Разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах

Добыча угля подземным способом сопряжена с опасностью взрывов газовоздушных сред, приносящих огромный социальный и экономический ущерб. Только за 2003 -2004гг. из-за взрывов погибло более 100 человек.

Возникновение взрыва обусловливается двумя параметрами — наличием взрывоопасной среды и источника воспламенения. Очень часто источником воспламенения являются подземные пожары.

Локализация подземных пожаров и последующее их тушение нередко сопровождается вспышками и взрывами газа, значительно усложняющими горноспасательные работы и угрожающими жизни горноспасателей. Анализ аварийности за последние 10 лет показал, что при возникновении эндогенных пожаров в 43% от их общего количества возникают газовые ситуации, в 9% - взрывы. Нередко эндогенный пожар развивается до стадии пламенного горения и выхода огня в действующие горные выработки. Все это предъявляет жесткие требования к противопожарной защите шахт и обусловливает необходимость применения эффективных средств тушения подземных пожаров.

В связи с этим, целью настоящей работы является разработка способа тушения подземных пожаров, основанного на флегматизации взрывоопасной газовоздушной среды комбинированными огнетушащими составами, и средств для их приготовления и доставки.

Цель работы — разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах.

Идея работы состоит в использовании комбинированных огнету-шащих составов, обладающих синергетическим эффектом для ингибиро-вания пламени и флегматизации газовоздушных сред.

Задачи исследований:

1. Используя теоретические основы работы струйных аппаратов, разработать методику расчета основных параметров газожидкостного эжектора для получения комбинированных огнетушащих составов различной концентрации.

2. Исследовать ингибирующие свойства комбинированных огнетушащих составов при объемном и поверхностном пожаротушении.

3. Разработать оборудование для получения комбинированных огнетушащих составов и доставки их к месту применения.

4. Провести шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов при ликвидации подземных пожаров для обеспечения безопасности ведения горноспасательных работ.

Методы исследований — лабораторные и стендовые испытания флегматизирующих составов и средств их подачи в очаг пожара, шахтные исследования комбинированных огнетушащих составов при локализации и тушении подземных пожаров.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс ингибирования горения летучих веществ в газовой фазе при переходе стадии низкотемпературного окисления угля в неуправляемый автокаталитический процесс достигается за счет синергетического эффекта, получаемого при соединении галоидированных углеводородов с инертными газами.

2. Однородность структуры газожидкостного комбинированного ог-нетушащего состава обеспечивается за счет соотношения 1,5:1 давления рабочего газа и эжектируемой жидкости на входе в эжектор.

3. Максимальная синергетическая эффективность достигается при содержании в комбинированном составе 95−98% инертного газа и 2−5% хладона С2р4Вг2.

Достоверность научных положений подтверждается:

— необходимым и достаточным для статистической обработки объемом информации, полученной в процессе лабораторных, полигонных и шахтных исследований;

— удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и шахтных исследований;

— положительными результатами промышленного внедрения разработанных средств локализации и тушения пожаров, осложненных потенциальными взрывами газов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума 1^=0,013-Ю, 015 кг-м'3-с" при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава;

— предложена математическая модель струйного аппарата, на базе которой разработана методика расчета параметров газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжекти-руемой жидкости на входе и выходе из эжектора;

— определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синер-гетическая эффективность достигается при содержании в составе 95−98% азота или диоксида углерода и 2−5% хладона С2р4Вг2.

Научная новизна работы подтверждена выдачей автору пяти патентов на изобретения и полезную модель.

Практическое значение работы сводится к разработке:

— эффективных комбинированных огнетушащих составов на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, применение которых для флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения позволяет снизить количество применяемого в составе хладона в 3 раза по сравнению с использованием для тушения хладона в чистом виде;

— эжекторной установки для получения и подачи комбинированного огнетушащего состава и способа применения ее для флегматизации газовых сред и ингибирования пламенного горения, обеспечивающих безопасное ведение горноспасательных работ;

— руководства по применению комбинированных огнетушащих составов при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Личный вклад автора:

— в установлении синергетического эффекта комбинированных составов при флегматизации сложных газовоздушных сред в подземных условиях угольных шахт;

— в разработке приближенной математической модели процесса пожаротушения, описывающей количественную связь времени тушения, интенсивности подачи флегматизирующего состава в очаг пожара и его удельного расхода;

— в обосновании, разработке и внедрении способа и средств, тактико-технических приемов предупреждения взрывов и тушения пламенного горения в шахтах;

— в разработке нормативных документов по применению комбинированных составов при ликвидации пожаров;

— в обучении личного состава подразделений ВГСЧ при внедрении результатов работы и ликвидации пожаров на шахтах Кузбасса.

