Способ контроля за ходом тушения пожара в угольных шахтах

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (59 4 Е 21 F 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО6РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3785871/22-03 (22) 25.06.84 (46) 15.12.86. Бюл. У 46 (» ) Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела (72) Н. В. Каледин, В. Я. Альперович, А. Е. Калюсский, А. С. Греков и Э. С. Федорчук (53) 622.807(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 607051, кл. Е 21 F 5/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

9 1045675, кл. Е 21 F 5/00, 1982. (54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗА КОДОМ

ТУШЕНИЯ ПОЖАРА В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ, включающий отбор проб воздуха на исходящей струе выемочного участка, бурение шпура в районе выемочного участка и отбор проб воздуха из него определение в пробах воздуха концентраций газовых компонентов и установление по ним наличия процесса горения и вида сгорающего материала, отличающийся тем, что, .с целью повышения эффективности контроля за счет обеспечения возможности определения совместного горения угля и метана, дополнительно измеряют скорость воздуха в исходящей струе и определяют концентрации окиси углерода по ходу вентиляционной струи, а затем в точке с наименьшим значением ее определяют концентрацию кислорода, при этом количество сгорающе, го метана в единицу времени и количество сгорающего угля в единицу

ÄÄSUÄÄ 1276830 времени определяют из математических выражений и = 0,002 -1 F (0,051 0 N г

4. 0 — 4,51 СО -2,51 CO +2Н ), Р„ = 0,00176 aF (-0,051 02 11 +

+ 4-02 +8С02+ 6СО Ф 2Н ) где P — количество сгорающего метана, кг/мин;

P — количество сгорающего угля, кг/мин; и — скорость воздушного потока на исходящей струе, м/мин;

F — площадь поперечного сечения

2 выработки в свету, м

СΠ— концентрация углекислого

2 газа в исходящей струе, об.Х; л

Π— концентрация кислорода в

2 точке с наименьшим содержанием окиси углерода, об.7;

СΠ— концентрация окиси углерода в исходящей струе, об.Е;

Π— концентрация кислорода в иск

2 исходящей струе, об.Х;

N" — концентрация азота в исхо2 дящей струе, о6.Ж;

0,002; 0,00176 — размерные коэффиз циенты, кг/м, Х;

0,051 — размерный коэффициент, 1Х; остальные коэффициенты — безразмерные величины, причем при Р„, > 0 и P ) 0 устанавливают факт совместУ ного горения угля и метана и выбирают тактику работ по тушению пожара.

1276830 где 22400 т

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнаружения

I подземных пожаров в местах шахт, недоступных для наблюдения.

Целью изобретения является повьппе- 5 ние эффективности контроля за счет обеспечения возможности определения совместного горения угля и метана в местах шахт, недоступных для наблюдения.

Способ основан на использовании различия в закономерностях выделения продуктов горения и убыли кислорода при горении угля и метана, а также 15 на установлении фоновой убыли кислорода по . концентрации его в месте выхода окиси углерода из выработанного пространства, Уравнение горения угля, исходя из 20

его простейшей формулы СИ О (где п, — простейшие атомные множители, характеризующие соотношение между отдельными элементами, входящими в состав угля), имеет вид (x+1) 443 (С01 Мсн„

2240 где m

4,51 ° 1+2,51-2S

n = 0 65; 1 = 0,07 — значения множителей для углей средней стадии метаморфизма 79 04

40 (СО ) = (СО) - — концентрация

М а окиси углерода, приведенная к объему поступающего воздуха, об.X.

Убыль кислорода при горении метана (уравнение 2) определяется из со" отношения

+S Н +(2" +2-5) Н О, 22, 4 1.0

М тгу-lт я т (3} л =А .(CO)

4E+3- 3 где А

2 н

N — концентрация азота в исходящей струе воздуха, o6.X (определяется по разности). я5 При совместном горении угля и метана можно записать ний (1 ) и (3) 22400 Q, г + (t 1)СН„а,+ О,=

2 {1+ 2 f)+(1+1) в2+2Х ((+1)-28

=СО+с СО +S Н 4 ((+1) r 2Я

Уравнение горения метана имеет вид

4 P .+3 — 8 («1) СН2 о =со+с со +

2 2 где 1. = СОд/СО; S = Н /CO;

