автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Разработка способов и средств порошкового и пенного тушения сложных подземных пожаров

ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ПОРОШКОВОГО И ПЕННОГО ТУШЕНИЯ СЛОЖНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ

Специатьность 05.26.01 - "Охрана труда"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

БУЛГАКОВ Юрий Федорович

Р Г Б ОД

1 з т гзоз

УДК 622.812:622.817(043.3)

Донецк - 2000

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Донецком научно-исследовательском институте горноспасательного дела (НИИГД)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Осокин Владимир Васильевич, Донецкий государственный университет экономики и торговли заведующий кафедрой холодильной техники;

доктор технических наук, профессор Грядущий Борис Абрамович, Министерство угольной промышленности Украины, директор государственного экспертно-аналитического центра

доктор технических наук, старший научный сотрудник Алейникова Галина Матвеевна, Донецкий институт туристического бизнеса, проректор по научно-методической работе

Ведущая организация:

Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ), г. Макеевка

Защита состоится « г »2000 г.

в_час. на заседании специализированного совета Д 11.052.05 по защите

диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Донецком техническом университете (83030, г. Донецк, ул. Артема, 58) .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института

2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор

Н.Р. Шевцов

Ш8Э.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В соответствии с законодательством Украины об охране труда, обеспечение пожарной безопасности промышленных объектов, в том числе и угольных шахт, является неотъемлемой частью государственной деятельности в области охраны жизни и здоровья людей, национального богатства и окружающей природной среды.

Статистические данные свидетельствует о том, что, несмотря на снижение добычи угля, количество экзогенных пожаров не уменьшается. Ежегодно в Украине происходит от 50 до 80 подземных пожаров экзогенного происхождения, которые наносят экономический ущерб угольным предприятиям в размере 20...40 млн. грн. в год.

Анализ хода ликвидации подземных аварий показывает, что оперативные подразделения ГВГСС прибывают на пожарный участок лишь спустя 1,5...2 часа с момента возникновения пожара. За это время пожар может распространиться по горной выработке, закрепленной деревянной крепью, на расстояние примерно 100... 150 м, что практически исключает возможность его эффективного тушения с помощью первичных средств пожаротушения. Особенно сложные условия создаются в шахтах, опасных по газу и пыли, ввиду реальной угрозы взрывов метановоздушных смесей. В таких случаях тактико-технические возможности существующих средств активного тушения практически полностью исчерпываются, а пожар удается потушить лишь путем изоляции аварийного участка с помощью взрывоустойчивых перемычек. При этом из технологической цепи шахты на длительное время выводятся горные выработки, содержащие дорогостоящее оборудование и подготовленные к выемке запасы угля. Динамика травматизма свидетельствует о том, что 34 % тяжелых травм, в том числе с летальным исходом, горноспасатели получают в результате воздействия поражающих факторов взрывов газа при ведении аварийно-спасательных работ и тушении сложных подземных пожаров. Главная причина этого - несовершенство технических средств и отсутствие научно обоснованных способов тушения сложных подземных пожаров.

В этой связи раскрытие особенностей развития подземных пожаров в горных выработках и разработка средств и способов порошкового, пенного и комбинированного тушения сложных подземных пожаров, в том числе при потенциальной угрозе взрывов метановоздушных смесей, является актуальной научно-технической проблемой, решение которой позволит повысить эффективность и безопасность ведения горноспасательных работ.

Связь диссертационной работы с научными программами, планами НИР, темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ НИИГД по программам: "Разработать тактику и технические средства ликвидации аварий в шахтах, ведения горноспасательных работ и спасения людей", "Создать и внедрить способы и средства активного тушения экзогенных пожаров в шахтах и инертизации атмосферы с целью предотвращения взрывов при тушении пожаров» и отражена в отчетах о НИР№1903604000,1919202270,1992481000,1929410362,199309000, 1992059000,

1926225000, 1992457000, 199418000, 1993038000, 1929610026, 1993018000, которые выполнялись автором в качестве руководителя или ответственного исполнителя.

Цель работы - раскрытие особенностей развития подземных пожаров в горных выработках и разработка средств и способов порошкового, пенного и комбинированного тушения сложных подземных пожаров (с учетом потенциальной угрозы взрывов метановоздушных смесей).

Идея работы заключается в раскрытии и использовании особенностей развития и распространения подземных пожаров по горным выработкам и комплексном применении огнетушащих материалов, веществ и составов, обладающих различными физико-химическими свойствами.

Методы исследований - аналитический и экспериментальный, базирующиеся на теории горения, математической физики, реологии, математическом и физическом моделировании процессов тушения пожаров и локализации взрывов метановоздушной смеси, экспериментальном определении режимов работы пожаротушащих установок, стендовых, лабораторных и шахтных испытаниях.

Основные научные положения, выносимые на защиту и их новизна:

1. Раскрыт механизм тушения пожара (ингибирования пламени) заряженными частицами порошка, заключающийся в притягивании в зону горения положительно или отрицательно заряженными ионами пламени частиц порошка с противоположными зарядами; при этом установлена эмпирическая зависимость дальности распространения порошка по горной выработке от размера и величины заряда его частиц, напряженности электрического поля и скорости вентиляционной струи.

2. При подавлении путем обрушения пород кровли очагов самонагревания угля в выработанном пространстве лавы раскрыты условия локализации (ограничения зоны действия) взрывов метановоздушной смеси, заключающиеся в гашении пламени и уменьшении давления во фронте взрывной волны при прохождении ее через толщу обрушенных пород; при этом установлены эмпирические зависимости для определения степени снижения давления от ширины полосы и гранулометрического состава обрушенных пород.

3.Экспериментально установлено резкое повышение эффективности пожаротушения при последовательном использовании пламегасящих и охлаждающих составов: огнетушащего порошка и воздушно-механической пены; огнетуша-щего порошка и аэрозоля; аэрозоля и воздушно-механической пены; при этом для модельных очагов пожара класса В определены рациональные численные значения соотношений: порошка и пены; порошка и аэрозоля; пены и аэрозоля (соответственно 1:1,10:1,90:1).

4. Экспериментально доказана возможность истечения раствора пенообразователя та корпуса огнетушащих средств и получения аэрозольно-механической пены при использовании газообразных продуктов сгорания аэрозольобразую-щих составов; установлены зависимости для определения кратности генерируемой пены от температуры и давления газов.

5. Установлены причины повторного воспламенения очагов пожара после прекращения огнетушащего воздействия, заключающиеся в сохранении внутри очага температуры, превышающей критическую температуру возгорания горючих материалов; при этом получен интегральный критерий оценки огнетуша-щей эффективности средств пожаротушения, отличающийся учетом вероятности гарантированного тушения пожара еще на стадии проектирования изделий противопожарного назначения.

6. Обоснован принцип создания шахтных автоматических систем пожаротушения, базирующийся на представлении подземного пожара как управляемой системы с определенными параметрами (температурой, тепловой мощностью, скоростью распространения по горной выработке), предопределяющими выбор способов и сочетания средств пожаротушения, обеспечивающих максимально возможную огнетушащую эффективность для каждого конкретного пожара.

7. Эспериментально доказана возможность истечения огнетушащего порошка из емкостей установок под давлением газообразных продуктов сгорания аэрозолей; установлены температурные условия псевдоожижения порошка и предотвращения его спекания при горении аэрозольобразующих зарядов. Научное значение работы заключается в следующем:

доказана возможность существенного повышения огнетушащей эффективности шахтных средств пожаротушения за счет использования совокупного огнетушащего эффекта, получаемого путем одновременного использования различных по физической природе огнетушащих составов, таких как: воздушно-механическая пена и аэрозоль, огнетушащий порошок и аэрозоль, воздушно-механическая пена и огнетушащий порошок. Установлено, что наиболее универсальной является комбинация огнетушащего порошка и воздушно-механической пены;

определена физическая сущность и исследованы закономерности тушения сложных подземных пожаров, в том числе при потенциальной угрозе взрывов метановоздушных смесей;

разработан метод оценки огнетушащей эффективности шахтных огнетушителей, новизна которого заключается в том, что он позволяет учитывать вероятность повторного воспламенения очагов пожара, особенно при одновременном горении веществ различного агрегатного состояния.

