Многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках и входящие в нее устройства локализации взрывов
Группа изобретений относится к горной промышленности, в частности к технологии и техническим средствам защиты производственного и иного персонала, находящегося в подземных горных выработках, оборудования, размещенного в них и самих подземных горных выработок, от взрывов смесей шахтного газа или(и) угольной пыли (пылегазовоздушные смеси), содержащихся в атмосфере угольных шахт. Техническими задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение в части системы локализации взрывов, являются повышение надежности локализации и подавления взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, повышение надежности функционирования системы за счет сокращения и упрощения ее технических элементов, а также особого порядка их размещения в горных выработках, привязанность срабатывания системы к конкретным параметрам ударных волн и(или) излучения фронта пламени (вспышки), формирующихся при взрывах (вспышках) пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках. В частности, предложена многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, содержащая группу датчиков состояния шахтной атмосферы, состоящую из датчиков, реагирующих на параметры взрыва и вспышки (ударную воздушную волну и излучение воспламенения метана), и устройства локализации взрыва. При этом устройство локализации взрыва выполнено в виде автоматического устройства, формирующего в шахтной атмосфере взрывоподавляющее облако из эффективного огнетушащего порошка энергией сжатого газа высокого давления по сигналу от датчика или диспетчера. Для защиты протяженных горных выработок, проходческих или очистных забоев устанавливают не менее двух датчиков ударной волны, расположенных по обе стороны от каждого устройства локализации взрыва, а для защиты мест размещения электрооборудования или других потенциальных источников тепловых импульсов устанавливают один или более датчиков обнаружения воспламенения метана. В протяженных горных выработках датчики ударной волны устанавливают на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва, а расстояние между соседними устройствами локализации взрыва должно составлять не более 300 м. В подготовительных выработках и очистных забоях датчики ударной волны устанавливают на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 10-30 м от забоя. Датчики обнаружения воспламенения метана устанавливают на расстоянии от 10 м до 30 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 1-10 м от электрооборудования. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Группа изобретений относится к горной промышленности, в частности к технологии и техническим средствам защиты производственного и иного персонала, находящегося в подземных горных выработках, оборудования, размещенного в них и самих подземных горных выработок от взрывов смесей шахтного газа или (и) угольной пыли (пылегазовоздушные смеси), содержащихся в атмосфере угольных шахт.
Как известно, целью локализации взрывов пылегазовоздушных смесей является максимально возможное ограничение области распространения по подземным горным выработкам фронта пламени, образующегося в результате этих взрывов и в свою очередь инициирующего новые, зачастую более мощные взрывы указанных субстанций.
С этой целью с 1930 г. в угольных шахтах, опасных по газу или(и) пыли, начали применять сначала сланцевые, а позже и водяные заслоны.
Многолетний опыт эксплуатации сланцевых и водяных заслонов на шахтах России и за рубежом показал их недостаточную надежность и эффективность при локализации взрывов в загазованных выработках, т.к. их срабатывание имеет пассивный характер, они выполняют свою функцию только за счет энергии ударной воздушной волны, подошедшей от взрыва пылегазовоздушные смеси. При этом, такие заслоны не реагируют на вспышку газа (метана). Сланцевые и водяные заслоны, в зависимости от соотношения скоростей распространения ударной волны и фронта пламени, длины пути их распространения даже теоретически не всегда могут локализовать взрыв. Например, заслоны могут сработать раньше подхода фронта пламени, а инертная пыль или вода могут осесть на почву горной выработки из-за малого времени нахождения их во взвешенном состоянии при скоростях фронта пламени от 40 м/сек до 80 м/сек или от 40 м/сек до 100 м/сек, соответственно, в начальной стадии развития взрыва, либо их быстродействия может не хватить для подавления взрыва большей мощности при скоростях фронта пламени более 230 м/сек или 280 м/сек, соответственно, для развитых взрывов. Кроме того, сланцевые и водяные заслоны не имеют информационной связи с горным диспетчером, они не могут входить в состав многофункциональной системы безопасности шахты, т.к. не имеют возможности дистанционного контроля готовности к срабатыванию и управления срабатыванием.
С целью повышения надежности локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в угольных шахтах к настоящему времени разработано значительное количество автоматических систем и устройств, различных по принципу срабатывания и технической реализации.
