Способ подавления очагов подземных пожаров

 

Использование: изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с подземными пожарами и направлено на повышение эффективности и снижение затрат на подавление очагов подземных пожаров. Сущность изобретения: откачиваемые из выработанного пространства продукты перемешивают с жидким инертным газом в определенном соотношении и образующуюся смесь направляют в зону очага пожара. В откачиваемые продукты дополнительно вводят жидкость, пар, твердые частицы или подогревают их. При использовании изобретения повышается эффективность подавления очагов подземных пожаров, снижается расход средств и времени на борьбу с пожарами. 6 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для борьбы с подземными пожарами.

Известен способ подавления очагов подземных пожаров, включающий подачу инертного газа в выработанное пространство [1] Недостатком способа является низкая эффективность охлаждения очага из-за рассеивания тепла в выработанном пространстве.

Наиболее близким техническим решением является способ подавления очагов подземных пожаров, включающий применение жидкого инертного газа, его газификацию, подачу в выработанное пространство и откачку прошедших через очаг продуктов [2] Недостатком данного способа является высокая стоимость работ из-за необходимости применения дополнительных источников энергии для газификации жидкого инертного газа и низкая эффективность подавления очагов вследствии небольшой производительности по инертному газу при использовании тепла атмосферного воздуха.

Целью изобретения является повышение эффективности и снижение затрат на подавление очагов подземных пожаров.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу подавления очагов подземных пожаров, включающему применение жидкого инертного газа, его газификацию, подачу в выработанное пространство и откачку прошедших через очаг продуктов, откачиваемые продукты перемешивают с жидким инертным газом, а образующуюся смесь направляют в зону очага пожара. Соотношение смешиваемых жидкого инертного газа и откачиваемых продуктов регулируют по формуле причем T_г≅ T≅ T_е, где G_г расход жидкого инертного газа, кг/с; G_п расход откачиваемых продуктов, кг/с; T_п температура откачиваемых продуктов, К; T_г температура жидкого инертного газа, К; T температура образуемой смеси, К; T_е естественная температура горных пород, К; Q_иг теплота испарения жидкого инертного газа, Дж/кг; C_п теплоемкость откачиваемых продуктов, Дж/(кг·К); C_г теплоемкость инертного газа, Дж/(кг·К).

Другим отличием является то, что измеряют концентрацию кислорода в откачиваемых продуктах и инертном газе, а соотношение смешиваемых компонентов устанавливают по формуле где ρ_п плотность откачиваемых продуктов, кг/м³; ρ_г плотность инертного газа, кг/м³; C_кг концентрация кислорода в инертном газе; C_кп концентрация кислорода в откачиваемых продуктах; S_с концентрация кислорода, предотвращающая взрыв горючих газов и процесс горения в очаге.

Откачиваемые из очага продукты можно подогревать, разбрызгивать в них жидкость, вводить пар или твердые частицы антипирогена и (или) хладагента.

Прошедшие через очаг продукты имеют повышенную температуру, поэтому целесообразно использовать их для газификации жидкого инертного газа. Учитывая, что в прошедшем через очаг газе содержание кислорода понижено, имеет смысл смешивать откачиваемые продукты непосредственно с жидким газом. При этом практически ликвидируются потери тепла, неизбежные в случае передачи тепла через стенку. Реализация этого способа позволит отказаться от дорогостоящих источников тепла и повысить производительность получения хладагента, так как объем подаваемого газа существенно увеличивается за счет добавления откачиваемых продуктов.

Для газификации жидкого инертного газа продуктами, откачиваемыми из очага пожара, должно соблюдаться соотношение G_гc_г(T-T _г )+ G_гQ_пг= G_пc_п (T_п-T)(1) где G_г расход жидкого инертного газа, кг/с; G_п расход откачиваемых продуктов, кг/с; T_п температура откачиваемых продуктов, К; T_г температура жидкого инертного газа, К; T температура образуемой смеси, К; Q_нг теплота испарения жидкого инертного газа, Дж/кг; c_п теплоемкость откачиваемых продуктов, Дж/(кг·К); c_г теплоемкость инертного газа, Дж/(кг·К).

Преобразуя уравнение (1), получаем выражение, позволяющее определить соотношение смешиваемых компонентов для испарения жидкого инертного газа

Для снижения температуры очага пожара и прогретого выработанного пространства температура подаваемой смеси должна быть не выше естественной температуры горных пород на глубине расположения очага, а для испарения жидкого газа температура смеси должна быть выше температуры используемого жидкого инертного газа. Поэтому следует соблюдать условие
T_г ≅T≅ T_е(3)
где T_е естественная температура горных пород, К.

