CC BY
28
2006
УДК 622. 822. 622.4
В.К. Костенко, Ю.Ф. Булгаков, Т.В. Костенко, Ю. Сулковский
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ТУШЕНИЯ АЗОТОМ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ В ТРУДНОДОСТУПНЫХ МЕСТАХ
Гушение пожаров в труднодоступных местах, таких как выработанные пространства, деформированные угольные целики, бункера и тому подобное, является наиболее трудоемким, продолжительным, опасным и дорогостоящим видом подземных горноспасательных операций в современной мировой практике угледобычи. Из-за сложности проникновения к фронту горения, угрозы осложнения таких аварий взрывами пылегазовоздушных смесей, обрушениями горных пород в выработки, нестабильности режимов проветривания и повышенных температур в местах ведения аварийных работ непосредственное воздействие на очаг горения огнетушащими средствами, как правило, невозможно. Наиболее перспективным, а нередко единственно возможным, представляется дистанционное тушение с помощью газообразных средств.
На оснащении горноспасательных частей основных угледобывающих стран находятся генераторы инертных газов на основе турбореактивных двигателей, криогенные азотные и баллонные углекислотные газификационные установки другая техника газового пожаротушения. Этим техническим средствам присущи такие недостатки как высокая стоимость исходных компонентов, сложность и опасность их транспортирования, недостаточная производительность и другие. Одним из перспективных путей их преодоления является реализация современных технологии получения газовых смесей с низким содержанием кислорода из воздуха с помощью газоразделительных мембран. Первые лабораторные и полигонные эксперименты были проведены в 80-х годах прошлого столетия в НПО «Респиратор» [1], вскоре эксперименталь-
259
ные образцы подобной техники появились в Германии, Польше и других странах. Одна из наиболее мощных установок разработана и принята на оснащение Государственной Военизированной Горноспасательной Службы (ГВГСС) Украины [2]. Однако, первые попытки использования мембранных газоразделительных средств при ликвидации сложных подземных аварий не дали ожидаемых позитивных результатов. Причиной этого является, по нашему мнению, несоответствие оперативных возможностей новой техники используемым тактическим приемам, а также некоторые технические недоработки, допущенные проектировщиками установок.
В силу технической сложности, отсутствия конструкторского опыта и четких требований заказчиков современные установки изготовлены в наземном, а не подземном исполнении. Они, имея высокую мобильность, в сравнительно короткое время могут быть доставлены на аварийную шахту, развернуты в рабочее состояние и подключены к трубопроводу или к скважине для подачи азота в шахту (рис. 1). Шахтный трубопровод надлежит специально подготавливать для доставки газа к аварийному участку, отключая другие ветви, улучшая герметичность. В соответствии с действующими нормативными документами производят изоляцию перемычками аварийного участка сети горных выработок, возводя изолирующие сооружения на свежей и исходящей струях. После возведения перемычек начинают подачу азота в изолированный объем. Из-за действия общешахтной депрессии
воздух фильтруется че-
/
9
Рис. 1. Схема подачи азота в аварийный участок:
1 - очистная выработка; 2 -выработанное пространство; 3 - очаг пожара; 4 - воз-духоподающая выработка; 5
- изолирующая перемычка; 6 - трубопровод; 7 - возду-хоподающий ствол; 8 - га-зификационная установка; 9
- вентиляционный ствол
260
рез тело перемычки и окружающие ее трещиноватые горные породы.
Несмотря на применение различных видов современных уплотняющих материалов, паразитные утечки воздуха сопоставимы с подачей газификационой установки. Для успешной реализации комбинированного тушения пожара необходимо подавать инертного газа в 19-22 раза больше чем утечки воздуха через перемычку, чтобы обеспечить необходимое содержание кислорода в поступающей к очагу горения газовой смеси на уровне Ск = 1.. .2 %.
Следует также учитывать, что аварийно переоборудованный трубопровод, как правило, не обеспечивает подачу газа без потерь объема и напора, это снижает эффективность работы установки.
Для ликвидации подсосов воздуха была разработана технология подачи инертного газа к очагу горения, в которой,за счет использования энергии установки и конструктивных изменений изоляционного оборудования, воздушные утечки заменяют азотными [3]. Это достигается возведением в воздухоподающей выработке дополнительной перемычки и подачей в нее азота. Трубопровод имеет патрубок, через который газ подают образованную двумя перемычками камеру. Регулируют подачу с помощью задвижек, установленных в выработке на свежей струе. При этом подачу газа в камеру осуществляют таким образом, чтобы на первой со стороны свежей струи перемычке отсутствовал перепад давления. В результате депрессия оказывается приложенной ко второй перемычке, но так как камера заполнена азотом, то он поступает в изолированный участок в виде утечек (рис. 2).
Недостатком мембранной технологии получения газообразного азота является сравнительно низкое качество получаемого продукта. Так при максимальной производительности 15 м3мин-1и давлении 0.8 МПа установка АМВП-15-0,7 (Украина) выдает азот чистотой 94-95,5 %. Такой газ не обеспечивает тушение древесины, измельченного угля и некоторых других веществ. Для устранения этого недостатка, как показали ранее проведенные исследования [1], следует
261
Рис. 2. Схема подачи азота в аварийную горную выработку: 1 - воз-духоподающая выработка; 2, 3 - изолирующие перемычки №1 и №2 соответственно; 4 - трубопровод; 5 - патрубок; 6, 7 - задвижки; 8 - манометр
снижать рабочее давление в мембранных модулях, однако, это сопряжено со значительным уменьшением подачи установки. Предложенные авторами способы тушения подземных пожаров [3, 4] позволяют обеспечить выполнение этого условия. Предусмотрены три режима подачи газа к очагу горения.
