Спасательный модуль и способ приближения его к забою
RESCUE MODULE AND METHOD FOR PROGRESSING THE MODULE TOWARD THE BOTTOM HOLE

Изобретение относится к горным работам, к камерам-убежищам на рудниках для спасения персонала в шахтах от поражающих факторов: обрушение выработки шахты, взрыв, запыленность, загазованность, пожар, сель.
Наибольшее количество аварий в шахтах и как следствие высокий травматизм происходит в зоне забоя. Многие аварии возникают так скоротечно, что шахтеры не успевают достичь безопасной зоны или убежищ.
На значительном участке выработок шахты от забоя и далее располагается множество машин, это проходческий комбайн, перегружатель, крепеукладчик, бурильная установка, бетоноукладочный комплекс и другие, кроме того возводят временную и постоянную крепь, пути выработки, монтируют коммуникации, складируют материалы, поэтому существующие убежища располагают на значительном удалении.
Известна камера-убежище по патенту RU 2416723 МПК E21F 11/00, опубл. бюл. 11, 20.04.2011 в виде стального, передвижного корпуса прямоугольной формы для хранения и перемещения палатки с системой жизнеобеспечения, включающей пневмоэлектрический газоочиститель, систему охлаждения и разворачиваемой в развернутое состояние палатки, надуваемой воздухом, причем часть палатки является шлюзом. Камера-убежище перемещается погрузчиком. Недостаток известной камеры-убежища заключается в следующем: камеру-убежище невозможно установить там, где не размещается погрузчик, рядом с забоем, так как здесь работает комплекс машин, а также в бремсбергах, параллельных людских ходках; установка на значительном удалении от забоя препятствует быстрой эвакуации шахтеров из забоя, наружная поверхность палатки обладает низкой прочностью, из поражающих факторов обеспечивает только защищенную атмосферу; во время развертывания палатки шахтеры не защищены; развертыванию могут помешать транспорт, оказавшийся в момент аварии на путях, шлюзовая камера постоянно находится в развернутом состоянии, свертывается одновременно с палаткой, занимает внутреннюю площадь палатки, ухудшает компактность камеры-убежища.
Наиболее близким к изобретению является легко перемещаемое модульное убежище и способ его сооружения по патенту RU 2529991 МПК E21F 11/00, опубл. бюл. 28, 10.10.2014. Убежище состоит из стальных прямоугольных модулей, которые телескопически раздвигаются скользящим образом и скрепляются фланцевым соединением. Крыша и стенки модулей для увеличения прочности имеют небольшой изгиб наружу. Убежище снабжено системой жизнеобеспечения, которая включает, в том числе, кислородные баллоны, неразборный шлюз, встроенный в передний модуль. Недостатки модульного убежища, которые препятствуют быстрой эвакуации из забоя в модуль и длительной защите в нем, заключаются в следующем: модули выполнены из стали, что для принятой формы стенок модулей влечет тяжелую стальную конструкцию, которую невозможно перемещать вручную, кроме того изгиб стенок наружу при обвале грунта сверху не увеличивает прочность стенок, а наоборот уменьшает, так как внецентренное сжатие приводит к потере устойчивости; нет защиты от высокой температуры; во время работ по выдвижению до выдвинутого состояния длительное время эвакуация и спасение невозможно, так как выдвижение модулей, множественное крепление болтами с герметичным уплотнением в стесненных условиях требует значительных затрат времени; модульное убежище не установить погрузчиком рядом с забоем, где работает комплекс машин, так как погрузчик постоянно находится рядом в процессе сборки модулей и длительно тормозит работу шахты, не установить погрузчиком в бремсбергах, параллельных людских ходках, часто там, где смонтирован конвейер. Поэтому модульное убежище устанавливается на значительном удалении от забоя, что препятствует быстрой эвакуации шахтеров из забоя, усложняют их спасение, при этом зона забоя удаляется от 22 до 34 метра в день; нет устройств для ускоренной транспортировки и эвакуации в модульное убежище травмированных шахтеров; в случае обрушений выработки модули не выдвинуть; короткая по длительности работа системы жизнеобеспечения, так как нет зарядки аккумуляторов и ручных приводов механизмов при отказе пневматических или электрических, шлюзовая камера постоянно находится внутри модуля и непрерывно занимает внутреннюю площадь последнего, ухудшая жизнеобеспечение, либо увеличивает габариты модуля, ухудшая возможность перемещения. Аварийного запаса кислорода снаружи не предусмотрено.