Практическое значение работы заключается в следующем:

разработаны способы и технические средства тушения сложных подземных пожаров, в том числе:

технология подавления очагов самонагревания и локализации возможных взрывов обрушенными горными породами в выработанном пространстве очистных забоев;

способ повышения эффективности дистанционного тушения пожаров за счет увеличения дальности подачи порошка по сети горных выработок; разработан комплекс технических средств повышенной огнетушащей эффективности - огнетушителей, передвижных и стационарных установок, автоматических систем, позволяющих тушить подземные пожары любого класса.

Апробация результатов диссертации. Основные результаты работы и материалы исследований докладывались и обсуждались на:

- б-й Всесоюзной научно-практической конференции "Горение и тушение пожаров" (Москва: ВНИИПО, 1979 );

- 19-й Всесоюзной конференции "Актуальные вопросы в физике аэродисперсных систем" (Одесса: Технический университет им. И.И.Мечникова, 1986 );

- Всесоюзной научно-технической конференции "Совершенствование способов борьбы с эндогенными пожарами" (Донецк: ВНИИГД, 1987 );

- Республиканском научно-техническом семинаре "Профилактика и тушение пожаров на объектах народного хозяйства" (Севастополь: Приборостроительный институт, 1988 );

- Республиканской научно-технической конференции "Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечивающих улучшение охраны труда и техники безопасности" (Свердловск: ВНТО цветной металлургии, 1989);

3-й Всесоюзной научно-технической конференции "Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро-и взрывозащита оборудования и сооружений" (Черкассы: ВНИИБХП, 1990 );

- Республиканской научно-технической конференции "Взрыво-безопасность технологических процессов" (Северодонецк: ВНИИБХП, 1992 );

1-й Международной научно-технической конференции "Проблемы экологического мониторинга и охраны труда" (Севастополь: НИИ аналитического приборостроения, 1993);

- Международном рабочем совещании по проблемам техники безопасности и охраны окружающей среды при подземной добыче угля (Польша: г. Щирк, Главный горный институт, 1994 );

- Международной конференции "Проблемы пожарной безопасности" (Киев: УкрНИИПБ, 1995 );

- 3-й Международной научно-технической конференции "Проблемы экологического мониторинга и охраны труда" (Севастополь: НИИ аналитического приборостроения, 1995 );

- Международной научно-практической конференции "Пути развития горноспасательного дела" (Донецк: НИИГД. 1997 );

- Международной научно-технической конференции "Охрана труда в подземных и открытых шахтах и рудниках" (Болгария: Варна, Научно-технический союз по горному делу, геологии и металлургии, 1998 ).

- Международной научно-практической конференции «Современные достижения в области рудничной вентиляции, кондиционирования шахтного воздуха, борьбы со взрывами метана и предупреждения эндогенных пожаров» (Польша: Щирк, Главный горный институт, 1999).

Реализация выводов и результатов работы. Основные научные положения работы вошли в отраслевые нормативно-технические документы, в том числе: параметры способа локализации взрывов метановоздушных смесей при пожарах в выработанном пространстве выемочных участков включены в «Рекомендации по безопасной отработке лав при наличии пожаров в выработанном пространстве». -Донецк: НИИГД, 1986 .- 95 е., «Руководство по подавлению очагов

самонагревания, расположенных в выработанных пространствах, путем ускоренного подвигания лавы»- Донецк: НИИГД, 1999.-15 е., а также в «Рекомендации по тушению подземных пожаров пеной в тупиковых горных выработках при потенциальной угрозе взрыва метановоздушной смеси»,- Донецк: НИИГД, 1990.- 19с.; «Рекомендации по применению пористых взрывопреградителей при ликвидации аварий». -Донецк: НИИГД, 1996 .- 8 с.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований по увеличению дальности подачи огнетушащих порошков по сети горных выработок вошли во «Временные рекомендации по дистанционному объемному тушению пожаров в забоях длинных тупиковых выработках за счет подачи порошка по технологическим трубопроводам»,- Донецк: НИИГД, 1992,- 24 е., а также -«Рекомендации по увеличению дальности подачи огнегушащего порошка за счет взаимодействия разнополюсных электрических зарядов порошкового факела и очага пожара».- Донецк: НИИГД, 1995,- 14 с.

Технология подавления очагов самонагревания и локализации взрывов в выработанных пространствах путем ускоренного подвигания лавы отрабатывалась в течение 1985... 1998гг. на шести шахтах Луганской, Донецкой и Днепропетровской областей. Способы и технические средства тушения пожаров, в том числе стационарные и мобильные установки внедрены на угольных предприятиях Украины и России. Автоматические системы типа САП-1 и их модификации серийно выпускаются НПО «Респиратор» для противопожарной защиты горных выработок, надшахтных зданий и сооружений, экскавационно-транспортного оборудования, а также вскрышных и добычных комплексов угольных разрезов России. Указанные системы находят также широкое применение для противопожарной защиты взрывоопасных объектов и технологических линий в других отраслях народного хозяйства. Результаты исследований внедрены в учебном процессе Донецкого центра по подготовке горноспасателей, а также используются конструкторами и научными сотрудниками НИИГД при разработке образцов новой техники и проектов противопожарной защиты шахт.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 50 печатных работ, получено 3 авторских свидетельства на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 7 разделов, заключения и содержит 299 страниц основного текста, 36 рисунков, 15 таблиц и список использованных литературных источников из 207 наименований. Автор признателен и благодарен проф., доктору техн. наук П.С.Пашковскому за постоянное внимание к работе и оказанную научно-прикладную консультативную помощь в процессе ее выполнения; проф., доктору техн. наук КЕ.Болбату за многолетнее содействие в выработке направлений исследований и координацию работ по проблеме тушения экзогенных пожаров и локализации взрывов метановоздушных смесей; сотрудникам лаборатории тушения подземных пожаров и надшахтных комплексов НИИГД, участвующих в выполнении исследований во взрывной штольне НИИГД и на экспериментальном полигоне.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основные положения теории возникновения и развития подземных пожаров разработаны в трудах А.А. Скочинского, В.Я. Балтайтиса, М.П. Зборщика,

B.В.Осокина, А.И. Козлюка, П.С. Пашковского, И.Е. Болбата, В.И. Саранчука,

C.Н. Осипова, получили свое дальнейшее развитие в работах Г.Г. Соболева, В.М. Жадана , Ю.М. Марковича, В.П. Чаркова, Г.В.Гриня, А.М. Кушнарева, ученых и исследователей России, Японии, Германии, Польши и других стран. Вместе с тем переход горных работ на более глубокие горизонты способствовал увеличению количества сложных и затяжных аварий из-за осложнения горнотехнических и горно-геологических условий, увеличения метанообильности угольных пластов. В связи с этим возросло количество пожаров, осложняющихся взрывами метановоздушных смесей. Ликвидация пожаров этого класса представляет собой сложную научно-техническую проблему и сопряжена с опасностью поражения горноспасателей ударной волной. Однако существующие представления об особенностях развития подземных пожаров и разработанные на их основе способы и средства пожаротушения не обеспечивают в полной мере решения этой проблемы.

