СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ И СОХРАНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЗРЫВА МЕТАНОПЫЛЕВОЗДУШНОЙ СМЕСИ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ И УСТРОЙСТВО "ЧЕРНЫЙ ЯЩИК" ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2014 года по МПК E21F17/18 G01L23/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси при распространении или затухании взрывов по горным выработкам.

Известно, что в результате произошедшего аварийного взрыва метанопылевоздушной смеси в угольной шахте, опасной одновременно по метану и по взрыву угольной пыли, образуются фронт ударно-воздушной волны (далее у.в.в.) и фронт пламени, которые распространяются по запыленным горным выработкам друг за другом на большом протяжении выработок. При этом у.в.в., идущая впереди фронта пламени, поднимает осевшую в выработках угольную пыль и увлекает ее за собой в таком большом количестве, что пламя легко передается даже через большие свободные от пыли участки горной выработки и взрыв распространяется дальше. Прохождение фронтов у.в.в. и пламени по горным выработкам вызывают травмы людей, разрушение горной крепи, а нередко и сплошные завалы в горных выработках на большом протяжении. Перемещенное и поврежденное электрическое и механическое оборудование после прохождения фронта у.в.в., а также поднятая с почвы и стенок отложившаяся угольная пыль в горных выработках, по которым проследовала у.в.в., могут подготовить источники вторичного воспламенения метанопылевоздушной смеси, а раскаленные частицы пыли или подошедший фронт пламени инициировать эти источники. Это приводит к возникновению еще более мощного типа взрыва, в результате которого по горным выработкам распространяются еще более мощные фронт у.в.в. и фронт пламени. Также известно, что в зависимости от типа взрыва (балансирующий взрыв, слабый взрыв, сильный взрыв или приближающийся к детонационному взрыву) избыточное давление во фронте у.в.в. и температура во фронте пламени для каждого типа взрыва существенно отличаются. Величина избыточного давления во фронте у.в.в. находится в пределах от 0,02 МПа до 2 МПа и температура во фронте пламени - от 650°С до 2000…2500°С.

При расследовании причин произошедшего аварийного взрыва метанопылевоздушной смеси и последующей объективной оценки процесса развития или затухания по горным выработкам взрывов и определения их типов приходится полагаться на информацию, полученную по косвенным признакам (доклады отрядов ВГСЧ по результатам визуальных осмотров о характере степени разрушений оборудования, горного крепления, степени поражения людей и пр.), что, понятно, может увести далеко в сторону от действительной картины аварии.

Причиной этого служит отсутствие фактических значений (величин) физических параметров фронтов у.в.в. и пламени, образованных в результате аварийного взрыва и воздействующих на окружающую среду в горной выработке.

Эта задача может быть решена путем создания устройств «черный ящик» с защищенными от внешних воздействий элементами, регистрирующими (фиксирующими) основные параметры взрыва (избыточное давление и температура во фронтах у.в.в. и пламени соответственно), а также направление развития или затухания взрывов. Устройства «черный ящик» должны устанавливаться в заданных точках (пикетах) по сети горных выработок, отличаться простотой конструкции, не требовать внешних источников энергии питания, сохранять зафиксированную информацию до их обнаружения даже в случае смещения устройств «черный ящик» на любое расстояние по горной выработке в результате воздействия на них фронта у.в.в. Этого будет вполне достаточно, чтобы собрать необходимый материал о том, что происходило непосредственно после первого аварийного взрыва и как развивались события дальше. Членам экспертных комиссий больше не придется ломать голову над тем, что могло спровоцировать аварию. Все ответы будут в «черных ящиках». Независимо от времени поисково-востановительных работ при расследовании аварии зарегистрированные и сохраненные «черным ящиком» значения параметров фронтов у.в.в. и пламени и данные о направлении развития или затухания взрывов внесут существенный вклад в установлении объективной картины места возникновения аварийного взрыва и характера развития или затухания этого процесса по горным выработкам. Полученная достоверная информация о характере протекания процесса развития или затухания по горным выработкам взрывов позволит выяснить причины случившейся аварии и, как следствие, более эффективно решать проблемы безопасности ведения горных работ путем внедрения новых технологий добычи полезных ископаемых и дальнейшего совершенствования взрыволокализующих средств, в том числе автоматических систем взрывоподавления - локализации взрывов.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип данному изобретению в части способа, по технической сущности является представленный на форуме «КарагандаИнвест-2008» проект Карагандинского государственного технического университета. В проекте предлагается объединить комплексный параллельный контроль параметров технологической среды (метан и сопутствующие газы) с контролем режима работы электрического оборудования [1]. По этому способу в лаве следует устанавливать два блока аппаратуры в наиболее вероятных местах взрывов - на сопряжении с лавой и в тупиковых выработках. В штатном режиме система будет питаться от обычной сети и фиксировать имеющиеся нарушения с передачей их на поверхность. Как только отключается электроэнергия или нарушено питание аппаратуры после произошедшего аварийного взрыва, эта система автоматически переходит в автономный режим, в состоянии которого она должна будет работать порядка недели, что позволит фиксировать концентрацию газов, световое и тепловое излучение, количество взрывов, направленность у.в.в. и так далее, тем самым концентрируя в своей «памяти» всю необходимую информацию, которая и позволит выяснить причины случившейся аварии.

Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков:

- сложная конструкция электронной начинки аппаратуры требует изготовления корпуса будущего «черного ящика» из такого крепкого металла, при котором она не пострадает от взрыва;

- ограниченное время работоспособности аппаратуры на автономном режиме питания после отключения электроэнергии;

- высокая стоимость одного комплекта аппаратуры ограничивает возможность увеличить количества мест установки ее в наиболее вероятных местах взрывов;

- установка двух блоков аппаратуры в наиболее вероятных местах взрывов - на сопряжении с лавой и в тупиковых выработках - сможет зафиксировать информацию о взрыве только в этих местах, но этой информации недостаточно и она не даст полной картины, где произошел первоначальный взрыв и как развивались или затухали взрывы при распространении их по горным выработкам.

Целью данного изобретения является разработка способа регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках и устройства «черный ящик» для его осуществления для получения достоверной информации о характере протекания процесса развития или затухания по горным выработкам взрывов, которая позволит выяснить причины случившейся аварии и, как следствие, более эффективно решать проблемы безопасности ведения горных работ путем внедрения новых технологий добычи полезных ископаемых и дальнейшего совершенствования взрыволокализующих средств, в том числе автоматических систем взрывоподавления - локализации взрывов.

Поставленная цель в части способа достигается тем, что предлагается способ регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках, включающий установку в горных выработках устройств «черный ящик», которые будут фиксировать параметры произошедшего аварийного взрыва метанопылевоздушной смеси и хранить в своей «памяти» необходимую информацию, отличающийся от прототипа тем, что, предлагаемые устройства «черный ящик» устанавливаются в заданных точках (пикетах) на всем протяжении горных выработок на пути распространения фронтов ударно-воздушной волны и пламени. Эти устройства «черный ящик» отличаются простотой конструкции и малыми габаритными размерами, не требуют внешних источников энергии питания, обеспечивают надежную и избирательную регистрацию основных физических параметров развивающихся или затухающих по сети горных выработок аварийных взрывов (давление во фронте у.в.в. и температура во фронте пламени), фиксируют направление развития или затухания взрывов, защищены от внешних механических воздействий и сохраняют зарегистрированную информацию до их обнаружения независимо от времени поисковых и восстановительных работ, что позволит после их доставки на поверхность и расшифровки зафиксированных параметров получить достоверную информацию о характере протекания процесса развития или затухания по горным выработкам взрывов и выяснить причины случившейся аварии.

Способ реализуется следующим образом (фиг.1). В охраняемых горных выработках 1 устанавливаются устройства «черный ящик» 2 по всему протяжению охраняемой горной выработки на расстоянии не более 300 м между устройствами «черный ящик». В тупиковой(ых) подготовительной(ых) выработке(ах) 3 первое устройство «черный ящик» устанавливается на расстоянии не более 60 м от сопряжения 4, а последнее устройство «черный ящик» - на расстоянии не более 60 м от забоя 5 подготовительной выработки. В очистном(ых) забое(ях) 6 одно устройство «черный ящик» устанавливается на расстоянии не более 60 м от сопряжения с откаточным штреком 7, а другое устройство «черный ящик» - на расстоянии не более 60 м от сопряжения с вентиляционным штреком 8. Одно устройство «черный ящик» устанавливается у каждого взрыволокализующего заслона 10, установленного в шахте.

