Т В Костенко, Б В Гавриленко - Разработка системы управления подачей азота в зону подземного пожара - страница 1

Страницы:
1 

УДК 622.48

 

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОДАЧЕЙ АЗОТА В ЗОНУ ПОДЗЕМНОГО ПОЖАРА

 

Костенко Т.В., студентка; Гавриленко Б.В., доцент

(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)

 

Государственная военизированная горноспасательная служба Мини­стерства топлива и энергетики Украины (ГВГСС) ежегодно принимает уча­стие в ликвидации более 200 аварий со значительными разрушениями и травматизмом. Большинство подземных аварий, ликвидированных ГВГСС, связано с пожарами, удельный вес которых составляет 54%, с обрушениями горных пород (22,5%) и загазованностью (7,7%). На протяжении последних пятнадцати лет в шахтах Украины ежегодно регистрируется от 6 до 36 эндо­генных пожаров. При этом активным способом было погашено 36% и изоли­ровано - 59%, а комбинированным способом ликвидировано 5% пожаров. Они стабильно остаются на втором месте, после экзогенных пожаров, по ко­личеству и на первом за размером нанесенных ущербов, которые достигали от 12 до 40% от потерь, причиненных авариями в угольной промышленности

[1].

Эндогенные пожары связаны с самонагреванием угля в выработанном пространстве, целиках, за крепью подготовительных выработок. Подавление очагов горения в этих труднодоступным местах затруднено, чем обусловли­вается высокая продолжительность и трудоемкость тушения пожара. В этой ситуации предотвращение или ограничение до безопасных пределов самона­гревания угля - самый перспективный путь борьбы с эндогенными пожара­ми.

Одним из наиболее перспективных способов предупреждения, лока­лизации и тушения пожаров в шахтах является снижение концентрации ки­слорода путем подачи в атмосферу аварийного участка инертного газа (азо­та). Это позволяет сократить срок ликвидации аварии, предотвратить взрывы газовоздушной смеси на аварийном участке, ускорить охлаждение высоко­температурной зоны до безопасного уровня, снизить интенсивность пожара или полностью прекратить процесс горения.

Более прогрессивным представляется способ тушения подземного по­жара с использованием передвижной газоразделительной станции АМГП-15/0/7СУ1. Станция предназначена для получения из атмосферного воздуха газообразного азота с концентрацией 95,5 % и расходом 15 ± 2 м /мин для предупреждения, локализации и гашения подземных пожаров в шахтах, обеспечения безопасности ведения горных работ.

Основными элементами станции являются соединенные в единый блок мембранные газоразделительные аппараты. Аппараты работают по методу мембранного разделения, суть которого состоит в разной скорости прохож­дения газов через плоскую полимерную перегородку за счет перепада парци­альных давлений.

Атмосферный воздух сжимается компрессором до рабочего давления и подается в блок очистки, где отделяются капельная влага и масло, потом он поступает в фильтр-адсорбер, где отдаляются пары масла. Очищенный воз­дух поступает в мембранный блок, где за счет перепада парциальных давле­ний кислород проникает под мембрану и выбрасывается в атмосферу, азот -подается потребителю. С помощью регулирующего вентиля в станции осу­ществляется изменение расхода и концентрации азота, поступающего в зону пожара.

Азотно-компрессорная станция устанавливается на поверхности шах­ты и соединяется специально проложенным или технологическим шахтным трубопроводом с аварийным участком.

В зависимости от горнотехнических условий и принятой схемы вы­пуска его в изолированное пространство выбирается режим работы азотно-компрессорной станции, порядок проведения подготовительных операций по доставке газообразного азота на аварийный участок.

Шахтный технологический трубопровод специально готовят для подачи га­зообразного азота. С этой целью все ответвления от основной магистрали перекрываются и на каждом отводе устанавливают заглушки, что исключает утечки азота и загазирование им других участков шахты.

Перед подачей азота осматривают трубопровод и устраняют выявлен­ные неисправности. После этого осуществляют пробный выпуск азота, выяв­ляют местные утечки и устраняют их. По соответствующим методикам рас­считываются параметры подачи азота в аварийный участок. При этом подача азота может осуществляться со стороны откаточного или вентиляционного горизонтов, через проемы в изолирующих перемычках, а также по буровым скважинам, пройденным с поверхности в изолированный пожарный участок.

Вместе с тем, опыт применения газоразделительных установок при ли­квидации подземных аварий на шахтах им. А.Ф. Засядько, им. Ф.Э. Дзержин­ского и других предприятиях показал низкую эффективность их работы из-за увеличения до 10% и более концентрации кислорода в изолированном про­странстве по причине утечек воздуха в теле перемычки и трещин во вме­щающих породах (рис. 1). Это не обеспечивает необходимый для подавления тлеющего горения состав газовой смеси, в которой содержание кислорода не должно превышать 1..2%.

Более эффективная инертизация изолированного объема горных вы­работок обеспечивается возведением в аварийной выработке дополнитель­ной перемычки (рис. 2), а от подающего азот трубопровода делается ответв­ление, через которое газ поступает в камеру между двумя перемычками [3].


 

 

 

а)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)


Рис. 2 - Схема подачи азота к очагу горения с исключением утечек воздуха (а) и распределение давления газа (б) в выработке: Рв и Ри, - газовое давление до и после изолирующей перемычки; Р1 - газовое давление после изолирующей перемычки.

