автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.02, диссертация на тему:Разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах

На правах рукописи

Шаров Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЙ ГАЗОВОЗДУШНЫХ СРЕД ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ

Специальность 05.26.02— «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 2004

Работа выполнена в Новокузнецком отдельном военизированном горноспасательном отряде филиале ФГУП ЦШ ВГСЧ

Научный руководитель: Кандидат технических наук Горбатов В А

Научный консультант

Доктор технических наук, профессор Голик А.С.

Официальные оппоненты: Доктор технических наук Попов В.Б.

Кандидат технических наук Неборский В.М.

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество «ОУК «Юж-кузбассуголь»

Защита диссертации состоится « 17 » декабря 2004г. в 12 ч на заседании диссертационного совета Д 222.007.01 при Федеральном Государственном унитарном предприятии Научный центр по безопасности работ в угольной промышленности ВостНИИ (НЦ ВостНИИ) по адресу:

650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 3, факс 34-30- 95.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЦ ВостНИИ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Добыча угля подземным способом сопряжена с опасностью взрывов газовоздушных сред, приносящих огромный социальный и экономический ущерб. Только за 2003 -2004гг. из-за взрывов погибло более 100 человек.

Возникновение взрыва обусловливается двумя параметрами - наличием взрывоопасной среды и источника воспламенения. Очень часто источником воспламенения являются подземные пожары.

Локализация подземных пожаров и последующее их тушение нередко сопровождается вспышками и взрывами газа, значительно усложняющими горноспасательные работы и угрожающими жизни горноспасателей. Анализ аварийности за последние 10 лет показал, что при возникновении эндогенных пожаров в 43 % от их общего количества возникают газовые ситуации, в 9% - взрыв. Нередко эндогенный пожар развивается до стадии пламенного горения и выхода огня в действующие горные выработки. Все это предъявляет жесткие требования к противопожарной защите шахт и обусловливает необходимость применения эффективных средств тушения подземных пожаров.

В связи с этим, целью настоящей работы является разработка способа тушения подземных пожаров, основанного на флегматизации взрывоопасной газовоздушной среды комбинированными огнетушащими составами, и средств для их приготовления и доставки

Цель работы — разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах.

Идея работы состоит в использовании комбинированных огнетушащих составов, обладающих синергетическим эффектом для ингибирования пламени и флегматизации газовоздушных сред.

Задачи исследований:

1. Используя теоретические основы работы струйных аппаратов, разработать методику расчета основных параметров газожидкостного эжектора для получения комбинированных огнетушащих составов различной концентрации.

2. Исследовать ингибирующие свойства комбинированных огнетушащих составов при объемном и поверхностном пожаротушении.

3. Разработать оборудование для получения комбинированных огнету-шащих составов и доставки их к месту применения.

4. Провести шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов при ликвидации подземных пожаров для обеспечения безопасности ведения горноспасательных работ.

Методы исследований - лабораторные и стендовые испытания флегма-тизирующих составов и средств их подачи в очаг пожара, шахтные исследования комбинированных огнетушащих составов при локализации и тушении подземных пожаров.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс ингибирования горения летучих веществ в газовой фазе при переходе стадии низкотемпературного окисления угля в неуправляемый автокаталитический процесс, достигается за счет синергетического эффекта получаемого при соединении галоидированных углеводородов с инертными газами.

2. Однородность структуры газожидкостного комбинированного огнету-шащего состава обеспечивается за счет соотношения 1,5:1 давления рабочего газа и эжектируемой жидкости на входе в эжектор.

3. Максимальная синергетическая эффективность достигается при содержании в комбинированном составе 95-98% (ой) инертного газа и 2-5% хладона с2р4бг2.

Достоверность научных положений подтверждается:

- необходимым и достаточным для статистической обработки объемом информации, полученной в процессе лабораторных, полигонных и шахтных исследований;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и шахтных исследований;

- положительными результатами промышленного внедрения разработанных средств локализации и тушения пожаров, осложненных потенциальными взрывами газов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огиетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума 1^=0,013-5-0,015 кг м"3с"', при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава;

- предложена математическая модель струйного аппарата, на базе которой разработана методика расчета газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжектируемой жидкости на входе и выходе из эжектора;

- определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синергетическая эффективность достигается при содержании составе 95-98%(ой) азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2Б4Бг2.

Научная новизна работы подтверждена выдачей автору 5 патентов на изобретения и полезную модель.

Практическое значение работы сводится к разработке:

- эффективных комбинированных огнетушащих составов на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, применение которых для флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения позволяет снизить количество применяемого в составе хладона в 3 раза, по сравнению с тушением в чистом виде;

- эжекторной установки для получения и подачи комбинированного ог-нетушащего состава и способа применения ее для флегматизации газовых сред и ингибирования пламенного горения, обеспечивающих безопасное ведение горноспасательных работ;

- руководства по применению комбинированных огнетушащих составов при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Личный вклад автора:

- в установлении синергетического эффекта комбинированных составов при флегматизации сложных газовоздушных сред в подземных условиях угольных шахт;

- в разработке приближенной математической модели процесса пожаротушения, описывающей количественную связь времени тушения, интенсивности подачи флегматизирующего состава в очаг пожара и его удельного расхода;

- в обосновании, разработке и внедрении способа и средств, тактико-технических приемов предупреждения взрывов и тушения пламенного горения в шахтах;

- в разработке нормативных документов по применению комбинированных составов при ликвидации пожаров;

- в обучении личного состава подразделений ВГСЧ при внедрении результатов работы и ликвидации пожаров на шахтах Кузбасса.

Реализация выводов и рекомендаций работы:

Основные научные результаты и рекомендации исследований автора реализованы на семи шахтах Кузбасса. Практические рекомендации диссертационной работы включены во «Временное руководство по применению комбинированных огнетушащих составов для ликвидации подземных пожаров в угольных шахтах».

Апробация работы

Основные научные положения и практические выводы докладывались на научно-техническом совете Кузнецкого горного округа Горгортехнадзора (1996г., Кемерово), на технических советах НОВГСО, ПОВГСО, КОВГСО, производственных объединений «Южкузбассуголь», «Прокопьевскуголь», «Се-верокузбассуголь» (1995-2002 гг.), на ученом Совете РосНИИГД (2003г, Кемерово), Сибирского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (2004г.).

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в семи научных трудах, пяти авторских свидетельствах на изобретение и свидетельстве на полезную модель Российской Федерации.

Объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 27 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 64 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Ежегодно проводимые анализы аварийности на угольных шахтах РФ показывают, что основными видами аварий по количеству и наносимому ими социальному и экономическому ущербу являются экзогенные и эндогенные пожары. За последнее десятилетие ежегодно их количество составляет от 55 до 60% от общего числа аварий. Ликвидация аварий этого вида сопряжена с большими трудозатратами и угрозой для жизни горноспасателей. Данные анализа показывают, что на ликвидацию подземных пожаров затрачивается более 80% трудозатрат, израсходованных на ликвидацию всех аварий.