Сущность изобретения в части способа поясняется схемами, представленными на фиг.1-а и фиг.1-б, где 11 - фронт у.в.в.; 12 - фронт пламени, образованные в результате взрыва метанопылевоздушной смеси. Пример распространения фронтов у.в.в. 11 и пламени 12 при подходе их слева по откаточному штреку 7 представлен на фиг.1-а, а при подходе их справа по откаточному штреку 7 представлен на фиг.1-б. По этим схемам понятно, что устройства «черный ящик» 2, расположенные впереди по ходу распространения фронтов 11 и 12, зафиксируют и сохранят информацию о направлении распространения фронтов у.в.в. 11 и пламени 12, об избыточном давлении и температуре во фронтах у.в.в. 11 и пламени 12, о направлении развития или затухания взрывов и об эффективности используемых взрыволокализующих заслонов 10.

Известны устройства для измерения избыточного давления во фронте у.в.в., содержащие корпус, пьезоэлектрический преобразователь, усилитель и регистратор [2]. Однако эти устройства отличаются сложностью и не обладают высокой надежностью при измерении в полевых условиях. Известны устройства для измерения избыточного давления во фронте у.в.в., содержащие полый корпус и вкладыш с соосными отверстиями, а также мембрану, зажатую между корпусом и вкладышем [3]. Недостатком этого устройства является невозможность измерения давления в волне разрежения. Известно устройство для измерения в полевых условиях избыточного давления во фронте у.в.в., которое содержит полый корпус и вкладыши с соосными отверстиями, а также две мембраны, зажатые между корпусом и вкладышами [4]. Недостатками этого устройства для выполнения поставленной цели данного изобретения является невозможность использования напрямую его конструкции в предлагаемых устройствах «черный ящик», имеющих небольшие габаритные размеры, а также невозможность одновременно с измерением давления во фронте у.в.в. измерить температуру во фронте пламени и зафиксировать и сохранить информацию о направлении распространения фронтов у.в.в. и пламени и др.

Поставленная цель изобретения в части устройства достигается тем, что устройство «черный ящик», выполненное по зеркальному принципу, содержит полый корпус, внутри которого коаксиально размещены неподвижные цилиндры, внутри которых также коаксиально размещены подвижные цилиндры с нанесением на их поверхностях расточками последовательно уменьшающейся длины L(L₁>L₂>…L_n), которые образуют между собой ступени (уступы) последовательно увеличивающейся длины l(l₁<l₂<…l_n) в направлении от оси симметрии устройства к их торцам, а длина каждой ступени 1 в левом и правом подвижных цилиндрах пропорциональна заданному значению величины избыточного давления Р во фронте у.в.в. соответствующего типа взрыва, при этом заданные значения величин избыточного давления P₁, Р₂, …, P_n во фронте у.в.в. удовлетворяют условию P₁<P₂<…P_n. Причем подвижные цилиндры кинематически связаны с размещенной между ними силовой (с заданной характеристикой) пружиной и имеют возможность в результате силового воздействия на их торцы смещаться влево или вправо, отжимая при этом силовую пружину. Неподвижные цилиндры содержат заданное количество радиальных проточек, в которых размещены подпружиненные металлические шарики, опирающиеся в начальном положении на соответствующие ступени (уступы) подвижного цилиндра, причем глубина каждой расточки на подвижном цилиндре равна или больше половины диаметра металлического шарика, а также на полом корпусе устройства «черный ящик» размещены необратимые термоиндикаторы плавления, каждый из которых реагирует на заданное значение величины температуры Т во фронте пламени, соответствующее типу взрыва, при этом заданные значения величин температуры T₁, Т₂,…,T_n во фронте пламени, на которые реагируют необратимые термоиндикаторы плавления, удовлетворяют условию T₁<Т₂<…T_n.

