнедеятельности человека, не нарушается.
При снижении концентрации метана до уровня ниже 1% подача ингибирующего газа отключается, что предотвращает излишний и ненужный его расход.
Существенным преимуществом предлагаемого способа предотвращения воспламенения метановоздушной смеси является его экономичность, а также обеспечение безопасности персонала в течение всего периода проведения работ в подземных условиях и поддержание уровня кислорода при этом в обычных пределах.