СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПУТЕЙ ФИЛЬТРАЦИИ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА В ШАХТАХ Российский патент 2008 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности при ведении работ в условиях шахт, и может быть использовано для определения путей фильтрации рудничного воздуха, например, с целью уточнения местонахождения очагов подземных пожаров в выработанном пространстве, для своевременного усиления изоляции отработанных горных выработок в необходимых местах для исключения отравления пожарными газами людей в действующих выработках, для борьбы с эндогенными пожарами и т.д.

Сложность вентиляционных сетей шахт затрудняет аналитический расчет режимов проветривания, который основывается на результатах депрессионных съемок выработанных пространств. Это является сложной задачей, требующей большого количества исходных данных, получение которых не всегда возможно, и времени.

Известен способ практического решения задачи определения путей фильтрации рудничного воздуха путем запуска индикаторного газа, неспецифического для рудничной атмосферы (Robert P.Vinson, Edward D.Thimons. Исследование параметров рудничной вентиляции с помощью шестифтористой серы. // J. Mine Vent. Soc. Afr. - 1986. - №2. - С.13-20). Газ-трассер запускали в воздушную струю, а в контрольных точках производили отбор проб воздуха в течение 20 мин от начала запуска с интервалом в 5 мин. Это позволяет определить протяженность распространения, время и среднюю скорость движения воздушной струи.

Основным недостатком известного способа является то, что его назначение ограничивалось только определением аэрогазодинамических параметров воздушной струи без выявления таких опасных факторов, как наличие эндогенных пожаров в выработанном пространстве и влияние их на распределение фильтрационных утечек воздуха, воздухообмен через изолирующие сооружения, нарушение режимов проветривания и т.д.

Работы с газами-трассерами в данном направлении были продолжены в России в последующие годы, что подтверждается рядом публикаций.

Известен способ определения путей фильтрации воздуха и уточнения местонахождения очагов самонагревания угля в выработанном пространстве, включающий использование газа-трассера тетрафтордибромэтан (C₂F₄Br₂), более известного под другим названием - хладон 114В2 (Сборник научных трудов РосНИИГД. Борьба с авариями в шахтах. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - С.119-124). Это вещество практически не токсично и обладает незначительной сорбционной способностью по отношению к углю. Хладон 114В2 несколько уступает по данным показателям гексафториду серы (SF₆), но является более доступным для предприятий и более удобен в обращении.

Основными недостаткам при использовании хладона 114В2 в качестве газа-трассера являются:

длительное время получения результатов отобранных проб, т.к. определение концентрации хладона 114В2 (как и гексафторида серы) можно производить только в лабораторных условиях, что требует наличия дорогостоящего оборудования и значительных затрат времени;

возможность искажения получаемых результатов, т.к. вследствие высокой плотности газа возможно попадание его в низкие слои и участки шахтных выработок.

Кроме того, на некоторых шахтах возможно наличие фоновой концентрации хладона 114В2, т.к. в последние годы его используют для обработки обрушенных пород в выработанном пространстве при авариях.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности способа за счет обеспечения достоверности отобранных проб и возможности получения по ним экспресс-информации.

Предложен способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах, включающий ввод в поток воздуха газа-трассера, не имеющего фоновой концентрации в рудничной атмосфере, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие газа-трассера.

Отличием предложенного способа является то, что в качестве газа-трассера используют дихлорметан, причем ввод его осуществляют путем распыления в поток воздуха из расчета 50-100 мг на 1 м³ воздуха.

Отличием является также то, что предварительную оценку наличия в отобранных пробах дихлорметана осуществляют с помощью индикаторных трубок.

Дихлорметан (хлористый метилен) относится к классу трудносгораемых жидкостей, известен как растворитель и теплоноситель (хладон 30, фреон 30), в шахтах и рудниках не применяется.

Дихлорметан имеет следующие характеристики: ПДК максимально разовая - 100 мг/м³, ПДК среднесменная - 50 мг/м³, класс опасности - 4, молекулярный вес - 84,9.

Как следует из приведенных характеристик, единица массы данного вещества может образовывать газовую фазу в 1,71 раза больше по объему, чем гексафторид серы, и в 3,06 раза больше, чем хладон 114В2. За счет невысокой молекулярной массы, а следовательно, и низкой плотности газ не скапливается в низких слоях и отдельных участках выработок, что исключает возможность искажения получаемых результатов. Применение данного вещества в шахтах является совершенно безопасным, т.к. токсикологический класс опасности его - IV.

Наличие в рудничной атмосфере дихлорметана и концентрацию его легко можно определить с помощью серийно выпускаемых индикаторных трубок. В настоящее время промышленность выпускает индикаторные трубки в широком ассортименте, в том числе и для определения различных хлорорганических веществ. В частности, индикаторные трубки для трихлорэтилена являются достаточно чувствительными и для определения дихлорметана. С их применением время предварительной оценки наличия предлагаемого газа-трассера сокращается до нескольких минут, в то время, как для анализа известных газов необходимо дорогостоящее лабораторное оборудование, а затраты времени составляют 7-10 часов.

