СПОСОБ ЛОКАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ ВЗРЫВНОЙ ВОЛНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК E21F5/02 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы со взрывами газа и пыли в горных выработках шахт.

Известен способ локализации взрывов газа и пыли в шахтах, включающий формирование в выработке ниши и направление в нее ударной взрывной волны путем установки отклоняющих клиньев и взрывоустойчивых дверей (Авт. свид. СССР N 1613646, E 21 F 5/00, 1988).

Недостаток способа заключается в том, что техническое его решение направлено на торможение потока ударной волны путем ее направления в тупиковую нишу. В практике борьбы со взрывами газа и пыли наиболее вероятен случай, когда взрыв происходит в тупиковых горных выработках большой протяженности и взрывная волна с фронтом пламени формируется от забоя тупиковой выработки с ее распространением в действующей выработке шахты. Кроме того, способ не обеспечивает гашения фронта пламени.

Известен заслон для локализации энергии взрывной волны, включающий установку в верхней части горной выработки устройства, содержащего подвижные переднюю и заднюю каретки, соединенные между собой гибкой связью, побудитель схода, щитки, жестко закрепленные на цепях, направляющие схода с ограничителем (авт. свид. СССР N 592995, кл. E 21 F 5/00, 1976).

Недостатком данного устройства является то, что заслон не оборудован устройством гашения фронта пламени и не обеспечивает полного гашения энергии взрывной волны.

Целью изобретения является повышение эффективности локализации и подавления энергии ударной взрывной волны и гашения фронта пламени раскаленных продуктов взрыва.

Это достигается тем, что, например, в тупиковой горной выработке большой протяженности на шахте, отрабатывающей пожароопасные пласты, склонные к внезапным выбросам угля и газа и предназначенной в дальнейшем выполнять основные функции в технологии добычи угля, устраивают различные предупредительные заслоны основного и вспомогательного значения, обеспечивающие полное подавление энергии взрывной ударной волны и гашение фронта пламени раскаленных продуктов взрыва.

Способ локализации энергии взрывной волны включает возведение в сечении горной выработки заслонов для снижения энергии взрывной волны, в месте установки заслона в основной горной выработке устраивание расширения путем проходки по боковым породам обводной выработки. В обводной выработке размещают дополнительные средства локализации энергии взрывной волны и активного гашения фронта пламени.

На входе в расширяющуюся часть горной выработки устанавливают отбойник фронта энергии взрывной волны. В качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны применяют пенную завесу, а в качестве экрана для ее формирования используют самораскрывающуюся парашютную перемычку.

Встречно фронту пламени взрывной волны по обводной выработке размещают по крайней мере один бункер с огнетушащим составом.

Бункер с огнетушащим составом размещают в специальной нише или скважине.

Бункер с огнетушащим составом снабжают выталкивателем с приводным механизмом, имеющим связь с дистанционно установленным аварийным датчиком.

В качестве бункера с огнетушащим составом используют легко разрушаемую емкость с жидким азотом.

Расширение устраивают в месте проходки кроссинга путем его соединения через шлюзовое устройство в кровле основной горной выработки с выходом на кроссинг.

В крыльях кроссинга устанавливают ловушки, локализующие энергию взрывной волны.

Обводную выработку и входную и выходную ветви кроссинга проходят с формированием лабиринта, выполненного перегородками, установленными в выработке на противоположных бортах и смещенных относительно друг друга по продольной оси выработки.

Заслоны в основной выработке устанавливают до выхода с обводной выработки на основную.

Заслон в основной выработке устанавливают после выхода с обводной выработки на основную.

Отбойник фронта взрывной волны на кроссинговую выработку выполняют откидным на сечение основной горной выработки и снабжают связью с дистанционно установленным аварийным датчиком.

В качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны и гашения фронта пламени устраивают тупиковые ниши-ловушки, выполненные в виде участковых водосборников.

Устройство для осуществления приемов способа может быть выполнено в виде заслона, устанавливаемого на направляющих схода под кровлей выработки и включающего подвижные переднюю и заднюю каретки, соединенные гибкой связью, побудитель схода, щитки, жестко закрепленные на цепях, направляющие сходы с ограничителем. В щитки встроены кассеты с газогенерирующими приспособлениями, выходные сопла которых ориентированы встречно направлению ударной волны, а на задней каретке устанавливают самораскрывающееся заграждение, выполненное в виде парашютной перемычки. При этом продукт газогенерирующих устройств - аэрозоль высокого ингибирующего действия - может быть использована как газовая фаза для формирования пенной завесы путем ее барботирования через слой раствора пенообразователя, емкость с которым устанавливается в нише горной выработки.