Так, известно устройство, осуществляющие автоматическую локализацию и подавление взрывов метановоздушных смесей (патент на изобретение РФ №2278270, МПК-2006.01 E21F 5/00, опубл. 2006 г.). Устройство включает датчики контроля ударной волны и открытого пламени. Датчики связаны со средствами разгазирования, препятствия и подавления распространения пламени и ударной волны на определенном участке. Это устройство основано на детектировании и подавлении уже появившихся в атмосфере продуктов пламени и взрыва и не обладает достаточной надежностью для людей и оборудования в горной выработке.
Известно, устройство взрывоподавления-локализации взрывов пылегазовоздушных смесей, включающее приемный щит и металлические штанги для приема и передачи силового импульса от ударной воздушной волны к устройству локализации взрыва, состоящего из сферического механизма срабатывания, рабочей полости с сжатым воздухом (или специальным газом) высокого давления и конусообразного бункера с огнетушащим порошком для флегматизации и ингибирования взрывоопасных пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках угольных шахт (патент на изобретение RU №2342535 С1, МПК E21F 5/00, опубл. 2008 г.). Устройство работает автономно, не требует электропитания, благодаря высокому быстродействию (до 20 мсек) и продолжительному времени нахождения во взвешенном состоянии огнетушащего порошка, динамически выброшенного энергией сжатого воздуха (или специальным газом) при его срабатывании, локализует взрывы пылегазовоздушных смесей от самых слабых взрывов в начальной стадии до развитых взрывов. Однако это устройство не обеспечивает дистанционный контроль его исправности и нахождения в заряженном состоянии и дистанционного управления его срабатыванием, что предусматривается современными нормативными требованиями, предъявляемыми к системам контроля и управления средствами взрывозащиты горных выработок в структуре многофункциональной системы безопасности шахты.
Также известна мортира пылеметная газодинамическая, содержащая корпус, контейнер, наполненный огнетушащим порошком и на выходе перекрытый легко разрушаемой диафрагмой, поршень, камеру с заданным давлением находящегося в ней газа, средство, обеспечивающее генерирование газа, снабженное электровоспламенителем (патент на изобретение RU №2457333 С1, МПК E21F 5/14, опубл. 2012 г.). Мортира работает следующим образом. При вспышке, дефлаграционном или взрывном горении пылегазовоздушной смеси датчик слежения за обстановкой, установленный на расстоянии 100-150 м от мортиры в контролируемом пространстве, передает электрический импульс по кабелю к выводам электровоспламенителя газогенератора. Далее происходит воспламенение газогенерирующего состава. Давление, создающееся генерируемым газом, приводит в движение поршень, повышает давление запасенного воздуха в камере, разрушает внутреннюю мембрану и затем через внешнюю диафрагму огнетушащий порошок выталкивается из мортиры в защищаемое пространство. Применение высокоэффективного огнетушащего порошка для формирования взрыволокализующего облака в защищаемом пространстве является положительным фактором, а большая удаленность датчика от самой мортиры дает запас времени на срабатывание до прихода фронта пламени от взрыва. Однако в мортире нет достаточного запаса воздуха высокого давления для выбрасывания порошка, а работа воспламенителя и генерация дополнительного газа требует времени. В качестве газогенератора применяется взрывчатое вещество - дымный порох, что усложняет эксплуатацию рассматриваемой мортиры на гражданских объектах. Кроме того, в мортире нет дистанционного контроля ее исправности и нахождения в заряженном состоянии, а также дистанционного управления срабатыванием, что должно быть предусмотрено в системе контроля и управления средствами взрывозащиты горных выработок в многофункциональной системе безопасности шахты.
В патенте РФ №2400633 (МПК-2006.01 E21F 5/00, опубликовано 2010 г.), защищающем техническое решение, принятое за прототип настоящего изобретения, описана многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, включающая группу датчиков состояния шахтной атмосферы, устанавливаемых в местах возможного возникновения взрыва или пожара. Указанные датчики по линии связи передают сигналы измеренных значений состояния атмосферы в блок управления и контроля, который представляет собой вычислительное устройство, запрограммированное на постоянный контроль сигналов, передаваемых датчиками. При приближении параметров шахтной атмосферы (концентрация метана и других веществ, температуры) к критическим значениям или при прохождении ударной волны или фронта пламени блок управления и контроля приводит в действие устройство локализации взрыва, включает предупредительную сигнализацию и оповещает горного диспетчера. Устройство локализации взрыва работает до тех пор, пока не будет ликвидирована взрывопожарная ситуация в опасной зоне горной выработки, и отключается автоматически или вручную.