Первая глава посвящена исследованию причин возникновения и развития подземных пожаров, а также анализу проблемы тушения сложных подземных пожаров. В ней сформулированы задачи исследования, а также обоснован основной принцип создания шахтных средств пожаротушения, базирующийся на представлении подземного пожара как управляемой системы с определенными параметрами (температурой, тепловой мощностью, скоростью распространения по горной выработке), предопределяющими выбор способов и сочетания средств пожаротушения, обеспечивающих максимально возможную огнетуша-щую эффективность для каждого конкретного пожара. Анализ причин возникновения и механизм развития пожаров в горных выработках изложен в работах А.Ф. Воропаева, Ю.М. Марковича. Так, горящую горную выработку, по мнению Ю.М. Марковича, можно представить как протяженный вентилируемый канал, часть периметра которого выложена слоем горючего материала, зажженного изнутри. Он предложил описывать процесс теплоотдачи газового потока горному массиву в виде критериальной зависимости

N11 = 0,278 Яе0'8. (1)

Зависимость средней скорости перемещения пожара по выработке Уп от скорости вентиляционного потока V предложена В.М. Жаданом в виде

V

уп =---. (2)

п 0,0111 +0,009V ^ '

Формула справедлива для скоростей воздушной струи в диапазоне 0,5...5,2 м/с.

Кроме того, скорость вентиляционной струи оказывает существенное влияние и

на температуру пожарных газов в очаге горения и по данным того же автора

может быть определена из выражения

То 0.00023 + 0.00065V ' (3)

Зависимости (1)-(3), описывающие динамику развития подземного пожара, необходимо учитывать при определении параметров шахтных установок пожаротушения. Известно также, что при пожарах в тупиковых выработках газовых шахт, как правило, нарушается нормальный режим проветривания ввиду остановки вентилятора местного проветривания или повреждения вентиляционных труб. При этом происходят сложные термодинамические процессы, которые по мнению Щербаня А.Н. приводят к увеличению в несколько раз метановыделе-ний при повышении температуры угольного массива всего на 1...2 °С. Сотрудниками НИИГД проанализирован информационный материал по ликвидации пожаров в горных выработках шахт СНГ и Украины за последние 30 лет. В результате анализа проб воздуха, отобранных на исходящих струях при пожарах в действующих выработках (в 20...300 м от очага пожара), установлено, что концентрация метана в пределах взрываемости наблюдалась в 218 из 1000 случаев. Поэтому наряду с тушением сложных подземных пожаров необходимо разрабатывать способы локализации возможных взрывов метановоздушных смесей.

Вопросам возникновения и распространения взрывов в горных выработках посвящены работы Балтайтиса В.51., А.А.Гурина, Н.Р.Шевцова, П.М. Петрухина, М.И. Нецепляева, В.Н. Качана, B.C. Сергеева, И.Ф. Ярембаша, A.M. Чеховских, В.М. Плотникова, С.Н. Осипова и других ученых.

Вместе с тем следует отметить, что взрывы пылегазовоздушных смесей, возникающие при тушении подземных пожаров в выработанных пространствах лав и тупиковых выработках, характеризуются определенной специфичностью. Во-первых, источником воспламенения взрывоопасной смеси является открытое пламя пожара. Во-вторых, как правило, взрывы возникают вблизи пределов взрываемости газо-воздушных смесей и при современном уровне контроля газовой обстановки пожарного участка вполне предсказуемы. В третьих, предупреждение взрывов пылегазо-воздушных смесей при тушении пожаров осложняется тем, что мероприятия по взрывоподавлению необходимо осуществлять в условиях повышенной температуры и задымленности рудничной атмосферы. В настоящее время отсутствуют научно обоснованные способы тушения таких пожаров. Не выяснена до конца возможность тушения очагов самонагревания в выработанных пространствах выемочных участков методом ускоренного отхода лавы и локализации возможных взрывов обрушенными породами кровли. Особая роль в системе противопожарной безопасности шахт отводится средствам активного тушения пожара - огнетушителям, стационарным и мобильным установкам, автоматическим системам сигнализации и пожаротушения. До недавнего времени разработка первичных средств пожаротушения велась без должного научного обоснования, а концепция создания автоматических систем пожаротушения вообще отсутствовала.

Необходимость научного обоснования вышеперечисленных нерешенных вопросов, а также поставленная цель, вытекающая из анализа состояния проблемы, определили необходимость решить следующие задачи:

1. Исследовать зависимость дальности подачи огнетушащего порошка от размера и величины заряда его частиц, напряженности собственного электрического поля пламени, а также скорости воздушной вентиляционной струи и разработать способ повышения эффективности дистанционного тушения пожаров тонкодисперсным порошком.

2. Исследовать особенности механизма локализации возможных взрывов мета-новоздушных смесей в выработанном пространстве лавы обрушенными породами кровли и разработать технологию подавления очагов самонагревания в выработанных пространствах очистных забоев методом ускоренного отхода лавы

3. Исследовать возможность получения синергического огнетушащего эффекта за счет использования различных по физической природе огнетушащих составов, таких как: воздушно-механическая пена и аэрозоль, огнетушащий порошок и аэрозоль, воздушно-механическая пена и огнетушащий порошок и обосновать параметры порошково-пенного тушения сложных подземных пожаров.

4. Изучить закономерности процесса истечения раствора пенообразователя из емкости огнетушителя под действием газов, образующихся при сгорании аэро-зольобразующих составов, а также исследовать влияние температуры газов на процесс генерирования пены для обоснования конструктивных параметры новых огнетушителей комбинированного действия.

5. Разработать метод оценки огнетушащей эффективности шахтных огнетушителей за счет учета вероятности повторного возгорания очагов пожара, особенно при одновременном горении веществ различного агрегатного состояния. Это позволит оценивать огнетушащую способность вновь разрабатываемых типов огнетушителей на стадии проектирования и сократить тем самым затраты на разработку новых изделий противопожарного назначения.

6. Исследовать закономерности истечения аэрозольно-порошковой смеси из сосуда под давлением, а также определить параметры технологического цикла работы аэрозольно-порошковой установки. Изучить влияние соотношения количества огнетушащего порошка и аэрозоля на огнетушащую эффективность установок комбинированного действия.

7. Сформулировать принцип и основные положения концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения, позволяющие обосновывать выбор средств противопожарной защиты для каждого конкретного объекта в зависимости от уровня его пожарной опасности. Это позволит повысить эффективность активного тушения пожаров в начальной стадии их развитая, предотвращая тем самым возможные материальные убытки угольных предприятий от изоляции горных выработок, содержащих дорогостоящее оборудование и подготовленные к выемке запасы угля.

Во второй главе приведены результаты теоретических исследований, направленных на повышение эффективности тушения сложных подземных пожаров, в том числе при потенциальной угрозе взрывов в тупиковых горных выработках и в выработанных пространствах лав, а также доказана возможность увеличения эффективной дальности транспортирования огнетушащих порошков по сети горных выработок. В основу математической модели увеличения дальности

транспортирования порошков положено дифференциальное уравнение Ньютона, описывающее движения частицы в воздушном потоке, конкретизированное для случая притяжения заряженной частицы пламенем за счет силы электростатического взаимодействия:

Л ""8 рУ'-и'> ~ 2 г2р^ ' \лргг <4>

где Ух - горизонтальная составляющая скорости частицы, м/с;

их - вертикальная составляющая скорости воздушного потока, м/с; 1 - время, с;

р - плотность огнетушащего вещества, кг/м3; р* - плотность продуктов горения, кг/м3; г- радиус частицы, м; Е - напряженность электрического поля пламени, В/м; q - заряд частицы порошка, Кл; т] - динамическая вязкость газовой среды, Па-с;

При этом установлено влияния силы электростатического взаимодействия между пламенем и аэродисперсной средой и получены зависимости, позволяющие определять значения дальности подачи порошка для случая незаряженных XI и заряженных Х2 частиц.

