УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ УДАРНЫХ ВОЗДУШНЫХ ВОЛН
DEVICE FOR REDUCTION OF INTENSITY OF SHOCK AIR WAVE

Изобретение относится к области средств, обеспечивающих повышение уровня безопасности в горной промышленности, и может использоваться для временной изоляции горной выработки и защиты персонала (в том числе, персонала горноспасателей при проведении аварийно-спасательных работ) и рудничного оборудования при воздействии ударных воздушных волн (УВВ).
Известна надувная, эластичная, быстровозводимая, защитная перемычка, выполненная в виде полого торообразного тела, вытянутого в направлении оси выработки, с центральным отверстием, перекрываемым парашютным конусным затвором, которая обеспечивает изоляцию аварийного участка при воздействии УВВ (патент РФ 2153583, МПК E21F 5/00 от 29.07.96 г.).
Известно устройство локализации энергии взрывной волны (патент РФ 2153075, МПК E21F 5/00 от 2.09.96 г.), включающее фильтрующее полотно парусины с разгрузочными окнами, в одном из которых установлена эластичная, замкнутая перекрывающая сечение выработки оболочка, выполненная в виде продольного надувного тела из воздухонепроницаемого материала.
Общим недостатком этих устройств являются трудности их использования при изменении (уменьшении, увеличении) размеров сечения выработки и сложном рельефе стенок выработки.
Известна надувная перемычка (патент РФ 2153074, МПК E21F 5/00 от 19.08.96 г.), выполненная в виде надувного тела из эластичного воздухонепроницаемого материала с запорными клапанами и автономным источником подачи сжатого газа. Ввиду того, что это устройство наиболее близко к предлагаемому техническому решению, оно принято за прототип.
Устройство представляет собой торообразную надувную перемычку с перегородкой, перекрывающей центральное отверстие, оснащенную системой наддува от вентилятора местного проветривания через гибкий воздухопровод с запорными и сбрасывающими избыточное давление клапанами или от автономного источника подачи сжатого газа. Прототипу присущи следующие недостатки:
- ограниченные эксплуатационные возможности, заключающиеся в трудности обеспечения полного перекрытия сечения горной выработки при изменении размера, конфигурации выработки и сложном рельефе стенок;
- трудность обеспечения надежного перекрытия центрального отверстия торообразного надувного тела клапаном при воздействии УВВ;
- применение для наддува торообразной оболочки вентилятора местного проветривания не позволяет создать внутри оболочки высокий уровень избыточного давления, необходимый для плотного прижима тела оболочки к стенкам горной выработки;
- большие объемы и веса такой конструкции надувной перемычки, что создает трудности при доставке и ее монтаже.
Указанные недостатки устраняются в предлагаемом техническом решении, сущность которого заключается в том, что в устройстве для снижения интенсивности ударных воздушных волн, включающем надувную перемычку из эластичного, воздухонепроницаемого материала с запорными клапанами и автономным источником подачи сжатого газа, перемычка выполнена в виде изолированных, ориентированных вдоль горной выработки осесимметричных модулей, состоящих из набора эластичных надувных емкостей-отсеков, при этом модули послойно установлены в поперечном сечении горной выработки, а ось симметрии в каждом последующем слое смещена относительно оси последующего слоя на величину, равную половине шага размещения в модуле надувных емкостей-отсеков.
Надувные емкости-отсеки выполнены в виде призмы с поперечным сечением, соответствующим одной из четырех форм: круглой, треугольной, квадратной или шестигранной формы.
Торцевые поверхности надувных емкостей-отсеков, ориентированные навстречу ударной волне, выполнены в виде одной из трех форм: конической, сферической или оживальной.
Кроме того, надувные емкости-отсеки дополнительно снабжены силовыми чехлами.
Модули, составляющие перемычку, соединены между собой и с контуром горной выработки с помощью силовых элементов, например стренгов.
Предлагаемая совокупность отличительных признаков реализуется за счет использования для формирования надувной перемычки модульных конструкций, состоящих из набора гибких, упругих надувных емкостей-отсеков, объединенных в надувные модули (типа «надувной матрац»). Модули надувные, ориентированные вдоль горной выработки, устанавливаются послойно в перекрываемом сечении и скрепляются друг с другом и по периметру выработки силовыми элементами, например стренгами.
Для обеспечения плотной укладки модулей при послойной их раскладке каждый последующий модуль сдвигается относительно предыдущего на величину, равную половине шага размещения надувных емкостей-отсеков в модуле.
Кроме того, с целью обеспечения более плотной укладки модулей надувных в перекрываемом сечении надувные емкости-отсеки выполнены в виде призмы с поперечным сечением круглой, треугольной, квадратной или шестигранной формы.
При перекрытии горной выработки с помощью модульных конструкций совокупность надувных емкостей-отсеков формирует фронтальную поверхность, с которой взаимодействует ударная воздушная волна. Поэтому для обеспечения эффективного ослабления интенсивности УВВ торцевые (фронтальные к ударной волне) поверхности надувной емкости-отсека выполнены в виде конической, сферической или оживальной формы.
