ВОДЯНОЙ ЗАСЛОН Российский патент 1994 года по МПК E21F5/04 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для локализации взрывов газа и пыли в горных выработках.

Известные водяные заслоны состоят из сосудов, опрокидывающихся под действием воздушной ударной волны, опережающей фронт пламени пылевого или газового взрыва [1] .

Их основной недостаток - вода при опрокидывании сосудов падает компактной массой, не создавая водяную завесу, перекрывающую все сечение горной выработки. Кратковременность действия заслона обусловливает применение десятков сосудов, размещенных у свода выработки и ориентированных поперечно ее оси, создавая сопротивление вентиляционным потокам. Испарение воды из сосудов требует систематических доливок.

Известен водяной заслон, включающий эластичные емкости с водой и механизм приведения заслона в действие, отличающийся тем, что с целью повышения надежности локализации взрывов за счет обеспечения перекрытия всего сечения выработки водяной завесой и увеличения продолжительности ее действия, он снабжен сетками, горизонтально установленными под емкостью с водой и закрепленными к стенкам выработки, причем проекция центральной сетки перекрывает края боковых сеток, а эластичная емкость выполнена герметичной и закреплена к своду выработки посредством гибкой сетки. Механизм приведения заслона в действие выполнен в виде детонирующего шнура, размещенного на поверхности емкости с водой, а между детонирующим шнуром и гибкой сеткой проложена полоса из пористого материала [2] .

При несомненных преимуществах перед известными водяными заслонами, заслон по [2] требует для срабатывания применения взрывных устройств - детонирующего шнура и накольного капсюля-детонатора или электродетонатора.

Традиционные водяные заслоны не содержат взрывных устройств для срабатывания - они приводятся в действие при прохождении воздушной ударной волны, опрокидывающей сосуды с водой, сбрасывая их или приводя в действие механические узлы опрокидывания. Используется также вариант разрушения стенок сосудов ударной волной.

Применение сетки для создания водяной завесы длительного действия позволяет радикально изменить конструкцию водяного заслона, которая и описывается ниже.

Целью изобретения является обеспечение срабатывания от механических узлов с исключением взрывных устройств, применяемых в прототипе, при радикальной реконструкции заслона по сравнению с аналогом.

Для достижения поставленной цели сосуды с водой, ориентированные вдоль выработки, закреплены эксцентрично анкерами на своде выработки и поворачиваются на шарнирах по краям сосудов, сосуды до опрокидывания стабилизированы попарно в горизонтальном положении распорками, снабженными шарнирами по середине, шарниры распорок прижаты давлением сосудов с водой к опорным площадкам на горизонтальном стержне, параллельном сосудам, на концах стержня и перпендикулярно ему жестко закреплены планки, прижатые к поверхности пластин, планки ориентированы перпендикулярно оси выработки, служат преградой для восприятия воздушной ударной волны с одновременным сдвигом под ее воздействием стержня и опрокидыванием сосудов.

Под сосудами размещена сетка, ориентированная горизонтально и закрепленная на стенках выработки.

На одном краю каждого сосуда закреплен пленочный полимерный материал, плавающий на поверхности воды и закрывающий "зеркало" ее испарения.

С целью экранирования водяными потоками пространства между сеткой и сводом выработки по обеим сторонам заслона, у торцовых сторон опрокидывающихся сосудов размещены емкости из эластичных пленочных материалов, заполненные водой и сообщающиеся с опрокидывающимися сосудами.

На фиг. 1-4 представлена предлагаемая заслонка.

