Автоматизированная система противопожарной защиты объектов угольных шахт

Рассмотрены перспективы использования автоматизированной системы противопожарной защиты объектов повышенной опасности угольных шахт – подземных камер центральных электроподстанций, электро и дизелевозных гаражей, складов ВМ и др.

Проанализированы структурно-функциональные уровни автоматизированной системы предупреждения, обнаружения и управления тушением подземного пожара. Представлены необходимые технические устройства автоматических систем пожарной сигнализации и пожаротушения, места их размещения на подземных объектах и нормативные значения параметров срабатывания. Приведен алгоритм автоматизированной системы противопожарной защиты подземных гаражей угольных шахт. Задачу сокращения подземных пожаров на угольных шахтах можно решить с помощью автоматизированной системы многофакторного контроля прогноза их развития и предупреждения. Данная система должна реагировать на отклонение технологических параметров объекта, что контролируется изменением его характеристик во времени, определяющих момент выхода объекта за пределы нормального состояния. Непрерывный контроль, прогнозирование и анализ различных опасностей, возникающих при выполнении горных работ, с использованием современных информационных технологий, на основе алгоритмов и специального программного обеспечения позволяет принимать решение в режиме прямого управления согласно Плану ликвидации аварии. С целью повышения уровня пожарной безопасности горных работ за счет увеличения объема и оперативности информации об отклонениях показателей пожарной безопасности за допустимые уровни, а также повышения эффективности управления технологическими процессами и тушения пожара в начальной стадии с возможностью принятия оперативных решений НИИГД «Респиратор» разработана автоматизированная система «Противопожарная защита». Эта система предназначена для прогноза и непрерывного измерения параметров шахтной атмосферы, состояния технологического оборудования, а также автоматических систем пожаротушения, передачи информации на диспетчерский пункт, ее обработки и отображения. Система «Противопожарная защита» является открытой и может быть гармонизирована с общей системой безопасности, действующей на шахте. Данная система содержит следующие структурно-функциональные уровни: – сбора и первичной обработки информации, представляющий собой совокупность датчиков и устройств, обеспечивающих сбор контролируемых параметров пожароопасных объектов; – передачи сигналов контролируемых параметров подземных объектов в диспетчерскую шахты и управляющих сигналов в шахту, состоящий из программируемых контроллеров, репитеров и телекоммуникационных линий; – обработки и анализа полученной информации, диспетчерского управления горношахтным оборудованием, а также регистрации, отображения и хранения информации; – запуска автоматических систем пожаротушения, состоящий из пускового блока, запаса огнетушащих веществ и разветвленных трубопроводов с распылителями. Для обеспечения выполнения основных задач система «Противопожарная защита» состоит из следующих основных технических устройств, расположенных в подземных выработках шахты: – датчики контроля состава рудничной атмосферы – метана СН4, оксида углерода СО, кислорода О2, водорода Н2 в шахте и в местах размещения горношахтного оборудования (ГШО). При повышении содержания газа до предаварийного уровня подаются звуковой и световой сигналы. Если содержание газов в шахтной атмосфере не уменьшается, то производится отключение оборудования; – датчики контроля температуры окружающей среды, а также температуры корпуса и подшипников барабанов, редукторов, корпуса двигателей, поверхностей колодок тормозов. Контроль температуры производится с упреждающим режимом для предотвращения пожаров и других аварийных ситуаций. При повышении температуры свыше нормативного значения подается звуковой и световой сигналы, а также сигнал на отключение ГШО и включение автоматической системы пожаротушения; – датчики контроля давления воды в пожарно-оросительных трубопроводах с целью поддержания нормальных условий подачи воды на тушение пожара или пылеподавление; – датчик контроля скорости потока воздуха и газов в атмосфере шахтных выработок, вентиляционных трубах и т.