Проблема обеспечения безопасности горноспасательных работ при ликвидации подземных пожаров, особенно осложненных угрозой взрыва газа и пыли, до сих пор полностью не решена, несмотря на то, что в работах отечественных и зарубежных исследователей: В.М. Маевской, Л.П. Томашевского, А.И. Ксенофонтовой, И.М. Печука, Г.Г. Соболева, А.И. Козлюка, Л.П. Белавен-цева, В.Г. Игишева, А.С. Голика, Д.Ю. Палеева, A.M. Чеховских, В.П. Чаркова, А.Н. Белопола, В.И. Лагутина, В.М. Кучера, Е. Грейгса, Е. Ларина и др., - решению этих вопросов уделяется много внимания.

В настоящее время для ликвидации подземных пожаров применяются:

- вода, подаваемая в очаг горения сплошной струей или в распыленном состоянии и обеспечивающая преимущественно охлаждающий эффект;

- химическая и воздушно-механическая пена, оказывающая, в основном, изолирующее действие;

- инертные газы и парогазовые смеси, оказывающие разбавляющее действие и применяемые для пожаротушения в ограниченных объемах;

- порошковые составы, обладающие универсальными огнетушащими свойствами (ингибиторы, охлаждающие вещества, разбавители горючей среды), создающие условия для огнепреграждения;

- песок, инертная пыль;

- галоидированные углеводороды.

При ликвидации подземных пожаров основным условием подавления горения является выполнение хотя бы одного из следующих требований:

- изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода путем разбавления негорючими газами до значения, исключающего горение;

- охлаждение очага горения ниже температуры самовоспламенения, воспламенения и вспышки горючих веществ и материалов;

- интенсивное торможение (ингибирование) скорости химических реакций в пламени;

- механический срыв пламени в результате воздействия на него сильной струи газа или воды.

Успешное тушение почти всех горючих материалов возможно галоиди-рованными углеводородами и огнетушащими порошковыми составами. Опре-

деленные трудности возникают при тушении горящего метана и флегматизации его по предотвращению взрывов огнетушащими порошковыми составами. В этом направлении весьма эффективными являются галоидированные углеводороды. Еще в 1908 г. на них было обращено внимание как на ингибиторы горения.

Впервые в отечественной практике тушения пожаров в шахте для флегматизации взрывов газа галоидированные углеводороды (хладон 114В2 и бромистый этил) были применены горноспасателями Кузбасса с помощью средств, разработанных Восточным отделением ВНИИГД. На основе хладона 114В2, бромистого этила и их смесей были созданы огнетушители ОГС-5, ОГС-7, ОГСФ-5, ОГСФ-3, забрасываемый огнетушитель одноразового действия ООД-2, мощная противопожарная установка МПУ-1. Эксплуатация огнегасительных средств в шахтах на основе галоидированных углеводородов была разрешена Главным санитарным врачом СССР.

Практика ведения горноспасательных работ в Кузбассе по локализации и тушению подземных пожаров, осложненных угрозой взрыва газовой среды, показала, что хладоны (114В2, 12В2) являются эффективнейшим средством подавления пламенного горения и флегматизации взрывоопасной среды.

Наиболее реальный путь повышения эффективности огнетушащих средств - это создание комбинированных огнетушащих составов, т.е. таких средств, которые соединяют в себе свойства различных классов огнетушащих веществ.

На основании данных о механизме воздействия галоидоуглеводородов на очаг горения и практики применения их в шахтах для тушения пожаров и флегматизации взрывоопасных газовых смесей, а также с учетом анализа других пожаротушащих веществ и обзора литературных данных были определены главные направления работы: создание и исследование комбинированных огне-тушащих составов и средств их приготовления и доставки для тушения пожро и флегматизации газовоздушной взрывоопасной среды в подземных выработках угольных шахт.

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОБРАЗЦА

ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для определения основных геометрических параметров рабочих элементов эжектора, рабочего и эжектируемого потоков, обеспечивающих подачу ог-нетушащего состава заданной концентрации, был поведен теоретический анализ работы газожидкостного струйного аппарата.

На рисунке 1 приведена принципиальная схема эжектируемого устройства газожидкостного типа, в котором в качестве рабочего потока используется газ, а эжектируемого - жидкость.

В приемную камеру эжектора эжектируемая жидкость поступает за счет разрежения, создаваемого выходящей из сопла стр уей газа, равного Ар=рн-рг, где рн — исходное давление эжектируемой жидкости.

Уравнение количества движения для камеры смешения эжектора (сечения II и III) имеет вид:

С,+С2а2со^в-(С 1+02)0)3 =/,фгРз)+(/3-/1) (РГР2) (1)

где О, 02 — массовый расход соответственно рабочего газа и эжектируемой жидкости;

,13,— площадь выходного сечения соответственно сопла и камеры смешения;

в - угол наклона сифонной трубки питателя к приемной камере эжектора; со/, 0)2, о)з - значения скорости газа, жидкости на входе в эжектор и смеси на выходе из него соответственно.

При &=90° уравнение (1) принимает вид:

С1(»г(СгС2) со3 =/,(ргРз)+(1з-Л) (Рз-Рг) (2)

Расход газа можно выразить через параметры его перед соплом следующим образом:

(3)

где /к - площадь критического сечения сопла; р0 - плотность газа перед соплом эжектора; g - ускорение свободного падения;

к - показатель адиабаты для двухатомных газов; к = 2,14. Скорость газа в выходном сечении сопла вычисляется по формуле а)1=акЛ, или

где ак - критическая скорость;

- приведенная скорость; Рот, — относительное давление.

Входное сечение сопла f0 определяется по скорости газа а>о в подводящем трубопроводе

/о

<»оРо8

Размер выходного сечения сопла определяется на основе уравнения неразрывности

Л 0)1 р!=/какрк

Откуда находим

Уравнение Бернулли лля сечений IV и V

Л + + 8Рн22 (4)

где - уровень жидкости в питателе;

22 - расстояние от основания питателя до приемной камеры; />„- плотность жидкости;

<&г > — скорость жидкости соответственно во входном и выходном сечениях сифонной трубки питателя;

а,,а2 - коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кор полиса); ЛНе - потерянная часть давления, идущая на преодоление общего сопротивления участка трубопровода.

Из условия неразрывности с определенными допущениями можно принять а>2*>(02 и а, «а2«1. Тогда с учетом гидравлического сопротивления уравнение (4) можно записать как

иС1 * 7 7

Р„ - Р2 = -—ту+ -

и=— •

С,

(5)

и - коэффициент эжекции.

С помощью ряда преобразований уравнение (5) можно привести к виду

или

(6)

где

А = -

Р1/з(/3-/1)^1

в _ ] 0>1/зР1 , Р;/;//Р3-Р1) /зР,(/з -Р(Рн-Рз) ,

Решением уравнения (6) является выражение, физический смысл которого имеет место только при положительном подкоренном выражении.

— = -0,5 + ./о,25 - — . А \ А

(7)

Общий вид коэффициентов ^ и В приводится к более удобному виду при использовании выражения (3) и ряда безразмерных параметров.