Предлагаемая совокупность отличительных признаков способа и приема для его осуществления позволяет поэтапно снизить энергию сверхзвукового потока ударной взрывной волны до полного ее гашения с одновременным подавлением фронта пламени раскаленных продуктов взрыва.

На фиг. 1 приведена технологическая схема аварийного участка с обводной выработкой и технологическим оборудованием; на фиг. 2 - схема установки заслона (устройства) в основной выработке в режиме ожидания; на фиг. 3 - положение устройства заслона при срабатывании; на фиг. 4 - вариант гашения ударной волны с использованием выработок воздушного моста (кроссинга); на фиг. 5 - вариант исполнения заслона в виде участкового водосборника.

Технологическая схема для осуществления способа (фиг. 1) содержит основную выработку 1 с установленным в ней на раскрепленных направляющих 2 под кровлей заслоном 3 и содержащую на входе к обводной выработке 4 (ловушке) отбойник 5 потока ударной волны и нишу 6 с размещенным в ней огнетушащим средством 7. Обводная выработка 4, имеющая параллельную часть 8 и сбойку 9, снабжена заслонами 10 и 11 и перекрывается устройством 12 перекрытия сечения выработки, выполненным в виде двери и играющим роль первичного гасителя энергии ударной волны (дверь оборудована, например, устройством по а.с. N 594335).

Собственно заслон 3 в своем составе содержит переднюю и заднюю каретки 13 и 14, цепи 15, щитки 17, жестко закрепленные на цепях, с встроенными кассетами с газогенерирующими устройствами 17, парашютную укладку 18 с закрепленной на коуш 19 парашютной перемычкой 20. На направляющих 2 установлены упоры 21 для фиксации схода заслона, передняя каретка 13 которого имеет побудитель схода, выполненный в виде приводного механизма схода, имеющего связь с дистанционно установленным аварийным датчиком (не показаны). В породном целике 12 могут быть установлены в скважины 23 дополнительные огнетушащие устройства. При этом с целью отвода энергии ударной волны скважины могут быть пробурены в выработанное пространство или погашаемую выработку сближенного пласта.

Одним из вариантов полного гашения энергии ударной волны может быть использован кроссинг 24 (см. фиг. 4), снабженный люковым каналом 25 с лядой 26 перекрытия, обустроенным с основной выработки 1, направляющим щитом 27, лабиринтом в виде установленных в ветвях 28 и 29 перегородок 30. Для гашения фронта пламени устанавливаются также аналогичные огнегасительные заслоны в виде ниш 6, затаренных различными огнетушащими средствами 7.

Дополнительным приемом подавления энергии взрывной ударной волны и гашения фронта пламени является устройство ниш-ловушек, выполненных в виде тупиковых выработок 31, в которых устраиваются участковые водосборники (зумпфы) 32.

Для формирования пенной завесы в борту выработки 1 устраивают нишу 33 с размещением в ней емкости 34 с кассетой газогенерирующих устройств 35, выходные сопла которых соединены на перфорированные трубки (барботеры), размещаемые под уровень раствора пенообразователя, при этом выходной канал патрубка 36 из герметичной емкости 34 выведен в место установки парашютной перемычки 20, играющей роль экрана при создании пенной завесы (пробки).

Способ осуществляется следующим образом.

При взрыве газовоздушной или газопылевоздушной смеси взрывная ударная волна, распространяясь по горной выработке 1, воздействует на аварийный датчик, установленный на значительном расстоянии от заслона. Включение на срабатывание заслона обеспечивается дистанционно путем взаимодействия аварийного датчика и приведенного механизма побудителя схода, размещенного непосредственно на заслонке 3. Приводной механизм, получив сигнал аварийного датчика, срабатывает и скатывает заслон по направляющим рельсам 2 вниз и перекрывает сечение выработки, при этом задняя каретка 14 посредством упора 21 стопорится в верхней части выработки. Одновременно срабатывают поочередно или одновременно (в зависимости о заданной схемы включения) газогенерирующие устройства 17 с образованием потока аэрозоля высокого ингибирующего действия, с образованием на пути движения ударной волны и фронта пламени огнегасительного заслона. При сходе заслона 3 из укладки 18 выбрасывается парашютная перемычка 20. Установке парашютной перемычки по сечению выработки 1 способствуют образовавшаяся в результате действия ГГУ газовая аэрозоль и срабатывания пенной завесы, формируемой путем барботирования напорного ГГУ через слой раствора пенообразователя. Действие пенной завесы может быть сблокировано с механизмом схода заслона 3.