Эта цель достигается так же тем, что другая модификация устройства «черный ящик» содержит полый корпус длиной, равной или больше двух его внутренних диаметров. Полый корпус перекрыт с обоих торцов (устьев) быстросъемными кольцеобразными кассетами, выполненными из двух плоских колец, между которыми поперек закреплены параллельно друг к другу датчики давления в виде лентообразных (полоскообразных) перемычек. Причем лентообразные (полоскообразные) перемычки выполнены из материалов с такими механическими свойствами с такой геометрической формой, что имеют различную прочность на разрыв.

Разрыв каждой лентообразной перемычки происходит при величине воздействия на нее заданного значения величины избыточного давления Р во фронте у.в.в., соответствующего каждому типу взрыва, при этом заданные значения величин избыточного давления P₁, P₂, …, P_n во фронте у.в.в. удовлетворяют условию P₁<P₂<…P_n. А также быстросъемные кассеты снабжены необратимыми термоиндикаторами плавления, каждый из которых реагирует на заданное значение величины температуры Т во фронте пламени, соответствующее типу взрыва, при этом заданные значения величин температуры T₁, Т₂,…,T_n во фронте пламени, на которые реагируют необратимые термоиндикаторы плавления, удовлетворяют условию T₁<Т₂<…T_n.

Кроме того, в средней части полого корпуса установлена перемычка с калиброванными отверстиями, препятствующая перемещению у.в.в. внутри полого корпуса к кассете, установленной с противоположной стороны корпуса.

Эта цель достигается также тем, что оба устройства «черный ящик» защищены от внешних механических воздействий и сохраняют информацию до их обнаружения.

На фиг.2 изображено устройство «черный ящик», основанное на прогибе центральной силовой пружины; на фиг.3 и фиг.4 принцип действия сферического стопорного механизма соответственно до и после срабатывания устройства, изображенного на фиг.2; на фиг.5 изображена модификация устройства «черный ящик», основанная на разрыве лентообразных (полоскообразных) перемычек; на фиг.6 изображена быстросъемная кассета применительно к устройству «черный ящик», изображенному на фиг.5 с лентообразными (полоскообразными) перемычками, выполненными из материалов с одинаковыми механическими свойствами на прочность, равными по ширине и толщине, но отличающимися друг от друга геометрической формой средней части лентообразной перемычки (поз.25 фиг.6).

На фиг.2 приведено устройство «черный ящик», выполненное по зеркальному принципу, которое содержит полый корпус 1. Внутри полого корпуса 1 коаксиально размещены левый и правый неподвижные цилиндры 2, внутри которых также коаксиально размещены левый и правый подвижные цилиндры 3. Подвижные цилиндры 3 со стороны левых и правых торцов соединены с выдвинутыми вперед хвостовиками 4, плоскость торцов которых имеют заданную площадь 5, которая воспринимает силовой удар избыточного давления на переднем фронте у.в.в. Неподвижные цилиндры 2 со стороны левых и правых днищ имеют уступы 6, в которые вместе с хвостовиками 4 упираются соответственно левый и правый подвижные цилиндры 3. Подвижные цилиндры имеют расточки 7 заданного количества, образующие между собой ступени. При этом расточки 7 на левом и правом подвижных цилиндрах 3 выполнены последовательно уменьшающейся длины L(L₁>L₂>…L_n), а ступени 8 - последовательно увеличивающейся длины l (l₁<l₂<…l_n). Внутри подвижных цилиндров 3 (левого и правого) размещена общая силовая пружина 9, кинематически связанная с левым и правым подвижными цилиндрами 3 с заданной характеристикой и направляющим стержнем 10. При этом длина каждой ступени 8 равна сжатию пружины под действием заданного значения величины избыточного давления Р во фронте у.в.в., соответствующего каждому типу взрыва.