1бг3р2/ Р*Г р*г 70Г2

Х1=и*1-«-п ТТ ч1п(7Г(^0-их) + 1-—-(У0-их)е 2рг )

27р,Л (У0-их) 12ц \2г\ ; (5)

Х2 =—1п__^^

+ -4Ч (V +0,5р-д/0,25р2 - я") ^

При этом приняты следующие обозначения:

П - динамическая вязкость газовой среды, Па-с; их - эжектируемая струей порошка скорость газового потока, м/с; У0 - начальная горизонтальная скорость частицы, м/с; I - время, с.

Р=-• Ч~ 7 ' а~--

р*г' лр*г ' 8рг "

Как следует из расчетов, при прочих равных условиях, дальность фронта продвижения заряженных частиц превышает аналогичное значение для незаряженных частиц на 25...30 % , что позволит тушить пожары в выработках, протяженностью до 400...450м и расширить тем самым возможности порошковой техники.

Особую опасность представляют пожары, возникающие вследствие самовозгорания угля в выработанном пространстве лавы. Сложность тушения таких по

жаров обусловлена не только отсутствием подходов к очагу горения, но и возможностью создания взрывоопасной концентрации горючих газов. В последнее время НИИГД обоснована возможность подавления очагов самонагревания и локализации возможных взрывов методом ускоренного подвигания лавы. Однако до настоящего времени локализующие свойства обрушенных пород изучены недостаточно. В основу выполненных исследований положена гипотеза однородности структуры обрушенных пород кровли, образующих пористую проницаемую среду, отделяющую действующие выработки от пожара. Физическая картина процесса в упрощенном виде представляется следующим образом. При взрыве метановоздушной смеси в выработанном пространстве выделяется определенное количество энергии, обусловленное объемом и содержанием горючих газов, которые по мере расширения воздействуют на обрушенные породы. Энергия взрыва расходуется на преодоление сил трения и сопротивления обрушенных пород. В результате фильтрации взрывных газов через обрушенные породы кровли происходит гашение пламени и снижение давления во фронте взрывной волны. Эффективность подавления очага самонагревания методом отхода лавы зависит от горно-геологических и горно-технических условий и в первую очередь от места его расположения, свойств пород кровли, шага обрушения кровли, скорости подвигания очистного забоя, депресии выемочного участка. В свою очередь эффективность локализации возможных взрывов зависит от расстояния от забоя лавы (или действующей выработки) до эпицентра взрыва. Для практических целей важно знать характерный линейный размер породной полосы Ьр, гарантирующий гашение пламени взрыва и снижение давления во фронте волны ДРф до безопасной величины (0,006 МПа), регламентированной «Уставом ГВГСС по организации ведению горноспасательных работ». На основании вышеизложенного были выделены основные величины, характеризующие процесс локализации взрыва обрушенными горными породами. К ним отнесены: давление во фронте взрывной волны, степень заполнения выработанного пространства, ширина полосы обрушенных пород и их кус-коватость. Получено выражение, позволяющее определять степень снижения давления взрыва в виде:

Р,/Р0 = 11р/[1+(1+у)-1]к1 к2 Н, (7)

где Р1 - давление во фронте взрывной волны, МПа; Р0 - атмосферное давление, МПа; у - безразмерный показатель адиабаты; Ьр - расстояние от действующей выработки до очага пожара (ширина полосы обрушенных пород), м; К] - коэффициент заполнения выработанного пространства обрушенными породами, м"; кг - кусковатость обрушенных пород (средний диаметр фракций), м; Н - длина загазованного участка, м.

. В дальнейшем адекватность описания процесса с помощью данной зависимости проверялась на этапе проведения экспериментальных исследований. В третьей главе представлены результаты экспериментальной проверки рабочих гипотез и допущений, математических моделей и теоретических предпосылок. Экспериментальные исследования проведены на разработанных лабора-

торных установках и стендах с последующей проверкой и уточнением результатов в натурных условиях. Изложены основные положения разработанных новых способов тушения сложных пожаров при потенциальной угрозе взрывов метановоздушных смесей, которые защищены авторскими свидетельствами. На этапе натурных испытаний уточнялись количественные характеристики процесса тушения подземных пожаров, определялись размеры отклонений теоретических данных от опытных, оценивались пригодность теоретических зависимостей для описания исследуемых процессов. Методики проведения натурных испытаний базируются на результатах теоретических исследований. Процесс тушения пожара в тупиковой горной выработке с помощью воздушно-механической пены исследовался на лабораторной установке и в условиях штольни, представляющей собой горизонтальную выработку длиной 300 м, площадью поперечного сечения в свету 8,9 м2. Для создания реальных аварийных условий, в тупиковую часть штольни производили запуск метана, который накапливался до взрывоопасной концентрации. В этих условиях отрабатывался новый способ активного тушения пожара, заключающийся в последовательной дистанционной подаче огнетушащего порошка и воздушно-механической пены по горным выработкам. При этом огнетушащий порошок обеспечивает эффективное объемное тушение пожара, а воздушно-механическая пена охлаждает нагретые горные породы. Безопасность тушения пожара обеспечивалась за счет создания защитной пенной пробки определенной длины, гарантирующей эффективную локализацию взрывов метановоздушных смесей. При этом определялись следующие параметры тушения: производительность установки по пене и порошку, время непрерывной работы установки, дальность подачи порошка и продвижения пенного потока, степень перекрытия сечения выработки пеной, реологические характеристики пены, параметры взрывов метановоздушных смесей. Подача порошка и заполнение выработки пеной производилось с помощью порошково-пенной установки ППУ. Гидродинамические и реологические параметры пенного потока рассчитывали из условия тушения пожара и локализации возможного взрыва.

Выполненные исследования легли в основу разработки технологии комбинированного дистанционного объемного тушения пожаров в тупиковых горных выработках при потенциальной угрозе взрывов метано-воздушных смесей . Отработка технологии подавления очагов самонагревания и локализации взрывов в выработанном пространстве методом ускоренного отхода лавы проводилась в два этапа.

На этапе лабораторных исследований проверялась правомерность принятых гипотез и допущений об адиабатическом характере расширения взрывных газов в районе очага пожара, а также изучалось влияние гранулометрического состава горных пород на исследуемый процесс.

На этапе натурных испытаний уточнялись количественные характеристики процесса, оценивались размеры отклонений теоретических данных от опытных, определялась пригодность теоретических зависимостей для описания механизма гашения пламени и уменьшения давления во фронте взрывной волны. Методика проведения исследований базируется на результатах теоретических

