Способ тушения эндогенных пожаров в выработанных пространствах угольных шахт Советский патент 1992 года по МПК E21F5/00 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для тушения эндогенных пожаров в обрушенных массивах горных пород.

Известен способ предупреждения эндогенных пожаров в шахтах, заключающийся в том, что в процессе обработки обрушенной горной массы воздушно-механической пеной определяют объем обрабатываемой зоны, начальную влажность и плотность обрушенной горной массы, а также кратность пены и плотность ее жидкой фазы, при этом необходимое количество пены определяют из математического выраже- ния. Данный способ может эффективно применяться для профилактики самонагревания угля, если известны контуры пожароопасной зоны, т.е. места скопления угля в обрушенном массиве. В этом случае, установив объем обрабатываемой зоны, определяют количество пены, которое необходимо подать в эту зону для флегматизации процесса окисления и самонагревания угля.

Однако для тушения эндогенных пожаров этот способ не применим в силу следующих обстоятельств. Для эффективного подавления самовозгорания угля каким-либо хладагентом (например, воздушно-механической пеной) необходимо знать количество пены не только для предотвращения окисления И самонагревания угля, но и для подавления очага пожара и охлаждения окружающих его пород до естественной температуры пород даТТндго горизонта. Суть заключается в том, что при тушении (локализации) эндогенного пожара пеной происходит интенсивное испарение влаги и ее вынос за пределы обрабатываемой зоны/ Поэтому для эффективного подавления очага пожара необходима непрерывная подача пены в количестве, во много раз превышающем объем обрабатываемой зоны.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предупреждения и локализации эндогенных пожаров, включающий бурение скважины в выработанное проел С

гА

Ј

Х|

СЬ

странство и подачу в них с заданной интенсивностью газомеханической пены для обработки обрушенного массива, при котором определяется длительность заполнения пеной обрабатываемой зоны, исходя из стойкости пены к разрушению и производительности пеногенератора, В данном случае определяется продолжительность обработки пожароопасной зоны до полного заполнения ее пеной с учетом реологии пены - кратности и стойкости.

Недостаток данного способа состоит в том, что в нем не учитывается динамика тепле-генерации очагом пожара и съема тепла обрушенными породами, вмещающими очаг. Поэтому отсутствует объективный критерий оценки необходимого для подавления пожара и охлаждения окружающих пород количества пены В результате это приводит в одних случаях к неоправданно большому расходу пенообразователя, загрязняющего водоемы, в которые сбрасываются шахтная вода, в других - к некачественной обработке обрушенного массива и, как следствие, к возникновению рецидивов самовозгорания.

Целью изобретения является повышение эффективности тушения эндогенных пожаров в обрушенных массивах за счет интенсификации отвода тепла.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предупреждения и локализации эндогенных пожаров, включающему бурение скважин в выработанное пространство и подачу в них с заданной интенсивностью газомеханической пены для обработки обрушенного массива, перед подачей пены в выработанное пространство определяют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха и температуру очага пожара и окружающих его пород, а подачу газомеханической пены осуществляют с интенсивностью, определяемой из следующего математического выражения:

и

28 10 со toj-oi

mli(h4-4l

ln I C°l -Да-чо)Тю +пгТ |. . - (0,-g-a,) Tf + 5

(1)

где I - интенсивность подачи пены, м /ч;

m - мощность пласта, м;

It - расстояние по простиранию между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной температуры пород данного горизонта на 5°С, м;

12 - расстояние по падению между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной данного горизонта на 5°С, м;

40 - коэффициент, характеризующий среднюю дальность продвижения пены в обрушенных породах от скважины, м;

1,5 - коэффициент, характеризующий среднее время движения пены от пробуренных скважин, ч;

4 U ( Со - Сисх )

«1

(In Co -In Сисх) (0,06 +W)

10 коэффициент, учитывающий генерацию тепла очагом пожара,

.