Механизм снижения и полного подавления энергии взрывной ударной волны происходит за счет того, что газовый ее поток, проходя через заслон затормаживается, образуя слой сильно уплотненного газа - давление отражения, при этом газовоздушный поток приобретает повышенную турбулентность, вследствие чего скорость его резко снижается.

С целью рассеивания энергии взрывной волны часть потока отбойником 5 направляется в обводную выработку, где подвергается подавлению путем воздействия устройством 12 перекрытия сечения выработки (в виде дверного проема с установкой подвижного заслона, выполненного, например, по а.с. N 594335), установленных заслонов 10, 11 различного конструктивного исполнения. При этом выход обводной выработки 4 может быть выполнен до или после установки заслона 3 в зависимости от сечения выработки и предполагаемой силы взрывной волны.

Одним из вариантов полного подавления энергии взрывной волны является прием, когда с целью рассеивания ее энергии взрывная волна направляется через моковый (шлюзовой) канал 25 в кроссинг 24, где ударная волна рассекается в две ветви 29 и 28 с подавлением энергии в лабиринте, устроенном посредством перегородок 30 (фиг. 4). При этом для формирования потока на входе в канал 25 под кровлей выработки устанавливают направляющий щиток 27, который при усилении давления выбрасывает дополнительный щит перекрытия большей части сечения выработки. Выход щита на перекрытие может быть выполнен дистанционно через аварийный датчик.

Одним из приемов подавления энергии взрывной волны может быть расчленение ее путем направления части потока в пройденные тупиковые "ловушки" - ниши 31, оборудованные лабиринтами и огнегасительными заслонами (фиг. 5), выполненные в виде участковых водосборников 32, с установкой в них отклоняющих перегородок 30. В этом случае поток ВУВ направляется в естественный водяной заслон (зумпф).

Взаимодействие ударной волны с отклоняющимися перегородками 30 (лабиринтом) обеспечивает косые скачки уплотнения и сверхзвуковой поток отклоняется от первоначального направления движения на определенный угол, обеспечивающий степень замедления волны. В результате отклонения ударной волны от первоначального направления движения поток взрывных газов, распространяющихся за ее фронтом, натекает на стенки выработки, теряет скорость и энергию. При этом скорость части потока в пограничном слое, непосредственно прилегающей к стенкам выработки, становится до звуковой. Торможение оставшейся части потока обеспечивается за счет последующих перегородок и действием водяного заслона.

Использование предложенных приемов способа и устройства для их осуществления позволяет обеспечить полное подавление энергии взрывной ударной волны газовоздушных и газопылевоздушных смесей и гашение фронта пламени.

