СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ Российский патент 1994 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано в угольных шахтах в системе сигнализации о возникновении пожаров, в системах автоматического упреждающего пожаротушения и т. д.

Известен способ автоматического обнаружения пожаров в горных выработках, включающий размещение датчиков тепла, замерных проводов и воздухозаборных шлангов в металлических трубах и укладку последних в выработанном пространстве по линиям контроля за обнаружением ранних признаков самовозгорания, в котором для снижения затрат на укладку труб и наращивание проводов выступающие из выработанного пространства концы металлических труб соединяют с конвейерным ставом для перемещения по ходу продвигания очистного забоя, причем длину укладываемых в выработанном пространстве труб принимают равной длине шага месячного подвигания очистного забоя [1] .

Недостатком известного способа является низкая надежность обнаружения очага пожара при больших затратах.

Известен способ автоматического обнаружения пожаров в горных выработках, включающий прокладку пары замерных проводов в выработанном пространстве по линии контроля и измерение сопротивления между парой проводов, в котором для повышения надежности обнаружения очага пожара при одновременном снижении затрат пару замерных проводов помещают в одну общую изоляционную оболочку из термоусаживаемого материала с возможностью короткого замыкания замерных проводов на перегретом участке выработанного пространства, при этом определяют момент времени возникновения пожара по моменту короткого замыкания замерных проводов, а место возникновения пожара определяют по величине сопротивления замкнутой электрической цепи пары проводов [2] .

Недостатком известного способа является невозможность обеспечения повторных обнаружений пожаров без замены замерных проводов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения повторных обнаружений пожаров без замены замерных проводов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе автоматического обнаружения пожаров в горных выработках, включающем прокладку пары замерных проводов в выработанном пространстве по линии контроля, измерение сопротивления между парой проводов, пару замерных проводов помещают в одну общую изоляционную оболочку из термоусаживаемого материала с возможностью короткого замыкания замерных проводов на перегретом участке выработанного пространства, определяют момент времени возникновения пожара по моменту короткого замыкания замерных проводов, а место возникновения пожара определяют по величине сопротивления замкнутой электрической цепи пары проводов, дополнительно измеряют сопротивление между парой замерных проводов с другого противоположного их конца, по моменту изменения с соответствующего конца определяют момент появления пожара и направление на новый очаг пожара от предшествующего очага пожара, а по величине изменения сопротивления с соответствующего конца определяют место возникновения нового очага пожара.

Изобретательский акт при создании способа состоит в двойном увеличении функциональных возможностей при менее чем двойное усложнении способа (при инженерном проектировании усложнение пропорционально степени расширения функциональных возможностей). Это техническое противоречие (расширение возможностей при непропорциональном усложнении) преодолено за счет всей совокупности ограничительных и отличительных признаков так, что ни замена на эквивалентный, ни исключение любого из признаков невозможны, что однозначно следует из приводимого ниже описания способа. Отличительные признаки неизвестны не только в совокупности, но даже отдельно каждый признак сам по себе. Поэтому, по мнению авторов, совокупность отличительных признаков удовлетворяет изобретательскому уровню и соответствует критериям "новизна" и "существ. отлич. ".

На фиг. 1 показана схема размещения замерных проводов и омметров в горной выработке; на фиг. 2 показан разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - функциональная схема устройства для автоматического обнаружения повторяющихся пожаров в горных выработках.

Способ осуществляется следующим образом. На стенке 1 горной выработки прикрепляют термочувствительный кабель. Измерительные провода 2 и 3 кабеля помещают в изоляционную оболочку 4 из термоусаживаемого материала. Провода 2 и 3 в оболочке прикрепляют к стенке 1 с помощью скоб 5 и гвоздей 6. Чтобы предотвратить замыкание проводов 2 и 3 в оболочке 4, последнюю выполняют с продольным гофром 7 между проводами 2 и 3 (см. фиг. 2). Концы замерных проводов 2 и 3 подключают к омметру 8. Противоположные концы проводов 2 и 3 подключают к второму омметру 9. Выходы обоих омметров 8 и 9 подключают к входам блока индикации и регистрации 10.

В нормальном состоянии, когда очагов пожара нет и оболочка 4 имеет температуру стенки 1 горной выработки, провода 2 и 3 изолированы друг от друга продольным гофром 7 в оболочке 4. Омметры 8 и 9 показывают сопротивления изоляции оболочки 4. Если, например, в качестве оболочки 4 применяют трубку из термоусаживаемой композиции полиэтилена с температурой усадки 160^оС, внутренним диаметром 6 мм, а провода 2 и 3 имеют диаметр 1,5 мм, то сопротивление оболочки 4 при длине замерных проводов в оболочке 100 м равно 200 МОм.

