Skuteczność zapór przeciwwybuchowych zbudowanych z pojemników typu zamkniętego

Stosowanie zapór wodnych jest w polskich kopalniach ograniczone do wyrobisk mokrych, gdzie bardziej prawdopodobny jest silny wybuch pyłu węglowego. Zapory wodne stanowią około 20% ogółu zapór przeciwwybuchowych. Są one zbudowane z pojemników w kształcie koryt, o objętości 40 litrów. Wymagana ilość wody wynosi 200 lub 400 kg na jeden metr kwadratowy przekroju poprzecznego wyrobiska w pokładach niemetanowych i metanowych odpowiednio. Oznacza to, że na przykład w wyrobisku o przekroju 15 m2 zapora musi zawierać co najmniej 75 pojemników. Wadą pojemników w kształcie koryt jest ich trudny transport i kruchość, powodujące znaczne straty. W ostatnich kilku latach niemiecka firma Chemisch-Technische Fabrikation dr Klaus Schulte zaprezentowała nowe rozwiązanie pojemników. Są to pojemniki zamknięte w postaci worków o objętości 40 lub 80 litrów, wykonane z folii polietylenowej o grubości 80 lub 110 mikrometrów, niepalnej i antystatycznej. Pojemniki owinięte wokół metalowego pręta nośnego, napełnione wodą zawieszone w przekroju wyrobiska zgodnie z obowiązującymi przepisami stanowią zaporę wodną (rys. 1). Pojemniki te zostały dopuszczone do użytku w górnictwie pod pewnymi warunkami. Celem przedstawionej pracy było zbadanie zachowania się i skuteczności zapór zbudowanych z pojemników zamkniętych w warunkach wybuchów o różnej sile, czyli określenie możliwości rozszerzenia zakresu stosowania zapór zbudowanych z pojemników typu zamkniętego. Badania wykonano w podziemnym chodniku doświadczalnym; zapora zawierająca 160 kg wody na jeden metr kwadratowy przekroju wyrobiska była umieszczona w odległości 70-100 m od źródła zapłonu pyłu, w środku strefy pyłowej zawierającej nominalnie 0,2 kg pyłu na metr sześcienny wyrobiska. Inicjałem wybuchu pyłu był pierwotny wybuch 25 lub 50 m3 stechiometrycznej mieszaniny metanowo-powietrznej. Przebieg wybuchu był rejestrowany przez czujniki płomienia i ciśnienia (rys. 2); uruchomienie zapory było oceniane prze pomiar czasu rozerwania pojemnika (rys. 3). Wyniki badań są następujące: - potwierdza się skuteczność zapory z pojemników zamkniętych w hamowaniu wybuchów silnych, o prędkościach płomienia powyżej 200 m/s (doświadczenia CH2514 i CH2518), - skuteczność ta nie jest dostateczna w przypadku hamowania wybuchów słabych; nie ma podstaw do wystąpienia o rozszerzenie dopuszczenia do stosowania tych zapór, - bardzo istotny jest kierunek nawinięcia worka na pręcie nośnym; rozpraszanie wody jest lepsze w przypadku, gdy nawinięcie jest przeciwne do kierunku fali ciśnienia wybuchu. Przebiegi wybuchów są przedstawione graficznie w postaci funkcji droga - czas. Rejestruje się ciśnienie statyczne, położenie płomienia, czas rozerwania pojemnika (czarny kwadrat na wykresie). Wykonano również badania z pojemnikami napełnionymi pyłem kamiennym, stosując eksperymentalne pojemniki trójkomorowe mieszczące około 30 kg pyłu. Pył wapienny umieszczony w workach jest chroniony przed wilgocią. Doświadczenia wykazały, że pył wapienny jest dobrze rozpraszany przez silny wybuch metanu (rys. 4 i 5). W słabym wybuchu, z ciśnieniem statycznym poniżej 0,5 bara rozpraszanie pyłu jest gorsze. W trzech doświadczeniach nie osiągnięto pozytywnych wyników w gaszeniu wybuchu. Stwierdzono również, że napełnianie pojemników jest kłopotliwe. Istotnym wynikiem projektu jest sonda pomiarowa typu SnobGreg do pomiaru ciśnienia statycznego, dynamicznego i temperatury w strumieniu silnie zapylonego powietrza. Przykładowy wynik pomiaru jest pokazany na wykresie CH2521, a sonda zamontowana w chodniku jest pokazana na rysunku 9. Autorzy wyrażają podziękowanie Komitetowi Badań Naukowych za finansowanie prezentowanej pracy.

Czasopismo: Prace Naukowe GIG. Górnictwo i Środowisko / Główny Instytut Górnictwa
Dziedziny: nauki inżynieryjno-techniczne
Dyscypliny: inżynieria środowiska, górnictwo i energetyka