Недостатками указанной автоматической системы локализации взрывов является сложность ее устройства и работы, поскольку значительное количество датчиков, соответствующих линий связи с блоком управления и контроля, необходимость использования сложного вычислительного оборудования и программного обеспечения в условиях работающей шахты и особенно в возможных, а зачастую лишь в предполагаемых местах инициирования взрыва газа или пыли. Кроме того, нет очевидных параметров шахтной атмосферы, при которых должно срабатывать эта система. Например, включение оросительной системы при определенной концентрации метана не исключает взрыва при появлении источника воспламенения в месте размещения датчика метана. При распространении взрыва по горным выработкам система не обладает достаточным быстродействием, чтобы сформировать на пути распространения фронта пламени огнетушащее водяное облако. Более того, для локализации взрыва водяным облаком (водяной заслон) по нормативным требованиям необходимо большое количество воды (из расчета 440 дм3 на 1 м2 сечения горной выработки) перевести во взвешенное состояние до прихода фронта пламени. У системы крайне низкое быстродействие, в десятки раз превышающее допустимое по нормативным требованиям (до 50 мсек). Все это в значительной мере снижает надежность системы, направленной прежде всего на обеспечение безопасности функционирования производства (добычи угля подземным способом). Сложность и соответственно недостаточная надежность рассматриваемой системы усугубляется тем, что она требует стационарного расположения устройства локализации взрыва, поскольку последнее представляет собой все тот же водяной заслон, изготовленный из водопроводной арматуры с отверстиями, требующей подключения к пожарно-оросительной системе водоснабжения шахты. При этом расход воды заранее предусмотреть фактически невозможно, т.к. контролируемые параметры атмосферы могут находиться в критической зоне неопределенно долго. Принцип работы рассматриваемой системы, предусматривающий проведение упреждающих действий по включению устройства локализации взрыва и таким образом предотвращающим возбуждение аварии за счет воздействия на параметры шахтной атмосферы, не гарантирует возникновения взрыва или пожара в неохраняемых зонах шахты, куда по причине низкой транспортабельности системы ее установить не представляется возможным.
Техническими задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются: повышение надежности локализации и подавления взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, повышение надежности функционирования системы за счет сокращения и упрощения ее технических элементов, а также особого порядка их размещения в горных выработках, привязанность срабатывания системы к конкретным параметрам ударных волн и (или) излучения фронта пламени (вспышки), формирующихся при взрывах (вспышках) пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках.
Указанные технические задачи решаются тем, что в многофункциональной автоматической системе локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, состоящей из группы датчиков состояния шахтной атмосферы, устанавливаемых в местах возможного возникновения взрыва или вспышки, связанных по линии связи с блоком управления и контроля, приводящим в действие устройство локализации взрыва, и осуществляющим передачу в многофункциональную систему безопасности шахты информацию о состоянии устройств локализации взрыва и при необходимости обратного сигнала на их срабатывание, группа датчиков состояния шахтной атмосферы состоит из датчиков, реагирующих на параметры взрыва и вспышки (ударную воздушную волну или излучение воспламенения метана), а устройство локализации взрыва выполнено в виде автоматического устройства, формирующего в шахтной атмосфере взрывоподавляющее облако из эффективного огнетушащего порошка энергией сжатого газа высокого давления по сигналу от датчика или от многофункциональной системы безопасности шахты. При этом для защиты протяженных горных выработок, проходческих или очистных забоев устанавливают один или более датчиков ударной волны, расположенных по обе стороны от каждого устройства локализации взрыва, а для защиты мест размещения электрооборудования или других потенциальных источников тепловых импульсов устанавливают один или более датчиков обнаружения воспламенения метана. При этом в протяженных горных выработках датчики ударной волны устанавливают на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва, а расстояние между соседними устройствами локализации взрыва должно составлять не более 300 м. В подготовительных выработках и очистных забоях датчики ударной волны устанавливают на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 10-30 м от забоя. Датчики обнаружения воспламенения метана устанавливают на расстоянии от 10 до 30 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 1-10 м от электрооборудования.
