СИСТЕМА СОЗДАНИЯ ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОЙ СРЕДЫ

Система относится к горной промышленности и может быть использовано для предотвращения взрывов в подземных горных выработках в процессе ведения горноспасательных работ.
Известен способ тушения пожара в горной выработке, включающий приготовление огнегасительной смеси в виде устойчивого аэрозоля тетрафтордибромэтана и введение его в вентиляционный поток горной выработки, причем последний предварительно нагрева до температуры не ниже температуры испарения тетрафтордибромэтана (А.С. СССР №863881 кл. Е21F 5/00, 1981 г.).
Данный способ позволяет одновременно с тушением (или без тушения) очага пожара в призабойном пространстве осуществлять и флегматизацию атмосферы тупиковой выработки за счет выносимых вентиляционным потоком непрореагировавших паров тетрафтордибромэтана (хладон 114В2). Однако такой способ взрывопредотвращения ненадежен, т.к. им невозможно флегматизировать весь объем тупиковой выработки большой протяженности из-за оседания более тяжелого, чем воздух, тетрафтордибромэтана на почву выработки. Более того, этот способ связан с повышенным расходом дорогостоящего флегматизатора, так как он требует непрерывной подачи паров тетрафтордибромэтана по вентиляционному трубопроводу в призабойное пространство в течение всего периода взрывозащиты.
Известен также способ тушения пожаров и предотвращения взрывов в торных выработках, включающий подачу огнегасительной смеси в виде аэрозоля, одним из компонентов которого является хладон, размещение в пожарной зоне устройства рециркуляции атмосферы с активатором и осуществление принудительной турбулизации атмосферы в этой зоне посредством активатора (А.с. СССР №1270366, кл. E21F 5/00, 1986 г., прототип).
Недостатком этого способа является необходимость постоянной рециркуляции атмосферы выработки, т.е. принудительного перевода нижних слоев атмосферы аварийной выработки в верхние с целью выравнить вертикальной профиль концентрации более тяжелого, чем воздух хладона, предотвратить осаждение его на почву и тем самым сохранить более длительное время взрывопредотвращающую
концентрацию хладона в верхней части выработки. К недостаткам способа следует отнести и невозможность вовлечь в движение всю атмосферу выработки если ее длина достаточно велика. Необходимость борьбы с нежелательным явлением быстрого осаждения хладона на почву выработки вызвана тем обстоятельством, что способ ввода хладона в атмосферу аварийной выработки путем его диспергирования не позволяет добиться полного испарения образовавшихся частиц хладона с последующим равномерным перемешиванием паров хладона с атмосферной аварийной выработки. Последнее очень важно, так как в процессе испарения совокупности капель вблизи них формируются локальные области с высоким содержанием хладона. А поскольку пары хладона в 8.95 раз тяжелее воздуха, то на любые, даже очень малые локальные области паров хладона, будет действовать со стороны окружающей среды направленная вниз (под действием силы тяжести) выталкивающая сила, которая будет стремиться переместить малую локальную область хладона на почву выработки. Следует отметить, что образованию очень малых локальных областей с высоким содержанием паров - хладона, даже в тщательно перемешанной атмосфере, способствует еще и наличие турбулентных пульсаций скорости в движущемся вентиляционном потоке горной выработки. Хаотичная природа турбулентных пульсаций скорости ведет к образованию в вентиляторном потоке очень малых хаотично движущихся пульсационных областей, в которых при резком изменении направления их движения возникают значительные центробежные силы, отбрасывающие более тяжелый, чем воздух, хладон к границам пульсационной области и концентрирующие его там. Это приводит к образованию внутри пульсационной области локальной неоднородности с повышенным содержанием в ней хладона, на которую сразу же начинает действовать со стороны окружающей среды направленная вертикально, вниз выталкивающая сила.
Цель полезную модель-снижение расхода хладона и повышение безопасности горноспасательных работ на газообильных участках за счет увеличения срока нахождения хладона во взвешенном состоянии.
Поставленная цель достигается тем, что в система создания взрывобезопасной среды, включающем заполнение взрывоопасного объема флегматизирующим составом, одним из компонентов которого является хладон, взрывоопасный объем
сначала заполняют пеной, газовая фаза которой содержит хладон, а затем в момент и после разрушения пены создают и поддерживают зону с нулевой депрессией.
На практике известно применение инертной пены в качестве средства управления движения аэрозольного облака хладона в сторону взрывоопасного объема (см. А.с. СССР №1317157 кл. E21F 5/00, 1987 год). Известно также применение галоидированной пены для ликвидации пламенного горения и предотвращения взрыва рудничной атмосферы (см. А.с. СССР №1305388 кл. E21F 5/00 1987 г.).
Однако, отличительными признаками в предлагаемом техническом решении являются:
- заполнение взрывоопасного объема пеной;
- в защищаемом объеме в момент и после разрушения пены создают и поддерживают зону с нулевой депрессией.
