автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Исследование и разработка способов локации и подавления очагов самовозгорания угля

МИНИСТЕРСТВО УГОЛЬНОЙ ПРОМШЕШОСТИ СССР Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной прошохенностя (ВоотНИИ)

На оравах рукописи ПОРТОМ ВЯЧЕСЛАВ АЛЕКСЕЕВИЧ

ИССЛДЦОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ЛОКАЦИИ И ПОДАВЛЕНИЯ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ

Специальность 05.26.01 - "Охрана труда и

пожарная безопасность" (промышленность}

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1991

Работа выполнена в Вооточноы отделено! Всесоюзного научно-исследовательского института горноспасательного дела (ВО ВНШГД)

Научный руководитель - доктор технических наук, старший научный сотрудник

Белавенцев Л.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Колмаков В.А.

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Попов В.Б.

Ведущее предприятие - ассоциация "Прокопьевскгидроуголь"

Защита диссертация состоится щ 6 п Лс 1991 г. в /1 часов на заседании специализированного совета К 135.02.01 Восточного научно-исследовательского института по безопасности работ в горной промышленности (650002, г.Кеыерово, ул.Институтская,3).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан -У- // _ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Техническая политика разЕзгпя угольной промышленности СССР в последние годы базируется на интонсвфакацап производства за счет концентрации работ а внедрения высокопроизводительной техника. В втих условиях особое значение имеет защита выемочных полей от зндогеннюс поваров, возникновение которых приводит к консервацаа подготовленных к выемке запасов угля, наносят значателышй материальный ущерб и оказывает негативное влияние на состояние тохникд безопасности из-за угрозы взрывов ыетапо-воздуш-пых сквсей я выделения ядобзтых газов.

Особенно остро проблема борьбы с подземными эндогенными покарана стоит в Кузбассе, где подавлящее количество ах (80$) возникает в выработанном пространстве при неизвестном местонахозденин очагов самовозгорания угля. До последнего времена наиболее распространенными способащ тушения пояаров являлась изоляция выемочных полей я заиливание выработанного пространства глинистой пульпой. Низкая эффективность этих способов правела к длительному тушении очагов самовозгорания угля (10-15 нес ) и возникновению рецидивов пожаров в кавдом третьем выемочном поле, вскрываемом на доработку. Кроме того, применение способа заиливания осложняется опасностью прорыва глины в действующие горные выработка п большим объемом восстановительных работ при вскрытии выемочных полей.

Поэтому разработка новых способов локации и подавления очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве шахт является актуальной научной задачей.

Работа обобщает результаты 5 научно-исследовательских тем Восточного отделения Всесоюзного научно-исследовательского института горноспасательного дела (ВО ВНИИГД), выполненных в период 19781990 гг. под руководством и при непосредственном участии автора ( № 1Р 78061955, 79039649,0823010588, 01860123740 и 01870059134).

Цель работы - разработка способов локации в подавления очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве выемочпкх участков, обеспечиващих улучшение условий труда и повышение технико-экономических показателей работы шахт.

Идея работы заключается в комплексном использовании закономерности формирования зон газовых аномалий над очагом самовозгорания угля и физико-химических свойств вспененных суспензий для

предел ешгя ыестоподогенпя и подавления эндогенных поааров в выработанной пространство вахт.

Методы исследований включала: анализ литературных и патентных материалов по вопросам локации ¡: подавления очагов самовозгорания угля; теоретическое обобщение в математическое моделирование с применением ЗЕЫ процессов переноса пожарных газов в движения пены ^ерез очаг псжара; экспериментальные исследования в лабораторных и шахтных условиях; анализ функциональных связей ыевду наблвдае-ыыки параметрами; технико-экономический анализ результатов исследований.

