УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВОВ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ И (ИЛИ) УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ
LOCALISATION DEVICE OF EXPLOSIONS OF METHANE-AIR MIXTURE AND (OR) PULVIRISED COAL

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам и устройствам локализации взрывов метанавоздушной смеси и (или) угольной пыли.
Известен способ локализации метановоздушной смеси и (или) угольной пыли в подземных горных выработках и устройство для его осуществления (патент №2342535). Сущность этого способа заключается в формировании на пути распространения фронта пламени по горным выработкам взрыволокализирующих заслонов. Способ осуществляется специальным взрыволокализирующим устройством, использующим энергию сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления, с пламегасящим порошком, формирующим заслон на пути распространения фронта пламени по горным выработкам, в виде облака пламегасящего порошка во взвешенном состоянии и обладающего свойствами флегматизации пылевоздушных смесей и ингибирования метановоздушных смесей. Этот эффект достигается за счет опережающего формирования заслона в горной выработке - до прихода фронта пламени к охраняемому участку. Очевидно, что ускорение процесса формирования воздушно-порошкового облака (взрыволокализирующего заслона) на пути распространения фронта пламени является существенным для повышения надежности и эффективности указанного способа.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату изобретения, аналогом, принятым за прототип, является устройство локализации взрывов, описанное в патенте РФ №2342535, фиг.6 и фиг.7, с аксиальным расположением сферического скользящего механизма до и после срабатывания, соответственно.
Прототип характеризуется следующими особенностями и недостатками. Процесс срабатывания взрыволокализующего устройства от момента воздействия воздушной ударной волны на приемный щит с выносной штангой до момента истечения сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления в бункер слагается из времен: Т1 - время смещения приемного щита с выносной штангой со скользящей муфтой; Т2 - время перемещения шариков по радиальным расточкам; Т3 - время перемещения золотника и открывание выхлопных отверстии, т.е. начало истечения сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления в бункер и смешивание с пламегасящим порошком и выбрасывание этой смеси в горную выработку. Очевидно, что сокращение времени на процесс истечения газа в бункер для его смешивания с пламегасящим порошком (т.е. подготовка смеси, выбрасываемой в горную выработку) повысит надежность и эффективность опережающего формирования на пути распространения фронта пламени воздушно-порошкового облака (взрывозащитного заслона) на охраняемом участке.
Целью изобретения является повышение надежности и эффективности формирования воздушно-порошкового облака (взрывозащитного заслона) за счет ускорения процесса образования воздушно-порошкового облака и его выбрасывания в горную выработку на пути распространения фронта пламени.
Эта цель достигается тем, что устройство включает рабочую камеру, коаксиально размещенную в бункере, заполненном пламегасящим порошком и перекрытом легкоразрушаемой диафрагмой, металлическую выносную штангу с приемным щитом, при этом хвостовая часть рабочей камеры снабжена вспомогательной камерой емкостью, меньшей по сравнению с рабочей камерой, в которой размещен дифференциальный золотник с обратным клапаном, разделяющим эти камеры, при этом в корпусе вспомогательной камеры выполнены центральный и радиальный воздухосбрасывающие каналы, перекрытые, в ждущем режиме, скользящей муфтой, кинематически связанной с выносной штангой и приемным щитом, при этом на контуре скользящей муфты выполнены отверстия (окна), сообщающиеся с внешней средой (атмосферой), с возможностью их совмещения с радиальными каналами при перемещении скользящей муфты на соответствующую величину под воздействием на приемный щит воздушной ударной волны - внешней силы.
Эта цель достигается также тем, что в корпусе вспомогательной камеры выполнен центральный ступенчатый канал, перекрытый в ждущем режиме калиброванной диафрагмой, к которому приставлен пуансон, выполненный в виде полого тонкостенного калиброванного цилиндра, полость которого сообщена с внешней средой (атмосферой) через радиальные каналы, выполненные в корпусе скользящей муфты, с возможностью срезания (разрушения) калиброванной диафрагмы пуансоном и сообщения емкости вспомогательной камеры, через систему каналов, с внешней средой (атмосферой), при перемещении скользящей муфты во внутрь под воздействием внешней силы.
На фиг.1 и на фиг.2 изображено устройство до срабатывания (в ждущем режиме) и после срабатывания соответственно, на фиг.3 и фиг.4 - вариант устройства до срабатывания (в ждущем режиме и после срабатывания соответственно).
Изображенное на фиг.1 и фиг.2 устройство включает конусообразный заправочный бункер 1, заправленный пламегасящим порошком 2, и закрепленный у выхода бункера рассекатель (распылитель) 3. Для гидроизоляции и предотвращения высыпанная порошка бункер 1 перекрыт легкоразрушаемой диафрагмой 4. В бункере размещена коаксиально рабочая камера 5 со вспомогательной камерой 6, разделенные дифференциальным золотником 7, перекрывающим выхлопные отверстия 8. В дифференциальном золотнике 7 выполнено калиброванное отверстие с обратным клапаном 9, сообщающее рабочую и вспомогательную камеры. В хвостовой части вспомогательном камеры 6 выполнены центральный воздухосбрасывающий канал 10, пересекающийся с радиальным каналом 11. Радиальные каналы 11 перекрыты скользящей муфтой 12, в начальном - ждущем положении с выполненными на ее контуре сквозными отверстиями (окнами) 13, сообщающимися с внешней средой (атмосферой). Скользящая муфта 12 связана кинематически через гнездо 14 с выносном штангой 15 и приемным щитом 16. Рабочая камера 5 снабжена штуцером с игольчатым клапаном 17 для заполнения рабочей 5 и вспомогательной 6 камер сжатым воздухом или другим инертным газом высокого давления и штуцером для установки датчика контроля давления 18 в камерах 5 и 6. На дне камеры 6 размещена матрица 19, амортизирующая удар золотника 7 по ее дну. Кроме того, для предотвращения смещения скользящей муфты 12 направо или влево (в процессе заполнения рабочих полостей 5 и 6 сжатым воздухом или другим инертным газом высокого давления) в устройстве предусмотрен ограничитель хода - стопорный болт 20, а для предотвращения смешения золотника вглубь рабочей камеры 5 предусмотрен ограничитель хода - упор 21.