У / / /

где то~ — ', т/= — ;т2=—; тз=-~ представляют собой геометрические /з /з fз /к

параметры;

- параметры входящих пото-

Таким образом, из выражения (8), видно, что полученная зависимость (7) представляет собой обобщенную характеристику струйных аппаратов рассмотренного типа, предназначенных для приготовления и подачи комбинированных огнетушащих составов в очаг горения. Характеристика связывает основные геометрические параметры эжектора и газодинамические параметры входящих и выходящего потоков. При постановке задачи, связанной с расчетом основных рабочих параметров эжектора, удельный расход комбинированного огнетуша-щего состава и соотношение между входящими в него компонентами заданы, то есть, задан коэффициент эжекции. В этом случае формула (7) позволяет рассчитать геометрические параметры эжектора, обеспечивающего необходимую интенсивность подачи состава требуемой концентрации. При выводе этой формулы не учитывались потери в сопле и в камере смешения, обусловленные вязкостью. Поэтому для проверки и уточнения обобщенной характеристики струйных газожидкостных аппаратов, полученной аналитическим путем, были проведены экспериментальные исследования.

На основании зависимостей основных геометрических параметров эжектора, полученных в результате теоретических исследований, были рассчитаны основные конструктивные размеры его основных элементов и изготовлен экспериментальный образец эжекторной смесительной установки для получения комбинированного огнетушащего состава. При разработке конструкции смесителя учитывалось следующее:

конструкция смесителя должна позволять получать огнетушащий состав различной концентрации;

для получения состава заданной концентрации исходные вещества должны перемешиваться в определенных пропорциях до однородного состояния;

конструкция камеры смешения должна обеспечивать изменение ее длины для регулирования интенсивности подачи огнетушащего состава.

Для уточнения технической характеристики, полученной на основании теоретических расчетов и оценки влияния конструктивных параметров на характеристику огнетушащего состава, были проведены стендовые исследования.

В результате теоретических и экспериментальных исследований была получена обобщенная характеристика газожидкостных эжекторов, которая стала основой методики расчета эжекторных установок для подземного пожаротушения комбинированными газожидкостными составами с ингибирующими свойствами.

Экспериментальное исследование различных вариантов конструктивного исполнения эжекторов на испытательном стенде, проведенное в широком диапазоне характеристик входящих потоков, определяющих газодинамические па-

ков.

Из формулы (7) следует, что

и=1: (то, т,, т2, т3, е, еь л,, к2, Рот„, 2Ь 12, &

(8)

раметры, показало, что полученные опытные данные хорошо согласуются с теоретическими выводами.

Погрешность коэффициента эжекции, рассчитанного теоретическим путем, составила 10% от значений, полученных при эксперименте.

Стендовые исследования показали возможность получения тонкодисперсных комбинированных огнетушащих составов, обладающих ингибирую-щим свойством, на основе азота или двуокиси углерода, применяемых в качестве рабочего потока, и эжектируемого хладона 114В2.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОГНЕТУШАЩИХ СВОЙСТВ КОМБИНИРОВАННЫХ СОСТАВОВ И РАЗРАБОТКА ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ДЛЯ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ

Исследования воздействия комбинированных огнетушащих составов при использовании их для объемного и поверхностного тушения проводились с целью подбора оптимального соотношения их составляющих компонентов, обладающего наибольшим огнетушащим эффектом.

Исследованию пожаротушащих свойств подвергались комбинированные составы «азот - хладон 114В2», «азот - хладон 13В1» и «двуокись углерода -хладон 114В2», «двуокись углерода - хладон 13В1».

Результаты исследования воздействия комбинированного огнетушащего состава при объемном тушении показаны на рисунке 2. Результаты экспериментов по тушению модельного очага пожара азотно-хладоновыми огнетуша-щими составами, полученными при помощи газожидкостного эжектора, приведены в виде кривых показывающих изменение времени тушения модельного очага пожара в зависимости от соотношения компонентов огнетушащего состава Г =/(.],.,).

Характер кривых для различных конструктивных исполнений эжектора и концентраций хладона в огнетушагцем составе показывает, что увеличение интенсивности подачи хладона до ^>35-10*3 кг-м'3 с"1, не приводит к значительному уменьшению времени тушения.

Рисунок 2 Зависимость времени объемного тушения модельного пожара от интенсивности подачи хладона 114В2 при постоянной интенсивности подачи азота

Концентрацию, которой соответствует состав из 80% N и 20% С2Р4Вг2 (об.), следует принять максимально предельной по хладону. Смеси, при использовании которых время тушения резко возрастает, характеризуются минимальным пределом концентрации хладона при^,<5-10"3 кгм"3-с"'.

Анализ полученных данных показал, что зависимость удельного расхода огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума, то есть при определенных значениях / эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава.

Для проведения количественного анализа было рассмотрено уравнение сохранения массы газового состава объема помещения при поступлении в него огнетушащего средства.

Исследования огнетушащей эффективности комбинированных составов при объемном тушении модельного очага пожара показали, что для практических целей можно рекомендовать к использованию составы, содержащие 9598% (об.) азота или двуокиси углерода и 2 - 5% (об.) С2Р4Вг2.

Оптимальная интенсивность подачи для состава «азот - хладон 114В2» составляет ./опт=0,01 кг-м^-с"1, для состава «двуокись углерода - хладон 114В2» -0,017.

Применение этих составов существенно снижает расход дорогостоящего и дефицитного хладона 114В2 при сохранении высокого огнетушащего эффекта, а также уменьшает количество вредных примесей при незначительном снижении общего содержания кислорода в защищаемом объеме.

Исследование огнетушащей эффективности комбинированных составов при поверхностном тушении проводилось с целью изучения их огнетушащей способности и установления оптимальных параметров подачи в очаг горения при поверхностном тушении.

Исследованию огнегасящего эффекта при поверхностном тушении подвергались три группы комбинированных составов. В первую группу входили составы, механизм огнетушащего действия которых заключался в одновременном разбавлении и ингибировании зоны горения, что достигалось совместной подачей «инертного» разбавителя (например, азота) и ингибитора горения (хла-дон 114В2 или ПСБ-3). Вторая группа составов основана на сочетании эффектов разбавления, ингибирования и охлаждения. В качестве комбинированного состава была выбрана композиция, состоящая из воды, хладона 114В2 и азота. Третья группа включала составы, получаемые при совместной подаче ингибиторов горения, действующих на различные активные центры (например хладон 114В2 и порошок ПСБ-3).

Известно, что эффективное ингибирование возможно лишь при механизме окисления, связанном со сверхравновесным накоплением в пламени активных центров. В случае достижения их равновесной концентрации доминирующим фактором при поверхностном тушении является охлаждение. С учетом того, что хладон 114В2 обладает слабым охлаждающим эффектом, был исследован трехкомпонентный комбинированный огнетушащий состав, содержащий воду.

Исследованию огнетушащей способности комбинированных составов при поверхностном способе тушения были подвергнуты следующие композиции (% масс):

40 -г 41 %ТЯ2 - 59 * 60 % С2Р4 Вг2;

20 -т- 3 0% - 70-5-80 % ПСБ-3;

35+40 %т - 10+15% С2Р4 Вг2. - 45 + 55 % Н20;

20 35 % М -15 20 % ПСБ-3 -15

20 % С2Р4 Вг2.

Опыты проводились с модельными очагами пожара по стандартной методике, разработанной ВНИИПО.

