CC BY
83
ГОРНОЕ ДЕЛО
УДК 622.81
ТЕХНОЛОГИЯ ПОВЫШЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ В УГОЛЬНОЙ ШАХТЕ
Е.А. Машинцов, Л.В. Котлеревская, Н.А. Криничная
Рассмотрены основные особенности обеспечения взрывобезопасности в угольной шахте; приведены факторы, формирующие взрывоопасность, и требования руководящих документов. На основе патентного поиска предложена технология повышения безопасности в угольной шахте, основанная на непрерывном мониторинге шахтной атмосферы и использовании автоматической установки для предотвращения взрывов метана и угольной пыли.
Ключевые слова: взрывобезопасность, оценка риска взрывов метана и угольной пыл, контроль за состоянием атмосферы горных выработок, технология повышения безопасности в угольной шахте, непрерывный мониторинг, коэффициент взрывобезопасности, вычислительное устройство.
Для обеспечения приемлемого уровня безопасности на угольной шахте необходимо детальное планирование мероприятий по снижению (устранению) рисков взрывов метана и угольной пыли, обязательное и полное их выполнение, что позволит предотвращать инциденты и аварии, значительно снижать производственный травматизм [1].
Аварии на угольных шахтах, происходящие в условиях интенсификации добычи угля, демонстрируют противоречие между способами организации производства и способами контроля и обеспечения безопасности. Безопасность угольного производства возможно обеспечить только комплексным решением задач по организации производства и информационной поддержке управления технологическими и производственными процессами в нормальных и аварийных ситуациях. При этом объективный контроль - основа соответствующего технического и программного обеспечения.
Руководящие отраслевые документы требуют осуществления постоянного контроля за состоянием атмосферы горных выработок. Эти тре-
бования могут быть выполнены на основе использования современных цифровых и информационных технологий в стационарных и персональных системах и минимизации возможного влияния персонала на их работу. Обязательными элементами объективного контроля являются: газоаналитические средства; системы передачи информации и связи. Ко всем перечисленным средствам и системам предъявляется требование непрерывности контроля.
На основе патентного поиска далее предлагается технология повышения безопасности в угольной шахте (рис. 1).
Рис. 1. Технология повышения безопасности в угольной шахте: ВУ - вычислительное устройство; УГД - устройство горного диспетчера; УСП - управление системой проветривания; ПС - предупредительная сигнализация; ДП - датчик пламени; МПП - модуль порошкового пожаротушения;
ПКР - передатчики кодированных радиосигналов
1 2 4-55
Рис. 2. Схема автоматической установки для предотвращения взрывов метана и угольной пыли в угольных шахтах:
1 - контейнер; 2 - огнетушащий порошок; 3 - узел распыления;
4 - газогенератор; 5 - пороховой заряд; 6 - воспламенитель;
7 - пиропатрон; 8 - датчик пламени
Технология включает автоматизированную фиксацию параметров рудничной атмосферы с помощью датчиков концентрации метана, оксида углерода, взвешенной угольной пыли и ее зольности, температуры воздуха, его влажности, скорости и расхода в горной выработке. Датчики, регистрирующие практически все взрывоопасные параметры, автоматически передают измеряемые значения параметров в вычислительное устройство (ВУ) [2], управляющее работой автоматической установки для предотвращения взрывов метана и угольной пыли (АУПВ) в угольных шахтах [3].
Вычислительное устройство передает информацию на устройство горного диспетчера. По величинам измеряемых параметров по приведенной зависимости определяют текущее фактическое значение коэффициента взрывобезопасности (1) шахтной выработки и шахты в целом [4]:
1
„ 4,9 + 0,09 -у2,34
Квз ~
с
1_ п
СпНПВ + 0,357 "Т1,65
т
(1)
где Квз - фактический коэффициент взрывобезопасности шахтной выработки (шахты) в текущий момент; х м - концентрация метана, % объемные; сп - концентрация взвешенной угольной пыли, г/м3; смнпв - нижний предел взрываемости (НВП) угольной пыли, г/м ; т - показатель степени взаимодействия взрываемости пылеметановоздушной смеси в соответствии с экспоидным законом; 4,9 - НПВ метана в сухом воздухе, %; 0,009 -согласующий коэффициент повышения НПВ метана, %/(г/м ); 0,357 - минимальное значение коэффициента повышения НПВ (в зависимости от свойств угля меняется в пределах 0,357 - 0,755) [5].