д. Контроль производится с целью поддержания нормальных условий ведения горных работ; – датчик магнитный бесконтактный для контроля положения вентиляционных и противопожарных дверей и ляд; – датчик контроля уровня грузов в местах пересыпа и загрузки бункера; – взрывобезопасный источник питания для подачи напряжения 12 В постоянного тока на контроллер и датчики; – устройство аудиовизуальной сигнализации обеспечивает световую и звуковую сигнализацию об аварийных режимах; – контроллер представляет собой программно-управляемое устройство для принятия сигналов от датчиков, анализа состояния этих сигналов, выдачи команды на отключение ГШО при повышении параметров предельно-допустимых значений, выдачи информации на поверхность диспетчеру и команд на управление горными машинами, а также систем пожаротушения; – рецептор обеспечивает передачу сигналов от контроллера по линии связи на расстояние до 2 км, а также выполняет функции барьера безопасности, обеспечивающего гальваническое разделение искроопасных цепей поверхностного вычислительного комплекса и искробезопасных электрических цепей подземных линий связи; – установка водяного пожаротушения УВПК-Б1 для тушения распыленной водой пожаров на приводных станциях ленточных конвейеров, применяемых в угольных шахтах, в том числе опасных по газу и пыли; – установка водяного пожаротушения УЛТВ для тушения и локализации пожаров в конвейерных выработках угольных шахт методом их секционирования водяными завесами вдоль всей конвейерной выработки с определенным шагом. Установки УЛТВ создают водяную завесу, перекрывающую все поперечное сечение горной выработки и орошающую поверхность ленты конвейера с интенсивностью, обеспечивающей охлаждение газообразных продуктов пожара до температуры не более 473°К (200°С); – установка порошкового пожаротушения для объемного и локального тушения пожаров класса А, В, С и электрооборудования под напряжением до 20 кВ. Датчики температуры воздуха Исходя из условия, что в зоне контроля в случае возникновения пожара происходит значительное тепловыделение, при этом зона контроля представляет собой протяженный объект (длина объекта – выработки значительно больше его ширины), в качестве температурных пожарных датчиков используют датчики типа линейных тепловых пожарных извещателей. На каждом защищаемом подземном объекте (выработки, камеры и др.) устанавливают не менее двух температурных датчиков. В защищаемой подземной камере допускается устанавливать один температурный датчик при следующих условиях: – площадь камеры не больше площади, защищаемой одним температурным датчиком; – датчик является адресно-аналоговым; – пульт пожарной сигнализации, к которому подключен датчик, обеспечивает автоматический контроль его работоспособности; – по сигналу одного датчика автоматика управления не производит включение установок пожаротушения, систем оповещения о пожаре. Эти условия относятся, например, к небольшим камерам подземных распредпунктов РПП-6. Для подземных камер кроме датчиков, устанавливаемых внутри камеры, один датчик устанавливают вне камеры на свежей вентиляционной струе. При этом обеспечивается контроль разности температур вне камеры и внутри нее с соблюдением условия: где tк, tн– соответственно температуры воздуха в камере и вне ее, °К (°С). Датчики температуры нагретых поверхностей Датчики температуры нагретых поверхностей ГШО производят отключение оборудования при установке на температуру: – для корпусов двигателей, редукторов, приводных и натяжных барабанов, подшипников – 353°К (80°С); – для масла в турбомуфтах, маслостанциях – 363°К (90°С). Датчики концентрации метана Фактором, подтверждающим возникновение пожаро- и пожаровзрывопасной ситуации на подземном объекте, является повышение концентрации метана. Согласно Правилам безопасности в угольных шахтах стационарные датчики СН4 применяют на шахтах III категории, сверхкатегорийных и опасных по внезапным выбросам, а переносные – дополнительно в шахтах I и II категорий. Места размещения датчиков СН4 определяют в соответствии с Инструкцией по противопожарной защите угольных шахт. В соответствии с данной инструкцией контроль содержания метана стационарными датчиками в шахтах III категории по газу, сверхкатегорийных и опасным по внезапным выбросам осуществляют в том числе: – в камерах для машин и электрооборудования, проветриваемых исходящими струями воздуха; – возле смесительных камер газоотсасывающих установок; – возле передвижных компрессорных станций со стороны свежей струи; – в камерах газоотсасывающих вентиляторов; – в перекачных камерах водоотлива; – в камерах для машин и электрооборудования; – у кровли на входе в камеру со стороны поступающей в камеру вентиляционной струи; – возле смесительных камер газоотсасывающих установок – от 15 м до 20 м от выходного отверстия камеры по ходу вентиляционной струи; – возле стенки выработки на стороне расположения смесительной камеры; – в камерах газоотсасывающих установок – у кровли над газоотсасывающим вентилятором. Эти датчики СН4 должны производить отключение электроэнергии при установке на концентрацию метана: – перед ЦПП – 1%; – в камерах для машин и электрооборудования – 1%; – возле смесительных камер – 1,3%; – в камерах газоотсасывающих установок – 1%; – в перекачных камерах водоотлива вертикальных стволов – 1%; – в камерах со стационарными компрессорными станциями и у передвижных подземных компрессорных станций (ППКС) – 0,5%. Дополнительно вводится