Устройство «черный ящик» содержит заданное количество сферических стопорных механизмов (фиг.3 и фиг.4). Для этого в неподвижном цилиндре 2 выполнены радиальные проточки 11, в которых размещены металлические шарики 12, которые упираются при помощи пружин 13 на соответствующие ступени (уступы) 8 подвижного цилиндра 3. Пружины 13 упираются одним концом на металлический шарик 12, а другим концом на внутреннюю стенку полого корпуса 1. Причем глубина каждой расточки 7 на подвижном цилиндре 3 равна или больше половине диаметра металлического шарика 12. На внешней выдвинутой части хвостовика 4 нанесены риски (метки) 14 (фиг.2), каждая из которых соответствует заданному значению величины избыточного давления Р во фронте у.в.в. в возрастающем порядке, то есть P₁<р₂<…P_n, а расстояния между рисками 14 соответствует условиям l₁<l₂<…l_n. Устройство «черный ящик» содержит резьбовое соединение 15 для соединения левого и правого неподвижных цилиндров и крепление 16, расположенное на неподвижных цилиндрах 2, для надежного крепления устройства на месте его установки в горной выработке. На внешней стороне полого корпуса 1 размещены заподлицо с его поверхностью заданное количество температурных датчиков - необратимых термоиндикаторов плавления 17, каждый из которых реагирует на заданную величину температуры Т во фронте пламени.

Устройство работает следующим образом. При подходе фронта у.в.в. к устройству «черный ящик», например справа, избыточное давление Р во фронте у.в.в. воздействует на торцевую площадь 5 хвостовика 4 подвижного цилиндра 3, последний начинает смещаться от периферии к центру (оси симметрии устройства), отжимая силовую пружину 9 по направляющему стержню 10 (фиг.2 и фиг.3). В зависимости от внешней силы в пределах P₁<Р₂<…P_n при уравновешивании внешней силы и силы силовой пружины 9 на соответствующем участке металлический шарик 12 под действием пружины 13 выпадает из радиальной проточки 11 в свободное пространство подошедшей к нему расточки 7 и препятствует разжатию силовой пружины 9 в обратном направлении т.е. стопорит ее (фиг.4). На этом заканчивается процесс срабатывания устройства. Поскольку сила сжатой в данном положении силовой пружины 9 пропорциональна избыточному давлению Р во фронте у.в.в., а длина l соответствующей ступени 8 на подвижном цилиндре 3 соответствует соответствующей риске (метке) 14, имеющейся на корпусе выдвинутого хвостовика 4, то по положению риски (метки) 14 от точки отчета - торца неподвижного цилиндра 2 определяют избыточное давление Р во фронте у.в.в. и направление распространения фронта у.в.в. по горной выработке. Очевидно, что длина смещения подвижного цилиндра (левого или правого) 3, а вместе с ним и выдвинутого хвостовика 4 зависит от величины избыточного давления Р во фронте у.в.в., а полный прогиб силовой пружины 9 на длину l_n произойдет при избыточном давлении P_n во фронте у.в.в., соответственно этому сместится подвижной цилиндр (левый или правый) 3 на длину l_n, при этом в процессе смещения подвижного цилиндра (левого или правого) 3 последовательно выпадают из радиальных проточек 11 металлические шарики 12 в соответствующие им расточки 7, не препятствуя движению подвижного цилиндра (левого или правого) 3 в крайнее положение. Также очевидно, что при срабатывании сферического стопорного механизма, рассчитанного, например, на величину избыточного давления P₄, во фронте у.в.в. сработают сферические стопорные механизмы, рассчитанные на относительно P₄ низкие значения величин давлений P₁, Р₂ и Р₃, а сферические стопорные механизмы срабатывающие при относительно P₄ более высоком значении величин давления P₅,…,P_n, останутся нетронутыми. При подходе вслед за фронтом у.в.в. фронта пламени температура Т во фронте пламени воздействует на необратимые термоиндикаторы плавления 17, расположенные на внешней стороне полого корпуса 1 устройства «черный ящик». При этом срабатывает необратимый термоиндикатор плавления, соответствующий значению температуры в данном фронте пламени. Очевидно, что при этом сработают необратимые термоиндикаторы плавления, реагирующие на более низкие температуры, а необратимые термоиндикаторы плавления, реагирующие на более высокую температуру, останутся в рабочем состоянии.

