УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ УДАРНЫХ ВОЗДУШНЫХ ВОЛН
SHOCK AIR WAVE POWER ATTENUATOR

Изобретение относится к области средств, обеспечивающих повышение уровня безопасности в горной промышленности, и может быть использовано для защиты горных выработок и рудничного оборудования от взрывной волны за счет снижения интенсивности воздействия ударной воздушной волны взрыва (УВВ).
Известны изолирующие, как правило, стационарные перемычки, перекрывающие своим телом поперечное сечение выработки и обеспечивающие защиту горных выработок от воздействия различных неблагоприятных факторов, в т.ч. ударных воздушных волн (см. «Правила безопасности в угольных шахтах (ПБ05-618-03)» изд. ФГУП НТЦ Промбезопасность, г.Москва, 2003 г.). Такие стационарные перемычки изготавливаются из строительных материалов (гипс, бетон и др.) с врубом в стенки выработки.
Недостатком подобных перемычек является то, что для их возведения требуются значительные материальные, трудовые и временные затраты. Кроме того, при необходимости свободного доступа в изолируемое пространство горного оборудования и персонала перемычка не подлежит демонтажу и поэтому полностью разрушается.
Известен фактор ослабления интенсивности ударной воздушной волны при взаимодействии УВВ с перфорированным экраном («Физика ядерного взрыва», том 2, «Действие взрыва», с.39, изд. Наука. Физматлит, М., 1997 г.).
Известно также устройство для гашения энергии ударных воздушных волн взрыва (патент РФ 2021530, МПК E21F 5/00, 1/14 от 29.01.90), включающее гибкую перфорированную перегородку, перекрывающую поперечное сечение горной выработки и закрепляемую в боковых стенках выработки.
Ввиду того что это устройство наиболее близко к предлагаемому техническому решению, оно принято за прототип.
Устройство представляет собой рулон перфорированного полотна, намотанного на вертикальную вращающуюся стойку, которая размещена в нише на боковой стенке горной выработки. На противоположной стенке в симметричной нише установлена тоже вращающаяся вертикальная стойка, которая тросовыми растяжками на уровне кровли и подошвы горной выработки соединена с боковой стороной перфорированного полотна. При вращении стойки тросовые растяжки, наматываясь на нее, раскручивают рулон и вытягивают полотно в пространство выработки, обеспечивая таким образом перекрытие поперечного сечения горной выработки.
Прототипу присущи следующие недостатки:
- Необходимость оборудования специальных полостей (ниш) для размещения вертикальных стоек, что создает трудности для размещения устройства и увеличивает его стоимость.
- Необходимость оснащения обеих стоек механизмами привода, что увеличивает стоимость устройства, расходы на эксплуатацию и уменьшает его надежность.
- Необходимость изготовления специального полотна, используемого для перекрытия выработки, поскольку в данном случае должны быть удовлетворены противоречивые требования в части гибкости, легкости и обеспечения прочностных характеристик полотна, особенно при его перфорации. При этом потребуется применение (а возможно, разработка) специальных материалов, что также увеличивает стоимость изделия.
Указанные недостатки могут быть устранены в предлагаемом техническом решении, сущность которого заключается в использовании для защиты горных выработок сетчатых (проницаемых) гасителей УВВ. В качестве таких проницаемых гасителей ударных волн предлагается использование стандартизированных цепей различного назначения, в том числе цепей, предназначенных для применения в конвейерах, комбайнах, стругах и другом горном оборудовании.
Поставленная цель достигается тем, что в перекрываемом поперечном сечении защищаемой выработки закрепляется набор из плотно расположенных относительно друг друга отрезков цепи (плетей), из которых фактически формируется перфорированное полотно. В качестве отрезков цепи (плетей) могут быть использованы круглозвенные высокопрочные цепи для горного оборудования по ГОСТ 25996-83. Размер плетей (длина отрезков) должен быть таким, чтобы они, соединенные вместе, обеспечивали перекрытие сечения выработки. Плети соединяются между собой отдельными звеньями цепи (из которых состоят плети), которые имеют форму буквы «С», получаемую при вырезании из замкнутого тела звена цепи участка требуемого размера. Размер вырезаемого «куска» звена должен быть не менее калибра цепи. Варьируя количеством «С»-образных звеньев и используя различные схемы соединения плетей между собой, можно формировать в перекрываемых сечениях горной выработки проницаемые перемычки с различными коэффициентами проницаемости (затенения).