При возникновении первого очага пожара оболочка 4 нагревается, резко уменьшается по диаметру (в 4-7 раз) и плотно прижимает друг к другу провода 2 и 3 (как это показано на фиг. 3). По резкому изменению сопротивления (от сотен миллионов до долей Ом), фиксируемого обоими омметрами 8 и 9, определяют момент возникновения очага пожара, то есть момент нагрева оболочки 4 до температуры усадки оболочки. После замыкания проводов 2 и 3 омметрами 8 и 9 измеряют сопротивления цепей соответственно от омметров 8 и 9 до места возникновения Б пожара. По значениям сопротивлений соответственно Р_8Б и Р_9Б определяют расстояния до места очага пожара. Каждое расстояние равно сопротивлению соответствующей цепи, деленному на удельное линейное сопротивление пары замерных проводов l_у
l₈ = Р_8Бl_у^-1 и l₉ = Р_9Бl_у^-1. (1) Каждое из расстояний l₈ и l₉ определено с соответствующей погрешностью. Поэтому уточненное значение расстояние до очага пожара определяют по формуле
l_У8 = l₈К и l_У9 = l₉K где К = l(l₈ + l₉)^-1, (2) где l - расстояние между противоположными концами замерных проводов.

При возникновении второго очага пожара, например, в сечении С на фиг. 4 оболочка 4 в месте С нагревается и резко уменьшается по диаметру. Сопротивление между парой проводов 2 и 3, сжатых при этом оболочкой 4 в сечении С, фиксируемое омметром 9 при этом не изменится, так как к омметру 9 находится более близкое к нему место прежнего короткого замыкания проводов 2 и 3 в сечении Б. Зато при замыкании проводов в сечении С изменится фиксируемое омметром 8 сопротивление. Таким образом, по изменению сопротивления, фиксируемого омметром 8, определяют положение места возникновения пожара (оно лежит слева от первого места возникновения пожара в сечении Б), а по измеряемому омметром 8 сопротивлению определяют расстояние до нового места возникновения пожара в сечении С.

При возникновении третьего очага пожара, например, в сечении D на фиг. 4 оболочка 4 в месте D нагревается и резко уменьшается по диаметру. Фиксируемое омметром 9 сопротивление не изменится, так как между сечением D и омметром 9 находятся два предыдущих очага пожаров в сечениях Б и С. Вследствие короткого замыкания проводов 2 и 3 в сечении D омметр 8 зарегистрирует изменение сопротивления, по которому зафиксируется возникновение очага пожара, более близкого к омметру 8, чем предыдущий очаг пожара в сечении С. По значению показываемого омметром 8 сопротивления как и ранее определяют расстояние до нового очага пожара.

При возникновении четвертого очага пожара в сечении Е все произойдет как и описано выше для сечения D.

При возникновении пятого очага пожара в сечении F по фиг. 4 омметр 9 покажет изменение сопротивления, так как короткое замыкание проводов возникло в более близкой к омметру 9 точке, чем сечение Б ближайшего к омметру 9 предыдущего пожара. По величине сопротивления, показываемого омметром 9, определяют расстояние до пятого очага пожара в сечении Г.

Все описанные операции по фиксации момента изменения показаний омметров 8 или 9 и вычисления расстояния до очага пожара от того омметра, у которого изменились показания, осуществляет блок индикации момента возникновения пожара и регистрации расстояния до очага пожара 10. Настоящий способ не позволяет обнаруживать тот новый очаг пожара, который происходит между двумя предыдущими очагами пожара. Так, например, если шестой очаг пожара возникнет в любом месте между очагами Е и Г, то он не будет обнаружен, так как сопротивления, показываемые обоими омметрами, не изменятся, потому что для обоих омметров будет существовать более близкое место короткого замыкания проводов 2 и 3 от более раннего очага пожара. В этом единственный недостаток способа. Однако, как видно из фиг. 4, вероятность возникновения новых очагов пожаров между предыдущими очагами низка (пропорциональна отношению длины проложенных в горной выработке проводов к расстоянию между предыдущими очагами пожара) и увеличивается с ростом количества вновь возникающих пожаров.

П р и м е р. В горной выработке проложен термочувствительный кабель. Кабель прикрепили скобами к стенке выработки, а его измерительные проводники с обоих концов присоединили к омметрам 8 и 9. Термочувствительный кабель выполнен из термоусаживаемой композиции полиэтилена с температурой усадки 160^оС. Внутренний диаметр оболочки 6 мм. В качестве пары проводов использовались медные проводники диаметром 1,5 мм, сопротивление каждого метра пары проводников 19.26 ˙10^-3 Ом.

