СПОСОБ ПРОГНОЗА РИСКА ВЗРЫВОВ ГИБРИДНЫХ СМЕСЕЙ В ШАХТАХ И РУДНИКАХ Российский патент 2014 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной и рудной промышленности, и может быть использовано для прогноза риска взрывов гибридных смесей в угольных шахтах и газоопасных рудниках.

Известен способ прогноза риска взрывов метана в угольных шахтах, включающий экспериментальное определение интенсивности выделения метана в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации метана в рудничной атмосфере, температуры его воспламенения (Рубан А.Д., Забурдяев B.C. Метановая опасность и проблемы дегазации угольных шахт // Горный вестник, 1997. - №3. - С.79-85).

Недостатком этого способа является то, что прогнозы риска взрывов метановоздушных смесей осуществляют в зависимости от метанообильности угольных шахт без учета присутствия в рудничной атмосфере других взрывоопасных газов (водорода, сероводорода, гомологов метана).

Известен способ прогноза риска взрывов метановоздушных смесей в угольных шахтах, включающий экспериментальное определение интенсивности выделений в рудничную атмосферу метана и пыли при отработке пластов угля с включениями пирита, температуры воспламенения метана и пыли в присутствии сероводорода (Забурдяев Г.С. Исследование условий и особенностей разработки метаноносных угольных пластов, опасных по взрывчатым свойствам пыли // Горный информационно-аналитический бюллетень. Отдельный выпуск 13, 2007. - С.181-191).

Недостаток этого способа заключается в том, что экспериментально определяют взрывоопасные примеси в рудничной атмосфере в режиме нормального проветривания горных выработок, в то время как взрывоопасные ситуации возникают при снижении расхода воздуха на участке и повышении концентрации в нем метана.

Наиболее близким способом прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках является способ, включающий экспериментальное определение интенсивности выделения взрывоопасных газов в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации газов в рудничной атмосфере и температуры их воспламенения (Рубан А.Д., Забурдяев B.C., Забурдяев Г.С. Научное наследие академика А.А. Скочинского и развитие его идей в сфере безопасности горных работ // Уголь, 2004. - №7. - С.65-69, прототип).

Недостаток данного способа заключается в том, что измерение расхода воздуха и концентрации взрывоопасных газов осуществляют в условиях нормального проветривания выработок выемочного участка без учета динамики возможного снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь.

Целью изобретения является повышение надежности прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках за счет учета динамики снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь, в условиях отработки газоносных угольных пластов в метанообильных шахтах и добычи полезных ископаемых в газоопасных рудниках.

Согласно изобретению поставленную цель достигают тем, что в способе прогноза риска взрывов гибридных смесей в метанообильных шахтах и газоопасных рудниках, включающем экспериментальное определение интенсивности выделения взрывоопасных газов в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации газов в рудничной атмосфере и температуры их воспламенения, измерение расхода воздуха и концентрации газов в процессе снижения параметров проветривания выработки, по данным измерения устанавливают динамику снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь, при этом за температуру воспламенения принимают величину, присущую компоненте гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения, а риск взрыва гибридной смеси определяют произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха и содержанию компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения.

В рудничной атмосфере измеряют концентрации взрывоопасных газов метана, водорода и сероводорода, образующих гибридные смеси.

Способ осуществляют следующим образом.

В метанообильной шахте (или газоопасном руднике) выделяют выемочный участок, на котором по горнотехнологическим и газодинамическим факторам вероятна опасная ситуация, обусловленная неустойчивым проветриванием и нарушением параметров вентиляции, главным образом, при снижении расхода воздуха и обильных выделениях взрывоопасных газов: метана, водорода, сероводорода и гомологов метана, называемых гибридными смесями. Ухудшение проветривания выработок выемочного участка приводит к росту концентрации упомянутых газов в воздухе, свойства которых различны, прежде всего, по температуре их воспламенения, в том числе в сравнении с температурой воспламенения угольной пыли или угольной пыли совместно с пиритной пылью.

На таком выемочном участке устанавливают контрольно-измерительную аппаратуру, датчики контроля которой непрерывно фиксируют и выдают «на печать» изменения расхода воздуха и содержания в нем опасных по взрыву в воздушной среде газов, формирующих гибридные смеси. По данным измерения параметров газовоздушной смеси устанавливают динамику снижения расхода воздуха или рост концентрации взрывоопасных газов в рудничной атмосфере выемочного участка. По факту или прогнозу определяют время, при котором концентрация наиболее опасной компоненты может достигнуть взрывоопасной величины.

При прогнозе риска взрывов гибридных смесей используют данные о температуре воспламенения газовых компонентов, формирующих гибридную смесь. При этом учитывают состояние рудничной атмосферы, давление и влажность воздуха, долевое участие взрывоопасных газов, присутствие угольной и пиритной пыли в воздухе. Для этого используют справочную литературу, а за температуру воспламенения принимают показатель, присущий компоненте гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения.

Частоту аварийных ситуаций определяют отношением числа превышений в рудничной атмосфере концентрации компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения к общему числу превышений концентрации газов, образующих гибридные смеси, за выделенный период времени.

Интенсивность выделения гибридных смесей и пиритной пыли определяют в процессе работы комбайна по добыче угля при максимальной технической производительности.

Риск взрыва гибридной смеси определяют произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха и содержанию компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения.

Вероятность наступления аварийной ситуации на выемочном участке устанавливают по разработанному алгоритму и программе обработки исходных данных, а полученные результаты используют для разработки мероприятий, способных исключить наступление аварийной ситуации. При этом анализу подвергаются газовые гибридные смеси и гибридные смеси газов и угольной пыли, а при наличии в угольных пластах пирита - дополнительно и пиритной пыли, поскольку при концентрации каждой из которых в отдельности предел распространении пламени может происходить при более высокой температуре, чем при совмещении взрывоопасных компонентов, формирующих гибридную смесь, являющуюся наиболее взрывоопасной. В последнем случае устанавливается нижний предел взрываемости гибридных смесей и нижний концентрационный предел распространения пламени горючего компонента (НКПР). Числовые значения этих пределов вводят в алгоритм для прогноза взрывоопасной ситуации.

Изобретение относится к области горной промышленности, преимущественно к угольной и рудной, и может быть использовано для прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и газоопасных рудниках. Техническим результатом является повышение надежности прогноза за счет учета динамики снижения расхода воздуха и роста концентрации газов. Предложенный способ включает экспериментальное определение интенсивности выделения взрывоопасных газов в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации газов в рудничной атмосфере и температуры их воспламенения. При этом измерение расхода воздуха и концентрации газов в нем осуществляют в процессе снижения параметров проветривания выработки и устанавливают динамику снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь. Кроме того, за температуру воспламенения принимают величину, присущую компоненте гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения, а риск взрыва гибридной смеси определяют произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха и содержанию компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках, включающий экспериментальное определение интенсивности выделения взрывоопасных газов в горные выработки, измерение расхода воздуха и концентрации газов в рудничной атмосфере и температуры их воспламенения, отличающийся тем, что измерение расхода воздуха и концентрации газов в нем производят в процессе снижения параметров проветривания выработки, по данным измерения устанавливают динамику снижения расхода воздуха и роста концентрации газов, составляющих гибридную смесь, при этом за температуру воспламенения принимают величину, присущую компоненте гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения, а риск взрыва гибридной смеси определяют произведением частот аварийных ситуаций по расходу воздуха и содержанию компоненты гибридной смеси с наименьшей температурой воспламенения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в рудничной атмосфере горных выработок измеряют концентрации взрывоопасных газов метана, водорода и сероводорода, образующих газовые гибридные смеси.