При поверхностном тушении комбинированные азотно-хладоновые составы показали высокую огнетушащую способность. Как видно из рисунка 3, минимальный удельный расход данного состава на тушение модельного очага пожара составил 1,1 кг м-2, причем расход собственно хладона 114В2 не превысил 0,6 кг м-2.

3,5

3,125

2,75

2,375

2,0

1/25

1,25

О 8~5

0 5

16 - 14

Г ю

1

1

1

1 1

1 \ \ \

\ ^

\[ \ \ ч К

» 2\

0 010 0 015 0,020 0 025 0,030 Ин генсивность, кг/\^ .с

0,035

Рисунок 3 Зависимость удельного расхода (1) и времени (2) поверхностного тушения модельного пожара от интенсивности подачи комбинированного огнетушащего состава 40-41% об. М и 59-60% об. С2Б2Вг2

Удельный расход тетрафтордибромэтана в зависимости от способов его подачи при использовании его в чистом виде по различным данным составляет от 2,5 до 5,8 кг м-2, т.е. почти в 4 раза больше (сравниваются случаи наиболее

успешного тушения), чем при эжекционном способе подачи совместно с инертным газом. Таким образом, уже при комбинации хладона 114В2 с инертной средой достигается существенное увеличение эффективности тушения. Это объясняется нелинейным повышением ингибирующей способности хладона с уменьшением содержания кислорода в зоне реакции.

В результате исследования воздействия огнетушащего состава при поверхностном тушении была установлена близкая к гиперболической зависимость величины времени тушения тт от интенсивности подачи / и зависимость удельного расхода состава на тушение от интенсивности его подачи q=f(J) характеризуется наличием минимума. Этот факт подтверждает предположение, что для любого огнетушащего средства существует оптимальная интенсивность подачи, при которой его удельный расход минимальный.

Исследование трехкомпонентного состава, содержащего воду показали, что оптимальным является следующее соотношение компонентов (% масс): хладон 114В2 - 10 -=-15; азот 35 -=-40; вода - остальное до 100 %.

Анализ полученных результатов показал, что огнетушащее действие исследованного комбинированного состава не является суммарным эффектом ог-нетушащего действия каждого компонента, входящего в состав, а значительно превосходит его.

Конечный результат экспериментов указывает на наличие синергизма, т.е. каталитическое усиление огнетушащих свойств компонентов смеси.

Сопоставление данных по удельному расходу состава «азот - хладон» на тушение модельного пожара с удельным расходом состава «азот-хладон-вода», показало значительное сокращение расхода в случае применения трехкомпо-нентной смеси при одновременном увеличении огнетушащей эффективности этой смеси. Особенно это заметно по хладону 114В2, расход которого в трех-компонентном комбинированном составе не превышает 0,19 кгм-2. Высокая эффективность состава объясняется достижением такого механизма тушения, при котором в зоне горения одновременно протекают процессы ингибирования, флегматизации и охлаждения. На данный состав получено авторское свидетельство на изобретение.

Эффективность огнетушащего действия гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, поступающих на тушение одновременно, исследовалась на составе, включающем тетрафтордибромэтан и порошок ПСБ-3 (50 -=-60% масс. ПСБ-3, 15 -=-20% масс. хладона 114В2 и 20 -5-35% масс. азота). Экспериментальные данные показали, что минимальный удельный расход данного огнетушащего состава составляет с^тт= 0,72 КГ-М2 при интенсивности его подачи в очаг горения Уолт= 0,4 кгм"2С~ . При этом расход собственно ингибиторов горения составлял: дХл= 0,145 кгм'2 и дпСо-з= 0,425.

Изучение процесса поверхностного тушения показало взаимосвязь величины времени тушения и интенсивности подачи огнетушащего средства при поверхностном пожаротушении

ЛУ

при этом удельный расход огнетушащего состава q=TтJ=-; (10)

З-В

1—'ь~—' —Ь- - опытные константы.

Значения А и В зависят от размера очага горения, вида горючего, вида ог-нетушащего средства и др.

Стендовые испытания показали, что разработанные новые комбинированные составы обладают высокой огнетушащей способностью. Удельный расход хладона 114В2 при использовании предложенных составов в 3 -г 5 раз меньше, чем при тушении одним тетрафтордибромэтаном.

Исследования позволили установить количественную взаимосвязь между временем тушения, интенсивностью подачи огнетушащего состава в очаг горения и его удельным расходом.

Установленная зависимость величины удельного расхода средства тушения от интенсивности подачи определила минимум, обеспечивающий оптимальные условия пожаротушения.

В результате экспериментального исследования огнетушащей способности комбинированных составов при различной интенсивности подачи в очаг горения установлено, что результаты практических опытов удовлетворительно согласуются с теоретическими выводами.

Стендовые испытания экспериментального образца эжекторной установки пожаротушения комбинированными составами подтвердили ее работоспособность в рамках заданных параметров и поставленных задач.

Отличительными особенностями эжекторной установки являются:

- возможность получения огнетушащего состава из веществ, находящихся в различном агрегатном состоянии;

- тонкое распыление газовой средой огнетушащего вещества хладон, что ускоряет его испарение и повышает эффективность его огнетушащего действия;

- простота и легкость конструкции;

- безопасность эксплуатации.

Установлено, что оптимальным является огнетушащий состав в комбинации из 5% С,Р,Вг2 и 95% 14,, подаваемый в защищаемвш объем с интенсивно-ствю подачи УН^О 13-И),015 кг-м" -С . Уделвнвш расход состава при этом составляет д=0,25 КГ м"3, причем расход собственно хладона 114В2 равен 0,08 кгм-3, что почти в три раза меньше, чем при тушении хладоном 114В2 в чистом виде.

По разработанной методике расчета параметров газожидкостного эжектора были определены конструктивные параметры и разработаны рабочие чертежи для изготовления опытного образца эжекторной установки.

4. ШАХТНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА ЭЖЕКТОРНОЙ УСТАНОВКИ

По рабочим чертежам на Кемеровском экспериментальном заводе средств безопасности (КЭЗСБ) были изготовлены три опытных образца эжек-торной установки для получения и подачи комбинированных огнетушащих составов с ингибирующим свойством (ЭУ КОС) в шахтных условиях. Рабочие параметры установки ЭУ КОС приведены ниже.

Техническая характеристика установки ЭУ КОС

Показатель Значение

Производительность, м3/с, не менее 0,6

Дальность транспортирования,м 350

Расход газа, м3/с 0,4

Давление рабочего газа, МПа 0,24

Коэффициент эжекции 0,5

Расход хладона, м3/с 0,2

Габаритные размеры, мм 100x200x765

Масса, кг 12,1

Для определения работоспособности установки ЭУ КОС и уточнения параметров ее технической характеристики были проведены приемочные испытания в полигонных условиях. Результаты испытаний полностью подтвердили соответствие рабочих параметров ЭУ КОС требованиям технической и конструкторской документации.

Задача шахтных испытаний заключалась в оценке эффективности применения комбинированных огнетушащих составов для локализации открытого огня в выработках угольных шахт, в том числе и тупиковых. Кроме этого, шахтные испытания проводились для отработки технологических схем, тактики и руководства по применению комбинированных огнетушащих составов для локализации подземных пожаров.