йшнна.ттоайнка,, гаюроюзде здтату:

при возникновении самовозгорания угля в выработанном пространство, находящаяся под избыточным давлением (компрессией), происходит даиЕОнив понарных газов чероз обрушенные порода к приповерхностному слою л формирование в нем зон газовых аномалий, которые характеризуют местопологенио очага погара;

концентрация пожарных шдакаторных газов (окись углерода, водород и др.) в зоне газовш: аномалий зависит от способа провотрава-1шя и глубины вахты, величины избыточного давления рудничной ат-мосфорц, проницаемости обрушенных пород и скорости диМу-зии газов; совокупный учет отах факторов определяет надежную оценку стадии развития очага самовозгорания угля;

повышение эффективности локализации и подавления андогешшх поваров при установленном местоположении их' очагов достигается применением вспененной суспензии кратностью 10-15, обладащей ан-типирогешшми и изолирующими свойствам!:;

рациональная технологическая схема локализации и подавления очагов самовозгорания угля основывается на принципе компенсации распадающейся пенц в объема выработанного пространства, установленном при оптимальном радиусе распространения вспененной суспензии, равной 15-18 м.

Достоверность и обоснованность научных положений. выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются большим объемом лабораторных исследований (53 эксперимента); достаточным объемом натурных наблюдений на 17 шахтах Кузбасса; удовлетворительной сходимостью результатов математического моделирования и шахтных экспериментов (85-905?); положительными результатами широкого промышленного применения разработанных способов локацаи и подавления очагов самовозгорания угля в шахтах.

Научная новизна работы заключается в следующем: дано новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности тушеная подземных эндогенных пожаров на основе разработанных способов определения местоположения, локализадай и подавления очагов самовозгорания угля в выработанном пространства шахт;

разработана математическая модель переноса газов аз попарного очага в приповерхностный слой, позволяющая установить определяющие параметры процесса формирования зон газовых аномалий над очагами пожаров; обоснован способ локации очагов самовозгорания угля по составу пожарных индикаторных газов в приповерхностном слое;

установлены закономерности влияния вспенонных суспензий на химическую активность разогретых углей, воздухопроницаемость и тепло-физические параметры угольного скопления;

обоснованы параметры технологической схеш локализации и подавления очагов самовозгорания угля в выработанных пространствах шахт с применением вспененных суспензий.

Практическое значение работы заключается в том, что результаты исследований позволили:

разработать принцип определения местоположения очагов самовозгорания угля в выработанных пространствах шахт, основанный на использования закономерностей формирования зон газовых аномалий в приповерхностном слое;

создать способы локации очагов подземных пожаров (а.с. '¡5 1460338, 1518540, 1571275), позволяющие установить местоположение очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве по составу газов в приповерхностном слое при минимальном количестве контрольных скважин;

определить оптимальное содержание пенообразователя и твердой фазы (глина, отходы флотации) для получения максимального объема вспененной суспензии, обладающей антипирогеннкма и изолирующими свойствами;

установить оптимальные параметры подачи вспененной суспензии в пожарный участок, обеспечивающие локализацию и объемную обработку очага самовозгорания угля в выработанном пространстве;

разработать способ локализации и подавления очагов самовозгорания угля (а.с. № 1108215), основанный на сокращении притока воздуха к угольному скоплению и снижении его температуры путем регулирования

параметров вспененной суспензии, подаваемой в выработанное пространство.

Реализадир работы.. Разработанные в диссертации способы- и практические рекомендации внедрены на шахтах объединений "Прокопьевскгид-роуголь", "Киселевскуголь", "Ленинскуголь" и концерна "Кузнецкуголь". С применением их обнаружено местополояенда, локализовано к подавлено 17 очагов эндогенных пожаров в сложных горно-геологических условиях шахт Кузбасса.

Основные результаты работы включены в "Руководство по локализации и тушению гндогенных подаров водовоздушной певсй и вспененной глинистой пульпой", "Руководство по применению пен и вспененных суспензий для борьбы с ендогеашша пожарами е шахтах", "Руководство по применении азота и инертных пен для борьбы с эндогенными пожарами", "Руководство по локации эндогенных пожаров (нагреваний) с поверхности шахтного поля", "Руководство по борьбе с эндогенными пожарами на шахтах Шнуглепроыа СССР" и "Инструкцию по предупреждению и тушению эндогенных поваров на шахтах Кузбасса".