Расположение датчиков ударной волны в противоположных сторонах от устройства локализации взрыва в защищаемой горной выработке обеспечивает повышение надежности защиты последней за счет срабатывания устройств локализации взрыва независимо от направления распространения взрыва пылегазовоздушной смеси. При этом описанные ниже устройства локализации взрыва, являющиеся частью предлагаемой настоящим изобретением многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках характеризуется малыми габаритами и массой, позволяющими устанавливать их практически в любых местах угольных шахт, независимо от привязки к общеинженерной структуре шахты, включая подземные горные выработки, оснащенные технологическим горно-шахтным оборудованием для добычи и транспортирования полезного ископаемого (угля). При этом практически не занимается пространство горной выработки и не создается препятствий для передвижения персонала шахт и грузов на транспортных средствах. Расстояние между датчиками ударной волны и устройствами локализации взрыва от 10 до 100 м установлено расчетным путем с учетом высокого быстродействия и известных соотношений скоростей распространения фронта ударных воздушных волн при взрывах пылегазовоздушных смесей в подземных выработках угольных шахт (от 340 до 2500 м/сек) и фронта пламени (от 40-340 м/сек для слабых взрывов и до 1000-2500 м/сек для весьма сильных и детонационных взрывов), что нашло полное подтверждение при проведении опытных взрывов и опытом эксплуатации устройств локализации взрыва с механически срабатыванием от щита со штангой длиной 6 м. Указанные расстояния установки датчиков ударной волны от устройств локализации взрыва гарантируют срабатывание датчиков, выдачи команды блоком управления и контроля, и срабатывание устройства локализации взрыва по суммарному времени в сравнении со временем распространения фронта пламени вслед за распространением ударной волны.
Важнейшей неотъемлемой составной частью многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках является совокупность устройств локализации взрывов.
Известно устройство локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, включающее корпус, бункер, выполненный в виде усеченного конуса, заполненный огнетушащим порошком и на выходе перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру с подвижным поршнем, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, и механизм срабатывания. При этом механизм срабатывания выполнен в виде подвижного шток-поршня, расположенного аксиально в цилиндрической полости полого поршня, перекрывающего выхлопные отверстия рабочей камеры. Шток-поршень перекрыт защитным стаканом, а в радиальных проточках полого поршня размещены металлические шарики, которые выступают в створ радиальных проточек, имеющихся в корпусе рабочей камеры, выполняя функцию фиксатора подвижного поршня в режиме ожидания, и освобождая его при необходимости локализации взрыва пылегазовоздушных смесей (см. патент РФ на изобретение №2342535, МПК 2006.01, опубл. 27.12.2008). Указанное техническое решение принято за прототип предлагаемого изобретения в части устройств локализации взрывов.
Первой группой недостатков прототипа предлагаемого изобретения являются: недостаточная минимальная чувствительность и время срабатывания вследствие применения в его конструкции механического привода подвижного шток-поршня, связанного штангой с механическим датчиком ударной воздушной волны, выполненным в виде плоского щита; необходимость приложения значительных усилий для приведения механизма срабатывания в действие (и соответственно затрат времени), поскольку для освобождения шариков необходимо преодолеть давление газа, непосредственно передаваемое им из рабочей камеры.
Вторая группа недостатков прототипа в части устройства связана с аэродинамикой выхлопа сжатого газа через бункер, которая обуславливает преимущественное истечение газа из верхней части бункера, частично свободной от огнетушащего порошка вследствие его уплотнения, что влечет за собой неполный выброс объема огнетушащего порошка из нижней части бункера и неполную дальность его выброса, т.е. неполную реализацию возможностей устройства локализации взрыва при его включении.
Первой группой технических задач, на решение которых направлено настоящее изобретение в части устройства, является повышение аэродинамических качеств устройств локализации взрыва и за счет этого увеличение полноты выброса объема огнетушащего порошка и обеспечение максимальной дальности его выброса, что повышает эффективность действия устройства локализации взрыва в зоне взрыва пылегазо-воздушной смеси или вспышки метана.
Второй группой технических задач, являются: повышение надежности срабатывания устройства локализации взрыва за счет расширения диапазона чувствительности механизма срабатывания к давлению на фронте ударной воздушной волны и сокращения времени его срабатывания за счет снижения порогового усилия, необходимого для приведение устройства в действие.
Первая группа указанных выше технических задач решается тем, что в устройстве локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, включающем корпус, бункер, выполненный в виде усеченного конуса, заполненный огнетушащим порошком и на его выходе в переднем торце перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру и механизм срабатывания, обеспечивающий выброс огнетушащего порошка в защищаемую горную выработку при возникновении взрыва пылегазовоздушной смеси, передний торец бункера скошен наклонной сверху вниз секущей плоскостью.
