ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

На шахтах Украины ежегодно регистрируют до нескольких десятков эндогенных пожаров. Они стабильно остаются на втором месте, после экзогенных пожаров, по величине наносимого ущерба. Он достигал от 12 до 40 % от потерь, нанесенных авариями угольной промышленности. За последние годы эндогенными пожарами были выведены из эксплуатации выемочные поля на шахтах им. А.Ф. Засядько, «Привольнянская» им. В.М. Бажанова, «Красноармейская-Западная» №1, «Красснолиманская», «Булавинская» и других.

Подземные пожары возникают в труднодоступных местах, таких как выработанное или закрепное пространство, в целиках, в угольных отложениях за изоляционными перемычками, в пластах-спутниках. Подавление очагов горения в таких условиях затруднено, чем обусловлена самая высокая продолжительность ликвидации этого вида подземных аварий.

Имеющиеся способы и средства предупреждения возгорания угля базируются на устаревших представлениях о самонагревании природной многофазной среды в горных выработках, не учитывается ряд особенностей аэрологических и геомеханических процессов в разрабатываемой угленосной толще. Несмотря на интенсивное развитие в последнее время методов прогнозирования и технологий предупреждения самовозгорания угля и пород угольных месторождений, остается актуальной задача совершенствования арсенала средств и способов профилактики эндогенных пожаров в горных выработках. Очаги самонагревания и самовозгорания угля в последнее время все чаще обнаруживают в местах пересечения подготовительной выработкой зон геологических нарушений пластов. Однако причины зарождения тепловых источников в бескислородной среде не выяснены до конца.

Известно несколько взглядов на природу и механизм развития очагов самонагревания: низкотемпературное окисление; действие тионовых бактерий; сочетание геомеханических и аэрологических факторов и другие. Анализ показал, что на различных стадиях эволюции очагов самонагревания угля возможно превалирование одной из причин или групп факторов, однако достоверно не установлено, что является первопричиной, дающей толчок к интенсивному росту температуры и зарождению очага самонагревания.

Назрела необходимость совершенствования арсенала средств и способов профилактики пожаров в подземных горных выработках. Особенно актуальной в кризисной для угольной промышленности ситуации представляется разработка так называемых общетехнических мер, позволяющих снизить пожароопасность горных выработок за счет выбора рациональных технологических режимов и приемов процесса выемки угля.

В этой связи раскрытие условий возникновения и развития очагов самонагревания и горения угля, разработка средств и способов их предупреждения и подавления в труднодоступных местах разрабатываемой угленосной толщи, является актуальной научно-технической проблемой, решение которой позволит обеспечить эффективное и безопасное ведения горных работ.

Актуальность темы

Несмотря на интенсивное развитие средств и способов ликвидации подземных аварий, актуальной остается проблема совершенствования технологий горноспасательных работ в газовых шахтах, особенно при выполнении тяжелых и длительных тактических мероприятий.

Технология ликвидации источников, причин и последствий тяжелых аварий связана с высокими рисками травмирования горноспасателей поражающими факторами взрыва газовоздушной смеси (ГВС), отравлением токсическими продуктами горения, действием высоких температур, обрушением горных пород.

По данным Государственной военизированной горноспасательной службы (ГВГСС) ежегодно на шахтах Украины происходит не менее четырех взрывов метановоздушной смеси, вызывающие жертвы, нередко многочисленные. Иногда взрывы являются следствием осложнения таких видов аварий, как загазованности выработок, пожары, особенно эндогенные, внезапные выбросы угля, газа, песчаников. Статистика свидетельствует о том, что наибольшее количество травм, которые случаются в горных выработках, возникает в результате взрывов, заваленные выработок, перемещение горения в труднодоступные места (в выработанное пространство, закрепительный пространство, раздавленные целики).

Вместе с тем, разработка украинскими учеными и освоения промышленностью выпуска мембранных газораспределительных установок открывает перспективы высокоэффективной дистанционной ликвидации тяжелых подземных аварий. Однако отсутствие соответствующих современным средствам технологий сдерживает прогресс в области противопожарной защите угольных шахт. При этом очевидно, что совершенствование технологий пожаротушения не должно сопровождаться снижением уровня безопасности горноспасателей.

В связи с вишенаписанным, исследования по оценке и снижению рисков горноспасательных операций, установления закономерностей формирования взрывобезопасного газовой среды в районе ведения аварийных работ, обеспечение дистанционного выполнения основных технологических операций с помощью средств контроля и автоматики является актуальной научно-технической задачей.