Апробация габотк, Основные положения диссертационной работы докладывались и получили одобрение на научно-техническом совете Восточного отделения ВНШГД (Прокопьевск, 1978-1990); научно-технических советах производственных объединений а штаба ВГСЧ Кузбасса (Прокопьевск, Новокузнецк, Кемерово, 1978-1990); Всесоюзных семина-рах-совещшшях "Изучение и распространение опыта обнаружения и локации эндогенных пожаров в действующих выемочных полях" (Прокопьевск, 1983, 1988); научно-технических конференциях "Современные способы борьбы с подземными пожарами и ведение аварийно-спасательных работ на горно-рудных предприятиях" (Свердловск, 1984) и "Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечивающих улучшение охраны труда и техники безопасности на предприятиях области" (Свердловск, 1989); на 1У Всесоюзном совещании "Управление вентиляцией и газодинамическими явлениями в шахтах"СНовосибирск, 1984); научном семинаре лабораторий методов снижения эндогенной пожароопасности шахт, профилактики и изоляции выработанных пространств ВостНИИ (Кемерово, 1990, 1991).

Публикация. По результатам исследований опубликовано 13 работ и получено 7 авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 104 страницах машинописного .текста, содержит список литературных источников из 108 наименований, 29 рисунков, 12 таблиц и 15 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Развитие угледобывающей промышленности привело к увеличению числа возникающих в шахтах эндогенных пожаров. Огромный экономичесый ущерб, наносимый эндогенными пожарами, и опасность дал жизни людей, обусловленная ими, потребовали всестороннего изучения процесса самовозгорания угля. Благодаря исследованиям, проведением А.А.Скочинс-кам, И.М.Печуком, В.С.Веселовским, В.И.Саранчуком и др., удалось повысить эффективность мер по предупреждению эндогенных пожаров. Однако наличие таких неуправляемых факторов, как мощность угольных пластов, их сближенность, нарушенность, угол залегания и др. не позволяют полностью предотвратить самовозгорание угля. Так, несмотря на большие затраты, число эндогенных пожаров в последние годы практически не снижается.

Особенно остро проблема подавления очагов самовозгорания стоит в Кузбассе, где возникает до 30$ всех регистрируемых на угольных шахтах страны эндогенных пожаров. Большой вклад в исследование эндогенной .пожароопасности региона и разработку способов борьба с самовозгоранием угля внесли работы В.М.Маевской, О.ИЛернова, В.И.Мура-шева, Л.П.Белавенцева, В.А.Бонецкого, В.Г.Игишева, Ю.А.Миллера и др.

Однако в последние года происходит снижение эффективности подавления очагов самовозгорания в выработанном пространстве, где возникает около 80$ эндогенных пожаров, наиболее распространенными способами изоляции и заиливания глинистой пульпой. В значительной степени это обусловлено увеличением объемов разрыхленных масс угля и породы в связи с увеличением глубины горных работ. В сложившихся условиях особ; :о значимость в борьбе с такими очагами самовозгорания приобретает информация о местонахождении пожара для последующей целенаправленной подачи хладагента.

Проведенный анализ показал, что в настоящее время на шахтах практически не применяются способы, позволяющие определить местонахождение очагов пожара в выработанном пространстве. Наиболее перспективным для этой цели является используемый в геологии метод поиска полезных ископаемых, основанный на выявлении аномалий "арактерных газов в приповерхностном слое. Прямой перенос этого метода для локации очагов самовозгорания оказался невозможен из-за существен"ой разницы в горно-геологических и горно-технических условиях. Необходимо было определить возможность и закономерности формирования аномалий пожарных газов в приповерхностном слое.

е

При выборе хладагента для подавления очагов самовозгорания в выработанном пространстве учитывалась необходимость объемного его распространения в разрыхленной массе угля а пород для лучшего рассеивания тепла очага. Из анализа существующих средств тушения нога-ров следует, что наиболее пригодна для этой дели пена. Однако отсутствие-способов локации очагов эндогенных пожаров в выработанном пространстве в отсутствие обоснованных параметров подачи не позволяли применять пену для подавления очагов самовозгорания. Для увеличения обрабатываемого объема целесообразно использовать вспененные суспензии. В этом случае возникают силы отталкивания между покрытыми слоем длинных цепочных молекул частицами. Под действием стермчес-ких сил в пленке"жидкости образуется устойчивая структура, препятствующая стечению жидкости и разрушению пены.

