Способ обнаружения эндогенных пожаров в угольных шахтах Советский патент 1986 года по МПК E21F5/00 

1 Изобретение относится к горной промьшшенности и может быть использо вано для обнаружения очагов эндогенных пожаров в угольных шахтах. Цель изобретения - повьшение точности и оденки пожарной ситуации за счет исключения возможности ложного обнаружения пожара своевременности дистанционной оценки пожароопасной ситуации. На фиг. 1 изображен график зависи мости транспортного параметра окиси углерода Эбсо от концентрации окиси у лерода CCQ в пунктах отбора проб во духа; на фиг. 2 - график зависимости интенсивности вьщеления окиси углерода от концентрации окиси углерода Cj,g в пунктах отбора проб при известных расходах Q воздз/ха в них; на фиг. 3 - график зависимости температуры Т очага эндогенного пожара от интенсивности J газовьщгления в нем, для угля марки К . Способ включает в себя следующие технологические приемы. При отсутствии в выработанном пространстве эндогенного пожара в щитовом забое взрывными работами образуют произвольную концентрацию пожарного газа, например акиси углерода или водорода. Затем производят одновременный отбор проб воздуха в пунктах выработанного пространства с известным расходом воздуха, напри мер за перемычками сбоек дейстзую-щего участка, за перемычкам вентиляционного и промежуточного штреков из скважин, пробуренных в выработан ное пространство, с последующим ана ЛЗ-13ОМ содержания пожарного газа с пробах, отобранных ка известных расстояниях от источника их образов ния (буровзрывные работы в забое) -, Целесообразно отбор проб произзодкт неоднократно через известный п:эомежуток времени, например чврез 5 мин Коэффициент уменьшения амплитуды га зовой концентрационной волны на еди нице длины выработанного пространства, т.е. транспортньгй параметр по жарпого газа,, рассчитывают по форму ле э&(сО епС,,-2-ЯЧ |(ч-,) , где транспортный патзаметр пожарного газа,, 1 м; С; - средняя концентрация пожа ного индикаторного газа в 3 двух соседних пунктах отбора проб воздуха, %: С; (С, + С )/2, где С, С2 - концентрация пожарного газа в двух соседних пунктах отбора, отстоящих от места образования газовой волны на расстояниях г, и г (м) , %. Например в одном пункте, расположенном на расстоянии г 10,5 м от места взрывания угля, концентрация окиси углерода С,. 1, %, 1г}С а в другом пункте, расположенном на расстоянии 15 м от места взрывания, концентрация окиси углерода С 200 1, % 5,5, при этом транспортный параметр окиси углерода равен -Z-i-EA-l- - п Г ..Ю/оЬ 5 - 10,5 , Затем аналогично рассчитывают транспортный параметрЭ(С; ) в пунктах с другими концентрациями и строят график зависимости транспортного параметра % от средней концентрации С -пожарного газа. После этого находят зависимость отношения концентрации CQ пожарного газа в месте взрывания к концентрациям С, С..., С в пунктах обора от значения транспортных параметров и отделяют формулу для пересчета значения концентрации газа в пунктах отбора Cf,(%) на то же значение в месте образования газа СО в зависимости от транспортного параметра СJ 9€ (С;.) , где эе„ значение транспортного параметра при фоновой концентрад;.1и пожарного газа (1/м). Либо строят график зависимости пожарного газа в очаге от концентрации газа в пунктах отбора при различных значениях транспортного, параметра. Например, фоновог содержание окиси 5-10 7о. Вычисленный углерода С. для этого значения концентрации транспортный параметр равен oi-Q 0,233 1/м. В пункте отбора пробы концентрация окиси углерода равна УЮ- %, а соответствующий ей транспортный параметр Эе СУ-Ю %) 0,34 1/м. Тогда концентрация окиси углерода в зоне формирования очага эндогенного пожара равна Сосо 7-10-2 о,34/0,233 0,102%. После этого в лабораторных или по лигонных условиях производят моделирование процесса возгорания в реакционной камере, например, асбестоцементной трубе или стекломолибденовой пипетке, в которую загружают измеренный объем угля, например и 1,10 м, известной марки, например, уголь марки К и продувают через камеру измеренный расход воздуха, на пример Q 3,. При этом ИЗ мерение расхода воздуха осуществляют, например, анемометром или ротаметром и осуществляют прожиг угля, например, при помощи электропечи, на которую в линейном режиме увеличивают подачу напряжения, одновременно производят замеры температуры угля, например, при помощи хромэлюмелевых термопар, и производят отбор газовых проб на выходе реакционной камеры с последующим измерением концентрации пожарного газа в них, например, газо хроматографическим способом, а затем вычисляют значение интенсивности газовьщеления как объем пожарного газа вьщеляющийся в единицу времени из единичного объема очага эндогенного пожара, или что то же - газоносность угля в единицу времени в зоне формирования очага пожара, либо поток пожарного газа, исходящий из единичного объема зоны источников газовьще ления, по формуле 3 10-2 CQ/Q где 3 .- интенсивность газовьщеления пожарного газа, . с ; С - концентрация пожарного газа в камере, %; Q - расход воздуха в камере, мз/с; П - объем очага горения угля, Например, при концентрации окиси углерода С(-д 1% интенсивность вьщеле ния окиси углерода равна Зсо 1 -З. 3,3г10 мэ/м3,-с. Затем аналогично производят моделирование процесса возгорания угля при других расходах воздуха, подачу которого в реакционную камеру осуществляют, например, при помощи шахтно-. го вентилятора и регулируют заглушками на входе и выходе камеры. Строят график зависимости интенсивности газовыделения пожарного газа в очаге формирования пожара от его температуры. После этого для заданного расхода воздуха, например Q 50 , производят пересчет значений концентраций газа в очаге на содержание газа в пунктах отбора проб при различных значениях транспортных параметров, при минимальной фоновой концентрации, либо используют график зависимости концентрации в очаге от концентрации в пунктах отбора проб при различных значениях транспортного параметра пожарного газа, и строят график зависимости интенсивности газовьщеления пожарного газа в очаге от концентрации пожарного газа в пункте отбора при заданном расходе воздуха. Например,при транспортном параметре окиси углерода 0,4 1/м и его минимальном значении 0,23 1/м при фоновой концентрации газа, содержание окиси углерода в пункте отбора С„ (с,) 1- 0,23/0,4 0,575%. На графике строят точки со значениями расхода воздуха Q . 50 , концентрацией пожарного газа окиси углерода 0,575% и соответствующим значением интенсивности газовьщеления, равной 3 ,3i 10 с. Аналогичные расчеты выполняют для других значений транспортных параметров при других значениях расходов воздуха. Равномерность расхода воздуха удобнее выбирать в из практических удобств шахтных измерений. Способ обнаружения очагов эндогенных пожаров в угольных шахтах осуществляют следующим образом. В пунктах отбора проб, например в скважине, пробуренной в выработанное пространство, определяют расход воздуха и концентрацию пожарного Индикаторного газа, например окиси углерода. При превышении фонового уровня ПС известному графику, представленному на фиг. 2, опеределяют значение интенсивности образования окиси углерода в очаге. Затем по значению интенсивности газовьщеления

