СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ АТМОСФЕРЫ И ЛОКАЛИЗАЦИИ ВЗРЫВОВ И ПОЖАРА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ

Решение относится к горному делу и предназначено для предупреждения возникновения и распространения взрывов метанопылевоздушной смеси по горным выработкам угольных шахт, опасных по газу метану и угольной пыли.
Известно, что одним из основных средств локализации взрывов являются концентрированные водяные заслоны (ПБ 05-618-03, п.п.297-299). При этом длина водяных заслонов должна быть не менее 30 м. Количество воды в заслоне определяется из расчета 400 кг (литров) на 1 м поперечного сечения выработки. Водяные заслоны выполняются из не менее 4 рядов сосудов с водой и полок, устанавливаемых под кровлей. Работа таких заслонов недостаточно надежна. Полки и сосуды не всегда срабатывают в аварийных ситуациях. Обслуживание их трудоемко и затратно.
Известно устройство контроля аварийной загазованности пространства (патент РФ №2 124 745, G01W 1/00, опубл. 10.01.1999), содержащее аппарат контроля, соединенный с несколькими датчиками фиксации нижнего предела взрываемости газовой смеси. Каждый датчик включает блок формирования сигналов о появлении нижнего предела взрываемости метановоздушной смеси, блок принудительного воспламенения взрывчатой среды в камере сгорания, фиксатор воспламенения, преобразователь напряжения, датчик давления, фотоприемник, блок обработки информациии и направления ее в аппарат контроля аварийной загазованности. При фиксации нижнего предела взрываемости смеси срабатывают блоки отключения электроэнергии и звуковой и речевой сигнализации.
Такое устройство характеризуется повышенной технической сложностью, насыщенностью измерительной аппаратурой.
Наиболее близким к предлагаемому по выполняемой функции является устройство автоматической локализации взрывов и пожаров в горных выработках (патент РФ №2 278 270, Е21F 5/00, опубл. 20.06.2006). Устройство содержит аппарат контроля аварийной загазованности на участке А-Б и ряд датчиков фиксации нижнего предела взрываемости метановоздушной смеси, и датчик контроля ударной волны, которые с помощью элемента ″2 ИЛИ″ воздействуют на средство выпуска сжатого воздуха из баллона и снижения взрывной концентрации газовой смеси до безопасной (до 1% по объему метана) для возобновления работ на участке. Также устройство содержит датчик ударной волны, датчик пламени и датчик открытого пожара, которые через элемент ″3 ИЛИ″ воздействуют на блок подавления взрыва, действующий путем принудительной подачи на участок А-Б взрывопламя-гасящего вещества.
Недостатком данного устройства является недостаточно надежная работа средств локализации и подавления взрывов и пожаров в связи с ограниченностью объемов блоков подавления. Недостатком также является отсутствие средств сигнализации и оповещения персонала об аварийной ситуации.
Задачей данного технического решения является повышение надежности и эффективности работы основного узла локализации и подавления метанопылегазовой смеси за счет того, что его устройство позволяет использовать неограниченное количество подавляющего вещества, и повышение надежности работы системы в целом за счет выполнения узлов контроля состояния атмосферы в горных выработках на базе микропроцессорной техники.
Поставленная задача решается за счет того, что в системе автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках, включающей устройство контроля параметров атмосферы, соединенное с датчиками фиксации концентраций составляющих метанопылегазовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости, а
также устройство подавления и локализации взрывов и пожара, предлагается в качестве устройства подавления взрывов и пожара использовать устройство водяной завесы, подсоединенное к сети пожарного водоснабжения.
При этом в качестве дополнительного устройства подавления взрывов ввести гаситель фронта взрывной волны в виде перегородки, устанавливаемой после водяной завесы.
И устройство контроля параметров атмосферы выполнить в виде контроллера, принимающего сигналы от датчиков фиксации концентраций составляющих газовой смеси, и, при фиксации концентраций нижнего предела взрываемости, передающего управляющие сигналы на устройство подавления взрывов и пожара.
В качестве датчиков фиксации концентраций составляющих метано-пылегазовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости использованы: датчик метана, датчик окиси углерода, датчик пыли, датчик температуры.
Кроме того, устройство водяной завесы, подсоединенное к сети шахтного пожарного водоснабжения, содержит узел управления и выполнено в виде ряда форсунок или нескольких рядов форсунок, размещенных по периметру горной выработки.
В систему также введено устройство тревожной сигнализации в виде средства громкоговорящей связи и сигнала сирены, которое подсоединено к устройству контроля параметров атмосферы.
А устройство контроля параметров атмосферы соединено с наземным пунктом слежения за состоянием атмосферы горной выработки.