Участок термочувствительного кабеля нагрели до температуры свыше 160^оС. Оболочка в этом месте кабеля резко уменьшалась в диаметре и плотно сжала медные проводники. После замыкания омметр показал сопротивление 0,4 Ом (показания омметра 8), а омметр 9 - сопротивление 0,2 Ом. Учитывая удельное сопротивление пары проводников, рассчитаны расстояния от омметров до точки нагрева 20,8 м от омметра 8 до точки Б и 10,4 м от омметра 9 до точки Б. Между тем при прокладке проводников было известно, что общая длина проводников составляет l = 31 м. Поэтому истинные расстояния от омметров 8 и 9 до очага пожара в сечении Б уточняют по формулам (1) и (2)
l₈ = 0,4/19,25˙ 10^-3 = 20,77922 м,
l₉ = 0,2/19,25 ˙10^-3 = 10,38961 м
К = 31(20,77922 + 10,38961)^-1 = = 0,99458337
l_у8 = 20,77922˙0,99458337 = = 20,66666666 м
l_у9 = 10,38961˙0,99458337 = = 10,33333333 м. Ошибки определения расстояний по формулам (1) составили соответственно
δ₈= 10,38961 - 10,33333333 = 0,05627667 м;
δ₉= 20,77922 - 20,33333333 = 0,11255334 м Как видно, уточненные формулы (2) позволяют определить расстояния до первого очага пожара с относительной погрешностью на 0,54 % меньшей, чем при определении расстояния до первого очага пожара по прототипу. Так, при определении расстояния в 10,333 м допускалась ошибка в 5,6 см, а при определении расстояния в 20,666 м - ошибка в 11,25 см.

При возникновении второго очага пожара в сечении С омметр 8 показал сопротивление 0,35 Ом. При обычном расчете расстояние от омметра 8 до очага С составляло lc = 0,35/19,25 ˙10^-3 = 18,181818 м. При расчете расстояния с учетом значения К уточненное значение расстояния составило l_ус = 18,181818 ˙0,99458337 = 18,0833 м, то есть уточненное значение расстояния отличается от рассчитываемого по прототипу на 9,85 см.

Аналогично рассчитываются расстояния до третьего, четвертого и пятого очагов пожара в сечениях соответственно D, E и F.

Таким образом, способ по сравнению с прототипом позволяет без замены замерных проводов определять положение и момент возникновения повторных очагов пожара и повышает точность определения первого и последующих очагов пожара в смысле достоверного определения расстояния до очага пожара. Экономический эффект образуется как за счет экономии замерных проводов, снижения трудоемкости за счет исключения повторной прокладки новых проводов, так и за счет более точного определения очага пожара, что позволяет снизить трудоемкость и затраты на ликвидацию очага пожара. (56) Авторское свидетельство СССР N 905494, кл. E 21 F 5/00, от 1977.

Авторское свидетельство СССР N 1574829, кл. E 21 F 5/00, 1990.

Использование: в системах автоматического упреждающего пожаротушения в шахтах. Сущность изобретения: в выработанном пространстве по линии контроля прокладывают пару замерных проводов и измеряют сопротивление между парой проводов. Пару замерных проводов помещают в одну общую изоляционную оболочку из термоусаживаемого материала с возможностью короткого замыкания замерных проводов на перегретом участке выработанного пространства. Момент возникновения пожара определяют по моменту короткого замыкания замерных проводов, а место возникновения пожара определяют по величине сопротивления замкнутой электрической цепи пары проводов. Дополнительно измеряют сопротивление между парой замерных проводов с противоположного их конца и по моменту изменения сопротивления с соответствующего конца определяют момент появления пожара и направление на новый очаг пожара от предшествующего очага пожара. По величине изменения сопротивления с соответствующего конца с учетом общей длины замерных проводов определяют место возникновения нового очага пожара. 4 ил.

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ, включающий прокладку пары замерных проводов в выработанном пространстве по линии контроля, измерение сопротивления между парой проводов, которую помещают в одну общую изоляционную оболочку из термоусаживаемого материала с возможностью короткого замыкания замерных проводов на перегретом участке выработанного пространства, определение момента времени возникновения пожара по моменту короткого замыкания замерных проводов и места возникновения пожара по величине сопротивления замкнутой электрической цепи пары проводов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения повторных обнаружений пожаров без замены замерных проводов при одновременном повышении точности определения места возникновения пожара, дополнительно измеряют сопротивление между парой замерных проводов с противоположного их конца, по моменту изменения сопротивления с соответствующего конца определяют момент появления пожара и направление на новый очаг пожара, а по величине изменения сопротивления с соответствующего конца с учетом общей длины замерных проводов определяют место возникновения нового очага пожара.