Устройство работает следующим образом. Поворотом по часовой стрелке предохранительного болта 20 до упора муфту 12 фиксируют в неподвижное положение. В бункере 1 размещают пламегасящий порошок 2, а выход бункера 1 перекрывают легкоразрушаемой диафрагмой 4, прижимая ее к корпусу бункера распылителем 3. Скользящую муфту 12 через гнездо 14 соединяют с выносной штангой 15 и приемным щитом 16. Устройство подвешивают в горной выработке на запланированном защищаемом участке. Штангу 15 поддерживают специальными крепежными деталями в горной выработке. Через штуцер 17 с игольчатым клапаном заполняют рабочую 5 и вспомогательную 6 камеры сжатым воздухом или другим инертным газом высокого давления, при этом контролируют значение давления в рабочей и вспомогательной камерах. После этого полностью вывинчивают стопорный предохранительный болт 20. В таком положении (ждущее положение) устройство подготовлено для выполнения своей функции.
При воздействии воздушной ударной волны на приемный щит 16 выносная штанга 15 толкает скользящую муфту 12 до упора вспомогательной камеры 6 (до ее корпуса), при этом совмещаются каналы 13 и радиальные каналы 11. В результате сжатый воздух или другой инертный газ высокого давления, заполняющий вспомогательную камеру 6, мгновенно истекает через каналы 10, 11 и 13 во внешнюю среду (атмосферу). В связи с мгновенным падением давления во вспомогательной камере 6 дифференциальный золотник 9 под воздействием избыточной силы справа перемещается влево, открывает выхлопные отверстия 8, через которые сжатый воздух или другой инертный газ высокого давления истекает в импульсном режиме, и бункер 1 прорывает легкоразрушаемую диафрагму 4 и, перемешиваясь с пламегасящим порошком, выбрасывается в горную выработку в виде сформированного воздушно-порошкового облака (взрыволокализирующего заслона) на пути распространения фронта пламени по горной выработке.
На фиг.3 и фиг.4 приведен вариант устройства до срабатывания и после срабатывания соответственно. Это устройство отличается тем, что в корпусе вспомогательной камеры 22 выполнен центральный ступенчатый канал 23, а скользящая муфта 24 содержит пуансон 25, в виде полого тонкостенного цилиндра, коаксиально закрепленного в ее корпусе. Вспомогательная камера 22 сообщена с внешней средой (атмосферой) через полость пуансона 25 и радиальные каналы 26, выполненные в корпусе скользящей муфты 24. Пуансон 25, в ждущем режиме, упирается режущей кромкой в калиброванную диафрагму 27, размещенную на ступеньке центрального канала 23 вспомогательной камеры 22 и поджатую втулкой 28. Таким образом, в ждущем режиме, вспомогательная камера 22 изолирована от внешней среды (атмосферы).
Устройство действует следующим образом. При взрыве метановоздушной смеси и (или) угольной пыли возникшая воздушная ударная волна - внешняя сила воздействует на приемный щит 16 и через выносную штангу 15 - на скользящую муфту 24. При условии превышения силы воздушной ударной волны, действующей на левую сторону калиброванной диафрагмы 27 (через пуансон 25) над усилием сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления, в рабочей камере 6, действующим на ту же диафрагму с правой стороны, скользящая муфта вместе с пуансоном смещается вправо. При этом пуансон 25 срезает калиброванную диафрагму 27. В результате сжатый воздух или другой инертный газ высокого давления истекает через полость пуансона 25 и радиальные каналы 26 из вспомогательной камеры 22 во внешнею среду (атмосферу), выталкивая при этом срезанную диафрагму наружу. В связи с падением давления на золотник с левой стороны он мгновенно перемещается справа налево и открывает выхлопные отверстия 8 (см. фиг.4). Далее процесс протекает по аналогии с работой устройства, изображенного на фиг.1 и фиг.2. Технический результат заключается в следующем. Как указывалось выше, процесс срабатывания у прототипа складывается из времен Т1, Т2 и Т3. В предлагаемом изобретении отпадает время Т2, и весь процесс срабатывания выполняется за время значением Т1 и Т3. Таким образом, ускоряется процесс смешивания в бункере сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления с пламегасящим порошком с последующим выбрасыванием этой смеси в горную выработку в виде воздушно-порошкового облака (взрывозащитного заслона), т.е. повышается надежность и эффективность действия устройства локализации взрывов метановоздушной смеси и (или) угольной пыли на пути распространения фронта пламени по горной выработке.