Способ создания инертной среды в горных выработках

 

(19) RU (11) (51) 5 Е

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам н товарным знакам (21) 4949228/03 (22) 25.06.91 (46) 15.1 0.93 Бюл. Мя 37-38 (7G) Басс Георгий Анатольевич (54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНЕРТНОЙ СРЕДЫ

В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ (57) Использование: в горной промышленности для безопасного ведения взрывных работ в шахтах и

|т| рудникак опасных по газу и пыли Сущность изобретения: призабойное пространство охлаждают испарением криогенной жидкости или охлажденным потоком воздуха из вихревой трубы после чего заполняют на все сечение выработки снегом, получаемым при охлаждении диспергированной воды 1 зп. ф-лы,2 ил.

ЬЭ

CO

СР

ЬЭ

2001284

30

40

50

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в угольных, нефтяных и озокеритовых шахтах, серных и колчеданных рудниках, опасных по газу и пыли, при ведении взрывных работ в тупиковых выработках.

Известны способы предотвращения аварий при ведении взрывных работ в подземных выработках применением водораспылительных завес, распылением ингибиторов и заполнением приэабойного пространства воздушно-механической пеной (1).

Базовым способом. используемым в угольной промышленности, являются водяные завесы, создаваемые диспергированием воды взрывами зарядов ВВ в полиэтиленовых мешках с водой.

Недостатки известного базового способа: водяные завесы взрывного распыления воды не создают инертную среду, исключающую воспламенение газа или пыли, Известный способ основан на встрече очагов воспламенения (возникновение которых возможно в любой точке призабойного пространства) с каскадами капель и струй воды, весьма неравномерно распределенных в пространстве, поэтому желательнее (для предотвращения аварии) совпадение струй и капель воды с очагами воспламенения имеет вероятностный характер, исключающий надежность предотвращения аварий.

Ненадежность известного способа усугубляется кратковременностью действия водяной завесы взрывного диспергирования воды — менее 0,5 с, Прототипом предлагаемого изобретения является заполнение приэабойного пространства воздушно-механической пеной (ВМП), получаемой пеногенераторными установка ми (2). ВМП состоит из небольших (от 1,5 до 3,5 мм) объемов воздуха, заключенного в жидкие оболочки, которые связаны друг с другом и образуют сплошную ячеисто-пленочную массу.

Недостатки прототипа: жидкие пены характеризуются агрегативной и термодинамической неустойчивостью, в результате разрушения пузырьков, весьма заметного в первые 5-10 мин после образования ВМП и в первую очередь — в верхних слоях, пена теряет структуру с полным переходом в жидкую фазу см.Пены. ПОлучение и применение. Часть 1. Физико-химия пен. М., Ротапринт ВНИИПО, 1974, с.29. Скорость разрушения пены, стабилизированной поверхностно-активным веществом ОП-10, составляет 7% в минуту — там же, стр.81: токсичность ВМП из-эа токсичности поверхностно-активных веществ, применяемых в качестве пенообраэователей (дейСтвуют на глаза и кожные покровы); дефицитность и высокая стоимость ПАВ, применяемых в качестве пенообразователей (при высоком их расходе); капеж воды в выработке гасит пену; при активном выделении газов (суфляр) в изолируемом участке легкоподвижный пенный массив нарушается каналами, создаваемыми газом; ВМП неприменима для создания инертной среды в выработках больших сечений и в восстающих (наиболее опасных по метану) выработках с углом наклона более 10 ; технологическая особенность ВМП вЂ” при точном выполнении всех операций пена может не получиться из-за незначительных примесей к воде (шахтная вода не годится), иэ-эа качества поверхностно-активного вещества.

По изложенным причинам ВМП, широко испытанная на шахтах Караганды и Донбасса, не получила промышленного применения.

Целью изобретения является повышение надежности инертиэации и улучшение условий труда эа счет применения нового материала для инертизации и технологии его получения в зоне инертизации, Для достижения поставленной цели приэабойное пространство изолируют гаэонепроницаемой перемычкой, охлаждают испарением криогенной жидкости или холодным потоком воздуха из вихревой трубы, вытесняя изолированный объем рудничной атмосферы газообразным хладагентом, после чего приэабойное пространство заполняют снегом, получаемым охлаждением диспергированной воды.

Для заполнения выработки снегом на все сечение и для увеличения плотности снежного массива снег уплотняют периодическими подвижками вагонетки, сдвигая к забою низ формируемого снежного массива вертикальной пластиной, закрепленной на вагонетке, В процессе патентного поиска выявленные отличительные признаки в известных технических решениях не обнаружены, следовательно, предлагаемое изобретение отвечает критерию "существенные отличия".

Способ поясняется фиг. 1 и 2. На (фиг.1) представлена схизма устройства для выполнения способа, скомпонованного на подвижной платформе, где 1 — платформа, 2 — газонепроницаемая перемычка из жестких элементов 3 в центре и гибких выдвижных пластин из пенопласта или резины 4 и выдвижных щеток 5, состоящих иэ упругоэластичных стержней, размещенных по периметру перемычки; 6 — смотровое окно из полистирола или плексигласа, 7 — кри2001284 остат с криогенной жидкостью (например, жидким азотом) в корзине 8 на шарнире 9 для поворота корзины (с целью выливания криогенной жидкости на почву выработки); на торце платформы, обращенном к забою, закреплена вертикальная пластина 10 для подгребания к забою нижней части формирующегося снежного массива и его уплотнения; 11 — вагонетка с водой, 12 — насос; 13— труба для подачи воды, 14 — электродвигатель; 15 — форсунка для распыления воды;

16 — снежный массив; 17 — шпуры с зарядами ВВ и забойкой; на фиг,2-18 — компрессор; 19 — вихревая труба; 20 — поток охлажденного воздуха; 21 — поток нагретого воздуха.