Оптимальный угол скоса переднего торца бункера по отношению к его оси находится в пределах от 30 до 60°.
Вторая группа указанных технических задач решается тем, что в устройстве локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, включающем корпус, бункер, выполненный в виде усеченного конуса, заполненный огнетушащим порошком и на выходе перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру с подвижным поршнем, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, выполненные в ее хвостовой части, и механизм срабатывания, обеспечивающий передвижение подвижного поршня до открытия выхлопных отверстий рабочей камеры, механизм срабатывания выполнен в виде постоянного электромагнита обратного действия с размещенной вокруг него пружиной, электромагнит расположен внутри подвижного стакана, охватывающего скользящую муфту, охватывающую в свою очередь заднюю часть рабочей камеры, при этом электромагнит удерживает ударник, имеющий возможность при отключении электромагнита освобождаться и за счет воздействия пружины перемещаться к заднему торцу подвижного стакана, вызывая его сдвиг назад, скользящая муфта выполнена с радиальными сквозными отверстиями, в которых установлены наружные шарики, опирающиеся в радиальном направлении на стенку подвижного стакана, а в осевом - на внутренние заплечики корпуса, фиксирующие скользящую муфту и освобождающие ее для перемещения назад при сдвиге назад подвижного стакана, внутренняя поверхность передней части скользящей муфты выполнена с коническим скосом, на который в радиальном направлении опираются внутренние шарики, размещенные в сквозных отверстиях рабочей камеры, а в осевом направлении - на заплечики подвижного поршня, фиксирующие его и освобождающие при перемещении назад скользящей муфты.
Группа предлагаемых изобретений иллюстрируется следующими изображениями, на которых приведены:
фиг. 1 - схема расположения основных элементов многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в протяженных подземных горных выработках;
фиг. 2 - схема расположения основных элементов многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подготовительных подземных горных выработках;
фиг. 3 - схема расположения основных элементов многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках с установленным электрооборудованием;
фиг. 4 - общая схема исполнительного блока устройства локализации взрыва в продольном разрезе;
фиг. 5 - продольный разрез механизма срабатывания устройства локализации взрыва.
Предлагаемая многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках (фиг. 1-3), состоит из группы датчиков состояния шахтной атмосферы 1, 2. Датчики установлены в местах возможного возникновения взрыва или вспышки и связаны по линии связи 3 с блоком управления и контроля 4, приводящим по линии связи 5 в действие устройства локализации взрыва 6, и осуществляющим по линии связи 7 передачу горному диспетчеру информацию о состоянии устройств локализации взрыва 6 и при необходимости обратного сигнала на их срабатывание. При этом группа датчиков состояния шахтной атмосферы состоит из датчиков, реагирующих на параметры взрыва (ударную воздушную волну 1 или излучение воспламенения метана 2), а устройства локализации взрыва 6 выполнены в виде автоматических устройств, формирующих в шахтной атмосфере взрывоподавляющее облако из эффективного огнетушащего порошка энергией сжатого газа высокого давления по сигналу от соответствующего датчика или диспетчера.
В зависимости от места размещения многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей ее состав и порядок установки могут варьироваться.
Так, при размещении предлагаемой системы в протяженных горных выработках 8 (фиг. 1), проходческих горных выработках (фиг. 2) или очистных забоях она включает не менее двух датчиков ударной волны 1, расположенных по обе стороны от каждого устройства локализации взрыва 6, при этом в протяженных горных выработках расстояние от датчиков ударной волны до устройств локализации взрыва составляет от 10 до 100 м, а расстояние между соседними устройствами локализации взрыва составляет не более 300 м.
При применении предлагаемой системы в подготовительных горных выработках (фиг. 2) и в очистных забоях она включает датчики ударной волны 1, установленные на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва 6 и на расстоянии 10-30 м от забоя.
При применении предлагаемой системы для защиты мест размещения электрооборудования или других потенциальных источников тепловых импульсов 11 (фиг. 3) она включает один или более датчиков обнаружения воспламенения метана 2, установленных на расстоянии от 10 до 30 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 1-10 м от электрооборудования, связанных по линии связи 3 с устройствами локализации взрыва 6.