окиси углерода в соответствии с полученным графиком, представленным на фиг. 3, определяют температуру очага эндогенного пожара.

Пример 1. Фоновое содержание окиси углерода 5 10 %. Концентрация окиси углерода в пункте отбора 5,. Превышение концентрац ии окиси углерода над фоновым уровнем составляет 5-10 з%, Расход воздуха в пункте отбора газовой пробы Q 75 . По графику на фиг, 2 определяют значение интенсивности газовыделения окиси углерода в очаге пожара, равное 1 СГ . По графику на фиг.З определяют температуру очага эндогенного пожара, соответствующую значению интенсивности газовьщеления 1 с, равокиси углерода 1 10

ную 80°С. Обнаружен очаг эндогенного самонагревания. пожара в стадии 2. Фоновое содержаПримерние окиси углерода 5 ПО %. Концентрация окиси углерода в пункте отбора пробы 1,. Превышение концентрации окиси углерода над фон:овы уровнем составляет 1 . Расход воздуха в пункте отбора пробы воздуха равен 25 . По графику на фиг. 2 определяют значение интенсив ности газовыделения окиси углерода, равное 5 10 .с. По графику на фиг. 3 определяют, что значение ин/м с соответст тенсивности 5-10 м не превьшгающие вуют температуры, 10 С. Очаг эндогенного пожара не формируется. Происходит фоновое газовьщеление. Формула изобретени 1. Способ обнаружения эндогенных пожаров в угольных шахтах, включающий отбор газовых проб в пунктах вы работанного пространства с известным расходом воздуха, определение концентрации пожарных индикаторных газов в пробах и отсчет их значений от фонового уровня с оценкой пожарной ситуации, отличающи йс я тем, что, с целью повышения точности оценки пожарной ситуации за счет исключения возможности ложного обнаружения пожара и своевременности дистанционной оценки пожар ной ситуации, предварительно в выработанном пространстве при отсутствии эндогенного пожара образуют газовую концентрационную волну взрыванием угля, производят отбор проб воздуха на известных расстояниях от места взрывания и измерение концентрации пожарного газа в них, опредедяют численное значение транспортного параметра на каждом отрезке пути движения газовой концентрационной волны между двумя пунктами отбора, проб из следующего математического выражения