Исходя из проведенного анализа,задачи диссертационной работы сформулированы следующим образом:

исследовать процесс переноса пожарище газов из очага самовозгорания в приповерхностный слой;

разработать способ локации очагов самовозгорания на основе аномального состава газов в приповерхностном слое;

исследовать физико-химические свойства вспененных суспензий; разработать способ подавления очагов самовозгорания на основе применения вспененных суспензий;

выполнить опытно-промышленную проверку и внедрение способов локации очагов самовозгорания и подавления их вспененными суспензиями.

Для исследования процесса переноса пожарных газов из очага самовозгорания к поверхности проводилось математическое моделирование с использованием следующих уравнений

•

■ ; (1)

С(х,т=0)=0; С(х = 0.г)~С0; у ~ м1 и У*3 0 77 То Ь '

э

где П - пустотность скопления;

Ю - коэффициент диффузии газа, ь^/с; С - концентрация газа, доли ед; 6 - расстояние от очага до поверхности, м; /< - коэффициент проницаемости пород, ьг; уи - вязкость воздуха, Н-с/м^;

лР - перепад давления газа мевду очагом и поверхностью, Па; ЬР - длина участка, разогретого до температуры Т| , м; гГо - температура поверхности. К; р„ - плотность воздуха при Ц' = 273 К, кг/м3; v - скорость конвективных потоков воздуха, м/с; ^ - ускорение силы тяжести, м/с2.

Система уравнений решалась численным методом. Проведенные исследования позволили установить, что над очагом самовозгорания формируется аномалия пожарных газов за счет конвективных потоков и молекулярной диффузии газов. Наибольшее влияние на процесс переноса газов оказывает способ проветривания шахт. При нагнетательном способе проветривания, обеспечивашцем избыточное давление газа в выработанном пространстве по сравнению с атмосферным на поверхности, индикаторные газы присутствуют в горном массиве и приповерхностном слое (рис.1). При всасывающем способе проветривания, образующем пониженное давление газа в шахте, индикаторные газы могут не достигать приповерхностного слоя.

(,00 0,?5 I 0,50

а

0,25

\\

у И

V

50

100

150 гл 200

Рис.1. Изменение относительной концентрации пожарного газа в налегающем слое пород при различных перепадах давления:

1 - & Р = -юоо Па;

2 - лР = - 400 Па;

3 - аР = 0;

4 - &Р = + 400 Па;

5 - дР = +1000 Па

Изменение проницаемости горных пород неоднозначно влияет на концентрацию пожарных газов в приповерхностном слое. В случае избыточного давления газа в выработанном пространстве увеличение! коэффициента проницаемости пород вызывает рост концентрации пожарных газов в приповерхностном слое (рис.2). Повышение коэффициента проницаемости пород при пониженном давлении газа в выработанном пространстве приводит к снижению концентрации пожарных газов в массиве пород и приповерхностном слое.

Рис.2. Зависимость относительной концентрации пожарного газа в приповерхностном слое от коэффициента проницаемости пород:

1 - дР= - 400 Па;

2 - лР= + 400 Па

о ю шо ю'мг то

Режим проветривания существенно сказывается и на соотношении пожарных газов в приповерхностном слое. Избыточное давление в выработанном пространстве способствует переносу из очага к поверхности газов с меньшим коэффициентом диффузии. Пониженное давление газа в выработ_аном пространстве вызывает повышение концентрации газов, имеющих больший коэффициент даффузга.

Время достижения индикаторными газами поверхности также в значительной стегани обусловлено способом проветривания. При избыточном давлении гап в выработанном пространстве время движения пожарных гапв от очага к пгверхности может меняться о™ нескольких часов до нескольких суток в зависимости.от величины перепада Дивле1шя,-1^эффцциента проницаемости пород, глубины и температуры очага. Перенос газов к поверхности только за счет молекулярной диффузии (всасыващий способ проветривания) увеличивает время формирования газовой аномалии в приповерхностном слое до нескольких месяцев

Полученные результаты позволили разработать способы локации гчагов самовозгорания, заключающиеся в проведении газовой съемки приповерхностного слоя при снижении действующего напора, при реверсии вентиляционной струи, при изменении атмосферного давления или после снижения воздухопроницаемости горных пород и почвы.

