СПОСОБ ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ С ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ Российский патент 2001 года по МПК E21F5/00 

Описание патента на изобретение RU2167303C1

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с подземными пожарами.

Известен способ локации очагов подземных пожаров с земной поверхности, включающий измерение концентрации индикаторных газов в надповерхностном слое воздуха (А.с. СССР N 1684524, кл. E 21 F 5/00).

Недостатком данного способа является неудовлетворительная точность локации из-за большой площади газовой аномалии в надповерхностном слое воздуха и ее смещения потоками ветра.

Наиболее близким техническим решением является способ локации очагов подземных пожаров с земной поверхности, включающий пробивку шпуров в приповерхностный слой почвы на дневной поверхности и определение в них концентрации индикаторных газов (А.с. СССР N 1460338, кл. E 21 F 5/00).

Недостатком известного способа является низкая эффективность установления местонахождения очага пожара из-за рассеивания индикаторных газов в почве, а также невозможности определения размера прогретой зоны.

Целью изобретения является повышение эффективности способа локации очагов подземных пожаров.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу локации очагов подземных пожаров, включающему измерение концентрации индикаторных газов в приповерхностном слое почвы и надповерхностном слое воздуха, дополнительно определяют скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности, причем местонахождение очага подземного пожара определяют под точкой с максимальной скоростью фильтрации, а размер прогретой очагом пожара зоны соответствует размеру области, в которой скорость фильтрации газа превышает фоновое значение.

Скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности определяют по формуле

где Vо - объем изолированного надповерхностного слоя воздуха;
C - концентрация индикаторного газа в изолированном объеме воздуха через время τ;
Sо - площадь контакта изолированного объема надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью;
Cо - концентрация индикаторного газа в почве.

Для оценки скорости фильтрации газа через горные породы к поверхности используют формулу

где Q - расход откачиваемого из изолированного надповерхностного слоя газа;
C - концентрация индикаторного газа в откачиваемом газе;
Sо - площадь контакта изолированного надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью;
Cо - концентрация индикаторного газа в почве.

В качестве индикаторных газов для определения скорости фильтрации можно использовать как пожарные газы, образующиеся при нагревании угля, так и газы, выделяемые из угля и вмещающих пород при естественной температуре, например метан.

Образующийся в очаге подземного пожара индикаторный газ разносится потоками фильтрующегося воздуха и за счет молекулярной диффузии на большие расстояния. Так, математическое моделирование и шахтные наблюдения показали, что размер аномалии пожарных газов на земной поверхности над подземным пожаром может составлять сотни метров. При таких размерах газовых аномалий трудно определить местонахождение очага пожара по концентрации индикаторного газа. Кроме того, по размерам газовых аномалий невозможно оценить размеры прогретой очагом зоны.

Повысить эффективность локации очагов подземных пожаров возможно при измерении скорости фильтрации газа через горные породы к поверхности. Это объясняется тем, что существенное количество газа из очага к поверхности переносится конвективным потоком, образуемым за счет тепловой депрессии, развиваемой очагом. Поэтому над центром очага, имеющим максимальную температуру, возникает наибольшая скорость фильтрации газа. По мере движения от центра к периферии очага температура угля и, соответственно, тепловая депрессия и скорость фильтрации также будут снижаться. На границе прогретой зоны скорость фильтрации станет равной фоновой, обусловленной перепадом давления за счет работы вентиляторов проветривания. Данное обстоятельство и позволяет оценивать размеры прогретой очагом зоны по величине зоны с аномальной скоростью фильтрации.

Для определения скорости фильтрации газа через горные породы можно использовать метод замера концентрации индикаторного газа в почве Cо и изолированном надповерхностном слое воздуха C через время τ после изоляции. Учитывая, что с поверхности за это время выделится газа
Vг = τ SоvCо,
а в изолированном объеме количество этого газа равно
Vг = VоC,
где Sо - площадь контакта изолированного объема надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью;
v - скорость фильтрации газа через горные породы;
Vо - объем изолированного надповерхностного слоя воздуха.

Приравнивая полученные соотношения, получаем формулу (I) для определения скорости фильтрации газа.