%(С;),-епС,1/(г2-гО,

где - транспортный параметр

пожарного газа, м ; С- - средняя концентрация пожарного индикаторного газа в двух соседних

пунктах отбора проб воздуха, %: (С, + Сг., )/2, где GI, С2 - концентрации пожарного газа в двух соседних пунктах отбора, отстоящих от места образования газовой волны на расстоянии /f, и f- (м), %; и по полученным данным устанавливают зависимость транспортного параметра от средней концентрации пожарного газа, после чего моделируют процесс возгорания известного объема угля с измерением расхода воздуха и одновременным замером температуры угля и концентрации газа, а в качестве критерия температуры в очаге используют интенсивность газовьщеления пожарного газа, которую определяют из следующего математического выражения: 3 10 С, Q/SZ где Л - интенсивность газовы,целения пожарного газа, с; Ср - концентрация пожарного газа в очаге возгорания угля, %; Q - расход воздуха в пункте отбора пробы воздуха, Я. - объем угля в реакционной камере, м , и устанавливают зависимость изменения интенсивности газовьщеления пожарного газа от температуры угля в очаге и от концентрации газа в пробах при известных расходах воздуха, затем осуществляют пересчет значения

71

концентрации в очаге моделирования возгорания угля на концентрации пожарного газа в пунктах отбора проб по математическому вьфажению

с„ с,эд„/ж(с„ ,

С, GO

концентрации пожарного газа, соответственно, в пункте отбора пробы и в очаге пожара, %; ЭСо - транспортный параметр газа при фоновой концентрации, м ; (п) транспортный параметр газа, соответствующий концентрации С, в пункте отбора, м ,

е этого производят отбор газопроб в пунктах выработанного транства, измеряют значения кон703638

центрации пожарного газа в них и расход воздуха и по установленной зависимости интенсивности и газовьщеления от концентрации газа в пунктах

5 отбора проб при известных расходах воздуха находят численное значение интенсивности газовьщеления пожарного газа в очаге пожара, а оценку пожарной ситуации производят по зна10 чению температуры, соответствующей найденному значению интенсивности газовьщеления пожарного газа из ранее определенной критериальной зависимости температуры в очаге пожара от

15 интенсивности газовьщеления пожарного газа.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что моделирование процесса возгорания известного объе20 ма угля осуществляют в реакционной камере.

Зео, С

ггоо 900 TOO son т too is so го fO

j3ca,H/M-c

Сго/.

,

Фс/е 2

Изобретение относится к горной промышленности и позволяет повысить точность оценки пожарной ситуации за счет исключения возможности ложного обнаружения пожара и своевременной дистанционной оценки пожарной ситуации. Предварительно в выработанном пространстве при отсутствии эндогенного пожара образуют газовую концентрационную волну взрыванием угля. Затем производят отбор проб воздуха на известных расстояниях от места взрывания и измерение концентрации С пожарного газа. Вычисляют по формуле численное значение транспортного параметра эе на каждом отрезке пути движения газовой концентрационной волны между двумя пунктами отбора проб. По полученным данным устанавливают зависимость ЭС от средней концентрации С; пожарного газа. После этого моделируют процесс возгорания известного объема угля в реакционной камере с измерением расхода Q воздуха с одновременным замером С газа и температуры Т угля в камере. В качестве критерия Т в очаге используют интенсивность J газовыделения цожарного газа, определяемую по формуле, и устанавливают зависимость изменения 3 газовыделения пожарного газа от Т угля в очаге и от С газа в пробах при известных Q воздуха. Затем по математическому выражению осуS ществляют пересчет значения С в очаге моделирования возгорания угля на С пожарного газа в пунктах отбора проб. После этого производят отбор газовых проб в пунктах выработанного пространства, измеряют значения С пожарного газа в них и Q воздуха. По установленной зависимости 3 газовыделения от С газа в пунктах отбора проб при известных Q воздуха находят численное значение 3 газовыделения пожарного газа в очаге пожара. Оценку пожарной ситуации производят по значению Т, соответствующей найденному значению Л газовьщеления пожарного газа из ранее определенной критериальной зависимости Т в очаге пожара от 3 газовьщеления пожарного га.за. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.