МАКЕТ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ВЗРЫВОВ ПЫЛИ И МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Название полезной модели.
Макет подготовительной выработки для демонстрации взрывов пыли и метановоздушной смеси
Область техники, к которой относится полезная модель.
Обучение и подготовка инженерно-технических работников и рабочих угольных предприятий и предприятий горнорудной промышленности.
Уровень техники.
Известна учебная модель, имитирующая взрыв метановоздушной смеси в шахтной выработке, разработанная Восточным научно-исследовательским институтом по безопасности работ в горной промышленности (далее ВостНИИ) в порядке выполнения научно-исследовательской работы с целью использования в качестве технического средства обучения по теме «Газовый режим» в угольных шахтах при подготовке подземных горнорабочих в системе учебно-курсовых комбинатов, а также для инструктажа горнорабочих на шахтах.
Вышеуказанная модель разработана в соответствии с «Руководством по изготовлению и использованию в учебном процессе модели, имитирующей взрыв метановоздушной смеси в шахтной выработке, ВостНИИ, Кемерово, 1985 г.» и представляет собой в масштабе 1:10 пятиметровый участок конвейерного штрека, закрепленного деревянной трапециевидной одностоечной крепью. Передняя и одна из торцевых стенки модели выполнены из оргстекла и позволяют видеть внутреннюю часть
штрека, в которой расположены: магнитный пускатель, линейная часть скребкового конвейера и муляж горнорабочего. Подпружиненная дверка, закрывающая одну из торцевых стенок модели, служит выпускным клапаном для избытка газов при воспламенении смеси. Электрическая схема, включающая магнитный пускатель, искрящийся на вводе кабеля из-за «пробоя изоляции», тлеющую сигарету во рту муляжа горнорабочего и освещение выработки с помощью штепсельной вилки подключается к осветительной сети напряжением 220 В.
Модель, в зависимости от количества закачиваемого газа, позволяет демонстрировать «взрыв» или «вспышку» метана.
Для демонстрации модель устанавливается на столе преподавателя и с помощью электрошнура с вилкой подключается к штепселю осветительной сети помещения. К штуцеру на задней стенке шлангом подсоединяется система подачи газа.
Для моделирования взрыва в полость штрека закачивается метан в количестве 8-9% (3,2...3,6 л), после чего включается нажатием пусковой кнопки источник воспламенения - пускатель, в котором из-за «пробоя изоляции» возникает электрическая дуга на вводе кабеля.
От тепла электрической дуги происходит кратковременная вспышка длительностью порядка 0,01 с сопровождаемая ярким свечением и резким звуком, напоминающим звук слабого взрыва, с одновременным падением фигурки горнорабочего. Избыток газов - продуктов вспышки - выходит из полости модели через дверку, которая отбрасывается давлением газов.
Для демонстрации «вспышки» газ закачивается в количестве 12-15% (4,8-6,0 л). При этом в результате воспламенения смеси происходит негромкий выхлоп газов, сопровождаемый свечением продолжительностью до 0,1 с, после чего в выработке видны бегающие огни, являющиеся следствием догорания избытка газа.
Перед демонстрацией повторного «взрыва» или вспышки» необходимо открыть дверку и через торец штрека продуть его полость путем нескольких резких вдохов ртом.
Муляж горнорабочего должен быть снова установлен в вертикальное положение. Обучаемым может быть продемонстрирован взрыв метановоздушной смеси, инициированной тлеющей сигаретой», находящейся во рту муляжа горнорабочего. Для этого, после закачивания метана, замыкается контакт «сигареты» и, после того, как она накалится до видимого свечения, замыкается на короткий период контакт «пускателя». Взрыв происходит в результате искрения, но у наблюдающих создается впечатление, что инициатором взрыва является «сигарета».
Модель можно использовать в качестве тренажера по предмету «газовый режим» путем контроля содержания метана и углекислого газа в атмосфере модели штрека. С этой целью после закачивания метана в модель, свинчивается колпачок со штуцера, установленного в прозрачной торцевой стенке выработки, на штуцер надевается конец шланга от интерферометра «ШИ», в который набирается проба воздуха, содержащая метан, после чего колпачек снова навинчивается.