Из уравнения (r) следует где N — количество окиси углерода, образовавшейся при сгорании 1 кг чгсмз/кг

Концентрация окиси углерода (СО)

1 определяется из следующего соотношения, полученного с учетом уравне" — объем моля газа, см; з — молекулярная масса топлива из простейшей формулы, кг, — количество сгорающего угля, кг/мин; — скорость вентиляционной струи, м /мин, откуда (2+1) И . fCO) 2240

Аналогично из уравнения (2) получена формула для расчета количества сгорающего метана — количество сгорающего метана, кг/мин;

М вЂ” молекулярная .масса метана сн

2 кг.

Из уравнения (1) следует, что убыль кислорода при горении угля А„ равна ь„= В.(ro)

2(1+21)+(1+1 ) п-2 f (1+1 ) -2S

4 н с

С а = л + х „+ (1-х) Д, 12 где л" — фактическая убыль кислорода в пожарном участке, об.%;

Х вЂ” мольная доля сгорающего метана; и

Ь = 0 -0 — убыль кислорода, не связанная с горением уг ля или метана, а обусловленная сорбционными процессами в выработанном пространстве, и об. ;

0 — концентрация кислорода в по 2 ступающей струе, об. ; л

0 — фоновая концентрация кисло2 рода, которая наблюдалась бы на участке при наличии только нагретых, но не горящих веществ, об. . йа чертеже показана схема аварийного выемочного участка. Пласт угля отрабатывался обратным ходом длинными столбами по простиранию. В атмосфере вентиляционного штрека 2 работниками шахты была обнаружена окись углерода.

Для определения стадии развития пожара работниками ВГСЧ из вентиляционного штрека в целик угля был пробурен шпур l. Из шпура была отобрана проба газа для определения в ней содержания неопределенных углеводородов — этилена и ацетилена, Анапогичная проба была отобрана в атмосфере тупиковой части вентиляционного штрека 4.

Результаты лабораторного анализа отобранных проб приведены.в табл. 1.

Таблица 1

Концентрация этилена и ацетилена в пробах воздуха.

Концентрация окиси углерода, об ° %

Место отбора пробы

Соотноношение

0,00 концентВ 40 м от вентиляционноэтилена 45 ro штРека

Этилен Ацетиле

0,0006 и ацетилена, 0,004

0,002

В тупиковой части вентиляционно го штрека

920 1080 0,852

17 19 0,895 Из шпура

Место отбора Концентрация пробы х 10 об. .

Результаты анализа показали, что соотношение концентраций этилена и ацетилена в пробе из шпура и соотношение этих же компонентов в исходящей

5 из выработанного пространства струе воздуха одного порядка. Однако абсолютные концентрации индикаторных компонентов в исходящей струе во много раз больше концентрации этих же ком1О понентов в пробе, отобранной из шпура. Это свидетельствовало о наличии в выработанном пространстве горения.

Однако вид сгорающих материалов и скорость их горения была неизвест"

15 ной.

Для того, чтобы меры по тушению пожара были эффективными, необходимо

6bIJIo установить,что. горит и в каком

20 количестве. С этой целью с помощью газоопределителей ГХ-4 в лаве 10 по ходу вентиляционной струи были определены концентрации окиси углерода. Отбор проб производился за секциями механизированной крепи 9 в точках 11-14 расположенных в 50, 40, 30 и 20 м от вентиляционного штрека

2 соответственно.

Результаты замеров приведены в

30 табл. 2.

Таблица 2

Концентрации окиси углерода по ходу движения вентиляционной струи.

В 50 м от вентиляционного штрека

В 30 м от вентиляционного штрека

50 В 20 и от вентиляционного штрека

Результаты замеров показали, что

55 место появления наименьшей концентрации окиси углерода находится в лаве в 40 м от вентиляционного штрека. В этом месте в. резиновую емкость была

1276830 4t на (СН ), окиси углерода (00) и водорода (Й ), Таблица

Состав атмосферы в исходящей струе

Место отбора пробы

Концентрация компонентов, об.