В шахтных условиях применение способа локации очагов самовозгорания включало пробивку на поверхности скважин глубиной I м, в которых измерялась концентрация окиси углерода и водорода специально разработанным переносным прибором "Зндоэкс". По результатам измерений на плане -горных работ строят линии равных концентраций пожарных газов и определяют местонахождение очага. Полученные с помощью поверхностной съемки данные проверялись бурением контрольных скважин. Результаты проверки подтвердили высокую эффективность разработанного способа локации очагов самовозгорания по составу газов в приповерхностном слое при использовании его на шахтах.

В качестве твердой фазы вспененных суспензий, предназначенных для подавления очагов самовозгорания после проведения локации по составу газов в приповерхностном слое, выбраны наиболее распространенные в Кузбасса мелкодисперсные материалы - глина и отходы флотационного обогащения угля. При выборе оптимального состава вспененной суспензии использовался критерий К , равный произведению кратности на стойкость пены. Согласно уравнению состояния пены критерий £ пропорционален сохраняющемуся объему пены, поэтому при его максимальном значении вспененная суспензия заполняет наибольший объем выработанного пространства.

Вспенивание суспензий осуществлялось методом встряхивания и на приборе РТ. Лабораторные исследования показали, что глиня и отходы флотации обладают примерно равным стабилизирующим действием. Установлено, что с увеличением содержание, твердой фазы в суспензии кратность пен снижается, а стойкость возрастает. Оптимальное соотношение Т:2, соответствующее максимальному "ратерию ^ , равно 1:3-1:5. Эксперименты показали, что для вспенивания суспензий достаточно добавки пенообразователя в концентрации 0,5-2,0$. ¡^лученные составы по стойкости в 30 раз превышают во-доэоздушные пены и позволяют в 13 раз увеличить заполняемый пеной объем.

Исследованиями установлено, что увеличение темпратуры приводит к снижению стойкости вспененной суспенгии. Найдена также зависимость критерия {( вспененной суспензии от температуры ,

^ =• табэ.аре"000^, г (2)

где Т - температура, К.

изучение сорбционной активности углей, проведенное по методике ИГД им.Скочинского, показало, что вспененная суспензия на основе глины и отходов флотации обладает антипирогенным действием на разогретый уголь, что позволяет снизить вероятность возникновения рецидива пожара. Так, сорбцаонная активность угля, охлажденного вспененной глинистой пульпой, снижается более чем в три раза по сравнению с пробами, охлажденными на воздухе. Аналогичное действие вспененная суспензия оказывает и на уголь различной отеваня окасленнооти, находящийся при естественной температуре.

Дополнительным эффектом, снижающим количество выделяемого в выработанном пространстве тепла, является установленное в ходе шахтных экспериментов изолирующее действие вспененной суспензии. Зафиксировано, что подача вспененной суспензии в количестве, составлящем 10-30? от объема выработанного пространства, сокращает прососы в 2-3 раза. Эффект изоляции наблюдается в течение 3-8 суток после прекращения подачи пены.

Оценка теплофизических свойств вспененных суспензий позволила установить, что наибольшим хладагентным действием обладает низкократная пена (К ^ 15). Дополнительные потери тепла от очага происходят за счет увеличения коэффициента теплопроводности угля после увлажнения вспененной суспензией.

Учитывая особенности движения пены в скоплении угля и уравнение состояния пены, была получена зависимость, описывающая радиус выработанного пространства, заполняемого вспененной суспензи-

С, - стойкость пены, с;

П- производительность пеногенератора по жидкой фазе, м3/с.

Анализ уравнения (3) показал, что для снижения расхода пено-образувдей жидкости необходимо ограничить, радиус выработанного пространства, заполняемого .вспененной суспензией, до 15-18 м.

ей,

>

(3)

где К - кратность пены;

Производительность пеногенератора по жидкой фазе пра заполнении этого объема должна быть 2-3 и3/шн. Для поддержания вспененной суспензии в этой объела выработанного пространства производительность пеногенератора следует снизить до 0,6-1,0 м3/мин. по жидкой фазе.