В качестве рабочего газа применялся газообразный азот, источником которого являлся подземный газификатор КОМБИ.

Для удобства и быстроты проведения расчетов на основании полученных теоретических и экспериментальных данных была разработана компьютерная программа для расчета необходимого количества комбинированного огнету-шащего состава в зависимости от требуемого объема флегматизации и состава взрывоопасной газовоздушной среды.

Сведения о подземных пожарах, осложненных угрозой взрыва, для локализации и тушения которых с целью обеспечения безопасности горноспасателей и горнорабочих, занятых на технологических работах, применялся способ, основанный на применении комбинированных огнетушащих составов, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Наименование шахты Вид пожара, Дата возникновения, списания Подано хладона в комбинированных огнетуша-щих составах, кг

Распадская Эндогенный №54 24.09.96-26.01.00 2200

Им. Ленина -"- №57 03.04.00 - 25.04.00 550

-"- №55 18.11.96-21.06.00 270

Экзогенный 21.06.01-22.06.01 78

— 16.04.00 -19.04.00 91

Большевик 19.05.03-23.05.03 250

Антоновская Эндогенный 30.07.03-15.08.03 329

Подземный участок ОАО «Разрез Сибиргинский» -"- 27.08.04-03.09.04 90,4

Большевик 22.04.04-25.05.04 142

Алардинская Экзогенный 17.12.02-22.12.02 180

Примером применения способа является ликвидация экзогенного пожара на шахте «Большевик». При ликвидации пожара (рисунок 4) в конвейерном штреке 30-39 лавы 30-39 применялась «Установка для подачи ингибитора в очаг пожара», на которую получено а.с. №2002124991/20 (кл. 7Б21Р5/04).

Причиной пожара, согласно акту расследования, явилось заклинивание опорных роликов ленты конвейера 1Л-80 и, как следствие, нагревание ленточного полотна до температуры воспламенения.

Неудовлетворительное крепление конвейерного штрека 30-39 (вывалы породы, купола) и большая задымленность не позволили активным способом локализовать очаг пожара. Поэтому было принято решение изолировать аварийный участок взрывоустойчивыми гипсовыми перемычками, установленными у сопряжения однопутевой ветви и конвейерного штрека 30-38, путевого бремсберга пл. 30 и конвейерного штрека 30-39.

Недостаточное количество воздуха (200 м3/мин), поступающего в лаву 30-39 до аварии, глубокая мульда в нижней части лавы на сопряжении с конвейерным штреком 30-39, которую технически сложно было откачать, и образовавшиеся на протяжении более 40 м непроходимые завалы по конвейерному штреку 30-39, увеличившие аэродинамическое сопротивление данной выработки, предопределили загазирование конвейерного штрека 30-39.

Для обеспечения безопасности изолирующих работ и предотвращения возможного взрыва метановодородовоздушной смеси проводилась флегматиза-ция штреков и лавы комбинированным огнетушащим составом путем подачи его с помощью установки ЭУ КОС в спутный поток свежей струи воздуха, поступающей к очагу пожара.

362 мЗ/мин 120 мЗ/мин

"в

п

X О Я ■ь.

П

X

п 3 а

•о

5 »

I О •1 О "-С

л ы п

н

Я

»

И

о Ь Р

Е

гъ ев 5 Я

Условные обозначения:

[-дзазашвв Конвейер с приводной головной

Направление расхода воздуха

Сечение выработки

292 мЗ/мин Количество воздуха до аварии 80 мЗ/мин Количество воздуха лри возведении гипсовых Перемычек

Места возведения взрывоустойчивых перемычек

Обрушение -ф-ПОТ

Очаги горения ВВР

Для тушения пламени в куполах конвейерного штрека 30-39 применяли снабженную пикой установку для подачи ингибитора в очаг пожара.

Под прикрытием флегматизации были возведены взрывоустойчивые гипсовые перемычки с проемами. Через проем в перемычке, установленной в конвейерном штреке 30-38, для предотвращения взрыва метановодородовоздуш-ной смеси в изолированном аварийном участке провели дополнительно флег-матизацию его атмосферы комбинированным составом, содержащим 3,5 % хладона 114В2. Общее количество хладона, используемого при ликвидации данной аварии, составило 250 кг.

Контрольные пробы шахтного воздуха на момент инертизации указывали на стабилизацию пожарной ситуации: С02=5,0%; О2=12,8%; СО=1,5%; Н2=0,6%; СН4=1,6%; 1=15°С.

Шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов, получаемых и доставляемых к месту назначения установкой ЭУ КОС, подтвердили эффективность их применения для ликвидации подземных пожаров, осложненных угрозой взрыва.

Синергетический эффект, получаемый от соединения азота с хладоном, позволил сократить удельный расхода комбинированного огнетушащего состава, применяемого для достижения флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения, примерно в 3 раза, по сравнению с использованием хладона в чистом виде.

В ходе ликвидационных работ оборудование для получения огнетушаще-го состава, включающее в основном эжектор и трубопроводы, совершенствовалось; в результате была разработаны установка для тушения пожара в тупиковой горной выработке (а.с. №2001116957/20 от 18.06.2001) и установка для подачи ингибитора в очаг пожара (а.с. №2002124991/20 от 25.09.2002).

Кроме этого шахтные испытания позволили разработать руководство и тактику применения горноспасателями разработанного оборудования при ведении горноспасательных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе выполненных теоретических и стендовых исследований, шахтных испытаний комбинированных огнетушащих составов, полученных на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, приведены результаты изучения влияния синергетического эффекта на подавление очагов загораний и флегматизацию газовоздушной среды в подземных выработках шахт и разработанное средство для их получения и доставки, что в значительной степени обеспечит высокую эффективность и безопасность предупреждения и локализации подземных пожаров в угольных шахтах.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием

минимума, при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава.

2. Разработана теоретическая основа расчета газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжектируемой жидкости на входе и выходе из эжектора.

3. Определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синергетиче-ская эффективность достигается при содержании составе 95-98% азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2Р4Вг2.

4. В результате теоретических исследований получена обобщенная характеристика газожидкостных эжекторов, которая является основой методики расчета эжекторных установок для подземного пожаротушения комбинированными газожидкостными составами, обладающими ингибирующими свойствами.

5. Установлено, что удельный расход хладона 114В2 при использовании предложенных составов в 3 -5-5 раз меньше, чем при тушении одним тетраф-тордибромэтаном.

6. Разработана приближенная модель процесса пожаротушения и установлена количественная взаимосвязь между временем тушения, интенсивностью подачи огнетушащего состава в очаг горения и его удельным расходом.

7. Экспериментально шахтными испытаниями установлено, что обработка аварийного пожарного участка комбинированным огнетушащим составом снижает вероятность взрыва газовоздушной среды, что позволяет значительно повысить безопасность ведения горноспасательных работ.

8. Разработаны, изготовлены и испытаны средства и способ флегматиза-ции газовоздушной среды при ликвидации подземных пожаров, новизна которых подтверждена ФИПС пятью свидетельствами на полезную модель.

