ПУНКТ КОЛЛЕКТИВНОГО СПАСЕНИЯ ПЕРСОНАЛА
PERSONNEL COLLECTIVE RESCUE STATION

Изобретение относится к горному делу, а именно к средствам обеспечения безопасности людей при возникновении в горных выработках опасной для жизни ситуации и создании непригодной для дыхания среды.
Для повышения безопасности в настоящее время на шахтах внедряется многоступенчатая система самоспасения, которая учитывает разнообразие условий разработки угольных месторождений, расположение рабочих мест шахтеров. Эта система предусматривает использование в шахтах пунктов переключения в самоспасатели (далее ППС) и пунктов коллективного спасения персонала (ПКСП).
Известен пункт коллективного спасения персонала (патент №149235, заявка №2014118166/03, дата приоритета 05.05.2014, дата публикации 27.12.2014, бюл. 36). Известный пункт состоит из передвижного жесткокаркасного герметичного корпуса, снабженного взрывоустойчивой герметичной дверью, разделенного на тамбур-шлюз и обитаемый отсек герметичной переборкой с герметичной дверью и клапаном избыточного давления между тамбуром-шлюзом и обитаемым отсеком, причем тамбур-шлюз содержит систему защищенного входа, включающую промежуточную камеру, на входе и выходе которой размещены полосовые завесы и в корпусе установлена система кондиционирования воздуха, системы автономного энергоснабжения, в промежуточной камере установлены воздушные форсунки высокого давления, присоединенные к баллонной рампе и к внешней пневматической сети. Система кондиционирования воздуха включает регенеративные патроны, систему фильтрования воздуха, включающую фильтр вредных примесей, и систему охлаждения, содержащую дополнительно водяной резервуар, соединенный с калорифером.
Недостатком известного технического решения является то, что используемые регенеративные патроны не могут задерживать частицы пыли и продукты метаболизма человека, не могут обеспечивать длительное двух-, трехдневное существование людей. Кроме того, регенерация воздуха сопровождается повышением его температуры.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание пункта коллективного спасения персонала, обеспечивающего безопасное нахождение людей в течение периода проведения спасательных мероприятий за счет пополнения недостатка кислорода в воздухе, обеспечения взрывопожаробезопасности.
Предлагается пункт коллективного спасения персонала (сокращенно ПКСП), состоящий из тамбура-шлюза, шлюзовой камеры, камеры спасения, с взрывоустойчивыми герметичными дверями и клапанами избыточного давления, защищенных противовзрывными секциями, системы вентиляции и автономного энергоснабжения. Отличием является то, что пункт оборудован в горных выработках, которые закреплены усиленной крепью из негорючих материалов, взрывоустойчивые герметичные двери установлены во врубовых усиленных взрывоустойчивых перемычках, разделяющих тамбур-шлюз, шлюзовую камеру, камеру спасения, а подача воздуха нагнетается вентилятором в камеру спасения через скважину, пробуренную с поверхности, камера спасения оборудована стационарными баками для питьевой воды, санитарными узлами и аппаратурой автоматического контроля аэрогазовой защиты, камера спасения оснащена всем необходимым для поддержания жизнедеятельности персонала, противопожарным инвентарем, необходимым запасом самоспасателей и респираторов.
Выработки, приспосабливаемые под ПКСП, а также аварийные выходы на поверхность должны быть устойчивыми при совместном воздействии на них сейсмовзрывных волн и статических нагрузок от горного давления, прочностные характеристики пород горных выработок, где размещаются ПКСП, должны быть достаточными для обеспечения устойчивости сооружения в течение всего периода эксплуатации ПКСП.
Выработки, оборудованные под ПКСП, должны быть закреплены крепью из негорючих материалов. При необходимости в ПКСП должна быть возведена теплоизоляция для защиты укрываемых людей как от высоких, так и от низких температур, а также не должны подвергаться затоплению шахтными и поверхностными водами и загазовыванию вредными газами в течение установленного срока использования этих выработок.