Благодаря названным отличительным признакам пена, газовая фаза которой содержит хладон, в предлагаемом решении используется сразу в двух новых качествах, а именно, как средство доставки паров хладона и формирования, в результате ее саморазрушения взрывобезопасной воздушно-хладоновой среды, в которой молекулы хладона равномерно распределены среди молекул воздуха или инертного газа без образования каких-либо локальных неоднородностей плотности. Использование пены в двух новых качествах обусловлено тем, что другими существующими способами практически невозможно дистанционно, без потерь, переместить пары хладона от места его испарения до взрывоопасного объема, заполнить его ими, тщательно перемешать и быстро подавить все турбулентные пульсации, чтобы предотвратить образование внутри пульсационных областей локальных неоднородностей с повышенным содержанием паров хладона и оседание их в нижнюю часть защищаемого объема. Действительно, в процессе транспортирования пены и заполнения ею взрывоопасного объема пары хладона находятся внутри ее пузырьков в тщательно перемешанном с воздухом состоянии, так как ввиду плавности и низкой скорости движения пены, в том числе и инертной, по трубопроводу, горной выработке, обрушенным породам выработанного пространства и т.д.) и, самое главное, ввиду малых размеров самих пузырьков пены, внутри
ее газовой фазы исключается возникновение каких-либо турбулентных пульсаций. После заполнения взрывоопасного объема инертной пеной происходит постепенное разрушение жидкостных оболочек пузырьков поверхностного слоя пены и освобождение ее газовой фазы. И если защищаемый объем в этот момент не проветривается, (не должен) то после разрушения пены остается неподвижная, тщательно перемешанная на молекулярном уровне, устойчивая к расслоению инертная или воздушно-хладоновая смесь. Взрывоопасные газы, которые будут диффундировать в воздушно-хладоновую смесь с границ защищаемого объема, не смогут нарушить ее гидростатическое равновесие. Это очень важно, так как скорость оседания отдельных молекул хладона в невозмущенной атмосфере под действием только одной гравитационной силы чрезвычайно мала. Потому новизна и существенные отличия предлагаемого способа заключаются в том, что в защищаемом объеме в момент и после разрушения пены создают и поддерживают зону с нулевой депрессией, т.е. прекращают его проветривание. Таким образом, совокупность отличительных признаков предлагаемого технического решения привела к новому положительному эффекту - снижению расхода дорогостоящего хладона и повышению безопасности ведения горноспасательных работ за счет увеличения флегматизации взрывоопасных объемов.
На рисунке схематично показан момент заполнения взрывоопасного объема азото-хладоновой пеной..
Схема для осуществления способа содержит горную выработку 1 с тупиковым забоем 2, пожарно-оросительным трубопроводом 3 с регулируемым вентилем 4 и оснащенного генератором 5 инертной пены с манометром 6, патрубками и рукавами 7, 8 и 9, соответственно для подачи ингредиентов инертной пены, т.е. пенообразователя сжатого газообразного азота и жидкого хладона 114В2.
Исполнительным органом технологической схемы является подземный газификатор жидкого азота КОМБИ (Комплект оборудования для механизации и безопасной изоляции, конструкции РосНИИГД) с установленными на транспортной тележке 10 резервуаром 11 с жидким азотом РЦВ, газификатором 12 и аппаратом 13 с жидким хладоном 114-В2, при работе которого на пеногенераторе 5 образуется азото-хладоновая пена 14 в объеме взрывоопасной зоны тупикового забоя 2, 16 - перемычка; 17 - выход подачи смеси азота-хладона.
Инертная пена на заполнение объема поступает из оконечного пожарно-оросительного трубопровода 3.
Система реализуется следующим образом. Использование способа по сравнению с прототипом было реализовано на шахте «Краснокаменская» ОАО «УК «Киселевскуголь» при тушении подземного пожара №447 пл.Мощный с квершлага №38 гор. +100 м.
При этом использовались напорные пеногенераторные установки типа «УЛЭП-2» и «Экран» с дополнительной эжекцией пенообразователя согласно штатных пеносмесителей. После подачи в изолированное пространство (перемычка не показана) тупикового забоя 2 азотной пены 14 в рабочий режим пеноге-нератора 5 был подан по патрубку 9 хладон 114 В2 для заполнения взрывоопасной зоны, требуемый для подавления пламенного горения и взрыва в горной выработке, объем которого определяется по формуле:
выр.
хл.
V=(С×V×1000)/(V×100%), л.
где V - объем жидкого хладона 114В2, л.
С - флегматизирующая концентрация хладона 114В2, %
выр.
3
V - объем изолируемой горной выработки, м
хл.
хл.
V - объем паров, образующихся при испарении хладона 114В2, V=170 л.
Полная флегматизация пламенного горения пожара определяется по данной формуле из расчета не менее 1% на объем изолируемой выработки.
Затем в защищаемом изолируемом объеме горной выработки, а именно в момент запуска и после разрушения пены создают и поддерживают зону с нулевой депрессией, определяемой по газовому замеру и рабочему давлению по манометру.
Использование предлагаемого системы по сравнению с прототипом позволяет повысить безопасность горноспасательных работ путем исключения взрывов в горных выработках, снизить расход дорогостоящего хладона и, тем самым, уменьшить материальные и трудовые затраты при ликвидации подземных пожаров, осложненных большими скоплениями взрывоопасных газовых смесей.