Решение поясняется прилагаемым чертежом, представляющим схему соединения узлов предлагаемой системы.
Система автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках содержит:
- датчики фиксации концентраций метанопылегазовой смеси до их нижних пределов взрываемости в горной выработке: датчик метана 1, датчик
пыли 2, датчик окиси углерода 3, датчик температуры 4. Датчики 1-4 могут быть помещены как отдельно, так и в едином блоке 5;
- устройство контроля параметров атмосферы в выработке в виде контроллера 6, к которому электрически подсоединены датчики 1-4;
- узел 7 управления водяной завесой, электрически соединенный с контроллером 6, подсоединенный к устройству 8 водяной завесы, при этом узел 7 подсоединен к сети шахтного пожарного водоснабжения;
- манометр 9, подсоединенный к контроллеру 6 и регулирующий давление воды в устройстве 8 водяной завесы через узел управления 7;
- гаситель 10 фронта взрывной волны, установленный последовательно за устройством 8 водяной завесы;
- устройство 11 тревожной сигнализации, соединенное с контроллером 6;
- наземный пункт 12 контроля состояния атмосферы в горной выработке, состоящий из контроллера с дисплеем, подсоединенного к подземному контроллеру 6.
Система работает следующим образом.
Рабочая атмосфера в горной выработке, т.е. состояние метанопылегазовой смеси, фиксируется датчиками 1-4 метана, пыли, окиси углерода, температуры. Данные измерения концентраций параметров получают путем опроса всех датчиков 1-4 или нескольких блоков 5 датчиков, устанавливаемых в горной выработке и подсоединяемых к подземному устройству контроля состояния атмосферы в виде контроллера 6. При фиксации каким - либо из датчиков критической точки измерения параметра, т.е. нижнего предела взрываемости метанопылевоздушной смеси, на предаварийной стадии контроллером 6 вырабатываются командные импульсы на включение узла управления 7 устройства 8 водяной завесы, подсоединенного к сети шахтного пожарного водоснабжения. Узел управления 7 срабатывает при подаче команды от контроллера 6 на электромагнитный вентиль манометра 9.
Конструкция и конфигурация водяной завесы, например, в виде ряда или рядов форсунок, устанавливаемых по периметру горной выработки, определяется расчетным путем. Исходя из условий применения, рассчитываются гидравлические параметры завесы: интенсивность водоподавления, глубина завесы, тип распылителей (форсунок), диаметры подводящих трубопроводов и др.
Узел управления 7 открывает и пропускает воду к форсункам устройства 8 водяной завесы, в котором давление воды регулируется манометром 9. За счет интенсивного теплообмена между распыляемой форсунками водой, пламенем метанопылевоздушной смеси и нагретыми пожарными газами происходит гашение пламени и энергии ударной волны взрыва.
В случае неполного подавления ударной волны взрыва водяной завесой ударная волна может распространиться за пределы водяной завесы. В таком случае гашение взрывной волны производится гасителем 10, например, в виде перегородки, действующей аналогично срабатыванию оружейного глушителя. При этом, может быть установлена серия последовательных гасителей после водяной завесы в горной выработке.
Одновременно с включением устройств подавления и локализации взрывов и пожара контроллер 6 включает устройство 11 тревожной сигнализации в виде громкоговорителя и сирены, оповещающей о предаварийной или аварийной ситуации в горной выработке. Сигналы с контроллера 6 передаются также в наземный пункт 12 контроля состояния атмосферы в горной выработке для принятия всех необходимых мер, требуемых в таких ситуациях.
Вся текущая информация в реальном масштабе времени поступает на наземный пункт 12 горного диспетчера, в котором архивируется и может быть просмотрена на дисплее за любой промежуток времени.
На дисплей пункта 12 с контроллера 6 можно вызвать текущую информацию по любому датчику 1-4, и с помощью клавиатуры провести диагностику всех составляющих системы. К контроллеру 6 может быть подключено
несколько блоков 5 датчиков на расстоянии до 5000 метров, асстояние между наземным пунктом 12 и подземным контроллером 6 может быть до 10000 метров. Передача информации осуществляется по искробезопасным кабелям, подсоединенным к сети электроснабжения. Наземный пункт 12 и контроллер 6 изготовлены на базе серийной микропроцессорной техники.
Система автоматического контроля состояния атмосферы в горных выработках в процессе эксплуатавции находится в следующих режимах:
- рабочий (постоянный), ведется измерение параметров, анализ и регистрация информации;
- аварийный (до ликвидации взрыва), работает устройство водяной завесы и гаситель в горной выработке, а также тревожная сигнализация;
- регламентный, проводятся работы по техническому обслуживанию.