Критерий срабатывания автоматических средств пожаротушения в тупиковых забоях угольных шахт
Авторы: Дикенштейн И.Ф., Пилипенко А.А., Толкачев О.Э.
Источник: ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ/ 13. Охрана труда
Аннотация
Дикенштейн И.Ф., Пилипенко А.А., Толкачев О.Э. Критерий срабатывания автоматических средств пожаротушения в тупиковых забоях угольных шахт. Произведен расчет времени создания максимума концентрации метана. Установлена связь между критерием инертности срабатывания автоматических средств пожаротушения для тупиковых забоев и временем создания максимума концентрации метана.
Анализ аварийности угольных шахт Украины показывает, что за последние 10 лет количество пожаров в тупиковых выработках колеблется от 2 до 10 в год, а их доля составляет 7–9 % в общем количестве подземных пожаров.
Основными причинами возникновения пожаров в тупиковых выработках являются нарушения при ведении взрывных работ (прорыв в выработку высокотемпературных продуктов детонации, выгорание взрывных материалов и др.), фрикционное трение исполнительных органов проходческих комбайнов о твердые включения пород, короткое замыкание в кабелях и электрооборудовании, самовозгорание угля. До 86 % всех случаев загорания возникают в тупиковых забоях при проведении взрывных работ.
Одной из специфических особенностей пожара в тупиковой выработке является угроза взрыва метано-воздушной смеси. В связи с малыми скоростями воздушного потока в забое тупиковой выработки характер его движения приближается к ламинарному. Это приводит к образованию в выработке местных слоевых скоплений метана под кровлей и в пустотах за крепью выработки, образованию взрывобезопасной концентрации метано-воздушной смеси. При загорании возникает угроза взрыва метано-воздушной смеси, которая значительно возрастает при нарушении проветривания тупиковой выработки из-за остановки вентилятора местного проветривания вентиляционных труб и по другим причинам.
В 90-х годах для забоев тупиковых выработок угольных шахт были разработаны различные автоматические средства пожаротушения и взрывоподавления, например, установка УАПТ,огнетушитель ОПШ-20А, азотные менбрамные установки (НИИГД «Респиратор» Украина), взрывоподавители ВЗУ-15 (МакНИИ Украина), КАПАС (ГНЦ РФ ЦНИИХМ, Россия) и др. Инерционность срабатывания этих устройств не была увязана с возможностью возникновения взрыва, а взрывоподавители срабатывали только при взрыве.
В связи с этим возникает задача определить критерий инерционности срабатывания автоматических средств пожаротушения с учетом возможности возникновения в забое тупиковой выработки взрывоопасной концентрации метано-воздушной смеси.
Рассмотрим аэрогазодинамические процессы, происходящие в атмосфере выработанного пространства тупиковых выработок газообильных шахт, проводимым буровзрывным способом. Изменение концентрации метана в забое может быть описано следующим уравнением [1]:
с начальным условием С(0) = С0,
где С – средняя по объему концентрация метана в призабойном пространстве (в долях единицы); t – время, мин.; kt – коэффициент диффузии; Q – количество воздуха, поступающего в призабойное пролстранство, м³/мин.; V – объем призабойного пространства (от конца вентиляционной трубы до поверхности забоя), м³; Gt – интенсивность метановыделения из отбитого угля, м³/(т×мин.)
При С0 = 0 решение уравнения (1) имеет вид:
Интенсивность метановыделения Gtt может быть определена с учетом зависимостей, описывающих снижения газоносности отбитого угля от времени [2]:
где Хв, Хt – газоносность в зоне выемки угля и отбитого угля через время t после отбытки, соответственно, м³/т; Х0 – остаточная газоносность угля, м³/т; Z – эмпирическая постоянная (Z=0,7).
Аппроксимируя величину 
непрерывной функцией, имеющей конечную производную, для характерного интервала времени (0 – 10 мин.), когда появляется максимум концентрации метана после взрывания шнуров в призабойном пространстве, получаем:
Тогда величина интенсивности выделения метана из отбитого угля определяется из выражения:
где G0у – начальная интенсивность метановыделения из отбитого угля, м³/(т×мин.); D – количество одновременно отбиваемой массы угля, т; τ0 – условное время дренирования отбитого угля, равное 1,5 мин.
Расчеты по выражению (2) величины С(τ) с учетом (5) показывают, что время достижения максимальной концентрации метана в призабойном пространстве после отбойки угля C(tmax) находится в пределах 0,5
Величина максимума концентрации метана Сmax может быть определена из выражения:
Для предотвращения взрыва необходимо, чтобы автоматические средства пожаротушения срабатывали до образования взрывоопасной концентрации метана: где τин – инерционность срабатывания автоматических средств тушения; τ(Свзрыв) – время образования взрывоопасной концентрации метановоздушной смеси (определяется из выражения (2) для различных условий в тупиковых выработках). Исходя из проведенных расчетов времени создания максимума концентрации метана, критерием инертности срабатывания автоматических средств пожаротушения для тупиковых забоев может служить неравенство
Список литературы