Цель изобретения - быстрая эвакуация шахтеров из зоны забоя в спасательный модуль и длительная защита в нем.
Техническим результатом является легкий без ущерба прочности, компактный, малогабаритный, мобильный, спасательный модуль, обеспечивающий быструю, в том числе и принудительную, эвакуацию шахтеров в выработках шахты из забоя в модуль путем регулярного приближения модуля вручную без грузоподъемных средств в стесненных условиях к забою, длительную защиту в нем шахтеров, обеспечивающий спасение непрерывной готовностью в случае аварии принять шахтеров, в том числе во время перемещения и установки.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что спасательный модуль выполнен в виде вытянутого полого корпуса купольной формы, предпочтительно в виде совокупности сопряженных элементов параболоидных поверхностей опирающихся на днище в виде вытянутого вдоль одной из осей гиперэллипса, спасательный модуль, его механизмы, кислородные баллоны изготовлены из композитных материалов, днище выполнено с вертикальными углублениями вовнутрь корпуса, в которых размещены колеса, в виде перекатной платформы, на которой установлен спасательный модуль, спасательный модуль выполнен с возможностью размещения и перемещения в нише, вырубленной в боку выработки шахты и перемещения по путям, устроенным в выработке шахты.
Спасательный модуль снабжен сиденьями, при этом напротив одного из сидений размещен механизм зарядки аккумуляторных батарей с ножным приводом. Шлюзовая камера раскладывается из неразвернутого состояния в развернутое и из развернутого в неразвернутое внутри корпуса модуля. Спасательный модуль снабжен спасательной лебедкой с жаропрочным канатом и салазками, снаружи установлена рампа с баллонами аварийного запаса кислорода, все электрические и пневматические приводы: вентилятора биотуалета, сирены, насоса шлюзовой камеры, устройства регенерации воздуха, домкрата, дрели, спасательной лебедки дублируются ручным приводом. Модуль защищен теплоизоляционной обшивкой кратковременно до 1500 градусов.
В выработках, где отсутствуют железнодорожные пути, спасательный модуль перемещается на днище по временным путях без использования колес, либо на колесах по устроенным путям на почве.
Спасательный модуль выполнен с возможностью установки на платформу шахтного транспорта, и перемещения в сторону приближения к забою
Быстрая эвакуация обеспечивается приближением спасательного модуля непосредственно к забою вручную. Незначительное расстояние при скоротечной аварии позволяет шахтерам быстро достичь защиты в спасательном модуле. Регулярное приближение модуля к забою вручную обеспечивается недостижимой для других пространственных конструкций легкостью. При равной прочности купольная форма корпуса, опирающегося на гиперэллипсное днище, по сравнению с прямоугольной формой легче в два-три раза, модуль из композитных материалов при равной прочности легче более чем в три раза, чем из стали, а кислородно-баллонная рампа из металлокомпозитных материалов легче в три-четыре раза. Кроме того, регулярное приближение модуля к забою в стесненных условиях, в бремсбергах, узких параллельных людских ходках обеспечивается и компактной, не в ущерб прочности узкой формой модуля, являющейся совокупностью вытянутой купольной формы и узкого днища в виде вытянутого гиперэллипса, причем ниша в стене шахты для установки модуля выполняется неглубокой, что упрощает выполнение нескольких ниш вблизи забоя на небольших расстояниях, в которые устанавливаются спасательные модули, обеспечивает приближение к забою.
Быструю эвакуацию обеспечивает непрерывная готовность модуля к эвакуации и защите шахтеров, в том числе и во время перемещения и установки, так как действий по сборке и подготовке модуля не выполняется, кроме возможных подключений к шахтным коммуникациям и аварийной рампе.
Регулярное приближение модуля к забою, близость к забою позволило использовать для быстрой, в том числе принудительной эвакуации шахтеров из забоя спасательную лебедку с жаропрочным канатом и салазками, установленную на корпусе. Такой вид эвакуации особенно актуален, если на пути завалы или идет сель.
Длительная защита шахтеров в модуле при непрерывной череде аварий обеспечивается прежде всего недостижимой для других вариантов пространственных конструкций прочностью модуля. Днище, предпочтительно в виде гиперэллипса, дополнительно увеличивает прочность модуля, так как нагрузка при обвале грунта сверху распределяется более равномерно по контуру.