После взрыва таким же образом набирается проба воздуха для замера содержания углекислого газа.
Раскрытие полезной модели.
Макет подготовительной выработки для демонстрации взрывов пыли и метановоздушной смеси (далее Макет) предназначен для обучения и подготовки инженерно-технических работников и рабочих угольных предприятий и предприятий горнорудной промышленности.
Макет позволяет демонстрировать аудитории все, что демонстрирует прототип - учебная модель, разработанная ВостНИИ, имитирующая взрыв метановоздушной смеси в шахтной выработке (см. рис 1):
- взрыв метановоздушной среды в полости модели тупиковой части подготовительной выработки 1 закачивая в нее метан взрывной концентрации (9,5%, 5%, 15% и др.) и после этого включая нажатием пусковой кнопки устройства для воспламенения метановоздушной среды 7 источник воспламенения - магнитный пускатель, в котором из-за «пробоя изоляции» при обрушении пород кровли 16 выработки возникает электрическая дуга на вводе электрического кабеля 2;
- открывание дверей в вентиляционной перемычке 4 и падение муляжа горнорабочего 5, установленных в модели тупиковой части подготовительной выработки 1 от воздействия ударной волны взрыва;
- звуковое и световое сопровождение взрыва метановоздушной среды, оказывающее эмоциональное воздействие на аудиторию;
- взрыв метановоздушной смеси, инициированной тлеющей сигаретой», находящейся во рту муляжа горнорабочего 5;
- использовать Макет в качестве тренажера по ведению контроля содержания метана и углекислого газа в атмосфере в модели тупиковой части подготовительной выработки 1.
Кроме этого дополнительно Макет позволяет:
- вести непрерывный контроль концентрации метана в полости модели тупиковой части подготовительной выработки с помощью стационарного датчика контроля метана 9;
- демонстрировать срабатывание сланцевого заслона 15 от ударной волны взрыва с частичным погашением им подходящего фронта пламени при его установке с отступлениями от требований нормативных документов;
- демонстрировать аварийную остановку вентиляторов 10, 11 местного проветривания проветривающих тупиковую часть
подготовительной выработки 1 и отключение электроэнергии в выработках 1 и 14;
- имитировать взрыв пылеметановоздушной среды.
Краткое описание чертежей.
Макет подготовительной выработки для демонстрации взрывов пыли и метановоздушной среды представлен на рисунке 1.
Макет подготовительной выработки для демонстрации взрывов пыли и метановоздушной смеси включает в себя:
- модель тупиковой части подготовительной выработки 1;
- модель электрического кабеля 2;
- модель магнитного пускателя 3;
- вентиляционная перемычка с дверью 4;
- муляж горнорабочего 5;
- устройство для подачи метана 6;
- устройство для воспламенения метановоздушной среды 7;
- электрошнур с вилкой 8;
- стационарный датчик контроля метана 9;
- модель вентиляторной установки местного проветривания с рабочим 10 и резервным 11 вентиляторами;
- модель вентиляционного трубопровода 12;
- устройство для подачи пыли 13;
- горной выработки 14;
- модель сланцевого заслона 15;
- модель обрушенной горной породы 16;
- модель осветительной сети 17.
Осуществление полезной модели.
Макет подготовительной выработки для демонстрации взрывов пыли и метановоздушной среды представляет собой модель горной выработки 14 при мыкающей к модели тупиковой части подготовительной выработки 1 передние стенки которых и торцевая стена модели тупиковой части подготовительной выработки выполнены из оргстекла толщиной 8-10 мм и позволяют видеть внутреннюю часть макета. Задняя, верхняя и нижняя часть макета выполнены из стального листа толщиной 2-3 мм и деревянного каркаса.
Во внутренней части модели тупиковой части подготовительной выработки 1 расположены модели: электрического кабеля 2; магнитного пускателя 3, вентиляционной перемычки с двухстворчатой дверью 4, муляж горнорабочего 5, вентиляторной установки местного проветривания с рабочим 10 и резервным 11 вентиляторами, вентиляционного трубопровода 12, сланцевого заслона 15, обрушенной горной породы 16, осветительной сети 17. На задней стенке модели тупиковой части подготовительной выработки 1 монтируются устройства для подачи метана 6 и угольной пыли 13. Производится монтаж устройства для воспламенения метановоздушной среды 7 и подключение электрошнура с вилкой 8.