Подача вспененной суспензии, газовой фазой которой является воздух, в очаг самовозгорания сопровождается как тепдосъемом, так и возможной генерацией тепла за счет сорбции углей кислорода аз газовой фазы х.лш. Доя определения кратности вспененной суспензии, необходимой для снижения температуры очага о учетом сорбции привносимого кислорода, получено выражение

^ ^ [&Сд, + ОсРм&Т-СгРг&Г + РМЦ-пх)г(]{1 ( (4) &с<1 П -СсАдТ- СгРгйТП

где йС~ убыль концентрации кислорода в газовой фазе пены, доли ед;

- удельная теплота сорбции кислорода углем, Дя/м3;

дТ - изменение температуры пены после прохождения очага, К;

С« С С - удельная теплоемкость соответственно жидкой фазы пены, 1 • 1 газа и скопления угля, Дгукг«К;

Ли Рг Рс~ плотность соответственно жидкой фазы пены, газа в > ' скопления угля, кг/м3;

Г - удельная теплота испарения вода, Дз/кг;

/П - доля твордой фазы в суспензии;

$ - доля испарившейся жидкой фазы пены.

Расчет по выражению (4) показывает, что охлаждение очага с температурой более 100°С происходит при кратности вспененной суспензии менее 890. Наибольший теплосъем, сопровождаемый заполнением максимального объема выработанного пространства, происходит при подаче низкократной вспененной суспензия (К = 10-15).

При подаче вспененной суспензии в очаг необходимо оценить возможность образования взрывоопасной сыеся из горючих газов я подаваемого с пеной воздуха. Проведенный анализ позволил получить выражение для расчета количества кислорода в смеех, образующейся з очаге ври испарении жидкой фазы вспененной суспензии,

С»__АрСН (К~ /)__

Рп,(К-1)+

где Г - начальное содержание кислорода в газовой фазе пены,*; н • з

л - плотность пара, кг/м

Согласно выражению (5), при испарении вспененной суспензии кратностью 10 концентрация кислорода в образующейся смеси не превышает 0,13%.

При разработке параметров подачи вспененной суспензии для подавления очагов самовозгорания в качестве критерия была выбрана тем..аратура очага. Это связано с тем, что в настоящее время существуют способы, позволяющие оценить температуру очагов в выработанном пространстве непосредственным измерением по скважинам или дистанционно, например, по соотношению концентраций пожарных газов. Решение уравнения, описывающего температурное поле очага самовозгорания, позволило определить параметры очага в зависимости от его температуры

й = ^ ;

Тср = Т, + ; (6)

3=-^7ГЯ3есРсТ2Р

о.де Л - радиус очага самовозгорания, м;

Тср - средняя температура очага самовозгорания, К;

3 - теплосодержание очага самовозгорания, Да;

Т0 - мак имальная температура очага самовозгорания, К;

7* - температура выработанного пространства, К;

Л - коэффициент теплопроводности скопления угля, Вт/м-К;

О - удельная мощность источника тепла, Вт/м3.

При расчете количества вспененной суспензии, необходимого для подавления очагов самовозгорания, было учтено, что в зависимости от точности с „-рения скважин и интенсивности горения угля подача пены возможна непосредственно в очаг или на некотором расстоянии от него. В первом случае вся подаваемая вспененная суспен-аия проходит через очаг, охлаждая его. Во второе случае через очаг проходит только часть вспененной суспензии, величина которой аависит от расстояния мезду скважиной и очагом.

Анализ уравнения теплового баланса, учитывающего, что теплосодержание очага расходуется на нагрев пены ¡1 выработанного про- ' странства, в котором она распр&страняется, позволил найти радиус объема выработанного пространства, который необходимо заполнить

вспененной-суспензией дог охвдневая очвга до определенной температуры

£

4

Я3СсРс Тер

1&Т(лсс+ ПрпСп)

Время подачи вспененной суспензия определяется по формуле

• <в>

На рис.3 приведен график, позволяющий определить необходимые дня охлаждения очага самовозгорания объем вспененной суспензии, время ео подачи и радиус скопления угля и пород, которое должно быть заполнено пеной в зависимости от максимальной температуры очага.

я

и'

М1 «

Шг Ж

1200 900 600

300 О

-т- 8

■ 300

-200- 4

/со)- 2

0 о

.. - /У

уV

400 ^ 800 'С 1200

Рис. 3. Влияние максимальной температуры

очага на параметры вспененной суспензии, необходимые дня его охлаждения:

1 - радиус распространения пены в выработанном

пространстве;

2 - требуемый объем пены;

3 - время подачи пены

Полученные зависимости использовались для определения оптимальных параметров подачи вспененной суспензии при подавлении очагов самовозгорания. Так, например, для охпаздения очага самовозгорания с максимальной температурой 800°С необходимо 600 м3 вспененной суспензии кратностью 7. Радиус выработанного пространства, на который распространится пена, равен 7,3 м.