Второй метод определения скорости фильтрации газа предусматривает от качку газа из изолированного надповерхностного слоя воздуха. Количество откачиваемого индикаторного газа в этом случае равно
Qг=QC,
а выделится с поверхности
Qг = vSоCо,
где Q - расход откачиваемого из изолированного надповерхностного слоя газа;
C - концентрация индикаторного газа в откачиваемом газе;
v - скорость фильтрации газа через горные породы;
Sо - площадь контакта изолированного надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью;
Cо - концентрация индикаторного газа в почве.

Приравнивая эти выражения получаем формулу (2) для определения скорости фильтрации газа через горные породы.

В качестве индикаторных газов целесообразно использовать пожарные газы, образующиеся в очаге пожара. Одновременно можно использовать в качестве индикаторных газы, повышенное содержание которых традиционно для выработанного пространства при естественной температуре, например метан. При этом появляется возможность определять местонахождение самонагреваний, которые уже формируют конвективные потоки за счет тепловой депрессии, но еще не выделяют достаточного количества пожарных газов.

Способ осуществляют следующим образом.

Для локации подземных пожаров на земной поверхности пробивают шпуры, в которых измеряют концентрацию индикаторных газов Cо. Одновременно на поверхность устанавливают емкость, изолирующую надповерхностный слой воздуха объемом Vо и имеющую площадь контакта с поверхностью Sо. Затем, по первому варианту, через некоторое время τ в этой емкости измеряют содержание индикаторного газа C и подсчитывают скорость фильтрации газа через горные породы по формуле (1). При использовании второго варианта из установленной емкости непрерывно откачивают воздух, измеряя в нем содержание индикаторного газа. В этом случае скорость фильтрации газа определяют по формуле (2). В качестве индикаторных используют пожарные газы или газы, повышенное содержание которых характерно для выработанного пространства. После выявления зоны с повышенной скоростью фильтрации газа через горные породы, определяют местонахождение очага пожара под точкой с максимальной скоростью фильтрации газа. Найденный на поверхности размер зоны с повышенной по сравнению с фоновой скоростью фильтрации газа равен прогретой очагом пожара зоне горной массы.

Применение предложенного способа повысит точность локации очагов под земных пожаров и позволит определять их размеры, что снизит затраты на тушение пожаров и повысит безопасность горных работ.

Похожие патенты RU2167303C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 2016
  • Шлапаков Павел Александрович
  • Ерастов Антон Юрьевич
  • Хаймин Сергей Александрович
  • Оленченко Владимир Владимирович
RU2631516C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 1991
  • Портола В.А.
  • Гуттер А.А.
  • Лагутин В.И.
RU2011845C1
Способ локации очагов подземных пожаров 1989
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Гуттер Анатолий Александрович
  • Лагутин Виктор Иванович
SU1684524A1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ САМОНАГРЕВАНИЯ УГЛЯ 1999
  • Портола В.А.
  • Колмаков А.В.
RU2169844C1
Способ локации очагов подземных пожаров 1990
  • Игишев Виктор Григорьевич
  • Портола Вячеслав Алексеевич
SU1751356A1
СПОСОБ ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 1992
  • Портола В.А.
  • Гуттер А.А.
RU2039293C1
СПОСОБ ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 1991
  • Гуттер А.А.
  • Портола В.А.
  • Лагутин В.И.
RU2014469C1
СПОСОБ ОХРАНЫ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПО СБЛИЖЕННЫМ ПЛАСТАМ УГЛЯ 1999
  • Штумпф Г.Г.
  • Ануфриев В.Е.
  • Хвещук Н.М.
  • Сидорчук В.В.
RU2167301C1
Способ локации очагов подземных пожаров 1989
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Гуттер Анатолий Александрович
SU1657655A1
СПОСОБ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ МЕТАНА В ШАХТАХ 2007
  • Портола Вячеслав Алексеевич
RU2371583C2