требование об установке датчиков СН4 на входе во все камеры с электромашинным оборудованием, дизеле- и электровозные гаражи, камеры подземных машин и лебедочные камеры, склады ВМ, ЦПП, камеры участковых подстанций, насосные камеры водоотлива на шахтах I, II, III категорий, сверхкатегорийных и опасных по внезапным выбросам с установкой на концентрацию метана 1%. Датчики водорода В зарядных камерах электровозных гаражей пожароопасным фактором является выделение водорода при заправке аккумуляторных батарей. Зарядные камеры должны проветриваться обособленной струей свежего воздуха, а содержание водорода не превышать 0,5%. Датчики водорода располагают под кровлей зарядной камеры: один над зарядными столами и один на исходящей струе на выходе из камеры. Датчики выдают информацию на дисплей диспетчерского пункта, отключают электроэнергию и включают аудиовизуальную тревожную сигнализацию при установке на концентрацию водорода 0,5%. Датчики оксида углерода Для подземных объектов датчики СО выполняют две функции: 1) фиксируют (в логическом сочетании с датчиком температуры) возникновение очага пожара; 2) контролируют фоновое значение СО. Магнитные бесконтактные датчики положения вентиляционных и противопожарных дверей С помощью магнитных бесконтактных датчиков контролируют положение вентиляционных и противопожарных дверей «закрыто–открыто» в случае возникновения пожара. Имея информацию о положении дверей, можно оперативно предотвратить распространение пожара по сети горных выработок. В качестве примера рассмотрим алгоритм работы автоматизированной системы «Противопожарная защита» для подземных гаражей электро- и дизелевозов, блок-схема которого представлена на рис. 1. Рис. 1. Блок-схема алгоритма работы системы «Противопожарная защита для подземных гаражей электровозов (дизелевозов) Контролируемыми системой показателями пожарной опасности и выполняемыми функциями являются: – температура воздуха в камерах гаражей и на свежей струе; – содержание метана в свежей струе на входе в гараж (для шахт, опасных по газу); – содержание оксида углерода в исходящей из камер гаражей струе воздуха и непосредственно в камерах; – содержание водорода в исходящей из зарядной камеры струе воздуха и непосредственно в камере (для зарядных камер гаражей аккумуляторных электровозов); – контроль положения противопожарных дверей в камере гаража; – контроль срабатывания автоматических установок порошкового пожаротушения (АУПП); – контроль давления в пожарно-оросительном трубопроводе (ПОТ), проложенном в гараже, в месте подключения пожарных насосов. Данный алгоритм характеризует работу системы «Противопожарная защита» как электровозных, так и дизелевозных гаражей, а также пригоден для случая совместного использования электро- и дизелевозов. Для электровозных гаражей в негазовых шахтах исключается блок 6, а при отсутствии пожарно-оросительных трубопроводов в выработках возле гаража – блок 9. Для дизелевозных гаражей исключается блоки 6 (для негазовых шахт) и блок 7 (во всех случаях). В заключении приведем основные элементы шахтной пожарной автоматики (рис. 2–5) и их технические характеристики. Эти изделия прошли все необходимые испытания и имеют разрешение на применение в подземных условиях угольных шахт, в том числе опасных по газу и пыли. Устройство контрольно-пусковое УКП-1 (рис. 2) предназначено для приема и обработки информации о пожаре, поступающей от шахтных датчиков температуры ДТШ-1, включения сигнализации при возникновении пожара и ввода в действие автоматической установки пожаротушения. Рис. 2. Устройство контрольно-пусковое УКП-1 Датчик тепловой шахтный ДТШ-1 (рис. 3) предназначен для контроля температуры окружающей среды в горной выработке и выдачи сигнала при превышении пороговой температуры или порога срабатывания по перепаду температур в месте его установки. Рис. 3. Датчик тепловой ДТШ-1 Пусковое устройство ПУ-12 (рис. 4) предназначено для включения автоматических установок порошкового и водяного пожаротушения. Рис. 4. Пусковое устройство ПУ-12 Устройство оповещения УО-1 (рис. 5) предназначено для подачи звукового сигнала о срабатывании устройства контрольно-пускового УКП-1. Рис. 5. Устройство оповещения УО-1 Выводы В настоящей статье проанализированы структурно-функциональные уровни разработанной автоматизированной системы «Противопожарная защита», которая выполняет в непрерывном круглосуточном режиме аэрогазовый контроль рудничной атмосферы и состояния технологического оборудования, что позволяет предупредить аварийную ситуацию на пожароопасном объекте шахты и потушить пожар в начальной стадии, а также снизить экономический ущерб от аварии. Данная система адаптирована в общую систему безопасности УТАС и внедрена на нескольких угольных шахтах Украины для защиты отдельных объектов повышенной опасности.

Список литературы

Журнал-каталог Пожарная автоматика – 2011