Реализация выводов и рекомендаций работы.

Основные научные результаты и рекомендации исследований автора реализованы на семи шахтах Кузбасса. Практические рекомендации диссертационной работы включены во «Временное руководство по применению комбинированных огнетушащих составов для ликвидации подземных пожаров в угольных шахтах».

Апробация работы.

Основные научные положения и практические выводы докладывались на научно-техническом совете Кузнецкого горного округа Горгортех-надзора (1996г., Кемерово), на технических советах НОВГСО, ПОВГСО, КОВГСО, производственных объединений «Южкузбассуголь», «Прокопьевскуголь», «Северокузбассуголь» (1995;2002 гг.), на ученом Совете Рос-НИИГД (2003г., Кемерово), Сибирского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (2004г.).

Публикации.

Основное содержание диссертационной работы изложено в семи научных трудах, пяти авторских свидетельствах на изобретение и свидетельстве на полезную модель Российской Федерации.

Объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 27 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 64 наименований.

Выводы.

Шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов, получаемых и доставляемых к месту назначения установкой ЭКОИ, показали эффективность их применения для ликвидации подземных пожаров, осложненных угрозой взрыва.

Синергетический эффект, получаемый от соединения азота с хладоном, позволил сократить удельный расход комбинированного огнетушащего состава, применяемого для достижения флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения, примерно в 3 раза большим, чем при тушении хладоном в чистом виде.

В ходе ликвидационных работ оборудование для получения огнетушащего состава, включающее в основном эжектор и трубопроводы, совершенствовалось, в результате чего были разработаны установка для тушения пожара в тупиковой горной выработке (а.с. № 2 001 116 957/20 от 18.06.2001) и установка для подачи ингибитора в очаг пожара (а.с. № 2 002 124 991/20 от 25.09.2002).

Кроме этого, шахтные испытания дали возможность разработать руководство и тактику применения горноспасателями данного оборудования при горноспасательных работах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основе выполненных теоретических исследований, стендовых и шахтных испытаний комбинированных огнетушащих составов, полученных на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, и разработанной установки для их получения и доставки, приведены результаты влияния синергетического эффекта на подавление очагов загораний и флег-матизацию газовоздушной среды в подземных выработках шахт, что в значительной степени обеспечит высокую эффективность и безопасность ведения горноспасательных работ при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума, при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава.

2. Разработана теоретическая основа расчета газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжектируемой жидкости на входе и выходе из эжектора.

3. Определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синергетиче-ская эффективность достигается при содержании составе 95−98% азота или диоксида углерода и 2−5% хладона С2р4Вг2.

4. В результате теоретических исследований получена обобщенная характеристика газожидкостных эжекторов, которая является основой методики расчета эжекторных установок для подземного пожаротушения комбинированными газожидкостными составами, обладающими ингибирующими свойствами.

5. Установлено, что удельный расход хладона 114В2 при использовании предложенных составов в 3-н5 раз меньше, чем при тушении одним тет-рафтордибромэтаном.

6. Разработана приближенная модель процесса пожаротушения и установлена количественная взаимосвязь между временем тушения, интенсивностью подачи огнетушащего состава в очаг горения и его удельным расходом.

7. Экспериментально шахтными испытаниями установлено, что обработка аварийного пожарного участка комбинированным огнетушащим составом снижает вероятность взрыва газовоздушной среды, что позволяет значительно повысить безопасность ведения горноспасательных работ.

8. Разработаны, изготовлены и испытаны средства и способ флегматизации газовоздушной среды при ликвидации подземных пожаров, новизна которых подтверждена ФИПС пятью свидетельствами на полезную моделб. Разработанные средства и способы флегматизации и локализации подземных пожаров при испытании на семи шахтах Кузбасса, позволили локализовать 10 подземных пожаров при обеспечении безопасности ведения горноспасательных работ.