На фиг.5 представлена модификация устройства «черный ящик», содержащая полый корпус 1 длиной, равной или больше двух его внутренних диаметров. На обоих торцах полого корпуса 1 расположены шлицевые расточки 18. Устройство включает две быстросъемные кассеты 19, выполненные из двух плоских колец 20, между которыми поперек закреплены параллельно друг к другу датчики давления в виде лентообразных (полоскообразных) перемычек 21. Лентообразные (полоскообразные) перемычки 21 выполнены из материалов с такими механическими свойствами, с такой геометрической формой, что имеют различную прочность на разрыв. Разрыв каждой лентообразной перемычки происходит под действием величины заданного избыточного давления Р во фронте у.в.в., соответствующего каждому типу взрыва, при этом заданные значения величин избыточного давления P₁, Р₂, …P_n во фронте у.в.в. удовлетворяют условию P₁<Р₂<…P_n.

Различные модификации этих лентообразных (полоскообразных) перемычек 21 могут достигаться за счет:

- выбора материалов с различными механическими свойствами на прочность;

- выбора различной ширины или толщины лентообразной перемычки;

- выбора геометрической формы средней части лентообразной перемычки (поз.25 фиг.6).

В каждой кассете 19 расположены штыри 22 для фиксации кассеты 19 в расточках 18 при ее установке на торце полого корпуса 1, а также каждая быстросъемная кассета 19 снабжена заданным количеством необратимых термоиндикаторов плавления, которые расположены на лицевой стороне внешнего плоского кольца 20, каждый из которых реагирует на заданную величину температуры Т во фронте пламени, соответствующей типу взрыва, при этом заданные значения величин температуры T₁, T₂…T_n во фронте пламени, на которые реагируют необратимые термоиндикаторы плавления, удовлетворяют условию T₁<Т₂<…T_n.

Кроме того, средняя часть полого корпуса 1 перекрыта перемычкой 23 с калиброванными с отверстиями 24, препятствующей перемещению у.в.в. внутри полого корпуса 1 к кассете, установленной с противоположной стороны полого корпуса 1.

Кассеты 19 устанавливают с обеих сторон полого корпуса 1. При установке кассет 19 их поворачивают в расточке 18 против хода часовой стрелки до упора. Кассеты 19 можно быстро извлечь из полого корпуса 1, повернув их в расточке 18 по ходу часовой стрелки. Модифицированное устройство «черный ящик» содержит крепление 16, расположенное на полом корпусе 1, для надежного крепления устройства на месте его установки в горной выработке.

Устройство работает следующим образом. При подходе фронта у.в.в. к устройству «черный ящик», например, справа избыточное давление во фронте у.в.в. Р воздействует на все лентообразные перемычки 21, расположенные по ходу распространения фронта у.в.в. Дальнейшему перемещению у.в.в. внутри полого корпуса 1 препятствует перегородка 23 с калиброванными с отверстиями 24, и лентообразные перемычки 21, установленные в кассете 19 с противоположной стороны полого корпуса 1 остаются нетронутыми.

При подходе фронта пламени вслед за фронтом у.в.в. температура во фронте пламени Т воздействует на необратимые термоиндикаторы плавления 17, расположенные на лицевой стороне внешних плоских колец 20 кассет 19 устройства «черный ящик». При этом срабатывает необратимый термоиндикатор плавления, соответствующий значению температуры в данном фронте пламени.

В случае подхода фронта обратной у.в.в. с противоположной стороны к устройству «черный ящик» она будет воздействовать на лентообразные перемычки 21, установленные в кассете 19, расположенной против хода распространения фронта прямой у.в.в. Дальнейшему перемещению обратной у.в.в. внутри полого корпуса 1 будет препятствовать перегородка 23 с калиброванными с отверстиями 24, и лентообразные перемычки 21, установленные в кассете 19 с противоположной стороны полого корпуса 1 остаются нетронутыми.

Таким образом, в зависимости от того, какие лентообразные перемычки 21 будут разорваны (сработаны), определяют направления распространения у.в.в. и значения избыточного давления в их фронтах.