В качестве примера датчика ударной волны, который может эффективно применяться в предлагаемой системе, можно привести выпускаемый серийно ООО «НПП «СПБ», Алтайский край, г. Бийск, датчик ДУВ. Принцип действия датчика ДУВ заключается в том, что ударная волна передает через чувствительный элемент усилие для разблокировки подпружиненного штока с постоянным магнитом. Освобожденный шток и магнит под действием пружины с высокой скоростью двигаются вдоль катушки, создавая в ней электродвижущую силу.
Датчик ДУВ является автономным источником питания для запуска установок автономного пожаротушения и взрывозащиты, для передачи электрического импульса на приборы и автоматику, отключающие электропитание от машин и агрегатов, служит для передачи информации на пульт дежурного диспетчера. ДУВ не требует внешних источников питания, может находится в непрерывном дежурном режиме в течение 10 лет. Основные особенности датчика ДУВ: работа в долгосрочном автономном дежурном режиме без каких-либо источников питания; возможность перехвата воздушной ударной волны при взрыве пылегазовоздушных смесей без ограничений по скорости фронта; датчик является выносным, размещаемым на заданном расстоянии от установок автоматического пожаротушения и взрывозащиты, что дает возможность перехвата воздушной ударной волны на дальних подступах, увеличивая надежность подавления ударной волны и огня; высокая минимальная чувствительность срабатывания - 0,005 МПа; весьма низкая инерционность срабатывания датчика - до 10 мсек.
В качестве примера датчика обнаружения воспламенения метана, который может применяться в предлагаемой системе, можно привести выпускаемый серийно ООО «НПП «СПБ», Алтайский край, г. Бийск, датчик обнаружения возгорания метана ДОВМ-001. Принцип действия датчика основан на методе определения температуры по величине отношения спектральных плотностей двух квазимонохроматических компонент. При этом излучение от контролируемого объекта измеряется двумя фотоприемниками, которые регистрируют излучение в двух узких полосах длин волн, соответствующих спектру излучения горящего метана. Находя отношение выходных сигналов фотоприемников, можно однозначно судить о воспламенении метановоздушной смеси. Благодаря применению спектрального метода определения температуры исключается влияние расстояния до разноудаленных объектов, их излучательных способностей и оптических свойств промежуточной среды на температуру срабатывания датчика.
Устройства локализации взрыва, предлагаемые для реализации настоящего изобретения, отличаются новизной и изобретательским уровнем и описаны ниже.
Работа предлагаемой многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках заключается в следующем.
При отсутствии воспламенений и прохождений ударной волны датчики ударной воздушной волны 1 и датчики воспламенения метана 2 находятся в дежурном режиме. При этом по линии связи 7 осуществляется передача горному диспетчеру информации о состоянии устройств локализации взрыва 6. При возникновении аварийной ситуации (взрыв пылегазовоздушной смеси или воспламенение метановоздушной смеси) соответствующие датчики по линиям связи 3 передают инициирующий сигнал на блок управления и контроля 4, приводящий по линии связи 5 в действие устройства локализации взрыва 6, и осуществляющий по линии связи 7 передачу соответствующего сигнала горному диспетчеру и при необходимости обратного сигнала на срабатывание устройств локализации взрыва 6.
Предлагаемые настоящим изобретением состав и порядок размещения составных частей и отдельных элементов многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках обеспечивают высокую эффективность подавления пылегазовоздушных смесей и вспышек метановоздушных смесей в любых местах их возникновения, независимо от направления их распространения, и высокую надежность функционирования системы за счет своевременного срабатывания и реагирования на взрывы пылегазовоздушных смесей и вспышки метановоздушных смесей в широком диапазоне их параметров.
Важнейшей неотъемлемой составной частью предлагаемой многофункциональной автоматической системы локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках является совокупность усовершенствованных устройств локализации взрывов, особенности которых для конкретной реализации приведены ниже.
