Способ контроля за ходом тушения пожара в угольных шахтах Советский патент 1986 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горному делу и предназначено для обнар згжения подземных пожаров в местах шахт, недоступных для наблюдения.

Целью изобретения является повышение эффективности контроля за счет обеспечения возможности определения совместного горения угля и метана в местах шахт, недоступных для наблюдения,

V

Способ основан на использовании различия в закономерностях вьщеления продуктов горения и убыли кислорода при горении угля и метана, а также на установлении фоновой убыли кислорода по концентрации его в месте выхода окиси углерода из выработанного пространствао

Уравнение горения угля, исходя из его простейшей формулы (где п, f - простейшие атомные множители, характеризуюшие соотношение между отдельными элементами, входящими в состав угля), имеет вид

„.„е„„о, 2.|l.2t)HMlH.2f(fMb2S.,

,s H,.,o П)

Уравнение горения метана имеет

вид

(tn)-CH,i - -0- C04-CO, 4 2

ьЗ-Н + ()-Н,,0,

(5)

где I СОг/СО; S Из уравнения (Т) следует

22,4 -10 (f+l) M,

t

(3)

где N - количество окиси углерода, образовавшейся .при сгорании I кг vr- ля, .

Концентрация окиси углерода (СО)

определяется из следующего соотношения, полученного с учетом уравнений (1) и (3)

f rm - 22400 Q ; - Т14.

где 22400 - объем моля газа, см ;

М - молекулярная масса топ- 1шва из простейшей фор- мулы, кг; Q - количество сгорающего

угля, кг/мин;

w3 - скорость вентиляционной струи, .

10

откуда

о (1+1 ) 2240

Аналогично из уравнения (2) получена формула для расчета количества сгорающего метана

„ 11+1 )-uJ- col- Мен. 2240

где m - количество сгорающего метана, кг/мин; К - молекулярная ;масса метана,

СМ

кг.

Из уравнения (1) следует, что убьшь кислорода при горении угля л равна

В со ,

где в 2(+2l)+(l+l),n-2f(l-H)-2S

4

- 51- +2,51-23 4

п 0,65; f 0,07 - значения множителей для углей средней стадии метаморфизма JQ р, :СО (СО) - -концентрация

1 окиси углерода, приведенная к объему

поступающего воздуха, обо%.

Убыль кислорода при горении метана (уравнение 2) определяется из соотношения

С 4Е « 3 - S

N - концентрация азота в исходящей струе воздуха, об.% (определяется по разности) При совместном горении угля и метана можно записать

д л X й„+ (1-х)-й°

где а

н

фактическая убьшь кислорода в пожарном з астке, обо%; X - мольная доля сгорающего ме- тана;

П д

Л ,., - убыль кислорода,

не связанная с горением уг- ля или метана, а обусловленная сорбционными процессами в выработанном пространстве „ об.%;

О - концентрация кислорода в поступающей струе, обв%; Q - фоновая концентрация кислорода, которая наблюдалась бы на участке при наличии только нагретых, но не горящих веществ, обо%, Jia чертеже показана схема аварийного выемочного участка Пласт угля отрабатывался обратным ходом длинными столбами по простиранию. В атмосфере вентиляционного штрека 2 работниками шахты была обнаружена окись углерода.

Для определения стадии развития пожара работниками ВГСЧ из вентиляционного штрека в целик угля бьш пробурен шпур 1. Из шпура была отобрана проба газа для определения в ней содержания неопределенных углеводородов - этилена и ацетилена. Аналогичная проба была отобрана в -атмосфере тупиковой части вентиляционного штрека 4.

Результаты лабораторного анализа отобранных проб приведены.в табл. I.

Таблица 1 Концентрация этилена и ацетилена в пробах воздуха.

5

0

5

0

Результаты анализа показали, что соотношение концентраций этилена и ацетилена в пробе из шпура и соотношение этих же компонентов в исходящей из выработанного пространства струе воздуха одного порядка. Однако абсолютные концентрации индикаторных компонентов в исходящей струе во много раз больше концентрации этих же компонентов в пробе, отобранной из шпура. Это свидетельствовало о наличии в выработанном пространстве горения. Однако вид сгорающих материалов и скорость их горений была неизвестной.

Для Того, чтобы меры по тушению пожара были эффективными, необходимо бьшо установить,что. горит и в каком количестве. С этой целью с помощью газоопределителей ГХ-4 в лаве 10 по ходу вентиляционной струи были определены концентрации окиси углерода. Отбор проб производился за секциями механизированной крепи 9 в точках 11-14, расположенных в 50, 40, 30 и 20 м от вентиляционного штрека 2 соответственно.

Результаты замеров приведены в табл. 2.

Таблица 2 Концентрации окиси углерода по ходу движения вентиляционной струи.