Очевидно, что при разрыве лентообразной перемычки 21, рассчитанной, например, на величину избыточного давления P₄, во фронте у.в.в. будут разорваны лентообразные перемычки 21, рассчитанные на низкие (относительно P₄) значения величин давлений P₁, Р₂ и Р₃, а лентообразные перемычки 21, срабатывающие при более высоком (относительно P₄) значении величин давления P₅,…,P_n, останутся нетронутыми; также при срабатывании необратимого термоиндикатора плавления 17, соответствующему значению температуры Т₄ в прошедшем фронте пламени, сработают необратимые термоиндикаторы плавления T₁, Т₂ и Т₃, реагирующие на более низкие температуры во фронте пламени, а необратимые термоиндикаторы плавления T₅…T_n, реагирующие на более высокую температуру во фронте пламени, останутся в рабочем состоянии.

Продвигаясь дальше по горным выработкам фронт, у.в.в. воздействует на следующие устройства «черный ящик», установленные в заданных точках в горной выработке, которые регистрируют параметры фронтов у.в.в. и пламени, достигших этой точки, и т.д.

Следует отметить, что защищенные от внешних воздействий элементы, регистрирующие основные параметры взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках, позволяют сохранять зарегистрированные значения даже в случае смещения устройства «черный ящик» у.в.в. от места его установки по горной выработке и независимо от времени поисковых и восстановительных работ.

Таким образом, использование предлагаемого способа регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках и устройств «черный ящик» для его осуществления позволит выяснить причины случившейся аварии и, как следствие, более эффективно решать проблемы безопасности ведения горных работ.

Источники информации

1. trk-sfera.kz «Последний выпуск» 2 декабря 2009 г.- "Черный ящик» профессора Брейдо И.В. [Новые разработки] (прототип способа).

2. Петухин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. М., «Машиностроение», 1972, с.23 8-239 (аналог устройства).

3. Кунцов Н.М., Плотников В.М., Дик А.Н. Датчик для измерения интенсивности воздушных ударных волн, возникающих при взрывах горючих газов и пыли в шахтах. «Горноспасательное дело» (Методы и средства предупреждения подземных аварий), вып.8, Донецк, 1974, с.54-56 (аналог устройства).

4. «Устройство для измерения давления во взрывной ударной волне», авторское свидетельство на изобретение СССР №669234, М.кл.2 G01L 7/08, 25.06.79. Бюл. №23 (прототип устройства).

Изобретение относится к области горной промышленности и может быть использовано для регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси при распространении или затухании взрывов по горным выработкам. Техническим результатом является упрощение конструкции, повышение работоспособности и достоверности информации о характере протекания процесса развития или затухания по горным выработкам взрывов. Способ включает установку в заданных точках (пикетах) на всем протяжении горных выработок на пути возможного распространения фронтов ударно-воздушной волны и пламени устройств «черный ящик», которые фиксируют направление развития или затухания взрывов и одновременно регистрируют величину избыточного давления во фронте ударно-воздушной волны и температуру фронта пламени, защищены от внешних механических воздействий и сохраняют зарегистрированную информацию до их обнаружения независимо от времени поисковых и восстановительных работ после аварии. Также предложены варианты устройства «черный ящик» для осуществления способа. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство «черный ящик» для регистрации и сохранения параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках, включающее полый корпус, отличающееся тем, что в устройстве «черный ящик», выполненном по зеркальному принципу, внутри полого корпуса коаксиально размещены неподвижные цилиндры, внутри которых также коаксиально размещены подвижные цилиндры с нанесением на их поверхностях расточками последовательно уменьшающейся длины L (L₁>L₂>…L_n), которые образуют между собой ступени (уступы) последовательно увеличивающейся длины l (l₁<l₂<…l_n) в направлении от оси симметрии устройства к их торцам, причем подвижные цилиндры кинематически связаны с размещенной между ними силовой (с заданной характеристикой) пружиной и имеют возможность в результате силового воздействия на их торцы смещаться влево или вправо, отжимая при этом силовую пружину, а неподвижные цилиндры содержат заданное количество радиальных проточек, в которых размещены подпружиненные металлические шарики, опирающиеся в начальном положении на соответствующие ступени (уступы) подвижного цилиндра, причем глубина каждой расточки на подвижном цилиндре равна или больше половине диаметра металлического шарика, а также на полом корпусе устройства «черный ящик» размещены необратимые термоиндикаторы плавления, каждый из которых реагирует на заданное значение величины температуры Т во фронте пламени, соответствующее типу взрыва.