19,5 0,8 О,/ 0,03 0,00 78,97

Исходящая струя

Концентрация азота приведенная в 25 табл. 3 равна

N = 100 — СО -О -СН СО-Н

2 2 2 а — !00-0,8-19,5-0,7-0,003=78,97

На основании полученных результа30 тов рассчитаны количества сгорающих веществ

Р,, = 0,002 Г ">. (0,051 О"., И д 4 х х Oq — 4,51. СО -2,51 CO + 2Н ) — 0,002 600.(0,051 20,5 78 97 — 3S

-4 19,5 — 4,51 0,8-2,51 .0,03)

1,055 кг/мин (1,47 и /мин).

Р„ = 0,0017- F - (-0 051 . 0 и +

+ 4-0„+8. СО + 6 СО + 2-Н ) = 0,0017

600 (-0,051 20,5.78,97 + 4 19,5 +

+ 8.0,8 + 6 0,03) = 2,057 кг/мин.

Результаты расчета показали, что в выработанном прос ранстве имело место совместное сгорание 1,47 м /мин з метана и 2,057 кг/мин угля, Для ликвидации пожара и обеспечения безопасных условий работ в первую очередь следовало потушить метан, Наиболее эффективным путем тушения метана являлось прекращение его доступа к очагу пожара. Поскольку источником поступления метана в выработанное пространство являлся пропласток угля, расположенный в кровле разрабатываемого пласта, была осуществлена его локальная дегазация в районе очага, пожара. Для этого на пропласток угля были пробурены дегазационные скважиотобрана проба газа и в лаборатории определена в ней фоновая концентрация кислорода (0 = 20,5 ), Затем в вентиляционном штреке на исходящей из лавы струе воздуха (исходящая струя показана стрелкой с пунктиром, а свежая " сплошной) таким же образом была отобрана вторая проба газа в точке 3. Зятем в лаборатории определяли в ней концентрации углекислого газа (СО ), кислорода (О ), мета2

Результаты анализа отобранной пробы представлены в табл. 3. На вентиляционном штреке была замерена скорость вентиляционной струи и определен расход проходящего воздуха. Он оказался равным Q,„ = E F = 600 M /мин з (о1 — линейная скорость воздуха м/мин; F — сечение выработки, м ) . пы 8. количество скважин было выбрано исходя из условия, чтобы их дебит был не менее, чем количество сгорающего и поступающего в вентиляционную струю метана.

Количество метана, поступающего в вентиляционную струю из выработанного пространства, составляло (600 .0,7. 0,6):100 = 2,52 м /мин где 0,6 — доля метана, выделяющегося из выработанного пространства, в общем метановыделении на участке во время аварии, Необходимая производительность дегазациопных.скважин составляла

Т, = 2,52 + 1,47 = 3,99 м /мин.

Дебит дегазационной скважины составляет 1,4 м /мин. Таким образом, з для прекращения доступа метана в очаг пожара следовало организовать отсос его по 13,99:1,4 = 2,8 1 трем скважинам.

Для тушения горящего угля и заполнения пустот выработанного пространства твердым заполнителем следопапо пробурить четвертую скважину 5 в район предполагаемого очага пожара

6. Требуемый расход пульпы рассчитывался исходя из следующих соображений.

Теплотворная способность угля составляет 33400 кДж/кг. Исходя из рассчитанного количества сгорающего угля считаем, что в выработанном про-

1 27.6830

Составитель И. Федяева

Редактор Н. Горват Техред Л.Сердюкова Корректор A. 06py ap

Заказ 6651/29

Тираж 436 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

7 странстве выделяется 33400 2,057

= 68703 кДж/мин тепла. Зная, что

1 кг пульпы может отнять порядка

2500 кДж тепла, на очаг пожара следует подавать 68703 : 2500 = <

= 27,48 кг/мин пульпы. Учитывая, что при подаче ее через скважины потери составляют около 50Х то производительность насоса должна быть не менее 55 кг/мин пульпы.

Таким образом, наличие предлагаемого метода позволило определить наличие совместного горения метана и угля в выработанном пространстве, выбрать необходимое количество скважин для отсоса метановоздушной смеси, принять меры безопасности, предупреждающие взрыв метановоздушной смеси, определить производительность агрега" та для подачи пульпы в выработанное пространство. При отсутствии инфор10 мации, полученной данным методом, организовать правильное и эффективное тушение пожара было практически невозможно