Автор:
Конопелько Е.И., Ильинский Э.Г., Плетенецкий Р.С.
Источник:
Промышленная безопасность и вентиляция подземных сооружений в XXI
столетии: Материалы Международной научно-практической конференции
посвященной 90–летию Донецкого национального технического университета.
– Донецк: ДонНТУ. – 2011. С. 16–19.
Высокая аварийность на шахтах Украины вынуждает искать новые методы и средства для уменьшения от них трагических последствий в горных выработках. Анализ показал, что существующая одноступенчатая система самоспасения шахтеров, которая предусматривала использовании, в основном, самоспасателей типа ШСС–1, не может обеспечить в достаточной степени безопасность людей при возникновении в горных выработках непригодной для дыхания среды. Это связано с большой длиной аварийных маршрутов выхода на свежую струю воздуха, их сложностью и, следовательно, энергоемкостью.
Для повышения безопасности в настоящее время на шахтах внедряется многоступенчатая система самоспасения, которая учитывает разнообразие условий разработки угольных месторождений, степень безопасности шахт, профессию, расположение рабочих мест шахтеров и другие факторы [1]. Эта система предусматривает использование в шахтах различных типов самоспасателей, учитывая длину выхода людей из аварийных участков на струю свежего воздуха, способы вентиляции горных выработок и размещение в них дополнительно коллективных средств защиты.
Разработкой таких средств защиты НИИГД Респиратор
занимается уже много лет.
Одним из первых промышленно внедренных аппаратов является переносной спасательный
аппарат ПСА. ПСА–1 [2] состоит из футляра, в котором размещаются изолирующие
самоспасатели, раструбы для подачи воздуха и распределительный клапан. Футляр ПСА-1
представляет собой металлический контейнер, изготовленный из листовой стали. Снизу к
нему привинчен штуцер для подключения воздухоподающей системы аппарата к шахтной
пневмосети. Новым техническим решением, реализованным в ПСА–1, является конструкция
раструба, выполненного в виде конической пружины, обтянутой сверху эластичным
материалом. Это позволяет сжать его при закрывании аппарата, что приводит к уменьшению
габаритных размеров ПСА–1. Распределительный клапан обеспечивает автоматическую
подачу воздуха из шахтной пневмосети к раструбам при открытой крышке и перекрывает
воздуховод при закрытой крышке аппарата.
Учитывая, что использование переносных спасательных аппаратов ПСА–1 возможно только в выработках мощностью пласта более 0,5 м, для более тонких пластов был разработан аппарат ПСА–2 с аналогичным назначением. ПСА–2 представляет собой контейнер, состоящий из трех цилиндрических отсеков. Два из них предназначены для самоспасателей типа ШСС–1, а в одном размещаются распределительный клапан и отводы сжатого воздуха. Так как аппарат ПСА–2 подвешивается в очень стесненных выработках, в нем вместо раструбов в качестве лицевых частей применены две полумаски. Подача воздуха к полумаске производится через дозирующее устройство. Аппарат ПСА–2 подвешивается к стойкам шахтной крепи, имеет быстровскрываемый замок.
С целью дальнейшего повышения безопасности горняков в случае возникновения аварии были проведены исследования, целью которых было создание аппарата для использования в более мощных выработках.
При разработке аппарата были проведены исследования для выяснения количества воздуховодов, необходимых для безопасного переключения всех людей, находящихся в момент аварии на участке и идущих на участок на работу. Оно определяется исходя из теории массового обслуживания. Аппарат и его воздуховоды можно рассматривать как многоканальную систему массового обслуживания с отказами, так как при условии занятости всех воздуховодов подошедший горняк не может ожидать в очереди, находясь в непригодной для дыхания атмосфере. Особенностью функционирования таких систем является то, что всякое требование, поступившее в систему в некоторый момент времени, либо начинает сразу обслуживаться, либо теряется, если в момент его поступления все обслуживающие приборы заняты.
Теория массового обслуживания позволяет установить зависимость вероятностных характеристик системы от плотности потока требований, производительности устройства, их количества и т.д. Для определения параметров, необходимых для расчета, были проведены исследования параметров выхода горняков с аварийных участков в шахтных условиях [3]. Методика исследований заключалась в том, что по условному сигналу все горняки участка включились на своих рабочих местах в самоспасатели и выходили на вентиляционный штрек, где был размещен пункт переключения, в котором находились резервные самоспасатели и несколько отводов сжатого воздуха. У пункта горняки переключались в воздуховоды, а затем – в резервные самоспасатели. При этом фиксировалось время переключения и интервалы подхода людей к пункту.
Исследования показали, что для различных шахтопластов время выхода горняков из лавы является случайной величиной. Случайной величиной является также и время переключения их у пункта. Полной характеристикой этих величин могут служить законы их распределения.
Статистическая обработка полученных данных свидетельствует о том, что поток подхода людей к пункту для переключения является простейшим, а время переключения их у пункта распределено по нормальному закону. Для этих условий оценить функционирование такой системы можно с помощью формул Эрланга [4].
Учитывая, что для дыхательной аппаратуры вероятность выполнения заданной функции принимается, как правило, не менее Р=0,995, можно было бы ограничиться четырьмя воздуховодами, но, учитывая высокое социальное значения средства спасения, экономические и габаритные характеристики, более целесообразно остановиться при разработке пункта на шести воздуховодах. При этом вероятность одновременной занятости всех шести воздуховодов чрезвычайно мала (Р6=0,00004). Для спасения горняков в ситуации, когда все воздуховоды окажутся занятыми, предусмотрена возможность переключения из своего самоспасателя, время которого заканчивается, в резервный, находящийся в аппарате, что полностью исключает ожидание переключения в непригодной для дыхания атмосфере. Такие аппараты получили название пунктов переключения в резервные самоспасатели.