1
2
Сущность изобретения показана на фиг. 1 где изображена общая схема устройства пункта коллективного спасения персонала, на фиг. 2 общий вид полезной модели, на фиг. 3 показаны три варианта размещения пункта коллективного спасения персонала в горных выработках и показаны конструктивные элементы полезной модели. На фиг. 1 тамбур-шлюз обозначен 1, шлюзовая камера показана 2, камера спасения - 3. Тамбур-шлюз 1, шлюзовая камера 2, камера спасения 3 разделены между собой взрывоустойчивыми перемычками 4, в которых расположены герметичные двери 5. Взрывоустойчивые перемычки возводятся из материалов, предназначенных для возведения взрывоустойчивых перемычек (Текбленд, Эльбленд, Бетон и т.д.). Разделку врубов в выработке для перемычек следует предусматривать, как правило, механическим способом. Для увеличения сцепления перемычки с горными породами, а также на случай превышения расчетных значений давления во фронте ударной волны предусматривается усиление перемычки. Усиление перемычки 4 производят путем установки горизонтальных и вертикальных металлических балок из специального взаимозаменяемого профиля, заанкерованных по контору выработки. Минимальная толщина врубовой перемычки принимается равной максимальному значению из двух расчетных величин h и h, где:
1
h - толщина плиты перемычки, обеспечивающая ее прочность на изгиб под действием эквивалентного давления, м;
2
h - толщина плиты перемычки, обеспечивающая прочность врубовой части перемычки на срез, м.
1
Толщина h, м, обеспечивающая прочность на изгиб плиты монолитной перемычки рассчитывается по формулам:
- при b<а
- при b>а
где а - ширина выработки, м;
b - высота выработки, м;
э
ΔР - квазистатическая нагрузка, эквивалентная давлению отражения, МПа;
pacт
paст
R - нормативное сопротивление материала, используемого для возведения перемычки, на растяжение при изгибе для цементной смеси Текбленд, R=2,0 МПа;
з
з
k - коэффициент запаса прочности для материала перемычки изменяется в пределах от 0,8 до 1,0 и принимается проектом k=1,0.
2
Толщина плиты перемычки, обеспечивающая прочность ее врубовой части на срез h, м, определяется по формулам:
2
э
сдв
h=ΔP⋅a⋅b/(2⋅(a+b)⋅R),
сдв
сдв
сж
где R - нормативное сопротивление материала, используемого для возведения перемычки, на сдвиг определяется из выражения R=0,24R, МПа,
сж
сж
где R - нормативное сопротивление материала, используемого для возведения перемычки на сжатие, для цементной смеси Текбленд, R=7,5 МПа.
Защитно-герметичные и герметичные двери 5 предназначены для защиты пункта коллективного спасения персонала от проникновения ударной волны и вредных рудничных газов. Следовательно, признаки обеспечивают безопасность людей и находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
В качестве защитно-герметичных дверей проектом предусматривается использование серийно изготовляемых дверей ДУ-1-7, предназначенных для применения в убежищах гражданской обороны 1 класса. Двери выбранного типа - наиболее мощные из серийно выпускаемых отечественной промышленностью защитных дверей.
Основными элементами дверей являются полотно, коробка и механизм задраивания. Полотно представляет собой металлическую конструкцию, состоящую из листового и профильного проката и служит для перекрытия проема. Коробка двери (комингс) представляет собой раму, сваренную из профильного проката, которая служит для передачи расчетной нагрузки с полотна на ограждающие конструкции и для герметизации проема. Механизм задраивания предназначен для запирания двери и герметизации проема, т.е. плотного соединения. Механизм задраивания располагается с внутренней стороны двери, включает в себя конический редуктор, винтовые тяги с клиньями и два штурвала (рукоятки). При повороте штурвала запирающие клинья затвора прижимают полотно к коробке. Герметичность обеспечивается специальным уплотнителем из пористой резины, расположенной по периметру полотна. Таким образом обеспечиваются взрывопожаробезопасность и надежная защита персонала в период возникновения опасной для жизни ситуации. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Система подачи воздуха в камеру спасения включает в себя:
- вентилятор для подачи необходимого количества воздуха (не показан);
- воздухонагреватель для обогрева подаваемого воздуха в холодное время года (не показан);
- жесткий трубопровод подачи воздуха от вентилятора;
- скважину, пробуренную в убежище с поверхности.