Способ осуществляют следующим образом, После заряжания и забойки шпуров, а также проверки электровзрывной цепи в забой доставляют устройство для инертизации, устанавливая его в 2 м от груди забоя.

Гибкие пластины 4 и щетки 5 выдвигают до упора в стенки и подошву выработки, а у свода выработки пластины 4 и щетки 5 перед началом инертизации опускают, создавая у свода выработки зазор для выхода газа — объема рудничной атмосферы между забоем и перемычкой, вытесняемого более плотными газами, — азотом при испарении криогенной жидкости или охлажденного воздуха иэ вихревой трубы, Поворотом криостата 7 в корзине 8 на шарнире 9 наклоняют емкость и выливают часть криогенной жидкости на почву выработки. При использовании вихревой трубы в зону за перемычкой направляют поток холодного воздуха, температура которого достигает минус 70 С. Подачу охлажденного воздуха иэ вихревой трубы при непрерывной работе компрессора осуществляют без переоывов до полного завершения процесса создания инертной среды, а разлив криогенной жидкости производят периодически в два-три приема (температура кипения жидкого азота минус 196 С).

Испаряющийся азот и охлажденный до минус 70 С воздух, как более плотные, заполняют эаперемыченный обьем призабойного пространства, вытесняя рудничную атмосферу через зазор в перемычке у свода выработки, Выход охлажденного воздуха или испарившегося азота надежно определяется по выходу тумана, образовавшегося из сконденсированной влаги рудничной атмосферы.

После изложенного гибкие пластины 4 и щетки 5 выдвигают до прижима к своду выработки и подают воду, диспергируя ее форсункой 15 с образованием снега, 5

При заполнении призабойного пространства испаряющимся азотом или охлажденным воздухом из вихревой трубы, а также при начальной стадии генерирования снега свод и стенки выработки замораживаются с поверхности циркуляцией холодных газов, что ликвидирует капеж воды со свода выработки и препятствует быстрому таянию снежного массива на его контакте с породой.

По достижении снежного массива 2/3 высоты выработки подвижками платформы

1 воеред-назад подпрессовывают пластиной 10 низ снежного массива, подвигая его к забою и вверх, Продолжая генерирование снега при непрерывной подаче холодного воздуха из вихревой трубы 19 или периодическими выливаниями жидкого азота иэ криостата 7, завершают заполнение выработки снегом на протяжении 3-4 м от забоя, при этом платформу 1 постепенно отодвигают от забоя на то же расстояние 3-4 м.

После завершения заполнения снегом требуемого объема выработки устройство для выполнения способа. скомпонованное на подвижной платформе, удаляют из забоя (предварительно втянув пластины 4 и щетки

5 внутрь) на безопасное расстояние, исключающее воздействие на устройство воздушных ударных волн при взрыве шпуровых зарядов, и отводят устройство в другую выработку, чтобы не препятствовать вентиляции тупиковой выработки для удаления газообразных продуктов взрыва.

После повторной проверки электровзрывной цепи взрывают шпуровые заряды и проветривают выработку.

Основные преимущества способа: надежность инертизации эа счет применения снега. заполняющего все сечение выработки на расстоянии 3-4 от забоя; улучшение условий труда благодаря охлаждению атмосферных выработок (что важно для глубоких горизонтов) и .нетоксичности применяемых материалов; низкая стоимость жидкого технического азота ГОСТ

9293-74 от 42 (сорт III) до 45 руб/т (сорт 1) обеспечивает экономичность способа; физическая стабильность инертной среды иэ снега и ее более длительная сохранность по сравнению с воздушно-механической пеной; применимость в наклонных и восстающих выработках и в выработках больших сечений; надежность и простота контроля наличия инертной среды — визуально по наличию снежного массива; надежность инертизации позволит применять мощные непредохранительные взрывчатые вещества, что позволяет ускорить проведение горных выработок; надежность инертизации

200128! позволит применить огнепроводный шнур в зоне, заполненной смежным массивом, что упростит ведение взрывных работ без опасения аварийного воспламенения среды; одновременно с инертизацией, исключаю- 5 щей воспламенение газа или пыли при ведении взрывных работ, массив иэ снега, заполняющий выработку на все сечение на протяжении 3-4 м, эффективно гасит воздушные ударные волны. Изложенное позво- 10 трубы, а после охлаждения приэабойного

15 пространства в него пода1от диспергированную воду для образования снежного массива.

2, Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе заполнения снегом приэа2р бойного пространства снежный массив уп- лотняют, сдвигая его ниэ вертикальной пластиной, закрепленной на подвижной платформе, к забою.

4 17

Фиг. I

Фиг. 2

Составитель Г.Басс

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор С.Лисина

Редактор Л.Волкова

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3121

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

Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

1. СПОСОБ СОЗДАНИЯ ИНЕРТНОЙ СРЕДЫ B ГОРных выРАБОткАх, опасных по газу и пыли, включающий возведение гаэонепроницаемой перемычки и подачу в призабойное пространство тупиковой выработки пламегасящего материала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности инертизации, вначале в призабойное пространство подают криогенную жидкость или охлажденный поток воздуха из вихревой лит увеличить глубину шпуров и массу вэрываемых зарядов ВВ беэ опасения воспламенения среды и беэ разрушения крепей, (56) Кутузов Б,Н., Галаджий ©,Ì., Давыдов

С,А. и др. Безопасность взрывных работ о промышленности. M,: Недра, 1977, с.274279, Авторское свидетельство СССР

N 118440, кл, Е 21 F 5/00, 1958.