1б7

m(W+0,C6)

- коэффициент,

15

20

30

35

учитывающий съем тепла из очага пожара обрушенными породами обрабатываемой зоны,

Оз - коэффициент, учитывающий съем тепла из очага пожара пеной. принимают в зависимости от кратности (К) получаемой пены К :20 40 6080100120140 аз 104: 2,52,1 1,71,,41,10,80,6

4 - коэффициент, характеризующий от- „ ношение массы угля в нагретой зоне к ее объему, кг/м3,

1,25 - коэффициент, характеризующий скорость теплопереноса утечками воздуха в обрушенных породах, м/с;

Точ - температура очага пожара, °С,

То температура пород, окружающих очаг пожара, °С;

Тг - естественная темп,, ратура пород на данной глубине, °С;

U - среднее значение удельной скорости сорбции кислорода углем, MJ/(C кг);

Со - концентрация кислорода в струе воздуха, поступающей к очагу пожара, доли объема;

4П Сисх - концентрация кислорода в струе воздуха, исходящей из очага пожара, доли объема;

W-влажность угля на аварийном участке, доли объема.

-с Определение концентрации кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха позволяет рассчитать коэффициент а , учитывающий генерацию тепла очагом пожара. По CQ содержанию кислорода в поступающей и исходящей струях представляется возможность количественно оценить состояние очага пожара. Определение температуры очага пожара с одной стороны дает качест- пс венную характеристику очага самовозгорания, а с другой - возможность установить количественную взаимосвязь между степенью развития очага пожара и интенсивно- стью подачи пены в выработанное пространство для его ликвидации.

Температуру окружающих пород определяют для того, чтобы оценить места расположения и площадь распространения эндогенного пожара, чтобы правильно определить величину зоны выработанного 5 пространства, которую необходимо обработать пеной с целью охлаждения обрушенных пород до температуры, естественной для данной глубины разработки. Это позволит не только ликвидировать очаг пожара, 10 но и предотвратить самовозгорание других скоплений угля, находящихся в пожароопасной зоне.

Таким образом, определение указанных параметров, объективно характеризую- 15 щих состояние эндогенного пожара, позволяет научно обоснованно определять оптимальную интенсивность подачи пены. Кроме того, позволяет оперативно решать также вопрос определения необходимого 20 количества пенообразователя и других материальных и трудовых затрат, связанных с тушением пожара.

На чертеже схематично представлено осуществление способа, 25

На чертеже изображены пеногенера- торы 1, пожарный рукав 2, выработанное пространство лавы 3, трехходовое раззет- вление 4, скважины 5, полевой вентиляционный штрек 6, полевой откаточный штрек 30 7, лава 8, вентиляционный (пластовый) штрек 9, скаг 10 и конвейерный штрек 11.

Способ реализуется следующим образом.

В зону предполагаемого очага пожара 35 выработанного пространства 3 бурят скважины бис помощью устройства контроля температуры скважин (УКТС), измеряют температуру на выходе каждой скважины в выработанное пространство. Скважины бу- 40 рят до тех пор, пока не будет пробурено как минимум четыре скважины, оконтуриваю- щие очаг пожара (две по падению и две по простиранию), в которых температура превышает естественную температуру пород 45 данного горизонта на 5°С. При достижении температуры в угольном скоплении вырабо- , тайного пространства 45-60°С (в зависимости от влажности угля) мз угля начинает выделяться влага мелких пор-мезопор и ак- 50 тивно на их поверхности сорбироваться кислород воздуха, В результате резко активизируется процесс окисления и самонагревания угля.|

Для определения концентрации кисло- 55 рода в поступающей к очагу пожара и исходящей струе воздуха производят отбор проб в оконтуривающих выработанное пространство выработках и пробы подвергают лабораторному анализу. Температуру пород, окружающих очаг пожара (То) определяют как среднюю, замеренную в тех скважинах (на входе скважин в выработанное пространство), в которых температура выше

чем (ТН-5)°С, т.е. То - -L+Т2 + -+ТЕЦ

I п при условии, что Ti, T2Тп Тг+5.