Для условий шахт применительно три варианта размещения ПКСП в горных выработках, показанные на фиг. 3. Вариант 1 размещения ПКСП в специально пройденной горной выработке является наиболее предпочтительным для заявляемой полезной модели. Вариант 2 показано размещение ПКСП в сбойке между двумя выработками. При осуществлении варианта 3 требуется возведение более протяженной взрывоустойчивой перемычки, что потребует дополнительных затрат.
Предусмотрены четыре возможных варианта проветривания ПКСП:
- обеспечение укрываемых сжатым воздухом;
- обеспечение убежища системами регенерации воздуха;
- проветривание в режиме фильтровентиляционными установками воздухом, забираемым из выработок шахты;
- проветривание через скважину, пробуренную с поверхности (показано на фиг. 1).
При проветривании сжатым воздухом требуется его предварительная очистка от масляных включений и от конденсата специальным водомаслоотделителем, устанавливаемого на выпускном клапане пневмопровода, а также, чтобы исключить повреждения пневмопровода от разрушений ударной волны, необходима укладка его в приямки. Для обеспечения равномерного распределения необходимо использовать рассекатели в виде перфорированной трубы, прокладываемой по полу ПКСП. Для снижения уровня шума, создаваемого сжатым воздухом при выходе его из трубопровода, необходимо устанавливать ресивер или другое шумопоглощающее устройство. Указанные недостатки делают применение в заданных условиях этого способа неприемлемым.
Воздухообеспечение ПКСП в режиме чистой вентиляции с помощью регенерирующих установок производится с использованием регенеративных патронов, содержащих химические поглотители, очищающие воздух в следующем порядке (общий порядок): сжатый кислород подается в эжектор и извлекает предварительно очищенный воздух, обогащая его кислородом, делает пригодным для дыхания. При этом обеспечивается равномерность распределения обогащенного кислородом воздуха по всему ПКСП. При проветривании ПКСП при помощи фильтровентиляционных установок используется шахтный воздух, который засасывается вентилятором и перед подачей его в ПКСП очищается от вредных примесей при прохождении его через многослойные фильтры. Недостатком данного способа проветривания (как указано выше) является его непригодность в случаях, когда концентрация кислорода в рудничном воздухе падает или вообще отсутствует.
Проветривание ПКСП через скважину (наиболее приемлемо для заявляемой полезной модели), пробуренную с поверхности, показано на фиг. 1, и подача воздуха осуществляется за счет вентилятора (1 рабочий и 1 резервный не показаны), установленного в поверхностном модульном здании. Для обеспечения равномерного распределения используются рассекатели в виде перфорированной трубы, прокладываемой по полу ПКСП. Также скважина будет являться независимым гарантированным источником подачи воздуха с поверхности, что обеспечит неограниченное время для спасения горноспасателям и для ожидания персоналу, а при необходимости и соответствующем диаметре скважины эвакуацию через нее на поверхность. В данном случае признак обеспечивает гарантированную подачу свежего воздуха и находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Поверхностное здание пункта коллективного спасения персонала 6 расположено на поверхности и в нем находится вентилятор (не показан), который нагнетает через скважину воздух в камеру спасения 3, где создается избыточное давление. Скважина является независимым гарантированным источником подачи воздуха с поверхности, что обеспечивает необходимое время для спасения горноспасателям и для ожидания персоналу, а при необходимости и соответствующем диаметре скважины эвакуацию людей через нее на поверхность. Создаваемое избыточное давление из воздуха в камере спасения способствует вытеснению загрязненного воздуха в течение всего времени эксплуатации, в том числе и при периодическом заполнении ее людьми. Пропуск людей, укрываемых в убежище в условиях загрязненной атмосферы предусматривается со стороны исходящей из убежища струи воздуха (при нормальном режиме проветривания). Таким образом усиливается вентиляция и приток чистого воздуха. Признак находится в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.