Реферат патента 2001 года СПОСОБ ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ С ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к горной промышленности, борьбе с подземными пожарами. Технический результат - повышение точности локации очагов подземных пожаров, определение их размеров, снижение затрат на тушение пожаров, безопасность горных работ. Сущность изобретения: измеряют концентрацию индикаторных газов в приповерхностном слое почвы и надповерхностном воздуха. Дополнительно определяют скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности. Местонахождение очага подземного пожара определяют под точкой с максимальной скоростью фильтрации газа. Размер прогретой пожаром зоны соответствует размеру области, в которой скорость фильтрации газа превышает фоновое значение. Скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности определяют по формулам: V=V0C/τS0C0 или V=QC/S0C0, где V0 - объем изолированного надповерхностного слоя воздуха, C - концентрация индикаторного газа в изолированном объеме воздуха через время τ или соответственно в откачиваемом газе, C0 - концентрация индикаторного газа в почве, S0 - площадь контакта изолированного объема надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью, Q - расход откачиваемого из изолированного надповерхностного слоя газа. В качестве индикаторных газов используют пожарные газы или метан. 3 з.п.ф-лы.

Формула изобретения RU 2 167 303 C1

1. Способ локации очагов подземных пожаров с земной поверхности, включающий измерение концентрации индикаторных газов в приповерхностном слое почвы и надповерхностном воздуха, отличающийся тем, что дополнительно определяют скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности, причем местонахождение очага подземного пожара определяют под точкой с максимальной скоростью фильтрации, а размер прогретой очагом пожара зоны соответствует размеру области, в которой скорость фильтрации газа превышает фоновое значение. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности определяют по формуле

где Vo - объем изолированного надповерхностного слоя воздуха;
С - концентрация индикаторного газа в изолированном объеме воздуха через время τ;
Сo - концентрация индикаторного газа в почве;
So - площадь контакта изолированного объема надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что скорость фильтрации газа через горные породы к поверхности определяют по формуле

где Q - расход откачиваемого из изолированного надповерностного слоя газа;
С - концентрация индикаторного газа в откачиваемом газе;
So - площадь контакта изолированного надповерхностного слоя воздуха с земной поверхностью;
Co - концентрация индикаторного газа в почве.
4. Способ по п.2 или 3, отличающийся тем, что в качестве индикаторных газов используют как пожарные газы, образующиеся при нагревании угля, так и газы, выделяемые из угля и вмещающих пород при естественной температуре, например метан.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2001 года RU2167303C1

Способ локации очага эндогенного пожара 1987
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Гуттер Анатолий Александрович
SU1460338A1
Способ локации очагов подземных пожаров 1989
  • Портола Вячеслав Алексеевич
  • Гуттер Анатолий Александрович
  • Лагутин Виктор Иванович
SU1684524A1
Способ обнаружения эндогенных пожаров в угольных шахтах 1985
  • Вылегжанин Владимир Николаевич
SU1270363A1
Способ определения местоположения очага эндогенного пожара 1985
  • Вылегжанин Владимир Николаевич
  • Зырянов Ким Васильевич
  • Лагутин Виктор Иванович
SU1270364A1
Способ обнаружения очагов самонагревания угля в массиве 1980
  • Тарасов Борис Гаврилович
  • Кроль Георгий Васильевич
  • Дырдин Валерий Васильевич
  • Гришаев Константин Андреевич
  • Богатырев Александр Владимирович
  • Сюсюра Борис Борисович
SU1145156A1
СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ 1991
  • Онищенко А.М.
  • Карлеба Б.С.
  • Шаудерна Норберт[De]
  • Скрипка В.Л.
RU2007585C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 1991
  • Портола В.А.
  • Гуттер А.А.
  • Лагутин В.И.
RU2011845C1
СПОСОБ ЛОКАЦИИ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ 1990
  • Портола В.А.
  • Гуттер А.А.
  • Лагутин В.И.
RU2012820C1
СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ПОЖАРОВ 1991
  • Поздняков Константин Иванович[Ua]
  • Тимофеев Валерий Георгиевич[Ua]
  • Передрий Алексей Остапович[Ua]
  • Спицкий Александр Петрович[Ua]
RU2023165C1

RU 2 167 303 C1

Авторы

Портола В.А.

Даты

2001-05-20Публикация

1999-11-10Подача