Для определения температуры очага пожара на поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях производят отбор проб газов на содержание этилена и ацетилена. Затем по методике ВНИИГД рассчитывают температуру очага пожара - по соотношению в исходящей от очагя пожара струе воздуха концентраций этилена и ацетилена (Сэт/Сац).Естественная температура пород на данной глубине разработки (Тг) определяется инструментально геологом шахты для каждого горизонта. Среднее значение удельной скорости сорбции кислородом углем (0) принимает по данным ВНИИГД. Влажность угля (W) определяют путем отбора проб угля на аварийном участке. На основании полученных параметров определяют интенсивность подачи пены (I) из выражения (1).Затем гто параметру I подбирают количество пеногенераторов, с помощью которых можно обеспечить подачу пены (м3/ч) в выработанное пространство, не менее величины I.„ -. г., .

Запуск пены в выработанное пространство осуществляют по четырем, как минимум, скважинам, пробуренным вокруг предполагаемого очага пожара, температура на входе в выработанное пространство которых выше естественной температуры пород данного горизонта. Прсле запуска пены через каждый час производят отбор проб., на содержание 02, СО, Н2, CU2. и СЙ4 в исходящей от очага пожара струе воздуха. Отбор проб производят до тех пор. пока содержание СО не снизится до объемной доли 0,00170%, а С02 до 1 %. Снижение СО и С02 до предельно допустимых концентраций свидетельствует об отсутствии горения. Однако, чтобы предотвратить возможность рецидива самовозгорания, необходимо снизить температуру пород, окружающих очаг пожара, до температуры, естественной для пород данного горизонта. Поэтому, продолжая нагнетать в выработанное пространство пену, измеряют температуру на входе в выработанное пространство тех скважин, в которых температура до запуска пены была больше величины Тг+5.

Если температура хотя бы в одной из этих скважин будет превышать естественную для пород данного горизонта, подачу

пены не прекращают и через 1 ч производят повторное измерение температуры в этих скважинах. Такая периодичность измерения температуры сохраняется до тех пор, пока температура в указанных скважинах не снизится до величины Тг. После этого подача пены в выработанное пространство прекращается и через 6 ч (когда пена в выработанном пространстве разрушится) производят контрольное измерение температуры во всех скважинах с целью выявления возможности рецидива самовозгорания.

Способ осуществляют следующим образом.

Осуществляют обработку обрушенного массива выработанного пространства при выемке пласта 4 через полевые штреки. Для установления контуров распространения эндогенного пожара с полевого вентиляционного штрека 6 в выработанное пространство 3 пробурено девять скважин 5, на входе которых в выработанное пространство измеряют температуру с помощью термодатчика устройства контроля температуры скважин (УКТС). Температура в скважине I равна 36°С; И - 40°С; III - 110°С, IV - 40°С; V - 40°С; VI - 116°С; VII - 134°С; VIII - 40°С; IX - 35°С. В то же время температура, определенная по соотношению С3т/Сац. состав- ляет 310°С. Это дает основание предположить, что скважины не попали в эпицентр очага пожара, поэтому в расчет принята температура очага пожара Т0ч 310°С. Содержание кислорода, определяемое по лабораторному анализу проб, в поступающей к очагу струе воздуха составляет Со-0,20 долей объема, а в исходящей от очага Сисх - 0,08 долей объема. Температуру пород, окружающих очаг пожара, определяют как среднюю по скважинам II), VI и IV:

110 + 116 + 134 120о

Среднее значение удельной скорости сорбции кислорода для данного шахтопласта (по данным ВНИИГД) составляет 0 ш 0, м3/(кг с). Влажность угля W « 0,07 долей объема. Мощность пласта Ы гл 1,4 м. Естественная температура пород на горизонте 660 м составляет 35°С.

Расстояние по простиранию между точками входа в выработанное пространство скважин II и VIII И 90 м, а по падению скважин IV и V12 20 м.