исследований. Экспериментальные исследования проводились на ударных трубах и в условиях взрывной штольни. Ударная труба длиной 11,5 м закрыта с одной стороны толстостенным фланцем и состоит из отдельных секций диаметром 0,4 м. Труба оснащена тензометрическими датчиками давления, датчиками пламени пленочного типа, а также электрическим воспламенителем мета-но-воздушной смеси и пробоотборными устройствами. На заданном расстоянии от закрытого конца взрывной трубы из породы, гранулометрический состав которой, определяемый по показателю среднего диаметра фракций, составлял от 0,02 до 0,4 м выкладывалась пористая преграда шириной от 1,1 до 3.0 м. Приготовление взрывчатой метановоздушной смеси осуществлялось известным методом парциальных давлений. При этом объемное содержание метана во взрывной камере, вместимостью 160 л, составляло от 8 до 10 %. Последовательность выполнения экспериментов была следующей. Во взрывную камеру из баллона под давлением запускали "чистый" метан и создавали взрывчатую метановоздушную смесь предположительно стехиометрической концентрации. С помощью пробоотборников и интерферометра измеряли концентрацию метана на разных расстояниях от закрытого конца трубы. Включали инициатор взрыва (нихромовую спираль) и фиксировали показания осциллографа, по которым рассчитывали скорость распространения пламени и ударной волны. Подготовка экспериментов включала в себя возведение породной пробки с заданными геометрическими параметрами. В процессе подготовки экспериментальных исследований фиксировались следующие параметры: общая длина породной пробки, объем взрывной камеры, объемное содержание метана, куско-ватость породы, место расположения инициатора взрыва. Анализ результатов исследований, проведенных на ударных трубах, показывает, что обрушенные горные породы эффективно гасят взрывную волну и пламя взрыва бинарных газовых смесей и аэрогазодисперсных систем. При этом давление взрыва газовоздушной смеси за преградой длиной 3 м снизилось в 20 раз, а преграда длиной 2 м снизила давление во фронте взрывной волны при взрыве пылегазовоздушной смеси в 14,5 раза. Ударная волна в обоих случаях вырождается в волну сжатия, распространяющуюся с дозвуковой скоростью. При наличии воздушного зазора порядка 0,1...0,3 диаметра трубы интенсивность снижения давления резко сокращается и не превышает 3...4 раз. Пламя взрыва во всех экспериментах гасло в пределах пористой преграды и не воспламеняло пылегазовоздушную смесь за ней даже при наличии воздушного зазора в верхней части трубы, достигающего 0,1...0,2 ее диаметра. При больших зазорах наблюдался «проскок» пламени за зону преграды. Экспериментальные исследования, приведенные во взрывной штольне, показали, что в случае отсутствия защитной породной полосы (нулевая серия экспериментов), по выработке распространяется комплекс аэродинамических возмущений в виде ударной волны и фронта пламени. Давление во фронте волны в зоне распространения взрыва колеблется от 0,13 до 0,2 МПа . Характер нарастания давления по длине штольне показан на рис. 1, кривая 1.

Рис.1. Изменение давления во фронте волны по длине выработки: 1- взрыв в штольне без защитной породной полосы; 2,3- взрывы при ширине породной полосы соответственно 6 и 8 м;

4- взрыв в штольне при ширине полосы, равной Зм.

При этом пламя взрыва распространяется на расстояние 60...70 м. Наличие породной полосы в горной выработке изменяет характер формирования взрывного процесса. По мере расширения взрывные газы достигают породную полосу и начинают интенсивно на нее воздействовать. При этом энергия взрыва расходуется на выполнение работы по преодолению сил внутреннего трения и на перемещение породной полосы. Указанные процессы сопровождаются теплообменом между взрывными газами и породной полосой.

Очевидно, что взрывоустойчивость породной полосы обусловлена в первую очередь ее шириной, а во вторую - гранулометрическим составом породы. Во второй серии экспериментов ширина породной полосы была минимальной и равнялась 3 м. Гранулометрический состав породы, определяемый по показателю среднего диаметра фракций, составлял 0,3 м. В этом случае произошло полное разрушение породной полосы. При этом давление в тупиковой части выработки нарастало по сравнению с нулевой серией экспериментов (т.е. без породной пробки) до 0,07 МПа в течение 0,8 с. Скорость распространения пламени составляла 40 м/с, а длина распространения пламени 12 м (до породной полосы), что свидетельствует о том, что тепловая энергия взрыва была поглощена породой. Датчики пламени, расположенные за породной пробкой не зафикси-

ровали наличия теплового импульса, в отличие от нулевой серии экспериментов, когда пламя распространялось на 60...70 м от тупика. Непосредственно за породной пробкой давление взрывной волны достигало 0,05...0,06 МПа. Это говорит о том, что породная полоса не выполнила функцию редуцирования избыточного давления до безопасной величины. Развитие взрывного процесса продолжалось и максимум избыточного давления был отмечен за породной полосой (см. рис. 1, кривая 4).

Таким образом, наличие в горной выработке породной полосы шириной 3 м практически не влияет на характер формирования ударной волны. Логическим продолжением экспериментов было увеличение ширины породной полосы с целью увеличения ее взрывоустойчивости.

В третьей серии экспериментов ширина породной полосы составляла 6 м, гранулометрический состав пород, определяемый по показателю среднего диаметра фракций, был следующим: 30% - ¿1 ср = 0,03 м и 70 % - <1 ср = 0.16 м. При взрыве 100 м3 стехиометрической метановоздушной смеси происходило "запирание" взрывных газов в течении 1 с. При этом давление в тупиковой части выработки возросло до максимального значения Р = 0,195 МПа, после чего начало падать. Падение давления объясняется частичной подвижкой породной полосы и прорывом взрывных газов через нее. За породной полосой величина давления не превысила 0,035 МПа (рис. кривая 3).

Таким образом, породная полоса шириной 6 м полностью гасит пламя, а давление во фронте волны снижает в 6 раз по сравнению с параметрами, полученными в нулевой серии экспериментов.

Четвертая серия экспериментов была проведена в аналогичных условиях при ширине породной полосы 8 м, а гранулометрический состав породы, определяемый по показателю среднего диаметра фракций, составлял 0,4 м. В качестве закладочного- материала использовалась порода более мелкой фракции. Как показали осциллограммы, сдерживание взрывных газов в замкнутом объеме продолжалось в течение 1,1 с. Давление при этом достигало 0,2 МПа, после чего взрывные газы проникли за породную пробку, затрачивая свою энергию на преодоление сил внутреннего трения, нагрев и перемещения породы. Вследствие энергетических потерь давление взрывных газов за породной пробкой составляло 0,012 МПа, что почти в 3 раза ниже, чем в предыдущем опыте с Ьр = 6 м. Безопасного уровня давление в опыте № 4 (кривая 2) достигло на расстоянии 20 м от породной пробки.

Таким образом, натурные эксперименты подтвердили предположение о способности обрушенных пород гасить пламя и снижать давление до безопасного уровня. Проведенный комплекс лабораторных и натурных исследований позволил разработать научноьобоснованные рекомендации по использованию свойств обрушенных горных пород при ведении горноспасательных работ. В четвертой главе изложены теоретические предпосылки и результаты экспериментальных исследований по повышению эффективности тушения пожаров в начальной стадии развития за счет модернизации существующих и создания новых перспективных типов шахтных огнетушителей. Выполнена их комплексная оценка, а также изложены результаты разработки и испытания аэро-

зольно-пенного огнетушителя повышенной эффективности. Изложены теоретические основы создания комбинированных огнетушителей и результаты их практической реализации в конструкциях ранцевых и возимых первичных средств пожаротушения.

Современные шахтные огнетушители были классифицированы по виду огне-тушащего состава, его массе, виду энергоносителя.

Наиболее перспективными признаны огнетушители, которые комбинированно воздействуют на очаг горения ввиду их универсальности и высокой огнетуша-щей способности. При этом особый интерес представляет соединение комбинированных гомогенных и гетерогенных ингибиторов с порошковыми составами.

Порошково-пенные огнетушители в наибольшей степени удовлетворяют современным требованиям по огнетушащей способности. В основе сочетания указанных составов лежит идея резкого повышения огнетушащей эффективности традиционных средств пожаротушения за счет получения синергического эффекта путем соединения ингибирующих свойств порошка с изолирующей и охлаждающей способностью пены. Важным аспектом этих исследований является вопрос нахождения оптимального режима и последовательности подачи огнетушащих составов на очаг горения.