9. Разработанные средства и способы флегматизации и локализации подземных пожаров при испытании на семи шахтах Кузбасса, позволили локализовать 10 подземных пожаров при обеспечении безопасности ведения горноспасательных работ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Шаров С.А. Локализация эндогенных пожаров комбинированными флегматизирующими составами на основе азота с хладоном 114 В2 / Вопросы безопасности труда на горных предприятиях: Сб. науч. Тр. КузГТУ. - Кемерово, 2003.-Вып. 2.

2. Шаров С.А. Из опыта внедрения комплекса изоляции и тушения подземных пожаров в труднодоступных местах / Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч. Тр. РосНИИГД. - Кемерово, 2003. - Вып. 16.

3. Шаров С.А. Аппарат АП-250 для нагнетания флегматизатора и тампо-нажного раствора при ликвидации пожаров в шахте / С.А. Шаров,

В.В. Аксенов // Безопасность труда в промышленности. - 2004. - № 6.

4. Описание полезной модели 20770 РФ, 7 Е 21F5/00. Установка для тушения пожара в тупиковой горной выработке / В.В. Мячин, В.Б. Попов, Д.Ю. Палеев, С.А. Шаров (РФ). - №20001116957/20; Заявлено 18.06.2001; Опубл. 27.11.2001, Бюл. №33 // Открытия. Изобретения. -2001.

5. Описание полезной модели 28186 РФ, 7 Е 21F5/04. Установка для подачи ингибитора в очаг пожара / А.Е. Чуприков, А.Ф. Син, В.А. Огурецкий, А.С. Голик, С.А. Шаров (РФ). - №2002124991/20; Заявлено 23.09.2002; Опубл. 10.03.2003, Бюл. №7 // Открытия. Изобретения. -2003.

6. Описание полезной модели 30842 РФ, 7 Е 21F5/00. Устройство тушения пожара в уклонной горной выработке / С.А. Шаров, В.В. Мячин, А.Е. Чуприков, А.С. Голик (РФ). - №2003104430/20; Заявлено 17.02.2003; Опубл. 10.07.2003, Бюл. №19 // Открытия. Изобретения. -2003.

7. Описание полезной модели 27635 РФ, 7 Е 21F5/00. Устройство создания невзрывчатой среды в горных выработках шахт/ С.А. Шаров, В.В. Мячин, А.Е. Чуприков, А.С. Голик (РФ). - №2002110535/20; Заявлено 19.04.2002; Опубл. 10.02.2003, Бюл. №4 // Открытия. Изобретения. -2004.

ЛР №021306 от 10.08.98

Подписано в печать 10. 11.2004г. Тираж 100 экз. Формат 60x90 1/16. Печать офсетная. Печ.Л. 1,0. Заказ№ 431.2004 г.

Кемерово, ротапринт НЦ ВостНИИ, Институтская, 3 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 3

024 389

344

ВВЕДЕНИЕ

1 Состояние вопроса ф 1.1 Состояние аварийности на угольных шахтах РФ

1.2 Анализ огнетушащей эффективности пожаротушащих средств, применяемых в угольных шахтах

1.3 Ингибирующие огнетушащие вещества

Выводы

2 Исследование экспериментального образца эжекторной установки

2.1 Теоретический анализ работы газожидкостного эжектора

2.2 Стендовые исследования экспериментальной установки для получения огнетушащего состава

2.3 Методика проведения исследования

2.4 Результаты экспериментов

Выводы

3 Исследование огнетушащих свойств комбинированных составов и разработка эжекторной установки для их получения

3.1 Исследование воздействия комбинированного огнетушащего состава при применении его для объемного тушения

3.1.1 Методика исследования

3.1.2 Результаты исследования воздействия огнетушащего состава при применении его для объемного тушения

3.2 Исследование воздействия огнетушащего состава при применении его

-V для поверхностного тушения

3.2.1 Результаты исследования воздействия огнетушащего состава при применении его для поверхностного тушения

3.3 Методика расчета и проектирования газожидкостного эжектора для получения и транспортирования комбинированных огнетушащих составов

3.3.1 Определение нормы расхода огнетушащего состава и величины его основного запаса

3.3.2 Расчет газожидкостного эжектора

3.3.3 Расчет основных параметров эжектора для подачи комбинированного огнетушащего состава в выработку угольной шахты

Выводы

Шахтные испытания опытного образца эжекторной установки

Добыча угля подземным способом сопряжена с опасностью взрывов газовоздушных сред, приносящих огромный социальный и экономический ущерб. Только за 2003 -2004гг. из-за взрывов погибло более 100 человек.

Возникновение взрыва обусловливается двумя параметрами - наличием взрывоопасной среды и источника воспламенения. Очень часто источником воспламенения являются подземные пожары.

Локализация подземных пожаров и последующее их тушение нередко сопровождается вспышками и взрывами газа, значительно усложняющими горноспасательные работы и угрожающими жизни горноспасателей. Анализ аварийности за последние 10 лет показал, что при возникновении эндогенных пожаров в 43 % от их общего количества возникают газовые ситуации, в 9% - взрывы. Нередко эндогенный пожар развивается до стадии пламенного горения и выхода огня в действующие горные выработки. Все это предъявляет жесткие требования к противопожарной защите шахт и обусловливает необходимость применения эффективных средств тушения подземных пожаров.

В связи с этим, целью настоящей работы является разработка способа тушения подземных пожаров, основанного на флегматизации взрывоопасной газовоздушной среды комбинированными огнетушащими составами, и средств для их приготовления и доставки.

Цель работы — разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах.

Идея работы состоит в использовании комбинированных огнету-шащих составов, обладающих синергетическим эффектом для ингибиро-вания пламени и флегматизации газовоздушных сред.

Задачи исследований:

1. Используя теоретические основы работы струйных аппаратов, разработать методику расчета основных параметров газожидкостного эжектора для получения комбинированных огнетушащих составов различной концентрации.

2. Исследовать ингибирующие свойства комбинированных огнетушащих составов при объемном и поверхностном пожаротушении.

3. Разработать оборудование для получения комбинированных огнетушащих составов и доставки их к месту применения.

4. Провести шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов при ликвидации подземных пожаров для обеспечения безопасности ведения горноспасательных работ.

Методы исследований - лабораторные и стендовые испытания флегматизирующих составов и средств их подачи в очаг пожара, шахтные исследования комбинированных огнетушащих составов при локализации и тушении подземных пожаров.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс ингибирования горения летучих веществ в газовой фазе при переходе стадии низкотемпературного окисления угля в неуправляемый автокаталитический процесс достигается за счет синергетического эффекта, получаемого при соединении галоидированных углеводородов с инертными газами.

2. Однородность структуры газожидкостного комбинированного ог-нетушащего состава обеспечивается за счет соотношения 1,5:1 давления рабочего газа и эжектируемой жидкости на входе в эжектор.

3. Максимальная синергетическая эффективность достигается при содержании в комбинированном составе 95-98% инертного газа и 2-5% хладона С2р4Вг2.