Пункты переключения отличаются способом кислородопитания. Например, в передвижном спасательном пункте (ПСП) для дыхания используется подача воздуха из баллона. С целью экономного расхода воздуха и обеспечения удобства дыхания в ПСП использованы легочные автоматы, дозирующие подачу воздуха к дыхательным путям человека. К ним подсоединены гофрированные шланги, оканчивающиеся полумасками или загубниками.
Система переговорной связи, которой оснащаются ПСП, представляет собой комплект искробезопасной громкоговорящей аппаратуры связи и аварийного оповещения типа ИГАС–3. Он включает в себя штатив реле и усилителей, сигнальное табло, пульт главного инженера и двадцать абонентских комплектов, устанавливаемых в ПСП и в других точках подземных выработок. Одновременно с открытием двери ПСП автоматически устанавливается связь с диспетчером шахты. Один из включившихся в полумаску благодаря наличию в ней герметичной переговорной мембраны может в загазированной атмосфере доложить диспетчеру обстановку, создавшуюся на участке в результате аварии.
В связи с тем, что большинство шахт, разрабатывающих пласты, опасные по внезапным выбросам угля и газа, имеют магистраль сжатого воздуха, на базе ПСП был разработан вариант пункта переключения в резервные самоспасатели с подключением его воздухоподающей системы непосредственно к шахтной пневмосети. Подключение пункта к шахтной пневмосети позволило убрать из него баллон с воздухом, что привело к снижению массы и габаритных размеров ПСПМ и сняло ограничение с времени пребывания людей, включенных в его воздуховоды.
Отдельной группой аппаратов являются пункты переключения с использованием химически связанного кислорода. Аппараты групповой защиты органов дыхания АД, использующие химически связанный кислород, работают автономно и устанавливаются в тупиковой горной выработке на расстоянии от 40 м до 50 м от забоя или на пути следования горнорабочих на протяженных маршрутах выхода в местах, предусмотренных планом ликвидации аварий. Аппарат АД выпускался в трех модификациях: АД–360 с временем защитного действия (ВЗД) 6 ч для установки в протяженных тупиковых выработках; АД– 180–2 и АД–180 с ВЗД – 3 ч для использования их в качестве пункта переключения в резервные самоспасатели. Эти аппараты наиболее просты по конструкции, длительная эксплуатация в шахтах показала их высокую надежность. Одновременно с этим проявились некоторые эксплуатационные и технологические недостатки. Это – неудобство использования аппарата по назначению в аварийной экстремальной ситуации из–за близкого расположения лицевых частей, выполненных в виде загубников и сложностью и, следовательно, дороговизной регенеративных патронов, применяемых в АД.
С целью устранения указанных недостатков был разработан пункт АСП [5]. Он состоит из:
— корпуса в виде металлического контейнера сварной конструкции со скобами для переноски и крепления его в горной выработке; корпус закрывается двумя створками двери с запорным устройством, допускающим опломбирование;
— воздуховодной системы, состоящей из дыхательного мешка с избыточным клапаном, гофрированных шлангов с клапанами в них, обеспечивающих круговую систему дыхания, и шести загубников, закрепленных на внутренней поверхности створок двери;
— регенеративного патрона, снаряженного в качестве кислородсодержащего вещества надпероксидом калия (КО2);
— клапана безопасности;
— двух пусковых устройств.
Время защитного действия (ВЗД) при легочной вентиляции 60 дм3/мин – 90 мин. Масса с самоспасателями типа ШСС–1 в количестве 15 шт. не более 135 кг.
Аппарат АСП запатентован и в 2010 году занял первое место но всеукраинском
конкурсе Сто найкращих товарів
.
Предусматривается включение АСП в систему УТАС (унифицированная телекоммуникационная автоматизированная система) [6]. С этой целью он оснащается аудиовизуальной сигнализацией и датчиком открытия дверей. Включение АСП в систему УТАС позволяет диспетчеру, находящемуся на поверхности, немедленно подавать сигнал горнорабочему о произошедшей аварии. В свою очередь горнорабочие, включаясь в АСП, при открытии дверей пункта подают сигнал диспетчеру, в случае если тот еще не извещен о произошедшей аварии. Таким образом, включение АСП в систему УТАС позволяет более оперативно обмениваться информацией об аварийной ситуации между горнорабочими и диспетчерской службой. Следует отметить, что аудиовизуальная сигнализация имеет, помимо аварийного (непрерывный сигнал), и дежурный режим (сигнал через 2–5 сек). Сигнализация в дежурном режиме позволяет значительно сократить время обнаружения пункта горнорабочим. В таком исполнении АСП функционируют уже на 6 шахтах.
Для шахт, где отсутствует УТАС, разработан пункт переключения ППС, аналогичный АСП с автономной системой аудиовизуальной сигнализации. В отличие от АСП аппарат ППС снабжен 5 загубниками и полумаской с переговорной мембраной, что дает возможность горнорабочему сообщить на диспетчерский пункт о происшедшей аварии по шахтной связи. Система звуковой и световой сигнализации ППС в дежурном режиме подает сигнал с периодом (75±15) с. При открывании дверей система переходит в аварийный режим (непрерывный сигнал), после чего, через (10±2) мин, снова возвращается в дежурный режим.
Техника безопасности и противопожарная техника/Э.Г. Ильинский. – Москва: ИГД им. А.А. Скочинского, 1977. – 19 с.