Анализ последних исследований и разработок по теме

Особенно сложным представляется тушение происходящих в труднодоступных местах пожаров от самовозгорания взаимодействующего с воздухом угля [1], [2]. Непосредственное воздействие в таких условиях на очаг горения огнетушащими средствами, как правило, невозможно из-за сложности проникновения к очагу горения, угрозы осложнения таких аварий задымлением, загазированием, а нередко взрывами пылегазовоздушных смесей, обрушениями горных пород в выработки, нестабильности режимов проветривания и повышенными температурами в местах ведения аварийных работ. Вследствие труднодоступности и неинтенсивного проникновения воздуха неэффективным является использование водяных, пенных, порошковых и других, находящихся на оснащении горноспасательных частей средств пожаротушения.

Одним из наиболее перспективных способов предупреждения, локализации и тушения пожаров в шахтах является инертизация атмосферы аварийного участка, под которой понимают искусственное снижение концентрации кислорода в атмосфере горных выработок путем подачи в него флегматизирующего горение газа [2],[3]. Чаще всего, в настоящее время, используют газообразный азот, хотя существуют технологии применения диоксида углерода, парогазовой смеси. Инертизациия с помощью газообразного азота позволяет решить следующие задачи в ходе ликвидации подземного пожара: сократить срок ликвидации аварии; предотвратить взрывы газовоздушной смеси на аварийном участке; ускорить охлаждение высокотемпературной зоны до безопасного уровня; локализовать или полностью прекратить процесс горения.

Для обеспечения рационального режима инертизации воздуха в изолированном объеме горных выработок авторами предложено использовать энергию потока инертного газа, поступающего от мембранной установки [4],[5]. Для этого в выработке возводят дополнительную изолирующую перемычку, а от трубопровода для подачи азота делают ответвление, через которое газ поступает в пространство (камеру) между двумя перемычками (рис.1).

Схема сосуда с разреженным газом

Рисунок 1 – Технологическая схема подачи азота в аварийную горную выработку; 2 – воздухоподающая выработка; 2, 3 – изолирующие перемычки №1 и №2 соответственно; 4 – трубопровод; 5 – патрубок; 6, 7 – задвижки; 8 – манометр.

Когда камера заполняется азотом, подачу его через ответвление регулируют таким образом, чтобы выравнять давление в выработке со стороны поступающей свежей воздушной струи и между перемычками. В этой ситуации отсутствуют подсосы воздуха через перемычку в камеру. Перепад давлений перераспределяется на участок выработки, разделенный дополнительной перемычкой, по обе стороны которой находится азот, он же составляет вещество утечек. Таким образом, возведением в воздухоподающей выработке дополнительной перемычки и подачей за нее азота достигается замена утечек воздуха на утечки азота, и, следовательно, исключаются подсосы воздуха в изолированную выработку. Это позволило разработать способы тушения подземных пожаров [2], позволяющие обеспечить более эффективную ликвидацию аварии с учетом особенностей работы мембранных установок.

Однако при закрытии проемов в перемычках увеличивается депрессия, приложенная к изолированному объему, и резко возрастает поступление метана из выработанного пространства и вмещающих выработки трещиноватых газосодержащих пород. Кроме того, в период заполнения камеры инертным газом продолжаются утечки воздуха в изолированный объем сквозь тела перемычек и трещины в окружающем их горном массиве, что ведет при смешивании с метаном к образованию взрывоопасной смеси. Поскольку флегматизация газовоздушной смеси осуществляется путем подачи инертного газа от мембранной газоразделительной установки, продуктивность которой значительно меньше утечек воздуха в период заполнения камеры между перемычками инертным газом, это ведет к увеличению длительности периода образования смеси с низким содержанием кислорода, в результате чего значительный объем может быть заполнен взрывоопасной смесью. Таким образом, несмотря на увеличение эффективности тушения подземных пожаров в результате реализации предложенных способов [2], существувет угроза взрыва в изолированном объеме горных выработок, обусловленная значительной длительностью периода образования взрывобезопасной газовой смеси с низким содержанием кислорода. Это обстоятельство значительно снижает эколого-экономическую эффективность предложенных способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах.