Достоверность научных положений подтверждается:

- необходимым и достаточным для статистической обработки объемом информации, полученной в процессе лабораторных, полигонных и шахтных исследований;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и шахтных исследований;

- положительными результатами промышленного внедрения разработанных средств локализации и тушения пожаров, осложненных потенциальными взрывами газов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума 1^=0,013-Ю,015 кг-м'3-с"\ при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава;

- предложена математическая модель струйного аппарата, на базе которой разработана методика расчета параметров газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжекти-руемой жидкости на входе и выходе из эжектора;

- определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синер-гетическая эффективность достигается при содержании в составе 95-98% азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2р4Вг2.

Научная новизна работы подтверждена выдачей автору пяти патентов на изобретения и полезную модель.

Практическое значение работы сводится к разработке:

- эффективных комбинированных огнетушащих составов на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, применение которых для флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения позволяет снизить количество применяемого в составе хладона в 3 раза по сравнению с использованием для тушения хладона в чистом виде;

- эжекторной установки для получения и подачи комбинированного огнетушащего состава и способа применения ее для флегматизации газовых сред и ингибирования пламенного горения, обеспечивающих безопасное ведение горноспасательных работ;

- руководства по применению комбинированных огнетушащих составов при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Личный вклад автора:

- в установлении синергетического эффекта комбинированных составов при флегматизации сложных газовоздушных сред в подземных условиях угольных шахт;

- в разработке приближенной математической модели процесса пожаротушения, описывающей количественную связь времени тушения, интенсивности подачи флегматизирующего состава в очаг пожара и его удельного расхода;

- в обосновании, разработке и внедрении способа и средств, тактико-технических приемов предупреждения взрывов и тушения пламенного горения в шахтах;

- в разработке нормативных документов по применению комбинированных составов при ликвидации пожаров;

- в обучении личного состава подразделений ВГСЧ при внедрении результатов работы и ликвидации пожаров на шахтах Кузбасса.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Основные научные результаты и рекомендации исследований автора реализованы на семи шахтах Кузбасса. Практические рекомендации диссертационной работы включены во «Временное руководство по применению комбинированных огнетушащих составов для ликвидации подземных пожаров в угольных шахтах».

Апробация работы

Основные научные положения и практические выводы докладывались на научно-техническом совете Кузнецкого горного округа Горгортех-надзора (1996г., Кемерово), на технических советах НОВГСО, ПОВГСО, КОВГСО, производственных объединений «Южкузбассуголь», «Прокопьевскуголь», «Северокузбассуголь» (1995-2002 гг.), на ученом Совете Рос-НИИГД (2003г., Кемерово), Сибирского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (2004г.).

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в семи научных трудах, пяти авторских свидетельствах на изобретение и свидетельстве на полезную модель Российской Федерации.

Объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 27 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 64 наименований.

Выводы

Шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов, получаемых и доставляемых к месту назначения установкой ЭКОИ, показали эффективность их применения для ликвидации подземных пожаров, осложненных угрозой взрыва.

Синергетический эффект, получаемый от соединения азота с хладоном, позволил сократить удельный расход комбинированного огнетушащего состава, применяемого для достижения флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения, примерно в 3 раза большим, чем при тушении хладоном в чистом виде.

В ходе ликвидационных работ оборудование для получения огнетушащего состава, включающее в основном эжектор и трубопроводы, совершенствовалось, в результате чего были разработаны установка для тушения пожара в тупиковой горной выработке (а.с. №2001116957/20 от 18.06.2001) и установка для подачи ингибитора в очаг пожара ( а.с. №2002124991/20 от 25.09.2002).

Кроме этого, шахтные испытания дали возможность разработать руководство и тактику применения горноспасателями данного оборудования при горноспасательных работах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основе выполненных теоретических исследований, стендовых и шахтных испытаний комбинированных огнетушащих составов, полученных на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, и разработанной установки для их получения и доставки, приведены результаты влияния синергетического эффекта на подавление очагов загораний и флег-матизацию газовоздушной среды в подземных выработках шахт, что в значительной степени обеспечит высокую эффективность и безопасность ведения горноспасательных работ при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума, при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава.

2. Разработана теоретическая основа расчета газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжектируемой жидкости на входе и выходе из эжектора.

3. Определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синергетиче-ская эффективность достигается при содержании составе 95-98% азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2р4Вг2.

4. В результате теоретических исследований получена обобщенная характеристика газожидкостных эжекторов, которая является основой методики расчета эжекторных установок для подземного пожаротушения комбинированными газожидкостными составами, обладающими ингибирующими свойствами.

5. Установлено, что удельный расход хладона 114В2 при использовании предложенных составов в 3-н5 раз меньше, чем при тушении одним тет-рафтордибромэтаном.

6. Разработана приближенная модель процесса пожаротушения и установлена количественная взаимосвязь между временем тушения, интенсивностью подачи огнетушащего состава в очаг горения и его удельным расходом.

7. Экспериментально шахтными испытаниями установлено, что обработка аварийного пожарного участка комбинированным огнетушащим составом снижает вероятность взрыва газовоздушной среды, что позволяет значительно повысить безопасность ведения горноспасательных работ.

8. Разработаны, изготовлены и испытаны средства и способ флегматизации газовоздушной среды при ликвидации подземных пожаров, новизна которых подтверждена ФИПС пятью свидетельствами на полезную моделб. Разработанные средства и способы флегматизации и локализации подземных пожаров при испытании на семи шахтах Кузбасса, позволили локализовать 10 подземных пожаров при обеспечении безопасности ведения горноспасательных работ.

1. Баратов А.Н. Пожаротушение на предприятиях химической, неф-те-химической и нефтеперерабатывающей промышленности / А.Н.Баратов, Е.Н.Иванов. М.: Химия, 1971.

2. Karman H.S. Mechanism of chemical ingibitions // Fire Eng, 1. - №1.

3. Зенин В.Д. Переносные огнетушители ОГС-7, ОГС-5 с огнегаси-тельным составом на основе галоидированных углеводородов / В.Д.Зенин, А.Я.Доровский, В.Ф Силин // Сб. ст. по горноспасат. делу. Кемерово: Кн. изд-во, 1968. - Вып. 5.

4. Зенин В.Д. Огнетушитель одноразового действия ООД-2 для тушения горящего метана в забоях подготовительных выработок / В.Д.Зенин, Б.А.Сурначев // Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч.ст. РосНИИГД. Кемерово: Кн. изд-во, 1972.

5. Голик A.C. Фреоновый огнетушитель ОГСФ-5 / А.С.Голик, Г.П. Баринов // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: -1977.-№7).

6. Белопол А.Н. Борьба с подземными пожарами в сложных горногеологических и горнотехнических условиях угольных шахт / А.Н.Белопол, А.Ф. Дмитрюк. М.: Недра, 1974.

7. Зельдович Я.Б. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И.Баренблат, В.Б.Либрович, Г.М.Махвиладзе. М.: Наука, 1981.

8. Кучер В.М. Пожарная техника и тушение пожаров / В.М.Кучер и др. М.: ВНИИПО, 1976. - Вып. 13.

9. Огнетушащие порошковые составы: Обзор зарубежных изобретений. М.: ВНИИПО, 1978.