Длительную защиту обеспечивает компактная, комфортная компоновка и устройство систем жизнеобеспечения людей внутри вытянутого вдоль одной из осей модуля. В соответствие с принятыми размерами сечения шахты допускаемая высота спасательного модуля не более 1.8 метра. Колеса для передвижения, занимают значительную часть по высоте, длине или ширине, ухудшая жизнеобеспечение в модуле. В то же время выполнение днища платформы с вертикальными углублениями вовнутрь корпуса, в которых размещены колеса, увеличивает внутреннее пространство модуля по высоте, улучшает систему жизнеобеспечения и тем самым обеспечивает длительное пребывание и защиту людей в модуле, причем днище платформы со снятыми колесами, используемое как вариант при перемещении по временным путям, выполнено небольшой высоты, также не уменьшает внутреннее пространство модуля. Для этой же цели все электрические и пневматические приводы дублируются ручным приводом на случай выхода из строя первых, а аккумуляторные батареи для продления энергообеспечения снабжены механизмом зарядки с ножным приводом. Ручные и ножной приводы поддерживает физическую форму шахтеров в стесненных условиях модуля, поэтому являются важнейшими элементами длительности жизнеобеспечения.
Шлюзовая камера, раскладываемая из неразвернутого состояния в развернутое вовнутрь корпуса модуля, а также складываемая внутри в неразвернутое состояние, не увеличивает размеры модуля, обеспечивает компактность спасательного модуля при приближении в стесненных условиях к забою, не подвергается разрушению при пожаре или завале, не уменьшает жилое внутреннее пространство модуля, улучшает систем) жизнеобеспечения и тем самым обеспечивает длительную защиту людей в модуле.
Кислородная рампа 39 с аварийным запасом кислорода, установленная вне спасательного модуля, позволяет облегчить модуль для возможности приближения к забою вручную, продлить длительность защиты шахтеров в модуле при значительном запаздывании помощи для эвакуации из модуля в безопасную зону.
На фиг. 1 изображен спасательный модуль.
На фиг. 2 - выносной элемент корпуса с обшивкой.
На фиг. 3 - план размещения шахтеров и систем жизнеобеспечения.
На фиг. 4 - шлюзовая камера, развернутая вовнутрь корпуса.
На фиг. 5 - разрез по Б-Б.
На фиг. 6 - план шахты с однопутной железной дорогой.
На фиг. 7 - крепление салазок к канату.
Спасательный модуль купольной формы изготовлен из композитных материалов и состоит из корпуса 1, см. фиг. 2, предпочтительно с каркасом 2, внутренней и наружной теплоизоляционной обшивки 3, предпочтительно изготовленной по космическим технологиям и выдерживающей кратковременное повышение температуры до 1500 градусов, днища 4, см. фиг. 1. Обшивка 3 снаружи и внутри удерживается предпочтительно жаропрочной тканью, окрашена в рефлектирующий цвет и на ней нанесена стрелка, указывающая направление движения к следующему спасательному модулю. На модуле также расположены входной люк 5 с иллюминатором, защищенный козырьком 6 от деформации при обвале; аварийный люк 7, предпочтительно открывающийся вовнутрь; блок 8, в котором размещены: сигнальный фонарь, сирена, выводы датчиков температуры и газоанализатора, переговорное устройство с наружным абонентом, причем датчики дублируются с обратной стороны модуля; иллюминатор 9; блок 10 для подключения к спасательному модулю внутришахтных коммуникаций: связи, сигнализации, электрического кабеля при наличии, воздуха, в том числе шланга 41, см. фиг. 6, от рампы с аварийным запасом кислорода; скоб 11 для удержания модуля при перемещении вручную; кронштейны 12 для спасательной лебедки, которые предпочтительно могут устанавливаться на трех сторонах модуля. Днище 4 выполнено в виде платформы с вертикальными углублениями 13 вовнутрь модуля, в которых размещены колеса 14. Внутри модуля, см. фиг. 3, установлены: сиденья для шахтеров 15, причем каждое сиденье снабжено биотуалетом специальной для модуля конструкции предпочтительно с использованием космических технологий и системой вентиляции биотуалета; кислородная рампа 16 с баллонами из металлокомпозитных материалов и запасом кислорода на 15 дней и более; емкость с водой 17; блоки управления 18, включающие устройство регенерации воздуха, пункт перезарядки самоспасателей, устройство различных подключений и переключений, например накачивания надувного каркаса шлюзовой камеры, подачи и очистки воздуха из шахты и прочее; система охлаждения 19, включающая предпочтительно емкости с реагентом, расположенные на противоположных стенках модуля, а также за сиденьями; самоспасатели 20 располагаются в удобном месте, например, подвешиваются на перегородку к кислородной рампе 16; кронштейн 21 крепления ручной лебедки; площадка 22 для установки упора домкрата при выдавливании входного люка