Кроме того, в качестве «С»-образных звеньев для крепления и соединения отрезков цепей (плетей) используется карабин строительный.
Кроме того, в качестве «С»-образных звеньев для крепления и соединения отрезков цепей (плетей) используется кольцо соединительное, применяемое для объединения отрезков якорных цепей в общую корабельную якорную цепь.
Крепление проницаемой перемычки, состоящей из отрезков цепи (плетей), осуществляется при помощи тех же «С»-образных звеньев по всему периметру горной выработки. Схемно-конструктивные решения по креплению перемычки в сечении выработки могут быть самые разные, например прикрепление к тросу, закрепленному в перекрываемом поперечном сечении (к боковым стенкам, кровле и почве выработки), или прикрепление к металлоконструкции, закрепленной в перекрываемом сечении.
Экспериментальные и теоретические исследования, проведенные в ЦНИИмаш, показали возможность снижения нагрузок от воздействия ударной волны взрыва (ослабление ударной волны) в случае применения проницаемых сетчатых гасителей УВВ. При этом степень ослабления ударной волны зависит от «прозрачности» проницаемой перемычки, характеризуемой коэффициентом проницаемости (прозрачности) - отношением суммарной площади отверстий в перемычке к общей площади сечения перекрываемой выработки.
На фиг.1 показан фрагмент устройства в развернутом состоянии и «С-»образное звено.
Устройство для ослабления энергии воздушных ударных волн в подземной выработке включает металлоконструкции 1, закрепленные в сечении выработки 4, к которым при помощи «С»-образных звеньев 2 подвешиваются отрезки цепи (плети) 3, соединяемые между собой такими же звеньями 2. На фиг.2 представлены возможные варианты соединения плетей, где в зависимости от количества отрезков цепей (плетей) 3, «С»-образных звеньев 2 и схемы объединения плетей 3 можно формировать проницаемые перемычки с различными коэффициентами «прозрачности» (затенения).
Проницаемая перемычка реализуется следующим образом. В перекрываемом сечении горной выработки устанавливаются узлы крепления для плетей из цепи. В качестве таких узлов могут использоваться тросовое крепление или металлоконструкции 1 из уголка или швеллера с засверленными в боковых полках отверстиями 5 для подвески отрезков цепей. Продевая «С»-образное звено 2 в оконечное звено отрезков цепи (плетей) 3, подвешивают плети 3, зацепляя звенья 2 за отверстия 5. Количество подвешиваемых плетей 3 должно соответствовать требуемому коэффициенту затенения (см. фиг.2). Затем, используя «С»-образные звенья 2, соединяют отрезки цепей 3 между собой и закрепляют плети 3 по периметру сечения выработки 6, формируя таким путем проницаемую цепную перемычку.
Ударная воздушная волна, двигаясь по выработке и взаимодействуя с телом перемычки, теряет свою интенсивность. Полученные экспериментальные данные подтверждают эффективность подавления УВВ высокой интенсивности такими преградами.
При необходимости доступа персонала или перемещения оборудования в изолируемую часть выработки снимают некоторое количество «С»-образных звеньев 2, соединяющих плети между собой, и, раздвигая цепи, освобождают проход.
Использование предлагаемого устройства для ослабления энергии ударных воздушных волн позволяет:
- отказаться от использования при создании перемычки специальных дорогостоящих материалов и сложных конструкций;
- значительно снизить стоимость изготовления проницаемой перемычки, поскольку все составные части устройства могут быть изготовлены непосредственно на месте применения из материалов (отрезки цепей), широко используемых для производственных целей и выработавших свой ресурс, но вполне пригодных для формирования перемычки;
- обеспечить при необходимости свободный доступ персонала и оборудования в изолируемую зону горной выработки путем снятия ряда «С»-образных звеньев, что позволяет раздвигать перемычку;
- снизить эксплуатационные расходы и упростить техническое обслуживание.
Таким образом, обоснование возможности реализации предлагаемого устройства для ослабления энергии ударных воздушных волн подтверждается всей совокупностью признаков, приведенных в описании, принципом действия и чертежами.