Давление азота в трубопроводе достигает одного МПа и намного пре­вышает воздушный напор на перемычку, составляющий несколько десятков даПа. После заполнения камеры азотом, его подачу через ответвление регу­лируют таким образом, чтобы выравнять давление в выработке со стороны поступающей свежей воздушной струи и между перемычками. Это исключа­ет подсосы воздуха через возведенную перемычку в камеру. С другой сторо­ны перепад давлений перераспределяется на участке выработки, разделен­ным дополнительной перемычкой по обе стороны которой находится азот. В изолированную таким образом выработку через возведенную дополнитель­ную перемычку будет иметь место подсос исключительно азота, что повы­шает эффективность гашения подземного пожара.

После заполнения азотом участка аварийной выработки между пере­мычками и очагом самонагревания или горения, интенсивность подачи инертного газа можно уменьшить. Непостоянство давления перед камерой со стороны свежей воздушной струи обусловлено колебаниями депрессии из-за: изменения атмосферного давления и режимов работы вентилятора глав­ного проветривания; переходных процессов в сети горных выработок при от­крывании шлюзов, взрывных работах; поршневого эффекта при движении шахтного транспорта; включения и отключения вентиляторов местного про­ветривания; обрушения кровли в выработанном пространстве. Все эти про­цессы носят случайный характер, поэтому обеспечение равенства давлений возможно только путём автоматического регулирования давления азота в ка­мере. Кроме того, существует необходимость обеспечения огнетушащей концентрации азота не ниже 98%. Согласно основным техническим данным установки АМГП-15/0,7СУ1 при номинальном давлении около 1,1 МПа со­держание азота составляет только 95,5%. Такая концентрация не обеспечива­ет подавление тлеющего горения древесины, что создаёт угрозу рецидива пожара при вскрытии изолированного участка. Повысить содержание азота и снизить содержание кислорода можно только путём снижения давления на мембранах [1]. Снижение давления на мембранах обеспечивает также эконо­мическую эффективность, что объясняется снижением расхода электроэнер­гии на работу компрессора. Однако, снижение подачи азота спряжено с угро­зой взрыва метановоздушной смеси в районе очага горения. Инертизация ат­мосферы в изолированном участке связана с необходимостью обеспечения такого соотношения метана, азота и кислорода, чтобы оно находилось вне „треугольника взрываемости" [2].

Для решения поставленных выше задач на базе серийно выпускаемого микроконтроллера предлагается система автоматического регулирования со­держания азота в аварийной выработке и изолирующей камере путем исполь­зования средств отбора информации о текущих параметрах шахтной атмо­сферы. Принцип работы системы автоматического регулирования заключает­ся в следующем.

В горной выработке со стороны поступающей свежей струи воздуха, и в изолированной камере устанавливаются датчики давления, имеющие элек­трический выходной сигнал. В блоке логики системы регулирования сравни­вается величина давления в выработке со свежей струей воздуха и в камере. Если эти давления не равны, вырабатывается сигнал на принудительное от­крывание через исполнительный механизм управляемой задвижки, установ­ленной на ответвлении трубопровода, подающем азот в камеру. Содержание азота в камере увеличивается до тех пор, пока не будет обеспечено равенство давлений в камере и в выработке со свежей струей воздуха. После этого сис­тема регулирования вырабатывает команду на автоматическое закрытие за­движки и прекращение подачи азота в камеру. После стабилизации рабочего давления в камере дальнейшая работа системы регулирования подачи азота осуществляется в следящем режиме.

Количество азота в зоне горения или самонагревания регулируется по температуре и содержанию кислорода в шахтной атмосфере аварийной выра­ботки. Для этого используются косвенные показания пирометра и анализа­тора кислорода, которые располагаются не в зоне нагревания или очага горе­ния, а непосредственно в аварийной выработке на расстоянии 10-15м. от изо­лирующей камеры и имеют электрический выходной сигнал. При повыше­нии температуры или содержания кислорода в атмосфере аварийной выра­ботки система регулирования увеличивает количество азота путем автома­тического открывания задвижки на основном трубопроводе до тех пор, пока не наметится процесс снижения указанных выше параметров до заданных значений [2]. После этого системой вырабатывается команда на уменьшение подачи азота в аварийную выработку и снижения давления на мембранах га­зоразделительной станции. Передача управляющих сигналов на поверхность шахты для регулирования режимов работы газоразделительной станции в за­висимости от состояния шахтной атмосферы осуществляется с использова­нием средств шахтной телемеханики или проводных линий телефонной связи шахты.

Применение системы и средств автоматического регулирования пода­чи инертного газа в зону подземного пожара позволит повысить эффектив­ность и уменьшить время его ликвидации, обеспечит экономию электроэнер­гии.

 

Перечень ссылок

1.            Булгаков Ю.Ф. Тушение пожаров в угольных шахтах. Донецк. НИИГД, 2001. - 280 с.

2.            Статут ДВГРС по організації і веденню гірничорятувальних робіт. Київ, 1997.- 454с.

3.      Костенко В.К., Костенко Т.В. Деклараційний патент на корисну модель.
Спосіб гасіння підземних пожеж. Донецьк. ДонНТУ,
2005.

Страницы:
1 


Похожие статьи

Т В Костенко, Б В Гавриленко - Разработка системы управления подачей азота в зону подземного пожара