Сопоставляют его с коэффициентом взрывобезопасности, требуемым Правилами безопасности для конкретного типа выработок с целью выдачи текущей информации о взрывобезопасной ситуации [4].
При возникновении аварийной ситуации ВУ посылает предупредительную сигнализацию (ПС) по сети выработок, где могут распространиться продукты горения, на устройство горного диспетчера, затем формируются команды на центр управления системой вентиляции (УСВ) [2] и на блок АУПВ. Кроме того, ПС посылает сигнал на передатчики кодированных радиосигналов (ПКР) [6], вмонтированные в головные светильники горнорабочих.
Блок АУПВ (рис. 2) состоит из двухканального датчика пламени, фиксирующего динамически развивающиеся процессы, и модуля порошкового пожаротушения (МПП), включающего контейнер с порошкообразным ингибитором и энергетический узел, соединенные в одно целое [3].
Устройство работает следующим образом. При возникновении очага пламени в газо- и пылевоздушной среде датчик пламени фиксирует его и выдает электрический сигнал на срабатывание газогенератора. При этом порошкообразный ингибитор из контейнера выбрасывается в сторону
179
• <
очага пламени. Создаваемая в помещении среда (пылевоздушная взвесь) с определенной концентрацией ингибирующего вещества прерывает горение газо- и пылевоздушных смесей, подавляет вспышку и предотвращает развитие первичного очага пламени во взрыв. Скорость выброса ингибитора и образование защитного облака выбирается таким образом, чтобы заполнить защищаемое от взрыва помещение максимально быстро, но при этом не нанести травмы людям, оказавшимся в зоне воздействия комплекса.
Устройство ВУ запрограммировано по каждому каналу датчиков на определенные показатели атмосферы таким образом, что при подходе хотя бы одного показателя к заданному нижнему пределу взрываемости, т.е. при угрозе взрыва, оно передает сигнал на датчик пламени (ДП) АУПВ.
Пример. В потенциально опасных местах горной выработки контролируются параметры запыленности воздуха и горючего газа метана СН4. Так, при разных значениях концентрации метана нижний предел взрываемости (НПВ) угольной пыли меняется, например, при СН4 =0 % об. НПВ угольной пыли - 40 г/м , при СН4 = 0,5 %об. НПВ угольной пыли - 30
3 3
г/м , а при СНд= 2 %об. НПВ угольной пыли -10 г/м . Таким образом, значения запыленности воздуха и концентрации метана СН4 передаются на ВУ, которое при достижении показателя запыленности воздуха ниже НПВ угольной пыли при соответствующем значении газа метана СН4 [2] передает сигнал на датчик пламени.
Непрерывный контроль расхода воздуха может быть осуществлен с помощью преобразователя тахометрического ПТ измерителя скорости и направления движения воздуха типа ИСНВ. Датчики устанавливаются стационарно на исходящей струе каждого добычного участка и шахты в целом в соответствии с Правилами безопасности. Установка должна осуществляться на участках выработок, где достигается наиболее равномерное распределение скоростей движения воздуха по сечению.
Таким образом, предусматривается работа ВУ как в нормальном режиме, при котором возможны оценка оставшегося времени до наступления аварийной ситуации и прогноз нестационарной вентиляции, так и в аварийном режиме, когда ВУ одновременно передает сигналы на устройство горного диспетчера, предупредительную сигнализацию, передатчики кодированных радиосигналов для оповещения горнорабочих и датчик пламени установки АУПВ.
Работа ВУ в нормальном режиме позволит упростить работу АУПВ при создании аварийной ситуации за счет прогноза мест распространения взрывной ударной волны в центре управления вентиляцией.
Список литературы
1. Подображин А.С. Квопросу управления состоянием пылевзры-вобезопасности горных выработок угольных шахт // Безопасность труда в
180
промышленности. М.: Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. 2011. № 1. С. 53 - 59.