Цели и задачи, решаемые в магистерской работе

Задачей данных исследований является совершенствование способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах с целью обеспечения безопасности ведения работ по предупреждению и тушению очагов горения в горных выработках за счет сокращения периода перехода от газовоздушной среды с опасной концентрацией горючих компонентов к инертной атмосфере и недопущения создания взрывоопасной метановоздушной смеси.

Результаты исследований

Авторами предложен способ предупреждения и тушения очагов горения в подземных выработках. На первом этапе в горной выработке 1 одновременно возводят перемычки 5, размещают несколько эластичных оболочек 9, один конец которых затянут хомутом 8, и наполняют их инертным газом из трубопровода 2 от газификационной установки через патрубок для подачи инертного газа 3, устанавливая расход с помощью регулятора расхода инертного газа 4 (рис. 2а). Причем объем элластичных оболочек должен быть не менее объема горных выработок на участке от изолирующих перемычек до очага горения. Затем после возведения перемычек патрубок 3 перекрывают, соединяют эластичные оболочки 9 с проемной трубой 7 с помощью хомута 8 и подают инертный газ в изолированный объем к очагу горения 6 одновременно от установки газификации по трубопроводу 2 и из эластичных оболочек 9 (рис. 2б). Регулирование депрессии осуществляют на основной перемычке с помощью регулятора расхода инертного газа 4.

Схема сосуда с разреженным газом

а

Схема сосуда с разреженным газом

б

Рисунок 2 –Способ предупреждения и тушения очагов горения в подземных выработках: 1 – выработка, 2 – трубопровод для подачи инертного газа от газификационной установки, 3 – патрубок для подачи инертного газа, 4 – регуляторы расхода инертного газа, 5 – изолирующие основная и дополнительная перемычки с отверстиями, 6 – очаг горения, 7 – проемная труба в изолирующих перемычках, 8 – хомут, 9 – эластичная оболочка.

Количество инертного газа, поступающего из оболочек, достаточно для заполнения участка от дополнительной перемычки до очага горения. Резкое сокращение количества кислорода в изолированном объеме горных выработок сводит к минимуму вероятность появления взрывоопасной метановоздушной смеси, тем самым обеспечивается безопасность ведения работ в период существования угрозы взрыва.

Анимация. Продолжительность 4 секунды,содержит 4 картинки

б

Рисунок 3 – Схема подачи инертного газа в выработку

Заключение

Таким образом, за счет размещения в горных выработках нескольких дополнительных эластичных оболочек, заполненных инертным газом, можно увеличить подачу инертных газов в изолированное пространство и достичь решения поставленной задачи осуществления безопасности ведения работ при предупреждении и тушении пожаров в подземных горных выработках в результате сокращения периода перехода от воздушной среды с опасной концентрацией горючих компонентов к инертной атмосфере в изолированном пространстве горных выработок. При этом сокращение времени ликвидации аварии ведет к уменьшению выделения парниковых и токсичных газов в окружающую среду, а также к снижению расходов на ведение аварийных работ, и следовательно увеличивается эколого-экономическая эффективность новых способов тушения развившихся подземных пожаров в труднодоступных местах.

Список источников

  1. Булгаков  Ю.Ф. Тушение пожаров в угольных шахтах/ Ю.Ф.Булгаков. – Донецк: НИИГД, 2001. – 280с.
  2. Предупреждение и тушение подземных эндогенных пожаров в труднодоступных местах/ [Костенко   В.К., Булгаков   Ю.Ф., Подкопаев   С.В. и др.]; под ред. В.К.  Костенко. – Донецк: Изд-во «Ноулидж» (донецкое отделение), 2010. – 253 с.
  3. Предупреждение и тушение подземных эндогеннх пожаров в труднодоступных местах/ [Костенко В.К., Булгаков Ю.Ф., Подкопаев С.В., Завьялова Е.Л., Костенко Т.В. и др.]; под общ. ред. В.К. Костенко. – Донецк: Изд-во «Ноулидж» (донецкое отделение), 2010. – 253 с.
  4. Уголь Украины №8. Использование пород шахтных отвалов , – 1972, – с. 51.
  5. Янов Н.К. Использование промышленных отходов в строительстве. Киев: Будівельник, 1982. – 60 с.
  6. Звягинцев Г.Л. Промышленная экология и технология утилизации отходов. – Харьков: Вища школа, изд. при ХПИ,1986. – 232с.
  7. Янов Н.К., Гавриш В.И. Разработка шахтных терриконов. Донецк, «Донбасс», 1972.