Первый режим предполагает подачу азота в период от возведения перемычки №1 до завершения возведения перемычки №2. Он соответствует предусмотренной в действующих нормативных документах технологии. При этом установка работает на полную мощность, а в изолированном объеме горных выработок снижается содержание кислорода с 20 до 15 % (рис. 3). Для предотвращения взрывов пы-легазовоздушной смеси в поток в это время целесообразно подавать газообразные ингибиторы. Расход газов в изолированном объеме (Оуч):
0уч = 0 тр+0 ут1 + Ои
где Овут1 - утечки воздуха через перемычку №1; Ои - средний расход газообразных ингибиторов.
Второй режим осуществляют после возведения второй перемычки, когда воздушные утечки заменяют азотными. При этом установка также работает на полную мощность и содержание кислорода в подаваемой к очагу горения смеси составляет 4-5 %. Расход газа в аварийном участке (Оуч):
Оуч = 0 тр+О ут2
262
а)
о -
©в
о
1
2
3
4
Рис. 3. Расход газов (а) и содержание кислорода (б) в изолированном объеме при тушении пожара в выработанном пространстве: I - расход воздуха; II - подача га-
б) 20
Ск,%>
сут зообразных ингибиторов; III - подача азота
15
5 2
\
где 0атр - расход подаваемого по трубопроводу в
\
о
1
2
3
"4^ t. сут
изолированный объем азота; Оаут2 -
утечки азота через перемычку №2.
После заполнения азотом пространства между изолирующими перемычками и очагом горения осуществляют третий режим. Он заключается в том, что прекращают подачу азота напрямую из трубопровода, а продолжают только через патрубок в количестве равном утечкам через перемычку №2 (см. рис. 2). При этом подача установки и, соответственно, давление в мембранных модулях уменьшается, а качество азота улучшается. Содержание кислорода в подаваемой газовой смеси снижа-
Основная стадия ликвидации пожара по предлагаемой технологии с использованием наиболее распространенных бетонитовых перемычек в оптимальных условиях занимает не менее двух суток (таблица). Еще около суток может продолжаться переход на третий режим подачи газа. Такая продолжительность аварийных работ представляется непозволительно большой.
Анализ хронограммы показывает, что операции подготовки трубопровода и возведения перемычек в лучшем случае занимают более суток. В современных условиях сложного финансово-организационного состояния шахт это
ется до 1-2 %.
263
время может увеличиться в 2-3раза. Поэтому наиболее эффективными решениями по повышению эффективности использования мембранной техники представляются разработка подземных установок и быстровозводимых изолирующих перемычек. Применение подземных установок позволит избавиться от наименее надежного элемента рассматриваемой технологии - трубопровода. Еще одно преимущество подземных установок - возможность комплексно автоматизировать процессы регулирования давления газов в камере и мембранных модулях. Это позволит повысить надежность технологического процесса тушения пожара и увеличить ресурс работы мембран.
264
Использование быстровозводимых, например, пневматических изоляционных сооружений позволит существенно сократить время переход к эффективному воздействию на очаг пожара, кроме того, позволит применять мембранные установки для предупреждения самонагревания и самовозгорания угля.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Булгаков Ю.Ф. Тушение пожаров в угольных шахтах. Донецк. НИ-ИГД, 2001. -280 с.
2. Костенко В.К., Костенко Т.В. Технолопя профшактики та гасшня тдземних пожеж у важкодоступних мюцях/ «Форум прниюв -2005», Мате-рiали мижнарод. конф. т.3. Дншропетровськ. 2005. - С. 47 - 54.
3. Костенко В.К., Костенко Т.В. Спосiб гасшня тдземних пожеж /Корисна модель 11А №5775. Опубл. 15.03.2005, бюл. №3.
4. Костенко В.К., Костенко Т.В. Спосiб попередження та гасшня джерел самонагрiвання або горшня /Корисна модель 11А №10260. Опубл. 15.11.2005, бюл. №11
,— Коротко об авторах-
Костенко В.К. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой природоохранной деятельности Донецкого национального технического университета, Донецк, Украина; Булгаков Ю.Ф. - доктор технических наук, профессор, декан горн ого факультета, заведующий кафедрой охраны труда и аэрологии Донецкого национального технического университета, Донецк, Украина;
Сулковский Юзеф - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой охраны труда и аэрологии Силезской политехники, Гливице, Польша; Костенко Т.В. - студентка ДонНТУ.
Хронограмма выполнения основных работ по ликвидации очага горения в выработанном пространстве
Оперативные действия
Работа газаналит. лабор.
Доставка АМВП и оборуд.
Продолжительность выполнения действий, смен
1 сутки 2 сутки 3 сутки 4 сутки
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Вызов ГВГСС, разведка
Подготовка трубопровода
Возвед. перемычки №1
Подача ингибиторов
Подача азота(15 % О2)
Возвед. перемычки №2
Подача азота (5 % О2)
Подача азота (2 % О2)