В настоящее время основным критерием, характеризующим технический уровень огнетушителей, является огнетушащая эффективность(способность), определяемая при тушении модельных очагов пожара классов А,В,С и Д, а также электрооборудования, находящегося под напряжением. Разработано большое количество показателей и методов оценки эффективности огнетушителей, учитывающих их стоимостные показатели и технические характеристики. Наиболее обоснован интегральный показатель предложенный В.В. Пивоваровым, однако этот показатель не учитывает вероятность повторного возгорания очага пожара, которая очень велика, особенно при одновременном горении материалов и веществ различного агрегатного состояния. Нами предложен уточненный показатель, который может быть использован для оценки эффективности огнетушителя на стадии проектирования:

Е РО) Рг

С +сэ > 00)

опт

где Е - огнетушащая способность, м2; Рг- безразмерный коэффициент гарантированного тушения; Р(Ч) - фактическое значение вероятности безотказной работы огнетушителя; С01ГГ - оптовая цена огнетушителя в грн; Сэ - затраты на эксплуатацию, грн. При тушении сложных подземных пожаров (например, класса А+В; В+С и др.) важное значение имеет время свободного горения до начала применения огнетушителей. Так, например, модельный очаг бензина 144В (4,5м2) после 3 мин свободного горения невозможно потушить с помощью двух порошковых огнетушителей типа ОПШ-Ю, так как после прекращения подачи огнетушащего порошка происходит повторное воспламенение бензина

от бортов противня, нагретых до температуры, превышающей температуру самовоспламенения паров горючего. В этом случае весьма эффективным является интенсивное охлаждение бортов противня пеной, обладающей высокой теплоемкостью.

Для адекватной оценки эффективности огнетушителей при тушении сложных пожаров введем понятие вероятности гарантированного тушения, т.е. тушения, при котором не происходит повторного воспламенения горючего, и охарактеризуем его безразмерным коэффициентом Рг. Значение данного коэффициента может изменяться от 0 до 1 и определяется путем статистической обработки накопленных экспериментальных данных. Как показали расчеты, эффективность порошково-пенного огнетушителя, характеризуемая значением интегрального показателя, превышает соответственно интегральные показатели пенного и порошкового огнетушителей соответственно на 18 и 35 %. Уравнение (10) позволяет оценивать эффективность существующих огнетушителей и научно обосновывать требования к техническим параметрам новых перспективных изделий противопожарного назначения, в том числе и комбинированного действия, например аэрозольно-пенных.

В конструкции нового аэрозольно-пенного огнетушителя впервые использованы твердотопливные газогенерирующие составы, представляющие собой механические смеси тонкоизмельченных компонентов горючего и окислителя с добавками присадок, придающих им необходимые огнетушащие свойства. При этом истечение раствора пенообразователя из корпуса огнетушителя происходит под действием газов, выделившихся при сгорании аэрозольобразующего состава. На рис. 2 представлено изменение температуры генерируемых газов во времени.

о

е-

со о.

Г

о. V с

г £

Время,с

Рис. 2. Изменение температуры генерируемых газов во времени. Кривая 1 характеризует процесс горения аэрозольобразующего заряда типа ПАС-47 без охлаждения, кривые 2, 3 и 4 - с различной степенью охлаждения.

Выполненные расчеты позволяют сделать вывод о том, что для интенсивного снижения температуры продуктов сгорания аэрозольобразующих зарядов, необходимо разрабатывать специальные охлаждающие устройства, либо совершенствовать химические составы. На рис. 3. представлены теоретическая (1) и экспериментальные (2,3) зависимости изменения давления газов во времени.

О 20 40 60

Время,с

Рис. 3. Изменение давления в корпусе огнетушителя во времени. Кривая 1-теоретическая; кривая 2 получена для состава ПАС-47, а кривая 3- для ПАС-10.

Полученный результат можно сформулировать в виде следующего утверждения: давление в корпусе огнетушителя существенно зависит от плотности аэро-зольобразующего заряда и возрастает по мере ее увеличения (см. рис. 3). Кривая 2 соответствует более высокой плотности заряда, чем в случае, описанном кривой 3.Разработанная нами конструкция теплообменника позволила снизить температуру генерируемых зарядом газов до 66°С и обеспечить устойчивый процесс пенообразования.

Зависимость кратности получаемой воздушно-механической пены от температуры генерируемых газов представлена на рис.4. Как следует из рисунка повышение температуры генерируемых газов негативно сказывается на процессе пенообразования, в результате чего уменьшается первоначальная кратность. В качестве огнетушащего вещества использовался 4 % раствор пенообразователя ПО-6К или другого ПАВ с аналогичными свойствами.

Запуск ГТУ производился при помощи ударно-спускового устройства, связанного с газогенерирующим аэрозольным зарядом ПАС-47 через капсюль-воспламенитель типа "жевело". В качестве оценочных критериев огнетушителя принимались следующие параметры: продолжительность подачи огнетушащего вещества; длина струи огнетушащего вещества; огнетушащая эффективность, а также работоспособность огнетушителя в целом.

к

Х40

1-го

юз во 60

«о

го

о

Рис.4. Зависимость кратности пены от температуры генерируемых газов.

В качестве модельных очагов пожара были выбраны модельные очаги ЗА и 113В в соответствии с методикой испытаний.

Разработанная конструкция огнетушителя отличается простотой, надежностью, а огнетушащая эффективность превышает в 1,7 раза аналогичный показатель для пенного огнетушителя типа ОП-Ю.

Исследования и разработка порошково-пенного огнетушителя комбинированного действия

На основании теоретических исследований и анализа существующих зарубежных конструкций огнетушителей комбинированного тушения был разработан огнетушитель, который выполнен в виде двух идентичных сосудов для порошка и пены, баллона со сжатым воздухом и гибких рукавов, один из которых снабжен пеногенератором, а второй - пистолетом-распылителем. Каждый из сосудов оборудован предохранительными клапанами, манометрами и сифонными трубками . В сосуде для порошка установлен также вспушиватель. Между баллоном и сосудами установлены обратный клапан, запорный вентиль и редуктор. Огнетушитель смонтирован на одноносной тележке с двумя колесами и снабжен опорной рамой, обеспечивающей его устойчивое положение. В ходе проведения экспериментальных исследований определялась огнетушащая способность огнетушителя комбинированного действия по тушению пожаров класса В.

Максимальный модельный очаг, который удалось потушить с помощью огнетушителя, соответствовал 640 В. При этом заряд огнетушащих составов - порошка и раствора пенообразователя составил соответственно 16кг и 16 л. Гидравлическая схема порошково-пенного огнетушителя представлена на рис. 6.

1-баллон; 2,6, 9,12,13-трубопроводы; 3,11-сосуды для порошка и раствора пенообразователя; 4,10- рукава; 5- пеногенератор; 7- редуктор; 8- пистолет-распылитель

Для выяснения причин повторного воспламенения дизельного топлива в ходе огневых экспериментов измерялась температура поверхности дизельного топлива при горении и температура бортов противня на уровне топлива. Измерение температуры производили термоэлектрическим способом, основанном на эффекте Зеебека. В качестве термопар были использованы термоэлектрические преобразователи - хромель-копелевые проводники (ТХК), а для измерения температуры (термо э.д.с.) - автоматический потенциометр типа КСП с записью температуры на ленточную диаграмму. Результаты измерений представлены на рис.7. При этом установлено, что прогрев бортов противня достигает 200...210 С, т.е соответствует температуре самовоспламенения его паров (210...220 °С), чем и обусловлено повторное возгорание очага пожара после прекращения его тушения. Вследствие применения порошка пламенное горение прекращается, но температура бортов противня практически не изменяется ввиду низкой теплоемкости порошка. Применение воздушно-механической пены позволяет резко снизить температуру поверхностного слоя топлива и бортов противня соответственно с 238 и 210 °С соответственно до 130 и 70 °С. В этом случае самовоспламенение паров топлива, а также их возгорание от нагретых бортов противня становится не возможным. Проведенные исследования позволили разработать тактику тушения пожаров класса В, заключающуюся в поочередной подаче порошка и пены на очаг горения. При этом огнетушащим порошком тушат пламенное горение, а пеной охлаждают борта противня.