Место отбора пробы

Концентрация окиси углерода, обЛ

В 50 м от го штрека

вен.тиляционно0,00

45

В 40 м от вентиляционного штрека

0,0006

В 30 м от

го штрека

В 20 м от го штрека

вентиляционновентиляционно0,004

0,002

55

Результаты замеров показали, что. место появления наименьшей концентрации окиси углерода находится в лаве в 40 м от вентиляционного штрека, В этом месте в. резиновую емкость была

отобрана проба газа и в лаборатории определена в ней фановая концентрация кислорода (0, 20,5%) о Затем в вептиляционном штреке на исходящей из лавы струе воздуха (исходящая струя показана стрелкой с пунктиром, а свежая - сплошной) таким же образом была отобрана вторая проба газа в точке 3, Затем в лаборатории определяли в ней концентрации углекислого газа (со ), кислорода (0„), метапЛ .

Т а б

Состав атмосферы в исходящей струе I

отбора пробы

Концентрация компонент

Исходящая струя

Концентрация азота приведенная в табл. 3 равна

N 100 - COj-O -CH С,0--Н

100-0,8-1 9,5--0,7-0,,97%

Иа основании полученных результатов рассчитаны количества сгорающих веществ

Р, 0,002 F-ca-(0,

N; - 4

X О, - 4,51-СО -2,51- СО + 2Н,) 0, 002-600 (0,05120,5-78,97 - -4 19,5-4,51 -0,8-.,.51 -0,03) - 1,055 кг/мин (1,47 м /мин)о

Р 0,0017- F- .J -(-0,051

О,

+ ,j 6-СО 4- 2-Н) 0,0017 600 (-0,051-20,5-78,97 + 4-19,5 + + 8-0,8 + 6-0,03) 2,057 кг/мин.

Результаты расчета показали, что в выработанном прос ранстве имело место совместное сгорание 1,47 метана и 2,057 кг/мин угля.

Для ликвидации пожара и обеспечения безопасных условий работ в первую очередь следовало потушить метан. Наиболее эффективным путем тушения метана являлось прекращение его досту- па к очагу пожара. Поскольку источником поступления метана в выработанное пространство являлся пропласток угля распохюженный в кровле разрабатываемого пласта, была осуществлена его локальная дегазация в районе очага, пожара. Для этого на пропласток угля были пробурены дегазационные скважина (СН), окиси углерода (СО) и водорода

.(н

Результаты анализа отобранной 5 пробы представлены в табл. 3, На вентиляционном штреке была замерена скорость вентиляционной струи и определен расход проходящего воздзгха. Он оказался равным Q, , cJ-p 600 10 (сх) - линейная скорость воздуха, м/мин; F - сечение выработки, м ; .

л и ц а

компонентов, об.%

СИ, со

19,5 0,8 0,7 0,03 0,00 78,97

ны 8. Количество скважин было выбрано исходя из условия, чтобы irx дебит был не менее, чем количество сгорающего и поступающего в вентиляционную струю метана.

Количество метана, поступающего в зентмляционнзпо струю из выработанного пространства, составляло -Ч.п (бООгО,7-, 0,б):100 2, где 0,6 - доля метана, выделяющегося из выработанного пространства, в общем метановьщелении на участке во время аварии.

Необходимая производительность дегазационных-. скважин составляла 1 2,52 + 1,47 3,99 .

Дебит дегазационной скважины составляет 1,4 . Таким образом, для прекращения доступа метана в очаг, пожара следовало организовать отсос его по (3,99:1,4 2,8) трем скважинам.

Для тушения горящего угля и заполнения пустот выработанного пространства твердым заполнителем следовало пробурить четвертую скважину 5 в район предполагаемого очага пожара 6. Требуемый расход пульпы рассчитывался исходя из следующих соображ е- ний,

Теплотворная способность угля составляет 33400 кДж/кг. Исходя из рассчитанного коли-чества сгорающего угля считаем, что в выработанном пространстве выделяется 33400 2,057 68703 кДж/мин тепла. Зная, что I кг пульпы может отнять порядка 2500 кДж тепла, на очаг пожара следует подавать 68703 : 2500 27,48 кг/мин пульпы. Учитывая, что при подаче ее через скважины потери составляют около 50%, то про изводительность насоса должна быть не менее 55 кг/мин пульпы.

Таким образом, наличие предлагае мого метода позволило определить на12768308

личие совместного горения метана и угля в выработанном пространстве, выбрать необходимое количество скважин для отсоса метановоздушной смеси,

( 5 принять меры безопасности, предупреждающие взрыв метановоздушной смеси, определить производительность агрегата для подачи пульпы в выработанное пространство. При отсутствии инфор- 10 мации, полученной данным методом, организовать правильное и эффективное тушение пожара было практически невозможно.

Составитель И. Федяева Редактор Н. Горват Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

6651/29

Тираж 436 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4