2. Пат. 2400633 Российская Федерация. МПК E21F 5/00. Система локализации и подавления взрывов метановоздушных смесей и/или угольной пыли в сети горных выработок / Шалаев В. С., Шалаев А.В., Шалаев Ю.В. № 2009122800/03; заявл. 15.06.2009; опубл. 27.09.2010. Бюл. № 27.
9 с.
3. Автоматическая установка для предотвращения взрывов метана и угольной пыли в угольных шахтах / С.И. Кузьменко [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2004. №7.С.14 - 15.
4. Пат. 2373397 Российская Федерация, МПК E21F 7/00. Способ мониторинга атмосферы угольной шахты / Стефанюк Б.М., Стефанюк Я.Б., Сенкус В.В., Гершгорин В.С., Фомичев С.Г., Сенкус В.В., Сенкус В.В., Конакова Н.И., Марченко В.А. № 2007147053/03; заявл. 17.12.2007; опубл. 20.11.2009. Бюл. № 32. 7 с.
5. Стефанюк Б.М., Сенкус В.В., Лукин К.Д. Коэффициент взрыво-безопасности угольной шахты // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ, 2008. № 10. С. 23 - 27.
6. Пат. 2180941 Российская Федерация, МПК E21F 17/18. Автоматизированная система управления и контроля производственных процессов, окружающей среды и местоположения горнорабочих в подземных выработках / Баранов А.М., Калиновский А.Н. № 2000104476/03; заявл. 25.02.2000; опубл. 27.03.2002 (по данным на 18.02.2013 - прекратил действие). 6 с.
Машинцов Евгений Арсеньевич, д-р техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Котлеревская Людмила Викторовна, канд. техн. наук, доц., [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Криничная Наталья Александровна, инженер, natascha. [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNOLOGY OF INCREASE OF SAFETY IN THE COAL MINE E.A. Mashintsov, L. V. Kotlerevskaya, N.A. Krinichnaya
The main features of ensuring explosion safety in a coal mine are considered; the factors forming potential of explosion, and requirements of leading documents are given. On the basis ofpatent search the technology of increase of safety in the coal mine, based on continuous monitoring of the mine atmosphere and use of automatic installation for prevention of explosions of methane and a coal dust is offered.
Key words: explosion safety, assessment of risk of explosions of methane and coal a heat, control of a condition of the atmosphere of excavations, technology of increase of safety in a coal mine, continuous monitoring, explosion safety coefficient, the computer.
Mashintsov Evgeniy Arsenevich, doctor of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Kotlerevskaya Ludmila Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Krinichnaya Nataliy Aleksandrovna, engineer, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 622.812.2
ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ СОСТОЯНИЯ РУДНИЧНОЙ
АТМОСФЕРЫ
Е.А. Машинцов, Л.В. Котлеревская, Н.А. Криничная
Рассмотрены концентрационные пределы взрываемости метана и угольной пыли, приведены коэффициент взрывобезопасности горной выработки и его зависимость от влагонасыщенности воздуха. Проведен анализ влияния концентрации кислорода на взрываемость метана и угольной пыли, определено понятие кислородного индекса.
Ключевые слова: концентрационные пределы взрываемости, коэффициент взрывобезопасности горной выработки, концентрация кислорода, кислородный индекс, условия невзрывчатости смеси горючих газов и угольной пыли с воздухом.
Концентрационные пределы взрываемости (воспламенения) смеси с воздухом являются важными практическими характеристиками взрывоопасности рудничных газов и пыли. Они определяют способность смесей к самовоспламенению при нагреве и к распространению возникшего пламени по газу или аэровзвеси [1].
Нижний предел концентрации угольной пыли, взвешенной в рудничном воздухе, при которой она взрывается, составляет 10 ... 300 г/м
3
(для каменных углей он равен 20 . 25 г/м3, для некоторых бурых углей -
33
10 ... 15 г/м , для угля марки ПА - 300 г/м ). Нижний предел взрывчатости отложившейся пыли в 2,5 раза больше, чем для взвешенной пыли. При зольности 60 . 90 % или при влажности более 40 %, а также при содержа-
нии пыли в рудничной атмосфере более 1 кг/м3 угольная пыль не взрывается.
Присутствие метана в рудничном воздухе значительно повышает степень взрывчатости взвешенной пыли.