2. Устройство «черный ящик» по п.2, отличающееся тем, что длина каждой ступени l в левом и правом подвижных цилиндрах пропорциональна заданному значению величины избыточного давления Р во фронте у.в.в. соответствующего типа взрыва, при этом заданные значения величин избыточного давления P₁, P₂, … Р_n во фронте у.в.в. удовлетворяют условию P₁<Р₂<…Р_n.

3. Устройство «черный ящик» по п.2, отличающееся тем, что на внешней выдвинутой части хвостовика нанесены риски (метки), каждая из которых соответствует заданному значению величины избыточного давления Р во фронте у.в.в. в возрастающем порядке, то есть P₁<Р₂<…Р_n, а расстояния между рисками соответствует условиям l₁<l₂<…l_n.

4. Устройство «черный ящик» по п.2, отличающееся тем, что в левом и правом неподвижных цилиндрах устройства выполнена резьба для соединения неподвижных цилиндров между собой.

5. Устройство «черный ящик» по п.2, отличающееся тем, что на неподвижных цилиндрах устройства расположено крепление для надежного крепления устройства на месте его установки в горной выработке.

6. Устройство «черный ящик» по п.2, отличающееся тем, что заданные значения величин температуры T₁, T₂ …T_n во фронте пламени, на которые реагируют необратимые термоиндикаторы плавления, удовлетворяют условию T₁<Т₂< …T_n.

7. Устройство «черный ящик» для регистрации и сохранения параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках, включающее полый корпус, отличающееся тем, что в средней части полого корпуса установлена перемычка с калиброванными отверстиями, а торцы полого корпуса перекрыты быстросъемными кассетами, состоящими из двух плоских колец, поперек которых закреплены параллельно друг к другу лентообразные (полоскообразные) перемычки, разрыв каждой из которых происходит под действием заданного значения величины избыточного давления Р во фронте у.в.в., соответствующего каждому типу взрыва, причем заданные значения величин избыточного давления P₁, Р₂, …Р_n во фронте у.в.в. удовлетворяют условию P₁<P₂< …Р_n, при этом быстросъемные кассеты снабжены необратимыми термоиндикаторами плавления, каждый из которых реагирует на заданное значение величины температуры Т во фронте пламени соответствующего типа взрыва.

8. Устройство «черный ящик» по п.7, отличающееся тем, что полый корпус устройства выполнен длиной, равной или больше двух его внутренних диаметров, а на обоих торцах которого расположены шлицевые расточки.

9. Устройство «черный ящик» по п.7, отличающееся тем, что каждая быстросъемная кассета имеет штыри для фиксации кассеты в расточках при ее установке на торце полого корпуса устройства.

10. Устройство «черный ящик» по п.7, отличающееся тем, что лентообразные (полоскообразные) перемычки выполнены из материалов с такими механическими свойствами и с такой геометрической формой, что имеют различную прочность на разрыв.

11. Устройство «черный ящик» по п.7, отличающееся тем, что на внешней стороне полого корпуса устройства расположено крепление для надежного крепления устройства на месте его установки в горной выработке.

12. Устройство «черный ящик» по п.7, отличающееся тем, что заданные значения величин температуры T₁, Т₂ …Т_n во фронте пламени, на которые реагируют необратимые термоиндикаторы плавления, удовлетворяют условию T₁<T₂< …T_n.

13. Способ регистрации и сохранения основных параметров взрыва метанопылевоздушной смеси в горных выработках, включающий установку в горной выработке устройств «черный ящик», отличающийся тем, что в заданных точках (пикетах) на всем протяжении горных выработок на пути возможного распространения фронтов ударно-воздушной волны и пламени устанавливаются устройства «черный ящик», выполненные по любому из пп.1-12, которые фиксируют направление развития или затухания взрывов и одновременно регистрируют величину избыточного давления во фронте ударно-воздушной волны и температуру фронта пламени, защищены от внешних механических воздействий и сохраняют зарегистрированную информацию до их обнаружения независимо от времени поисковых и восстановительных работ после аварии.