Ударная воздушная волна, воздействуя на перемычку, может разрушать часть надувных оболочек, поэтому для повышения устойчивости таких оболочек надувные емкости-отсеки дополнительно снабжаются силовым чехлом.
Проведенные экспериментальные и теоретические исследования показали возможность ослабления интенсивности ударных воздушных волн в случае применения эластичных, многомодульных надувных перемычек.
На фиг.1 показан вариант размещения устройства в сечении горной выработки. На фиг.2 показаны модуль надувной и надувная емкость-отсек.
Устройство для снижения интенсивности ударных воздушных волн в горной выработке включает надувные емкости-отсеки 1, из которых формируются модули надувные 2, размещаемые послойно в перекрываемом сечении горной выработки 3. Модули надувные 2 соединяются между собой силовыми элементами 4, например стренгами, кроме того, каждый модуль 2 скрепляется силовыми элементами 4 с боковыми стенками выработки 3, а верхний и нижний модули 2 скрепляются с кровлей и почвой выработки 3.
2
Надувная перемычка реализуется следующим образом. В перекрываемом сечении горной выработки 3 укладываются друг на друга модули надувные 2 («матрацы») и соединяются между собой силовыми элементами 4. Количество модулей 2, размещаемых в сечении выработки 3, и размеры модулей (т.е. число надувных емкостей-отсеков 1 в модуле 2), а также порядок укладки модулей 2 определяется с учетом размеров и формы перекрываемого сечения. Так, например, для перекрытия сечения площадью F=7,5 м(диаметр ~3,1 м) достаточно 5 модулей надувных, уложенных снизу вверх в следующем порядке: один модуль из 7-и надувных емкостей (элементов), два модуля из 8-и элементов, один 7-и элементный модуль и один 6-и элементный модуль. Диаметр надувной емкости-отсека равен 53 см.
После укладки модулей 2 осуществляют одновременный наддув надувных емкостей 1 от источника сжатого газа. Для предотвращения утечки газа каждый надувной элемент 1 оснащен обратным клапаном 5, в качестве которого может быть использован автомобильный ниппель. В качестве источника давления могут быть использованы либо баллоны высокого давления, либо газогенерирующие устройства.
Фрагмент более плотной укладки модулей 2 в горной выработки показан на фиг.2 на примере надувных емкостей-отсеков с поперечным сечением квадратной формы. Остальные варианты исполнения надувных емкостей укладываются по аналогии.
Для обеспечения дополнительной защиты надувных емкостей-отсеков 1 при взаимодействии с УВВ и с поверхностью горной выработки они (надувные емкости) помещаются в силовую оболочку 6.
В процессе наддува надувных емкостей-отсеков 1 нижний и верхний модули 2 скрепляются с кровлей и почвой горной выработки 3.
Одновременный наддув надувных емкостей-отсеков позволяет за счет незначительной деформации эластичных оболочек при их взаимодействии между собой и со стенками выработки перекрыть сечение выработки даже с учетом сложного рельефа ее стенок и коммуникаций, размещаемых на стенках (трубопроводы, воздуховоды, кабели и др.).
изб
2
При создании в надувных емкостях-отсеках 1 достаточно большого внутреннего давления (Р>0,3 кгс/см) и введении небольшой избыточности числа надувных емкостей возникает эффект «распирания» тела перемычки в перекрываемом сечении и обеспечивается плотный прижим оболочек друг к другу и к поверхности выработки по всему периметру (без щелей). Высокое давление наддува модулей повышает силы сцепления тела перемычки с контуром выработки и усилия, требующиеся для сдвига всей перемычки при воздействии УВВ.
Ударная воздушная волна, распространяясь по горной выработке, взаимодействует с телом модульной перемычки и за счет упругой деформации оболочек (из которых состоят модули) теряет свою энергию.
Использование предлагаемого устройства для снижения интенсивности ударных воздушных волн позволяет:
- повысить уровень безопасности ведения горноспасательных работ при ликвидации аварийных ситуаций;
- обеспечить мобильность формирования надувной перемычки за счет модульного принципа построения конструкции перемычки, что позволяет доставлять ее малыми (по весу и объему) частями к месту установки;
- обеспечить надежную герметизацию выработок любого сечения со сложным рельефом стенок;
- улучшить эксплуатационные возможности, т.к. за счет использования ограниченного набора типо-размеров модулей надувных (количества надувных элементов в модуле) представляется возможность обеспечить перекрытие поперечного сечения различных размеров и конфигураций;
- обеспечить высокую технологичность изготовления модульной перемычки в серийном производстве.
Таким образом, обоснование возможности реализации предлагаемого устройства для снижения интенсивности ударных воздушных волн подтверждается всей совокупностью признаков, приведенных в описании, принципом действия и чертежами.