На фиг. 4 изображен исполнительный блок устройства локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, являющегося неотъемлемой частью многофункциональной автоматической системы локализации взрывов, в котором предлагается новое выполнение бункера для размещения огнетушащего порошка. Предлагаемое устройство локализации взрывов состоит из исполнительного блока, включающего корпус 12, бункер 13, выполненный в виде усеченного конуса, заполненного огнетушащим порошком 14. Бункер на выходе перекрыт легко разрушаемой диафрагмой 15 и распылителем 16. Внутри бункера 13 расположена рабочая камера 17, заполненная под высоким давлением сжатым газом, который при возникновении в подземной горной выработке взрыва пылегазовоздушной смеси и вследствие этого при поступлении аварийного сигнала от датчиков ударной волны 1 или вспышки метана 2 на механизм срабатывания (фиг. 5), расположенный в хвостовой части 18 исполнительного блока устройства локализации взрыва, поступает через выхлопные отверстия 19 рабочей камеры 17 в полость бункера 13 и приводит к выбросу огнетушащего порошка 14 в защищаемую горную выработку. При этом передний торец бункера 13 скошен наклонной сверху вниз секущей плоскостью. Оптимальный угол скоса переднего торца бункера 13 находится в пределах от 30 до 60°, что приводит к балансу аэродинамического сопротивления по всему сечению бункера 13, что установлено экспериментально. При угле скоса переднего торца бункера больше 60° аэродинамика выброса огнетушащего порошка 14 практически не отличается от аэродинамики прототипа, поскольку большая часть порошка, уплотняясь в нижней части бункера 13, существенно снижает сопротивление выбросу газа из рабочей камеры в верхней его части и повышает в нижней части, что снижает эффективность выброса порошка в выработку. При угле скоса меньше 30° происходит также негативная ситуация, но обратного характера - большая часть огнетушащего порошка 14 концентрируется в нижней части бункера 13, увеличивая давление на легко разрушаемую диафрагму 15, а при срабатывании уменьшая сопротивление выбросу по сравнению с верхней частью бункера 13.
На фиг. 4, 5 изображено устройство локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, являющееся неотъемлемой частью многофункциональной автоматической системы локализации взрывов, в котором предлагается новое выполнение механизма срабатывания. Предлагаемое устройство локализации взрывов состоит из исполнительного блока, включающего корпус 12, бункер 13, выполненный в виде усеченного конуса, заполненного огнетушащим порошком 14. Бункер на выходе перекрыт легко разрушаемой диафрагмой 15 и распылителем 16. Внутри бункера 13 расположена рабочая камера 17, заполненная под высоким давлением сжатым газом, с подвижным поршнем 20, перекрывающим выхлопные отверстия 19 рабочей камеры 17, выполненные в ее хвостовой части 18, и механизм срабатывания (фиг. 5), обеспечивающий передвижение подвижного поршня 20 до открытия выхлопных отверстий 19 рабочей камеры 17. При этом механизм срабатывания выполнен в виде постоянного электромагнита обратного действия 21 с размещенной вокруг него пружиной 22, электромагнит 21 расположен внутри подвижного стакана 23, охватывающего скользящую муфту 24, охватывающую в свою очередь заднюю часть рабочей камеры 17. Электромагнит 21 удерживает ударник 25, имеющий возможность при отключении электромагнита освобождаться и за счет воздействия пружины 22 перемещаться к заднему торцу подвижного стакана 23, вызывая его сдвиг назад. Скользящая муфта 24 выполнена с радиальными сквозными отверстиями, в которых установлены наружные шарики 26, опирающиеся в радиальном направлении на стенку подвижного стакана 23, а в осевом - на внутренние заплечики корпуса 12, фиксирующие скользящую муфту 24 и освобождающие ее для перемещения назад при сдвиге назад подвижного стакана 23. Внутренняя поверхность передней части скользящей муфты 24 выполнена с коническим скосом, на который в радиальном направлении опираются внутренние шарики 27, размещенные в сквозных отверстиях рабочей камеры 17, а в осевом направлении - на заплечики подвижного поршня 20, фиксирующие его и освобождающие при перемещении назад скользящей муфты 24.
