ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/ 13. Охрана труда

Дикенштейн И.Ф. НИИ горноспасательного дела и пожарной безопасности

Пилипенко А.А. Государственная военизированная горноспасательная служба Украины

к.т.н. Толкачев О.Э. Донецкий национальный технический университет

Критерий срабатывания автоматических средств пожаротушения в тупиковых забоях угольных шахт

 

Анализ аварийности угольных шахт Украины показывает, что за последние 10 лет количество пожаров в тупиковых выработках колеблется от 2 до 10 в год, а их доля составляет 7 – 9% в общем количестве подземных пожаров.

Основными причинами возникновения пожаров в тупиковых выработках являются нарушения при ведении взрывных работ (прорыв в выработку высокотемпературных продуктов детонации, выгорание взрывных материалов и др.), фрикционное трение исполнительных органов проходческих комбайнов о твердые включения пород, короткое замыкание в кабелях и электрооборудовании, самовозгорание угля. До 86% всех случаев загорания возникают в тупиковых забоях при проведении взрывных работ.

Одной из специфических особенностей пожара в тупиковой выработке является угроза взрыва метано-воздушной смеси. В связи с малыми скоростями воздушного потока в забое тупиковой выработки характер его движения приближается к ламинарному. Это приводит к образованию в выработке местных слоевых скоплений метана под кровлей и в пустотах за крепью выработки, образованию взрывобезопасной концентрации метано-воздушной смеси. При загорании возникает угроза взрыва метано-воздушной смеси, которая значительно возрастает при нарушении проветривания тупиковой выработки из-за остановки вентилятора местного проветривания вентиляционных труб и по другим причинам.

В 90-х годах для забоев тупиковых выработок угольных шахт были разработаны различные автоматические средства пожаротушения и взрывоподавления, например, установка УАПТ,огнетушитель ОПШ-20А, азотные менбрамные установки (НИИГД «Респиратор» Украина), взрывоподавители ВЗУ-15 (МакНИИ Украина), КАПАС (ГНЦ РФ ЦНИИХМ, Россия) и др. Инерционность срабатывания этих устройств не была увязана с возможностью возникновения взрыва, а взрывоподавители срабатывали только при взрыве.

В связи с этим возникает задача определить критерий инерционности срабатывания автоматических средств пожаротушения с учетом возможности возникновения в забое тупиковой выработки взрывоопасной концентрации метано-воздушной смеси.

Рассмотрим аэрогазодинамические процессы, происходящие в атмосфере выработанного пространства тупиковых выработок газообильных  шахт, проводимым буровзрывным способом. Изменение концентрации метана в забое может быть описано следующим уравнением [1]:

                                  ,                                                             (1)

с начальным условием С(0)=С0,

где С – средняя по объему концентрация метана в призабойном пространстве (в долях единицы); t – время, мин.; kt – коэффициент диффузии; Q – количество воздуха, поступающего в призабойное пролстранство, м3/мин.;  V – объем призабойного пространства ( от конца вентиляционной трубы до поверхности забоя), м3;  Gt – интенсивность метановыделения из отбитого угля, м3/(т*мин.)

При С0 = 0 решение уравнения (1) имеет вид:

                               ,                                                   (2)

Интенсивность метановыделения Gt может быть определена с учетом зависимостей, описывающих снижения газоносности отбитого угля от времени [2]

                                                             (3)

где Хв, Хt – газоносность в зоне выемки угля и отбитого угля через время t после отбытки, соответственно, м3/т; Х0 – остаточная газоносность угля, м3/т; Z – эмпирическая постоянная (Z=0,7).

Аппроксимируя величину  непрерывной функцией, имеющей конечную производную, для характерного интервала времени (0 – 10 мин.), когда появляется максимум концентрации метана после взрывания шнуров в призабойном пространстве, получаем:

                                                                               (4)

Тогда величина интенсивности выделения метана из отбитого угля определяется из выражения:

                                                             (5)

где G0y – начальная интенсивность метановыделения из отбитого угля, м3/(т*мин.); D – количество одновременно отбиваемой массы угля, т;  – условное время дренирования отбитого угля, равное 1,5 мин.

Расчеты по выражению (2) величины С() с учетом (5) показывают, что время достижения максимальной концентрации метана в призабойном пространстве после отбойки угля C(tmax) находится в пределах 0,5<t<5мин.

Величина максимума концентрации метана Сmax может быть определена из выражения:

                                                                           (6)

     Для предотвращения взрыва необходимо, чтобы автоматические средства пожаротушения срабатывали до образования взрывоопасной концентрации метана:

                             ,                                                     (7)

где  – инерционность срабатывания автоматических средств тушения;  – время образования взрывоопасной концентрации метановоздушной смеси (определяется из выражения (2) для различных условий в тупиковых выработках).

Исходя из проведенных расчетов времени создания максимума концентрации метана, критерием инертности срабатывания автоматических средств пожаротушения для тупиковых забоев может служить неравенство

                          

 

Литература

1.     Мясников А.А. Определение максимальных концентраций метана в забоях подготовительных выработок при производстве взрывных работ [Текст]/А.А.Мясников, В.И.Бугримов, Э.С.Лавров, М.И.Носик//В кн.: Взрывное дело, Ке 72/79. М., Недра, 1973, с. 48—54.

2.     Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт [Текст].- Утверждено приказом Государственного Комитета Украины по надзору за охраной труда №131 от20.12.1993 ДНАОТ 1.130-6.09.93.- Изд. офиц. –К.: Основа, 1994. – 311с.