наружу; шлюзовая камера 23 в свернутом состоянии, а в развернутом состоянии включает надувной каркас 24, створки 25 и застежки-молнии 26; блок аккумуляторов 27, см. фиг. 5; инструментальный ящик 28, в котором расположены аварийный шланг для подключения к рампе 39, см. фиг. 6, с баллонами аварийного запаса кислорода в случае выхода из строя основного шланга, два раскладных табурета, инструменты для откапывания завала, лебедка и домкрат для открывания люков в случае их деформации и заклинивания, дрель для высверливания оболочки модуля, ручной воздушный насос, причем все инструменты выполнены из композитных материалов, а при наличии привода последний дублируется ручным приводом; ящик 29, в котором находятся: питание, предпочтительно в виде паст, изготовленных по космическим технологиям, лекарства и оборудование для реанимации, устройства связи, журнал мониторинга работоспособности систем и состоянии спасенных, проигрыватели, флеш-память с записями, несколько книг, влажные полотенца и другие средства гигиены; ящик 30, в котором размещают респираторы, рассчитанных на 4 часа защиты, либо пожарные костюмы предпочтительно из ферромагнитной ткани, рассчитанных на защиту от температуры до 800 градусов; механизм зарядки аккумуляторных батарей 31 с ножным приводом, служит, в том числе, для поддержания физической формы шахтеров; освещение 32; вентиляционное устройство 33; клинья 34для фиксации модуля в нише выработки шахты, снаружи спасательного модуля на кронштейны 12 навешивается спасательная лебедка 35, см. фиг. 6, с жаропрочным канатом 36 к которому карабинами 37 прицепляются салазки 38, на корпусе модуля расположен запасной канат на случай повреждения протянутого, привод лебедки пневмоэлектрический и дублируется ручным приводом; на некотором удалении от спасательного модуля располагается рампа 39 с баллонами аварийного запаса кислорода, последняя защищена от поражающих факторов аналогично корпусу модуля и соединена с модулем шлангом 41, расположенным в траншее совместно с шахтными коммуникациями, рампа снабжена колесной парой.
Спасательный модуль подготавливают к работе следующим образом: модуль размещают в нише, вырубленной в стене выработки шахты, фиксируют клиньями 34, подключают к блоку 10 внутришахтные коммуникации и проверяют их функционирование, подкатывают и устанавливают на некотором удалении кислородную рампу 39, соединяют ее с модулем шлангом 41, навешивают лебедку 35 и прокладывают жаропрочный канат 36 с салазками 38 в зоне забоя, развертывают шлюзовую камеру 23, накачивая воздух в надувной каркас 24, проверяют наличие запасного каната к спасательной лебедке и запасного шланга к кислородной рампе, назначают старшего по управлению модулем и спасательной лебедкой 35, докладывают на поверхность готовность и координаты размещения модуля. Перед спуском в шахту шахтеры проводят постоянные тренировки по управлению модулем и по эвакуации в него.
Работает спасательный модуль следующим образом. При оповещении об аварии или ее начале шахтеры, в том числе травмированные, крепятся к канату 36 карабинами 37 и быстро эвакуируются спасательной лебедкой 35 из забоя в сторону спасательного модуля. Звук сигнала, исходящего от модуля, различается в зависимости от того, какой вид аварии происходит и как следует эвакуироваться: в модуль, либо в безопасную зону. При необходимости используют ручной привод лебедки. Недвижимые эвакуируются на салазках, которые также крепятся к канату. При необходимости применяют шлюзовую камеру 23, которая в состоянии готовности постоянно развернута вовнутрь модуля. Кроме того шлюзовая камера используется для выхода из модуля и подключения аварийного шланга к рампе с баллонами аварийного запаса кислорода в случае выхода из строя основного шланга. Закрывают входной люк 5. Проверяют работу систем жизнеобеспечения и после регенерации воздуха в модуле выпускают воздух из каркаса шлюзовой камеры, свертывая ее, снимают самоспасатели. При необходимости одевают пожарные костюмы из ящика 30. Если произошло разрушение шахтных коммуникаций, подсоединенных через блок 10, то модуль переводят на автономное функционирование. При необходимости осуществляют реанимационные мероприятия, при этом часть шахтеров пересаживается на раскладные табуреты. Эвакуация шахтеров в модуль возможна и в процессе перемещения модуля и размещения в нише, в этом случае также подключаются к шахтным коммуникациям, если они исправны. Комплексная бригада шахтеров работает преимущественно на протяжении шахты до 100 метров от забоя. Часть бригады работает в забое, другая укладывает пути, устанавливает временную крепь, выполняет прочие работы, третья устанавливает постоянную крепь. Поэтому через дистанцию 30-40 метров предпочтительно установить несколько спасательных модулей.