При необходимости точную концентрацию дихлорметана можно определить в лабораторных условиях на том же оборудовании, что и для известных газов (хроматограф). Однако, как показали испытания, в большинстве случаев предварительной оценки достаточно для достижения поставленной цели.

Сущность изобретения поясняется примерами его осуществления.

Пример 1.

Дихлорметан использовался на шахте "Абашевская" ОАО УК "Южкузбассуголь" для определения направления воздушных потоков в горных выработках. Газ-трассер подавали в поток воздуха в скважину в течение 40 мин, причем дихлорметан в жидком состоянии распыляли в количестве 50 мг/м³. Всего было введено 800 мл (1040 г) жидкости. Местами отбора проб были назначены вентиляционный штрек 16-02 на расстоянии 2550 м и заезд на конвейерный штрек 16-02 на расстоянии 3700 м от места ввода газа-трассера. Через 1 ч 10 мин после начала подачи в скважину был произведен замер концентрации в вентиляционном штреке 16-02 с помощью индикаторных трубок, причем концентрация дихлорметана составила 30-35 мг/м³. При последующем измерении через 2 ч 45 мин после подачи газа концентрация дихлорметана уменьшилась до 10-15 мг/м³, а при дальнейших замерах газ не обнаружен.

В заезде на конвейерный штрек 16-02 замер с помощью индикаторных трубок был произведен через 2 ч 30 мин после начала подачи газа-трассера в скважину, при этом концентрация его в воздухе составила 8-10 мг/м³, а через 3 ч после подачи газа его концентрация уменьшилась до 4-5 мг/м³. Дальнейшие замеры показали отсутствие газа-трассера в атмосфере шахты.

Проведенные испытания позволили определить направление и скорость воздушных потоков в горных выработках на исследуемом участке.

Пример 2.

Промышленные испытания предложенного способа проводились для определения путей фильтрации воздуха в выработанном пространстве и уточнения места нахождения очага пожара №797 "Э" на шахте "Центральная". Данная необходимость проведения исследований была вызвана появлением пожарных газов из-за перемычек на ряде пластов и тем, что при запуске в качестве газа-трассера хладона 114В2 он в пробах не обнаружен. Дихлорметан был введен в выработанное пространство методом распыления в количестве 90 мг/м³ за перемычку с квершлага №31 гор.+20 м с отбором проб из-за перемычек с квершлагов №31 и №33 гор.+110 м через каждые 20 мин. Было отобрано по девять проб с каждой точки отбора. Результаты анализа с помощью индикаторных трубок показали, что в пробах, отобранных из-за перемычки с квершлага №31, содержится дихлорметан в концентрации 10-15 мг/м³, в то время как из-за перемычки с квершлага №33 в пробах имелись только следы газа-трассера. Это связано с тем, что при наличии очага эндогенного пожара в горных выработках с квершлага №33 основной ток воздуха в выработанном пространстве направлен от квершлага №33 гор.+20 м к квершлагу №31 гор.+110 м.

Приведенные примеры подтверждают работоспособность предложенного способа и преимущества использования дихлорметана (хлористого метилена) в качестве газа-трассера перед другими газами.

Распыление дихлорметана в поток воздуха вместо других способов ввода газа-трассера обеспечивает повышение точности подачи в поток заданного объема, т.к., например, при испарении с поверхности жидкости объем не контролируется и зависит от многих факторов (температура воздуха и жидкости, скорость воздушного потока и др.). Количество вводимого газа-трассера (50-100 мг/м³) соответствует предельно допустимым концентрациям его - максимально разовой (100 мг/м³) и среднесменной (50 мг/м³). Выше максимальной разовой ПДК вводить не рекомендуется, т.к. это может вызвать нежелательные последствия, а использование в качестве ниже среднесменной ПДК является в ряде случаев неэффективным, т.к. это влияет на чувствительность способа и потребуются более длительные и дорогостоящие методы газового анализа.

Дихлорметан не требует особых условий хранения, и использование его в шахтах в заявленных пределах является совершенно безопасным.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности при ведении работ в условиях шахт. Способ включает ввод газа-трассера, не имеющего фоновой концентрации в рудничной атмосфере, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие газа-трассера. В качестве газа-трассера используют дихлорметан. Ввод его осуществляют путем распыления в поток воздуха из расчета 50-100 мг на м³. Обеспечивает повышение эффективности за счет обеспечения достоверности отобранных проб и возможности получения по ним экспресс-информации. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах, включающий ввод газа-трассера, не имеющего фоновой концентрации в рудничной атмосфере, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие газа-трассера, отличающийся тем, что в качестве газа-трассера используют дихлорметан, причем ввод его осуществляют путем распыления в поток воздуха из расчета 50-100 мг на 1 м³ воздуха.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительную оценку наличия в отобранных пробах дихлорметана осуществляют с помощью индикаторных трубок.