Клапаны избыточного давления 7 предназначены для автоматического поддержания постоянного избыточного давления в смежных помещениях и для обеспечения перетекания воздуха из одного помещения в другое только в одном направлении. Клапан 7 срабатывает (открывается) за счет усиления, создаваемого избыточным давлением, на поверхность тарели и устанавливается в помещении с большим давлением. После выравнивания установленного значения перепада давления, а также при повышении давления за клапаном он под действием силы тяжести груза или давления закрывается.
Клапаны могут изготавливаться в двух модификациях:
- обычном исполнении;
- антикоррозионном исполнении из нержавеющей стали.
Могут быть использованы, например, клапаны марки КИД-100.01-500.01. В качестве материала уплотнительных прокладок используется тепломорозокислотощелочестойкая резина.
В пункте коллективного спасения персонала предусмотрено автономное энергоснабжение (на фиг. 1 не показано). Электроснабжение каждого подземного пункта коллективного спасения персонала предусматривается от поверхностного модульного здания ПКСП далее по кабель-каналам скважины, пробуренной с поверхности. Электроснабжение и освещение должно соответствовать «Правилам устройства электроустановок» и «Правилам безопасности в угольных шахтах». Модульное здание, в свою очередь, обеспечивается рабочим и резервным внешним электроснабжением.
В ПКСП при стационарном освещении для обеспечения эвакуации укрываемых людей при необходимости можно использовать переносные светильники индивидуального пользования из расчета один светильник на десять укрываемых и с учетом десяти процентного запаса. Например, можно использовать светильники индивидуального пользования СМГ В.1А.003.01.05.
Предлагаемое изобретение предназначено для размещения максимального количества персонала (пересменок); емкостей для хранения запасов питьевой воды; склада продовольствия; оборудования санитарных узлов; медицинских пунктов (санитарных постов); противопожарного инвентаря; средств индивидуальной защиты; мест для сидения и лежания персонала, а также площади для размещения пункта управления объекта и вентиляционного оборудования на поверхности (поверхностное здание ПКСП).
Дополнительно ПКСП оборудуются огнетушителями, набором медикаментов и продуктами.
В пунктах коллективного спасения персонала предусматривается создание запаса питьевой воды. Для этого используются стационарно установленные баки для хранения воды (не показаны). Баки предназначены для хранения аварийного запаса питьевой и технической воды. Данные баки изготавливаются в виде вертикальных секций прямоугольного сечения, количество секций зависит от требуемой емкости бака, допускается собирать не более 5 секций в бак. Баки снабжены патрубками для присоединения указателей уровня воды, для подачи и отвода воды, также баки снабжены в верхней части крышками для осмотра и чистки баков. Запас питьевой воды создается из расчета 2 л в сутки на одного укрываемого.
Санитарные узлы (не показаны) оборудуются резервуарами из расчета приема 2 л фекалий на одного укрываемого в сутки.
Пункт коллективного спасения персонала обеспечит надежную защиту людей в условиях аварийной ситуации в шахте и возможность их существования в течение определенного периода до их эвакуации.
Промышленная применимость изобретения доказана при ее практическом внедрении в условиях горной промышленности. Авторами разработана техническая документация на техническое перевооружение шахты Кузнецкого угольного бассейна в части оснащения выработок шахты пунктами коллективного спасения персонала.