Устройство локализации взрыва с предлагаемым механизмом срабатывания функционирует следующим образом. При воздействии ударной воздушной волны на датчик ударной волны 1 или теплового излучения на датчик 2 от соответствующих датчиков по линии связи 3 передается сигнал на блок управления и контроля 4, который управляет постоянным магнитом обратного действия 21, удерживающим в нормальном состоянии ударник 25. От полученного сигнала магнит обратного действия 21 перестает удерживать ударник 25, в результате ударник 25 под действием упругой силы пружины 22, удерживаемой в сжатом состоянии до срабатывания силой магнита обратного действия 21, перемещается назад и смещает подвижный стакан 23, сдвигая его в противоположную сторону от подвижного поршня 20, освобождая тем самым внешние шарики 26. Внешние шарики 26 под действием силы от внутренней скользящей муфты 24, передаваемой через внутренние шарики 27 от подвижного поршня 20, находящимся под давлением сжатого газа в рабочей камере 17, выталкиваются наружу, предоставляя тем самым возможность перемещения назад внутренней скользящей муфты 24. В результате сдвига внутренней скользящей муфты 24 внутренние шарики 27, под действием силы от подвижного поршня 20, находящимся под давлением сжатого газа в рабочей камере 17, выталкиваются наружу, предоставляя тем самым возможность перемещения назад подвижному поршню 20. В результате перемещения назад подвижного поршня 20 открываются выхлопные отверстия 19 в рабочей камере 17, через которые сжатый газ устремляется в бункер 13, интенсивно перемешивается с огнетушащим порошком и вовлекает его в пространство горной выработки для формирования взрыволокализующего облака из огнетушащего порошка на пути распространения фронта пламени от взрыва пылегазовоздушной смеси.
1. Многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, состоящая из группы датчиков состояния шахтной атмосферы, реагирующих на параметры взрыва (ударную воздушную волну или излучение воспламенения метана), установленных в местах возможного возникновения взрыва или вспышки, связанных по линии связи с блоком управления и контроля, приводящим в действие устройства локализации взрыва и осуществляющим передачу в многофункциональную систему безопасности шахты информацию о состоянии устройств локализации взрыва и при необходимости обратного сигнала на их срабатывание, отличающаяся тем, что в протяженных горных выработках, проходческих или очистных забоях она включает не менее двух датчиков ударной волны, расположенных по обе стороны от каждого устройства локализации взрыва, при этом в протяженных горных выработках расстояние от датчиков ударной волны до устройств локализации взрыва составляет от 10 до 100 м, а расстояние между соседними устройствами локализации взрыва составляет не более 300 м.
2. Многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей по п. 1, отличающаяся тем, что в подготовительных горных выработках и очистных забоях она включает датчики ударной волны, установленные на расстоянии от 10 до 100 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 10-30 м от забоя, и датчики обнаружения воспламенения метана, установленные на расстоянии от 10 до 30 м от каждого устройства локализации взрыва и на расстоянии 1-10 м от электрооборудования.
3. Устройство локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, являющееся частью многофункциональной автоматической системы локализации взрывов по п. 1, включающее корпус, бункер, выполненный в виде усеченного конуса, заполненный огнетушащим порошком и на его выходе в переднем торце перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру и механизм срабатывания, обеспечивающий выброс огнетушащего порошка в защищаемую горную выработку при возникновении взрыва пылегазовоздушной смеси, отличающееся тем, что передний торец бункера скошен наклонной сверху вниз секущей плоскостью под углом в пределах от 30 до 60°.
4. Устройство локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках, являющееся частью многофункциональной автоматической системы локализации взрывов по п. 1, включающее корпус, бункер, выполненный в виде усеченного конуса, заполненный огнетушащим порошком и на выходе перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру с подвижным поршнем, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, выполненные в ее хвостовой части, и механизм срабатывания, обеспечивающий передвижение подвижного поршня до открытия выхлопных отверстий рабочей камеры, отличающееся тем, что механизм срабатывания выполнен в виде постоянного электромагнита обратного действия с размещенной вокруг него пружиной, электромагнит расположен внутри подвижного стакана, охватывающего скользящую муфту, охватывающую, в свою очередь, заднюю часть рабочей камеры, при этом электромагнит удерживает ударник, имеющий возможность при отключении электромагнита освобождаться и за счет воздействия пружины перемещаться к заднему торцу подвижного стакана, вызывая его сдвиг назад, скользящая муфта выполнена с радиальными сквозными отверстиями, в которых установлены наружные шарики, опирающиеся в радиальном направлении на стенку подвижного стакана, а в осевом - на внутренние заплечики корпуса, фиксирующие скользящую муфту и освобождающие ее для перемещения назад при сдвиге назад подвижного стакана, внутренняя поверхность передней части скользящей муфты выполнена с коническим скосом, на который в радиальном направлении опираются внутренние шарики, размещенные в сквозных отверстиях рабочей камеры, а в осевом направлении - на заплечики подвижного поршня, фиксирующие его и освобождающие при перемещении назад скользящей муфты.