Рис 7. Изменение температуры поверхностного слоя доегъгаго толгива(кривая1) и борга гропсня на уровне топг*ва(кривая2)

Пятая глава посвящена вопросам повышения эффективности тушения развитых пожаров. В ней приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований, направленных на совершенствование существующих и создание новых мобильных и стационарных шахтных установок пожаротушения с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

С этой целью был выполнен анализ технического уровня и обоснованы направления повышения огнетушащей эффективности шахтных мобильных и стационарных установок пожаротушения.

Анализ показал, что приоритетным направлением создания мобильных и стационарных шахтных средств пожаротушения следует считать создание универсальных установок комбинированного типа, способных тушить развившиеся подземные пожары всех классов. При этом весьма перспективными, на наш взгляд, являются такие комбинации огнетушащих составов, как порошок-пена, порошок-аэрозоль, порошок-вода, пена-аэрозоль.

Разработка новой высокоэффективной автономной порошково-пенной шахтной установки, предназначенной для противопожарной защиты приводных станций ленточных конвейеров была начата с теоретических исследований по определению возможности охлаждения приводных барабанов ленточных конвейеров воздушно-механической пеной.

В результате решения системы уравнений, описывающих процессы нагревания приводного барабана и охлаждения его пеной, получена зависимость, позволяющая определять необходимую массу пены М п:

М

_ [Р V ^Р У В - 8 1 а (Т , - Т р ) \

С п (т

ш а х

)

(13)

где : Р -сила трения при пробуксовке, Н; Т0 - начальная температура пары барабан-ленты, °С; Тв - температура окружающего воздуха,0 С; V - окружная скорость барабана, м/с; Б - диаметр барабана, м; Ттах - максимальная температура ленты, °С ; Г - коэффициент пробуксовки, О < { > 1, т - продолжительность пробуксовки барабана, с; В - ширина барабана (ленты ), м; 81 - свободная площадь поверхности, м2; Сп - удельная теплоемкость пены, (Дж/кгтрад); Мп - масса пены, кг; а - коэффициент теплоотдачи от вращающегося барабана к воздуху, (Вт/м2-град); V - угол обхвата барабана лентой, рад; Уравнение (13) позволяет рассчитать количество пены, необходимое для охлаждения приводных барабанов с учетом ее кратности в зависимости от степени прогрева барабанов для случая 100 % пробуксовки контактной пары барабан-лента.

Экспериментальные исследования по определению параметров порошково-пенной установки проводились на специально разработанном лабораторном стенде, в состав которого входит огнетушащая установка, а также приводная станция ленточного конвейера (рис.8).

Рис.8. Гидравлическая схема установки:

1- сосуд для порошка; 2- фильтр; 3-предохранительный клапан; 4- манометр; 5- вентиль; 6- обратный клапан; 7-запорный клапан; 8-пеногенератор; 9-порошковый распылитель; 10- приводной барабан; 11- сосуд для раствора пенообразователя; 12-редуктор; 13-баллон; 14-устройство ручного пуска

Установка состоит из двух сосудов соответственно для хранения огнетушащего порошка и раствора пенообразователя, механически соединенных между собой

общей рамой, а также запорно-пусковой арматурой с предохранительными и контрольными элементами. В качестве рабочего газа в установке используется сжатый воздух, заключенный в 20 литровом баллоне под избыточным давлением 15МПа. Через редуктор и запорные клапаны рабочий газ может подаваться при открытом устройстве пуска одновременно или последовательно в порошковую и пенную емкости, вместимостью 100 л каждая.

В качестве порошковых распылителей 9 использовались оригинальные устройства с регулируемой подачей порошка путем изменения сечения выходного отверстия. При этом применялся серийный огнетушащий порошок типа П-2АП. Пеногенерирующим устройством служил серийный малогабаритный пеногене-ратор типа ОВП-ЮО. Для получения воздушно-механической пены использовались водные растворы пенообразователя типа ПО-6К.

Экспериментальная огнетушащая установка была смонтирована в трех метрах от приводной головки ленточного конвейера 1Л100 на противоположной от редуктора и электродвигателя стороне (рис.9).

Рис.9. Схема расположения установки в пожарной штольне.

1-блок управления; 2-сосуд для порошка; 3- сосуд для раствора пенообразователя; 4-трубопроводы; 5,6-соединительная арматура; 7-пожарный извеща-тель; 8- пеногенератор; 9- пост управления кнопочный; 10- форсунка распылительная.

Конвейерный став длиной 25 м с приводом монтировался в экспериментальном штреке, сечением в свету 10 м2, закрепленном металлической арочной крепью с

деревянной затяжкой. Привод конвейера снабжен электродвигателем мощностью 32 кВт. При этом грузовая (набегающая) ветвь конвейерной линии крепилась наглухо к стопорному устройству, чем имитировалось заклинивание приводного барабана.

Сбегающая ветвь крепилась к натяжному динамометрическому устройству, позволяющему регулировать и регистрировать степень натяжения ленты в широких пределах (от 0 до 50000 Н). В рабочих поверхностях барабанов были предусмотрены технологические отверстия, в которые монтировались термоэлектрические хромель-копелевые термопары.

Эксперименты проводились по следующей методике. Включался двигатель и приводной барабан начинал вращаться и тереться о заклиненную ленту нагревая ее до температуры термодеструкции (350 и более °С). После воспламенения обкладок ленты включалась огнетушащая установка и на приводной барабан поочередно подавались огнетушащий порошок и воздушно-механическая пена. Изменение температуры обечайки барабана при охлаждении пенами различной кратности представлено на рис. 10. Кратность подаваемой пены варьировалась от 50 до 100 единиц.

о

■> 400 -,

300 250 200 150 100 50 0

Л 1 | ! 1

К и к= К 10

X Чч

| н 1

N 1

N ►

50 100

Время,с

150

О

Рис. 10. Изменение температуры обечайки барабана при охлаждении пенами различной кратности.

Проведенные эксперименты позволили сделать следующие выводы относительно конструктивных параметров установки.

Во-первых, для предотвращения воспламенения ленты температура обечаек приводных барабанов не должна превышать 270...280 °С (для испытанных типов лент). Во-вторых, наиболее эффективным сочетанием огнетушащих составов является комбинация огнетушащего порошка П-2АП и воздушно-механической пены кратностью 50. При этом продолжительность подачи огнетушащего порошка на очаг пожара должна быть не менее 10...12 с, а пены, соответственно- 80... 100с.

В-третьих, массовый расход огнетушащего порошка должен составлять 3...4 кг/с, а раствора пенообразователя соответственно -1...1.2 л/с. Перечисленные параметры лабораторной установки были учтены при разработке ТУ на серийное изделие. Опытная партия установок была выпущена в 1996г. НПО «Респиратор» (Луганским заводом «Горизонт»).

Для повышения эффективности тушения развитых пожаров создана принципиально новая шахтная 1000 кг порошково- аэрозольная установка повышенной эффективности.

Разработка установки была начата с теоретических исследований и обоснования модели ее функционирования. Принципиальное отличие установки заключается в том, что вытеснение огнетушащего порошка из емкости установки осуществляется за счет энергии газов, образующихся при сгорании аэрозольоб-разующего состава. Это является одним из путей дальнейшего повышения эффективности тушения пожаров за счет создания комбинированных огнетушащих составов, причем правильный подбор и количественное сочетание компонентов комбинированных составов обеспечивают их «синегизм», т.е. резкое повышение огнетушащей эффективности. Установлено, что тушение пожаров ог-нетушащим порошком с добавлением аэрозольобразующих составов заметно повышает огнетушащую эффективность первых и, кроме того, образующиеся при сгорании АОС газы можно использовать в качестве энергоносителя для вспушивания порошка и транспортирования его к очагу пожара. Это дает возможность полностью или частично отказаться в установках пожаротушения от применения баллонов, в которых содержится сжатый воздух под высоким давлением.