Интенсивность подачи пены определяют из выражения (1)

niitb +«oi

га IQ-

1- - | Jei-e-eilTn+a.T.. -т()

где

104-0.33-10 6 ( 0.2-0.08)

а

( In 0.2 - In 0.08 ) ( 0,06 + 0,07 )

i- 7

.4(05071+°0.06) -в 69 0 «3 120-10 6 (для кратности пены К 90),

.... 1, -80(70440}

10.i . |„ I X,..M-HO) 3104-068 120

(1го+Ов -13Э) «Г4 1фМ-в«-18в) JS+Ш 1КГ|+1в

Пену в выработанное пространство подают по скважинам II. IV, VIII. Заполнение

выработанного пространства пеной осуществляли с помощью двух пеногенераторов УИП (разработка ВНИИГД). обеспечивающих общую подачу 1200 , т.е. по 600 м /ч каждый.

После начала заполнения пеной выработанного пространства эффективность обработки пожароопасной зоны контролируют ежечасно путем отбора проб воздуха в исходящей из очага пожара струе

на содержание О2, СО, Н2.С02 и СН4. Через 3 ч объемная доля ,00159%; С02 0,9%; 02 17%; Н2 0%; СН4 1,7% что свидетельствует об отсутствии горения. Продолжая подавать в выработанное пространство

пену, производят измерение температуры в выработанном пространстве с помощью УКТС в скважинах III, VI и VII. Оказалось, что Тот - 58 °С; Tovi - 60 °С и T0vn 64 °С. Повторные измерения температуры в этих

скважинах производят через каждый час и только через 7 ч непрерывной подачи пены температура в указанных скважинах снижена до 35°С. Затем через 6 ч, т.е. после разрушения Пены в выработанном пространстве, производят измерения температуры во всех девяти скважинах, чтобыг убедиться, что пожар локализован и отсутствуют рецидивы. Температура во всех скважинах не превышает 35°С. Только после

этого все работы прекращены и пожар отнесен в категорию потушенных.

За 7 ч тушения пожара при кратности пены 90 и концентрации пеноообразо- вателя 2% двумя пеногенераторами израсходовано Vp - 7-1200/90 93 м3

пенообразующего раствора и Vn 0,01-2 93 1,9 м3 пенообразователя.

Формула изобретения Способ тушения эндогенных пожаров в выработанных пространствах угольных шахт, включающий бурение скважин в выработанное пространство и подачу через скважины газомеханической пены, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности тушения эндогенных пожаров за счет интенсификации отвода тепла, перед подачей пенч определяют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха и температуру очага пожара и окружающих пород, а подачу газомеханической пены осуществляют с интенсивностью, определяемой из следующего математического выражения:

Imlifll )

-fЈ Ј Ј|Јl+

где I - интенсивность подачи пены, м /ч;

m - мощность пласта, м;

И - расстояние по простиранию между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной температуры пород данного горизонта на 5°С, м;

2 - расстояние по падению между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше

естественной для данного горизонта на 5°С, 4 U ( Со - Сисх )

«1

(In Со - In Сисх ) (0.06+W)

коэффициент, учитывающий генерацию тепла очагом пожара

1 25 03 m( w+0.06) °эФФиЧи нт,

5

0

5

0

учитывающий съем тепла из очага пожара обрушенными породами обрабатываемой зоны, С 1;

Оз - коэффициент, учитывающий съем тепла из очага пожара пеной, С , принимают в зависимости от кратности получаемой пены;

Том - температура очага пожара, °С;

Т0 - температура пород, окружающих очаг пожара;

Тг - естественная температура пород на данной глубине разработки, °С;

О - среднее значение удельной скорости сорбции кислорода углем, м3/(кг с);

Со - концентрация кислорода в струе воздуха, поступающей к очагу пожара, доли объема;

Сисх - концентрация кислорода в струе воздуха, исходящей из очага пожара, доли объема;

W - влажность угля на аварийном участке, доли объема.

Сущность изобретения: в выработанное пространство бурят скважины и подают через них газомеханическую пену. Интенсивность подачи пены определяют из математического выражения. Для этого измеряют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха и температуру очага пожара и окружающих пород. 1 ил.