Она содержит сосуды с водой 1, ориентированные вдоль выработки, сетку 2, шарниры 3 на краях опрокидывающихся сосудов, закрепленные на анкерах 4. Сосуды стабилизированы в горизонтальном положении распорками 5 с шарнирами, прижатыми давлением массы сосудов к опорным площадкам 6 на стержне 7. Для уменьшения давления шарниров на опорные площадки 6 угол раскрытия распорок 5 должен быть максимальным, но не более 170^о. На торце стержня 7 закреплены горизонтальные планки 8, прижатые к внутренним сторонам торцовых стенок сосудов 9, дно и боковые стенки которых выполнены из эластичных материалов. Торцовые сосуды 9 сообщаются с основными сосудами 1 вертикальными щелевыми прорезями (фиг. 2). Эластичная донная часть сосудов 9 размещена на жесткой пластине, являющейся продолжением донной части сосудов 1, выполненных из недеформируемых материалов. Для конструктивного упрощения основных сосудов 1 на жесткой пластине могут быть размещены емкости 10 из пленочных материалов, сообщающиеся с сосудом 1 сифоном 11 (фиг. 3 и 4). Вертикальная пластина 12 служит преградой для восприятия воздушной ударной волны с последующим ударным сжатием сосуда 10 с одновременным сдвигом горизонтальной планки 8, жестко закрепленной на стержне 7. Для уменьшения испарения воды ее поверхность в сосудах 1 экранирована пленками из полимерных материалов (например, полиэтилен плотностью 0,9 г/см³), плавающими на поверхности воды. Одним краем пленка закреплена на кромке боковой стенки сосуда, обращенной к шарнирам 3, а другой край пленки свободен.

Так как водяная завеса формируется сеткой, а не серией опрокидывающихся сосудов, оказывается возможным сосредоточенное хранение воды в двух укрупненных сосудах, ориентированных вдоль выработки. Такое размещение сосудов снизит сопротивление вентиляционным потокам, а их укрупнение позволит осуществить автоматическую доливку воды (при ее испарении) от шахтного водопровода с применением известных поплавковых регуляторов требуемого уровня.

Сетка 2 выполнена из двух половинок, закрепленных шарнирами у стен выработки с возможностью поворота каждой створки до вертикального положения. Изложенное необходимо для удобства монтажа сетки и установки емкостей с водой, а также для периодической чистки сеток от оседающей пыли. Линия соединения двух половинок сетки в собранном виде при рабочем горизонтальном положении не параллельна оси выработки, а ориентирована под небольшим углом, чтобы избежать перерыва потока воды в месте соединения створок сетки и образования свободного от струй воды канала, ориентированного вдоль выработки для прохода фронта пламени.

Экспериментально отработанный оптимальный размер отверстий сеток составляет 1-1,5 мм. Для исключения коррозии сетка выполнена из полимерных материалов (полихлорвинил, капрон), а для исключения прорывов при выливании больших масс воды под сеткой размещена решетка из стеклопластика с размером квадратных отверстий 120-150 мм.

При ширине и высоте сосуда 1 равном 250 мм и длине 4 м объем составляет 0,25 м³, а двух сосудов - 0,5 м³, что при коэффициенте заполнения 0,8 соответствует 400 л воды. Продолжительность истечения через сетку такого объема воды составляет 20-30 с, что достаточно для надежной локализации взрывов в горных выработках.

При длине укрупненных сосудов, ориентированных вдоль выработки, 4 м длина сетки должна быть 5,5-6,0 м. Сетка должна выступать за края горизонтальной проекции сосудов на расстояние до одного метра с тем, чтобы увеличить протяженность водяной завесы по длине выработки и исключить значительный переток воды через край сетки.

Сопряжение поворотной рамы со стенками выработки герметизируют резиновой лентой для исключения бесполезного для гашения пламени слива воды по стенкам выработки. Но свободные края сетки, перпендикулярные оси выработки, не снабжены вертикальной "стенкой" для удерживания воды, так как поверхность такой стенки вызовет деформацию сетки при воздействии ударной волны.

Сборка и подготовка водяного заслона. При опущенных вдоль стенок выработки створках сетки 2 сосуды 1, эксцентрично закрепленные на анкерах 4, устанавливают в горизонтальном рабочем положении, опирая шарниры распорок 5 на опорные площадки 6, а концы распорок - в края сосудов 1. С торцовых сторон сосудов 1 размещают емкости 10 из пленочного материала, заполненные водой. Заполняют сосуды 1 водой из шахтного водопровода (или от передвижной платформы с баком и насосом), заполняют трубку 11 сифона водой и соединяют сифоном емкости 1 и 10, превращая их в сообщающиеся сосуды. На поверхность воды в сосуде 1 накладывают полиэтиленовую пленку для уменьшения испарения и защиты воды в сосуде от оседающей пыли. Устанавливают в положении касания планку 8 и пластину 12 (фиг. 3 и 4), поднимают откидные створки сетки и закрепляют их в горизонтальном положении. Водяной заслон готов к применению.