Первый способ использования спасательного модуля, включающий приближения спасательного модуля к забою при снятых колесах, либо на колесах вручную, заключается в следующем: вырубают ближе к забою новую нишу в боку выработки, так как зона забоя продвинулась вперед, приподнимают вагами передний край модуля, установленного в использованной нише, и заводят под днище временные пути из любого профиля в виде швеллеров, труб, деревянных брусков перпендикулярно оси шахты, на временные пути под днище модуля укладывают обрезки труб, по ним вручную перемещают модуль из ниши, при этом колеса не касаются почвы выработки, затем перекатывают на колесах либо Катковых трубах по устроенным путям в выработке, в числе устроенных путей могут быть и железнодорожные пути, если нет путей укладывают временный путь вдоль оси выработки и на уложенных на временном пути трубах перекатывают до ниши, вновь вырубленной в боку выработки шахты, аналогично перемещают в нишу. В бремсбергах от самопроизвольного скатывания модуль поддерживают лебедкой. Вслед за модулем продвигают рампу с аварийным запасом кислорода.
Второй способ использования спасательного модуля осуществляется с помощью двух ручных талей, причем проушины для строповки модуля располагают на уровне центра тяжести и смещают от оси симметрии в бок, в сторону передней стенки модуля. При подъеме модуль поворачивается на бок, на 90 градусов, при этом габарит по высоте сокращается и становится равным ширине модуля. Пути тали выполняют на допускаемой высоте, преимущественно 1.8 метра.
Третий способ приближения спасательного модуля к забою вручную осуществляется путем ниш, освободившихся от разминовки вагонеток, перемещением по временным путям, уложенным от ниш до путей, устроенных в выработке шахты.
Другие способы приближения к забою выполняются установкой спасательного модуля на платформу шахтного транспорта и последующим перемещением в призабойном пространстве и в выработке шахты в сторону приближения к забою.
Известны способы обеспечения спасательных убежищ, включающих вырубку ниш в шахте специально для убежища, установку в них убежища и по мере продвижения забоя извлечение из ниши и перемещение в следующую вырубленную нишу с помощью погрузчика, патент RU 2416723 МПК E21F 11/00, опубл. бюл. 11, 20.04.2011 и патент RU 2529991 МПК E21F 11/00, опубл. бюл. 28, 10.10.2014. Недостатком такого способа является невозможность работы погрузчика близко от забоя и соответственно невозможность установки модуля рядом с забоем, необходимость при каждом перемещении вырубать для убежища значительную по величине нишу.
В предлагаемый способе отсутствует потребность в вырубке ниш для размещения спасательного модуля, способ реализуется прежде всего легкостью спасательного модуля, выполненного вытянутой купольной формы из композитных материалов и вытянутого днища в виде гиперэллипса. Размеры вытянутого модуля близки к форме вагонетки. Легкость модуля позволяет перемещать его вручную, использовать освободившиеся от разминовки вагонеток ниши, и временные пути.
По мере продвижения забоя 40 на 30-40 метров готовится ниша 42 для разминовки вагонеток 43, укладываются временные пути 44 с катками 45 в виде труб. Разминовка вагонеток переводится из ниши 46 в нишу 42, а ниша 46 остается свободной. Спасательный модуль устанавливается платформой модуля на катковые трубы 45 временных путей 44, причем колеса не касаются почвы, выкатывается по временным путям из ниши 47, перемещается до путей устроенных в выработке, скатывается на пути, перемещается на колесах 14 в сторону приближения к забою до ниши 46 и по временным путям закатывается в нишу.
Отстоящий далее на протяжении выработки шахты следующий спасательный модуль, если таковой есть в наличии, таким же образом устанавливается в нише 47. Предпочтительно первым в нишу 46 перемещается модуль, отстоящий далее ниши 47.