10. A.c. 232 761 (СССР). Огнетушащий порошок СИ-2 / А.Н.Баратов и др.(СССР). // Открытия. Изобретения. 1969. - № 1.

11. Мантуров Н.И. Новые огнегасительные составы // Бюллетень технико-экономической информации: М.: Морской транспорт, 1960. - № 5. Мантуров Н.И. Огнегасительные составы на основе бромистого этила /108

12. Н.И.Мантуров, Т.Г.Овсейчик // Охрана химических предприятий от пожаров и взрывов. М.: НИИТЭХИМ, 1961.

13. Огнегасительные составы на основе галоидоуглеводородов: Информационный материал. М.: ВНИИПО, 1968.

14. Баратов А.Н. Химическое ингибирование пламени // ВХО им.Д.И.Менделеева. 1967. - № 3, 12.

15. Баратов А.Н. Новый огнетушащий состав / А.Н.Баратов, Г.Тес-ленко, В.Макеев // Пожарное дело. 1973. -№11.

16. Исследовать и разработать оборудование для дистанционного тушения пожаров газовыми средствами в тупиковых выработках шахт Про-копьевско-Киселевского района Кузбасса: Техотчет / Фонды ВО ВНИИГД; Голик A.C. Прокопьевск, 1980.

17. Пат. 1236064 (Великобритания), А5А, С09 С 5/12, 1978.

18. Пат. 1298337 (Великобритания), А62Д, 1/00, 1972.

19. Syxth Sympsirm (Jntern) on Comb / F.Beiles, G.ÖNeal. 1956.

20. Fire. Res. Amstr. / B.Berl // Rev. 1961 - № 3.

21. Comb, a Flame / Friedman Rand Devy S. 1963. - Vol.7.

22. Иванов E.H. Технические средства тушения пожаров на химических предприятиях. М.: Химия, 1976.

23. Попов В.Б. Защита выемочных полей от самовозгорания / В.Б. Попов, В.Г. Игишев// Труды 29-й Междунар. конф. инст-тов по безопасности.-Катовице, 2001.-Т.1.

24. Курбатский О.М. Водоструйные аппараты в пожарном деле. М.: МКХ РСФСР, 1963.

25. Абдурагимов И.М. Физико-химические основы развития и тушения пожаров / И.М. Абдурагимов и др. М.: ВИНИТИ, 1980.

26. Ю.А. Устройства для пожаротушения //Средства и способы пожаротушения / Ю.А.Кошмаров и др. М.: ВНИИПО, 1980. - Вып. 7.

27. Соколов Е.Я. Струйные аппараты / Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер М.-JL: Госэнергоиздат, 1960.

28. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. M.-JL: Госэнерго-издат, 1954.

29. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. 4-е изд., перераб. - М., 1976.

30. Рекомендации по применению способа объемного пожаротушения с помощью комбинированного состава на основе тетрафтордибромэтана и азота. М.: ВНИИПО, 1971.

31. Родэ A.A. К вопросу объемного тушения горючих жидкостей азо-тно-фреоновой смесью / А.А.Родэ и др. // Автоматическое тушение пожаров -М.: ВНИИПО, 1975.

32. Методика оценки огнетушащей способности огнетушителей. М.: ВНИИПО, 1976.32. .Батурин И.В. Аэрация промышленных зданий. / И.В.Батурин, В.М.Эльтерман. -М.: Стройиздат, 1967.

33. Родэ A.A. Моделирование тушения горючих жидкостей газообразным азотом / А.А.Родэ и др. // Автоматическое тушение пожаров. М.: ВНИИПО, 1975.

34. Мышак Ю.А. Исследование условий подачи комбинированных составов при тушении пожара в объеме / Ю.А.Мышак, Ю.А.Кошмаров // Средства и способы пожаротушения. М.: ВНИИПО, 1981.

35. Горбатов В.А. Технологические схемы профилактики, локализации и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах/ В.А. Горбатов, В.Г. Игишев, В.Б. Попов.-Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002.

36. A.C. 715092 (СССР). Огнетушащий состав / А.Н.Баратов (СССР) // Открытия. Изобретения. 1981. - № 6.

37. Кучер В.М. Экспресс-метод определения расхода галоидеоргани-ческих веществ для тушения диффузионных пламен: Экспр.-инф. Пожарная техника и тушение пожаров / В.М.Кучер и др. М.: ВНИИПО. 1976. -Вып.71.

38. Севриков B.B. Автоматическая противопожарная защита промышленных сооружений. Киев-Донецк: Вища школа. 1979.

39. Блинов В.И. Диффузионное горение жидкостей / В.И.Блинов Т.М.Худяков. М.: АН СССР, 1961.

40. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. M.-JL: АН СССР, 1947.

41. Инструкция по проектированию установок автоматического пожаротушения. М.: Госстрой, 1976.

42. Косарев Б.В. Исследование гидравлических сопротивлений двухфазных огнетушащих смесей // Труды ВИПТШ МВД СССР. M., 1978.

43. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1978.

44. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1960.

45. Лудзиш B.C. Аварийность и травматизм на шахтах Кузбасса и меры по их снижению / B.C. Лудзиш, Г.И. Кулаков. Новосибирск: СО РАН, 1999.

46. Голик A.C. Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности России за 2000 г. / А.С.Голик, В.В.Мячин, В.А.Зубарева. Кемерово: РосНИИГД. - 2001.

47. Голик A.C. Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности России за 2001 г. / А.С.Голик, В.В.Мячин, В.А.Зубарева./ Кемерово: РосНИИГД, 2002.

48. Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах.- М.: Недра,1987.

49. Колмаков В.А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. М.: Недра, 1981.

50. Effects of Halogenaated extinguiching Agents of Flame: Queneting of the Action Symposium International on Combustion / C.O'Heal. 1956.

51. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 1972.

52. Руководство по применению азота и инертных газов для борьбы с эндогенными пожарами в шахтах. Кемерово: ВостНИИ, 1984.

53. Замыслов В.А. Ингибирование окисления термически обработанных углей / В.А.Замыслов, А.Л.Соболевский, В.В.Родэ, А.Ф.Луковников.// ХТТ.- 1982.

54. Колмаков В.А. Прогноз и управление газопереносом в массивах шахт / В.А.Колмаков, С.П.Брабандер, Г.А.Беспятов. Кемерово: КузГТУ, 1992.

55. Инструкция по предупреждению и тушению эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. Кемерово: Прокопьевск, 1973.

56. Научно-исследовательские работы по изысканию методов предупреждения подземных пожаров с применением химических и инертных материалов: Техотчеты / A.Curcic и др. -1970. № 4.

57. Пустыльник Е.А. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968.

58. Касандрова О.Н. Обработка результатов наблюдений / О.Н.Каса-ндрова, В.В.Лебедев. -М.: Наука, 1970.

59. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.

60. Аравин В.И. Теория движения жидкостей и газов в недеформиро-ванной пористой среде / В.И.Аравин, С.Н.Нумеров. М., 1953.

61. Тарасов Б.Г., Колмаков В.А. Газовый барьер угольных шахт./ Б.Г.Тарасов, В.А. Колмаков. М.: Недра, 1978.

62. Руководство по применению комбинированных составов для предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах. Новокузнецк, 2003.

63. Горбатов В.А. Защита угольных шахт от самовозгорания угля / В.А. Горбатов, В.Г. Игишев, В.Б. Попов.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.