Действие заслона. При прохождении воздушной ударной волны, опережающей фронт пламени, сдвигается в направлении движения ударной волны пластина 12 (фиг. 3 и 4) или жесткие торцовые стенки 9 сосудов с эластичными стенками (фиг. 1 и 2), при этом вода из эластичных сосудов выбрасывается вверх и в стороны, экранируя каскадами воды пространство между сеткой 2 и сводом выработки. Одновременно сдвигается стержень 7, подвижный в направлении прохождения ударной волны, при этом шарниры распорок 5 сходят с опорных площадок 6 и сосуды 1, закрепленные шарнирами на анкерах 4, опрокидываются.

Компактная масса воды рассредоточивается, растекаясь по сетке 2, и проходя через отверстия сетки образует завесу высокой плотности и длительного действия, пересекая поперечное сечение выработки.

Основные преимущества водяного заслона по сравнению с базовыми заслонами (аналогом): повышение надежности локализации пылевых и газовых взрывов, снижение капитальных затрат на изготовление заслона, снижение затрат на обслуживание благодаря экранированию поверхности испарения воды полиэтиленовыми пленками и возможности автоматической подпитки укрупненных сосудов от шахтного водопровода, уменьшение сопротивления вентиляционным потокам с улучшением действующей вентиляции, исключение взрывных устройств для приведения заслона в действие. Заслон срабатывает от простейших механических узлов при прохождении воздушной ударной волны. (56) Петрухин П. М. , Нецепляев М. Н. , Каган В. Н. , Сергеев В. С. Предупреждение взрывов пыли в угольных и сланцевых шахтах, М. : Недра, 1974, с. 239-258.

Авторское свидетельство СССР N 1728498, кл. E 21 F 5/04, 1990.

Использование: локализация взрывов пыли и газа в подземных выработках. Сущность изобретения: водяной заслон содержит опрокидывающиеся сосуды с водой, механизм приведения заслона в действие, состоящий из горизонтально расположенного стержня с опорными площадками, пластин, установленных перпендикулярно оси выработки, планок, размещенных на концах стержня и прижатых к поверхности пластин, и распорок. Посередине распорок имеются шарниры. Сосуды стабилизированы папорно распорками в горизонтальном положении. Под сосудами с водой закреплена сетка, размещенная горизонтально. Для экранирования водяными потоками пространства между сеткой и сводом выработки по обеим сторонам заслона размещены емкости из пленочных материалов, заполненные водой и сообщающиеся с опрокидывающимися сосудами. Для замедления испарения воды ее поверхность экранирована полимерной пленкой, плавающей на поверхности. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ВОДЯНОЙ ЗАСЛОН для локализации взрывов газа и пыли в горной выработке, включающий сосуды с водой, механизм приведения заслона в действие, срабатывающий под воздействием ударной волны, и сетку, горизонтально установленную под сосудами и закрепленную на стенках выработки, отличающийся тем, что сосуды ориентированы вдоль выработки, эксцентрично закреплены посредством анкеров у свода выработки с возможностью поворота на шарнирах, при этом механизм приведения заслона в действие выполнен в виде горизонтально расположенного стержня с опорными площадками и закрепленными на его концах планками, прижатыми к поверхности пластин, установленных перпендикулярно к оси выработки, и распорок, имеющих посередине шарниры и прижатых давлением сосудов с водой к опорным площадкам, при этом сосуды стабилизированы распорками попарно в горизонтальном положении. 2. Заслон по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительными емкостями из эластичных пленочных материалов, расположенными по обеим сторонам заслона у торцевых сторон опрокидывающихся сосудов, при этом дополнительные емкости из эластичных пленочных материалов заполнены водой и сообщены с опрокидывающимися сосудами. 3. Заслон по п. 1, отличающийся тем, что, с целью замедления испарения воды, на краю опрокидывющегося сосуда закреплена пленка из полимерного материала, плавающая на поверхности воды.