Двухстворчатая дверь в вентиляционной перемычке 4, служит выпускным клапаном для избытка газов при воспламенении смеси.
Для демонстрации макет устанавливается на столе преподавателя. Электрическая схема, включающая магнитный пускатель 3, искрящийся на вводе электрического кабеля 2 из-за «пробоя изоляции» и осветительная сеть 17 макета с помощью электрошнура с вилкой 8 подключается к осветительной сети напряжением 220 В. К штуцеру на задней стенке шлангом подсоединяется система подачи газа и пыли.
Показания стационарного датчика контроля метана 9 могут быть выведены на экран и продемонстрированы аудитории.
Перед началом демонстрации Макета включается в работу рабочий вентилятор 10 модели вентиляторной установки местного проветривания (вращаются лопасти вентилятора и слышен характерный звук) и включается освещение 17 в Макете.
Затем доводится до аудитории, что произошло обрушение горной породы 16 в тупиковой части подготовительной выработки 1 и в результате этого отключилась электроэнергия, остановился рабочий вентилятор местного 10, а резервный вентилятор 11 из-за неисправности не включился. Началось загазирование тупиковой части подготовительной выработки 1. Концентрация метана достигло взрывоопасного значения. Неправильные действия работников привели к включению электроэнергии в тупиковой части подготовительной выработки 1 и взрыву метановоздушной среды.
Макет, в зависимости от количества закачиваемого газа, позволяет демонстрировать взрыв метановоздушной среды различной мощности. При закачивании в полость модели тупиковой части подготовительной выработки 1 метана 9,5% (2,5 л) демонстрируется взрыв максимальной мощности. При закачивании в полость модели тупиковой части подготовительной выработки 1 метана 5%, или 15% (соответственно 1,3 л и 3,9 л) демонстрируется взрыв минимальной мощности.
3
Кроме этого макет позволяет имитировать взрыв пылеметановоздушных среды, например, демонстрируется аудитории отсутствие взрыва метановоздушной среды при концентрации метана 2% (0,5 л). Далее демонстрируется, что при этой концентрации и добавлении угольной пыли (3000 мг/м) происходит взрыв. Для этого незаметно для аудитории в камеру с помощью устройства для подачи метана 6 закачивается 9,5% метана и с помощью устройства для подачи пыли 13 нагнетается инертная пыль темного цвета (сажа) и производится взрывание.
Звуковое и световое сопровождение взрыва метановоздушной среды оказывает эмоциональное воздействие на аудиторию, способствует лучшему
усвоению материала и выработке отрицательного образа в подсознании человека.
От ударной волны взрыва срабатывает сланцевый заслон 15 и частично гасит подходящий фронт пламени. Аудитории делается пояснение, что полного погашения ударной волны не происходит, так как сланцевый заслон установлен с отступлениями от требований нормативных документов.
Перед демонстрацией повторного взрыва необходимо:
- продуть полость модели тупиковой части подготовительной выработки 1 сжатым воздухом;
- установить муляж горнорабочего 5 снова в вертикальное положение;
- закрыть двери в вентиляционной перемычке 4;
- восстановить сланцевый заслон 15;
Обучаемым может быть продемонстрирован взрыв метановоздушной смеси, инициированной тлеющей сигаретой», находящейся во рту муляжа горнорабочего 5. Для этого, после закачивания метана, замыкается контакт «сигареты» и, после того, как она накалится до видимого свечения, замыкается на короткий период контакт «пускателя». Взрыв происходит в результате искрения, но у наблюдающих создается впечатление, что инициатором взрыва является «сигарета».
Макет можно использовать в качестве тренажера по ведению контроля содержания метана и углекислого газа в атмосфере модели тупиковой части подготовительной выработки. С этой целью после закачивания метана в Макет, к закачивающему штуцеру подсоединяется конец шланга от шахтного интерферометра (ШИ-12) и производится измерение после чего на штуцер устанавливается заглушка.
После взрыва таким же образом измеряется содержание углекислого газа.