Изобретение относится к горной промышленности и используется при подавлении энергии ударной волны при взрыве газа и пыли в шахтах. Способ локализации энергии взрывной волны включает возведение в сечении горной выработки заслонов для снижения энергии взрывной волны, в месте установки заслона в основной горной выработке устраивание расширения путем проходки по боковым породам обводной выработки. В обводной выработке размещают дополнительные средства локализации энергии взрывной волны и активного гашения фронта пламени. На входе в расширяющуюся часть горной выработки устанавливают отбойник фронта энергии взрывной волны. В качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны применяют пенную завесу, а в качестве экрана для ее формирования используют самораскрывающуюся парашютную перемычку. Встречно фронту пламени взрывной волны по обводной выработке размещают по крайней мере один бункер с огнетушащим составом. Бункер с огнетушащим составом размещают в специальной нише или скважине. Бункер с огнетушащим составом снабжают выталкивателем с приводным механизмом, имеющим связь с дистанционно установленным аварийным датчиком. В качестве бункера с огнетушащим составом используют легко разрушаемую емкость с жидким азотом. Расширение устраивают в месте проходки кроссинга путем его соединения через шлюзовое устройство в кровле основной горной выработки с выходом на кроссинг. В крыльях кроссинга устанавливают ловушки, локализующие энергию взрывной волны. Обводную выработку и входную и выходную ветви кроссинга проходят с формированием лабиринта, выполненного перегородками, установленными в выработке на противоположных бортах и смещенных относительно друг друга на продольной оси выработки. Заслоны в основной выработке устанавливают до выхода с обводной выработки на основную. Заслон в основной выработке устанавливают после выхода с обводной выработки на основную. Отбойник фронта взрывной волны на кроссинговую выработку выполняют откидным на сечение основной горной выработки и снабжают связь с дистанционно установленным аварийным датчиком. В качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны и гашения фронта пламени устраивают тупиковые ниши-ловушки, выполненные в виде участковых водосборников. Устройство для локализации энергии взрывной волны включает подвижные переднюю и заднюю каретки, соединенные гибкой связью, побудитель схода, щитки, жестко закрепленные на цепях, направляющие схода с ограничителем. В щитки встроены кассеты с газогенерирующими приспособлениями, выходные сопла которых ориентированы встречно направлению ударной волны, а на задней каретке устанавливают самораскрывающееся заграждение, выполненное в виде парашютной перемычки. Технический результат - повышение эффективности подавления энергии взрывной ударной волны. 2 с. и 13 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Способ локализации энергии взрывной волны, включающий возведение в сечении горной выработки заслонов для снижения энергии взрывной волны, вместе установки заслона в основной горной выработке устраивание расширения путем проходки по боковым породам обводной выработки, отличающийся тем, что в обводной выработке размещают дополнительные средства локализации энергии взрывной волны и активного гашения фронта пламени. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на входе в расширяющуюся часть горной выработки устанавливают отбойник фронта энергии взрывной волны. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны применяют пенную завесу, а в качестве экрана для ее формирования используют самораскрывающуюся парашютную перемычку. 4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что встречно фронту пламени взрывной волны по обводной выработке размещают по крайней мере один бункер с огнетушащим составом. 5. Способ по п.1, или 3, или 4, отличающийся тем, что бункер с огнетушащим составом размещают в специальной нише или скважине. 6. Способ по п.1 или по любому из пп.3 - 5, отличающийся тем, что бункер с огнетушащим составом снабжают выталкивателем с приводным механизмом, имеющим связь с дистанционно установленным аварийным датчиком. 7. Способ по п.1, или 3, или 4, отличающийся тем, что в качестве бункера с огнетушащим составом используют легко разрушаемую емкость с жидким азотом. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что расширение устраивают в месте проходки кроссинга путем его соединения через шлюзовое устройство в кровле основной горной выработки с выходом на кроссинг. 9. Способ по п.1 или 8, отличающийся тем, что в крыльях кроссинга устанавливают ловушки, локализующие энергию взрывной волны. 10. Способ по п.8, отличающийся тем, что обводную выработку и входную и выходную ветви кроссинга проходят с формированием лабиринта, выполненного перегородками, установленными в выработке на противоположных бортах и смещенных относительно друг друга по продольной оси выработки. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что заслоны в основной выработке устанавливают до выхода с обводной выработки на основную. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что заслон в основной выработке устанавливают после выхода с обводной выработки на основную. 13. Способ по п.1, или 2, или 8, отличающийся тем, что отбойник фронта взрывной волны на кроссинговую выработку выполняют откидным на сечение основной горной выработки и снабжают связью с дистанционно установленным аварийным датчиком. 14. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве дополнительного средства локализации энергии взрывной волны и гашения фронта пламени устраивают тупиковые ниши-ловушки, выполненные в виде участковых водосборников. 15. Устройство для локализации энергии взрывной волны, включающее подвижные переднюю и заднюю каретки, соединенные гибкой связью, побудитель схода, щитки, жестко закрепленные на цепях, направляющие схода с ограничителем, отличающееся тем, что в щитки встроены кассеты с газогенерирующими приспособлениями, выходные сопла которых ориентированы встречно направлению ударной волны, а на задней каретке устанавливают самораскрывающееся заграждение, выполненное в виде парашютной перемычки.