В случае, если не удается подать вспененную суспензию непосредственно в очаг, скваяаны целесообразно располагать вокруг него, Для подачи в очаг максимального количества пены необходимо поочередное подключение скважин к пеногенератору. Количество требуемых для подавления очага скважин рассчитывается по формуле

п __ЬЯТсгС.РЛ*_

НлТ(Н*+ЗШ+Зй.%ся+ПспРп) ' ()

где А. - расстояние от места подачи пены до очага, м;

Н - расстояние от очага до границы движения пены, м.

Из результатов оценки технологических схем приготовления вспененных суспензий следует, что для получения суспензий с оптимальным содержанием твердой фазы необходим совместный размыв глины и отходов флотации в центральных заиловочных карьерах. Разработанные для этой цели устройства позволяют приготовлять вспененные суспензии с необходимыми параметрами.

Применение способов локации очагов самовозгорания в выработанном пространстве и их последующее подавление подачей вспенон-ной суспензией проводилось на 17 шахтах Кузбасса. Шахтные эксперименты подтвердили результаты теоретических и лабораторных исследований, а высокая эффективность разработанных способов способствовала широкому их внедрению на шахтах. Результаты работы вошли в действующие нормативные документы, а эффективность и экономичность разработанных способов подтверждены актами внедрения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи разработки способов локации и подавления очагов самовозгорания угля на основе выявленных закономерностей формирования зон газовых аномалий в приповерхностном слое и регулирования параметров вспененной суспензии, имеющей существенное значение для повышения эффективности тушения эндогенных пожаров в шахтах.

Основные научные быводи и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Определены закономерности влияния способа проветриЕшшя шахты, проницаемости обрушенных пород а скорости диффузии газов на процесс выноса их из очага пожара, на основании которых установлены особенности формирования зон газовых аномалий в приповерхностное слое.

2. Разработаны и внедрены на шахтах Кузбасса новые способы локации очагов самовозгорания угля в выработанном пространстве по составу индикаторных пожарных газов в приповерхностном слое, позволяющие повысить надежность определения местоположения очага по-яара при минимальном количестве контрольных скважин.

3. Установлены закономерности влияния вспененных суспензий на гишческую'активность разогретых углей, воздухопроницаемость и теплофазические параметры угольного скопления. Доказано, что для эффективного тушения очагов самовозгорания угля оптимальный состав суспензии должен содержать глину и отхода флотации в соотношении Т:Ж = 1:3 - 1:5, а для ее вспенивания необходима добавка пенообразователя в концентрации 0,5-2,0#.

4. Обоснован прпицип локализации и подавления очагов самовозгорания угля, который заключается в компенсация распадающейся пены в объеме выработанного пространства, установленном при оптимальном радиусе распространения вспененных суспензий (15-18 м).

. 5. Получены зависимости для определения-оптимальной кратности 'пены, количества вспененной суспензии и времени ее подача при тушении очагов эндогенных пожаров. Установлено, что удельный расход вспененной суспензии линейно возрастает от 2,9 до 30 м3/м3 в температурном интервале IIO-IOOO°C.

6. Доказана возможность применения для тушения очагов самовозгорания угля вспененной суспензии кратностью менее 50, газовой фазой которой является воздух. Экспериментально установлена взрывобезопасность атмосферы в очаге пожара при испарении суспензии, вспененной воздухом.

7. Разработан и внедрен на шахтах Кузбасса новый способ локализации и подавления очагов самовозгорания угля с применением вспененной суспензии, позволяющий повысить эффективность и сократить сроки тушения эндогенных пожаров в выработанном пространства.

8. Предложены и применяются на шахтах Кузбасса новые устройства для вспенивания суспензий, которые дают возможность поддерживать оптимальные параметры технологической схемы локализации

и тушения подземных эндогенных пожаров.

9. Подтвержденный долевой экономический эффект от внедрения разработанных автором способов локации и подавления очагов самовозгорания угля в шахтах составил 216 тыс.руб. в год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Игишев В.Г., Портола В.А. К вопросу применения, пены для тушения и локализации эндогенных пожаров // Сб. тр. ВО ВНШГД/ Локализация и тушение подземных пожаров. - 1981. - Вып.9,- С.45-49.