Для получения инертной газовой смеси может быть использован и другой подход. В этом случае определяющей становится концентрации кислорода в смеси. Уравнение, описывающее концентрацию кислорода в смеси в зависимости от содержания его в исходных компонентах, имеет вид

где C_кп концентрация кислорода в откачиваемых продуктах; C_кг концентрация кислорода в инертном газе; C_с -концентрация кислорода в получаемой смеси; ρ_п плотность откачиваемых продуктов, кг/м³; ρ_г плотность инертного газа, кг/м³;
Используя уравнение (4), получаем формулу, позволяющую определить соотношение используемых компонентов в зависимости от требуемой в смеси концентрации кислорода

Для повышения безопасности работ необходимо, чтобы концентрации кислорода в образуемой смеси предотвращала взрыв горючих газов и процесс горения в очаге.

С целью повышения эффективности подавления очагов пожаров целесообразно вводить в откачиваемые продукты жидкость, пар или твердые частицы. Так, жидкость позволит получать дополнительное количество инертного газа. Аналогично действие пара и твердых частиц. Кроме того, жидкость, пар и твердые частицы могут обладать антипирогенным и хладагентным действием, что повысит эффективность предупреждения и тушения подземных пожаров. Подогрев откачиваемых продуктов позволит увеличить объем получаемого инертного газа.

Способ реализуется следующим образом.

При обнаружении самовозгорания полезного ископаемого или очага пожара в выработанном пространстве в область очага бурят скважины для подачи хладагента и откачки прошедших через очаг пожара продуктов. Откачка продуктов, прошедших через очаг, позволит предотвратить вынос тепла в окружающее очаг скопление полезных ископаемых. Откачиваемые продукты перемешивают с жидким инертным газом, что приводит к его газификации. Соотношение компонентов устанавливают по формуле (2) или (5). Для повышения эффективности подавления очагов подземных пожаров откачиваемые продукты нагревают или дополнительно распыляют в них жидкость, пар или твердые частицы, а затем смешивают с жидким инертным газом и образующуюся смесь подают в очаг. Попадающая в очаг смесь нагревается, снижая его температуру. Затем происходит откачка прошедших очаг продуктов и повторное смешивание с жидким инертным газом.

Применение предложенного способа позволит повысить эффективность подавления очагов подземных пожаров за счет увеличения объемов подаваемой инертной смеси и снизить расход средств и времени на борьбу с пожарами за счет утилизации тепла очагов.

Формула изобретения

1. Способ подавления очагов подземных пожаров, включающий применение жидкого инертного газа, его газификацию, подачу в выработанное пространство и откачку прошедших через очаг продуктов, отличающийся тем, что откачиваемые продукты перемешивают с жидким инертным газом, а образующуюся смесь направляют в зону очага пожара.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что регулируют соотношение смешиваемых жидкого инертного газа и откачиваемых продуктов по формуле

причем T_г ≅ T ≅ T_е,
где G_г расход жидкого инертного газа, кг/с;
G_п расход откачиваемых продуктов, кг/с;
T_п температура откачиваемых продуктов, К;
T_г температура жидкого инертного газа, К;
T температура образуемой смеси, К;
T_е температура (естественная) горных пород, К;
Q_иг теплота испарения жидкого инертного газа, Дж/кг;
C_п теплоемкость откачиваемых продуктов, Дж/кг·К;
C_г теплоемкость инертного газа, Дж/кг·К.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют концентрацию кислорода в откачиваемых продуктах и инертном газе, а соотношение смешиваемых жидкого инертного газа и откачиваемых продуктов устанавливают по формуле

где G_п расход откачиваемых продуктов, кг/с;
G_г расход жидкого инертного газа, кг/с;
ρ_п плотность откачиваемых продуктов, кг/м³;
ρ_г плотность инертного газа, кг/м³;
C_кг концентрация кислорода в инертном газе;
C_кп концентрация кислорода в откачиваемых продуктах;
C_с концентрация кислорода, предотвращающая взрыв горючих газов и процесс горения в очаге.

4. Способ по пп. 1 3, отличающийся тем, что откачиваемые продукты дополнительно подогревают перед перемешиванием с жидким инертным газом.

5. Способ по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что в откачиваемые из очага продукты предварительно разбрызгивают жидкость, а затем смешивают с жидким инертным газом.

6. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что в откачиваемые из очага продукты дополнительно вводят пар, а затем смешивают с жидким инертным газом.

7. Способ по пп. 1 6, отличающийся тем, что в образуемую при смешении компонентов смесь дополнительно распыляют твердые частицы антипирогена и/или хладагента.