2. Портола В.А. Борьба с эндогенными пожарами вспененными отходами флотации // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. - 1983. - й 2. - С. 29-30.

3. Игишев В.Г., Портола В.А. Локализация и тушение эндогенных пожаров вспененными суспензиями // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. - 1983.- & 3.- С. 19-20.

4'. Игишев В.Г., Портола В.А. Кратность пен, используемых при локализации и тушении эндогенных пожаров // Безопасность труда в промышленности.- 1983.- & 7.- С. 32.

5. Портола В.А. Применение вспененных суспензий при борьбо с эндогенными пожарами // Тез. докл.конф./ Современные способы борьбы с подземными пожарами и ведение аварайноспасатолышх работ на горно-рудных предприятиях.- Свердловск.- 1984.- С.117.

6. Игишев В.Г., Портола В.А. Тушение пожаров на шахтах инертными газами и вспененной пульпой // Безопасность труда в промышленности,- 1985.- ü 9.- С. 15-17.

7. Портола В.А. Параметры пенного способа борьбы с самовозгоранием угля // Сб.тр. ВО ВНШГД/ Локализация и тушение подземных пожаров.- Кемерово.- 1989. Выл.II.- С.21-27.

8. Тетчер A.A., Портола В.А. Опыт локации эндогенных пояаров по приповерхностному составу горючих газов // Уголь.- 1990,-

№ I.-C. 44-46.

9. Лагутин В.И., Портола В.А., 1^ттер A.A., Кунавана H.A. Исследование влияния перепада давления на концентрацию пожарных газов в приповерхностном слое // Сб.тр. ВО ВНИИГД/ Борьба с подземными пожарами,- Кемерово.- 1990,- Вып. 12.- С.3-7с

10. Портола В.А., Гуттер A.A., Кунавина H.A. Формирование газовой аномалии в приповерхностном слое в зависимости от воздухопроницаемости горных пород // Сб. тр. ВО ВНИИГД/ Борьба с подземными пожарами.- Кемерово,- Вып.12.- С. 7-14.

11. Руководство по применению пен и вспененных суспензий для борьбы с эндогенными пожарами в шахтах: Утв. ВПО "Кузбассуголь" 05.11.86.- Прокопьевск, 1986,- 152 с.

12. Руководство по локации эндогенных пожаров (нагреваний)

с поверхности шахтного поля: ВО ВНИИГД.- Кемерово,- 1990,- 88 с.

13. Портола В.А., Гуттер A.A. Локация очагов подземных пожаров // Безопасность труда в промышленности.- 1991. - Л 4.-

С. 55-56.

14. A.c. II082I5 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Способ тушения эндогенных пожаров/ В.Г.Игишев, В.А.Портола (СССР).- 4 е.: ил.

15. A.c. III3565 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Устройство для вспенивания глинистой пульпы / В.А.Лашн, В.И.Лагутин, В.Г.Игишев, В.А.Портола (СССР).- 3 с.:ил.

16. A.c. II22835 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Устройство для вспенивания, суспензии / В.Г.Игишев, В.А.Портола (СССР).- 3 е.: ил.

17. A.c. 1460338 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Способ локации очага эндогенного пожара / В.А.Портола, А.А.1^ттер (СССР).- 4 с:ил.

18. A.c. 151854О СССР. МКИ Е 21 F 5/00. Способ определения местонахождения очага самовозгорания угля / В.А.Портола,

А.А.Гуттер (СССР).- 4 с.ил.

19. A.c. I57I275 СССР. МКИ Е 21 F 5/00. 'Способ локации очагов подземных пожаров / В.А.Портола, А.А.Геттер. В.И.Лагутин (СССР).-4с.: ил.

20. A.c. I4I3249 СССР. №1 Е 21 F 5/00. Устройство для тушения пожаров в выработанном пространстве шахт / В.А.Портола (СССР).-3 е.: ил.

0П05576. Подписано к печати 29.Х.91.

Заказ № 208. Тираж 100 экз.Объем I п.л.Печать офсетная.

Ротапринт ВостНИИ.

650002. Кемерово, ул.Институтская,3.