Для разработки модели функционирования установки необходимо знать закономерности истечения аэрозольно-порошковой смеси из емкости установки. Основываясь на известных зависимостях, описывающих процесс истечения порошка из сосуда под давлением, предложенных Дунюшкиным В.В., а также с учетом допущений об адиабатическом процессе тепломассобмена в баллоне со сжатым воздухом и уравнений горения аэрозрльобразующих зарядов получена следующую систему уравнений для описания работы установки:

с!Р V к

йх

сЩ (к

кр+8т-ит.Рт.гт

Кв"Тм

Тс,'\м-Рсм 246035(^+Ра)-°'576

Р

V. ау

кКсхДсм.

1 ¿±1

к X еслис;>0,528

0,579

если£< 0,528

-_ 2

Б =лЕ

т

4

— =и Р>) йт т 2

V (г)=V + [ 2У ' 20 '

<к

О Р,

СМ

т.

см

(ЯЗ)

с начальными

при т = 0 Р2 = Ра; У2 = V,,; 0 (14)

и граничными условиями (окончание работы происходит в момент тК[Ш): У2=Уе; шпв = Мп.

где: Р] - давление воздуха в баллоне вместимость V], Па; {- эффективная площадь сечения воздушного трубопровода, м2;

ц - коэффициент расхода; Укр =^/кЯвТ] • критическая скорость воздуха,

м/с; к =1,41 - показатель адиабаты для воздуха; Ив - газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг-°К); Т1 - абсолютная температура воздуха; °К;

Р,

ф(§) - функция Сен-Венана, характеризующая расход; ij = —-отношение

2

давлений в емкости установки и баллоне с воздухом; V0- начальный свободный объем в емкости, м3;

Sr- поверхность горения шашки аэрозольобразующего состава, м2; UT,v-коэффициенты скорости горения (безразмерные); ут - плотность образующегося аэрозоля, кг/м3; Zx - доля концентрированных продуктов сгорания; Р,

Рг=р2- - безразмерное давление в емкости установки; а

Ра-атмосферное давление, Па; рп- плотность порошка, кг/м3; а - коэффициент расхода выдачного отверстия; В - эмпирический коэффициент сопротивления трубной магистрали. Rem- газовая постоянная газо-воздушной смеси, Дж/(кг-К); Tjjl" температура газо-воздушной смеси в емкости установки, °К. Выдача порошка начинается с момента разрушения запорной мембраны, то есть при Рг = Рразр, где Рршр - давление разрушения мембраны, Па. Следовательно, необходимо ввести следующее условие:

а =

О, если Р. <Р ' 2 разр

309,6-ё2'7,еслиР >Р , (15)

2 разр

где (1 - диаметр выдачного отверстия установки, м.

Поскольку в установках пожаротушения используется аэроднище для предварительного вспушивания порошка, то включение аэрозольных зарядов должно происходить с некоторым запаздыванием после открывания баллона с воздухом. Вводим следующее условие:

St=

О,если т<тзаж (16)

8т(т)если т>тзаж,

где ТзаЖ- время включения зарядов, с.

Прекращение горения заряда фиксируется в момент, когда h(x) = L, где L - длина шашки аэрозольного заряда, м. Варьируя длину L одного заряда или количество шашек с фиксированной длиной можно менять время горения. Для расчета параметров работы установки сделано допущение, что Тсм ~ Ть то есть газы, образующиеся при сгорании АОС, охлаждаются при поступлении в емкость с ОП до температуры воздуха Т]. Воздух из баллона поступает в емкость установки через редуктор, настроенный на фиксированное давление, то есть Р] = Рред= const.

Система уравнений с начальными условиями (14) и ограничениями(15, 16) реализовалась на ЭВМ численно по методу Рунге-Кутта для каждого конкретного случая.

Экспериментальные исследования параметров функционирования и разработка конструкции шахтной 1000 кг передвижной порошково-аэрозольной установки повышенной огнетушащей эффективности (УПАА-1000) проводились на специальном стенде.

Стенд (рис.11) состоит из следующих основных блоков и узлов: сосуда с порошком 1, генератора аэрозоля 8, станции пожарной сигнализации 15, пускового блока 16, блока баллонов 20 и ленточного конвейера 27.

Сосуд с порошком 1 включает в себя емкость, аэроднище 2, вспушиватель 3, трубопровод воздушный 4, редуктор 5, предохранительный канал 6, манометр 7, трубопровод транспортный 29 и клапан выпускной 25.

Генератор аэрозоля 8 состоит из ряда идентичных секций, выходные патрубки которых соединены в один коллектор, снабженный манометром 7 и специальным предохранительным клапаном 6. Каждая секция генератора аэрозоля содержит рессивер 9, камеру охлаждения 10, камеру с аэрозольобразующим веществом 2, устройство поджига 12 (воспламенитель) аэрозольобразующего вещества. Каждая камера с аэрозольобразующим веществом состоит из 5 шт. аэрообразующих зарядов, включающих в себя : ресивер, крышку-сетку, охладитель аэрозоля, корпус, перегородку, аэрозольобразующий состав, контактный провод и воспламенитель.

В состав станции пожарной сигнализации 15 входят собственно станция, блок переключателей 14 (манипулятор) и сигнальный шлейф с датчиками 23. В состав ленточного конвейера 27 входят: камера для сбора порошково-аэрозольной смеси 24, клапан выпускной 25 и распылительные форсунки 26.

Анализируя результаты экспериментов по определению оптимального соотношения порошковой компоненты и аэрозольной составляющей в огнетушащей смеси, можно прийти к следующим выводам:

введение аэрозольной компоненты в огнетушащий порошок примерно на 40...50 % повышает огнетушащую эффективность тушения пожаров класса А, в том числе и конвейерной ленты;

В аварийных условиях необходимые параметры работы установки могут быть определены из графиков представленных на рис.8.

В результате проведения исследований установлено, что рациональное соотношение масс порошка и аэрозоля составляет 10 к 1, а огнетушащая эффективность установки возрастает при этом на 40-50 %. Разработанная новая аэро-зольно-порошковая 1000 кг шахтная установка типа УПАА-1000 предназначена для замены морально устаревшей серийной установки УПШ-ЮОО, не отвечающей современным требованиям в части огнетушащей эффективности. Стендовые и натурные испытания установки УПАА-1000 подтвердили ее надежность и высокую огнетушащую эффективность.

Шестая глава посвящена вопросам разработки концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения.

В основу концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения положен принцип мониторинга окружающей среды, основанный на непрерывном контроле ее параметров и сравнения их с регламентированными величинами с целью выработки управляющего сигнала на включение установки пожаротушения.

Основным параметром, контролируемым шахтными системами пожаротушения является температура. Контроль осуществляется с помощью тепловых шахтных пожарных извещателей, назначение которых - сигнализация о повышении температуры воздуха в защищаемой горной выработке. Кроме тепловых пожарных извещателей в комплект шахтных автоматических систем могут входить дымовые датчики различной конструкции. Применение светочувствительных пожарных извещателей в подземных условиях весьма проблематично ввиду высокой влажности и запыленности шахтного воздуха, снижающих чувствительность датчиков. Одним из важных аспектов создания шахтных автоматических систем пожаротушения является научное обоснование выбора типа и конструкции пожарного извещателя в зависимости от его назначения и условий применения. При этом определяющим фактором являются параметры подземного пожара, которые в свою очередь зависят от величины горючей загрузки, вида горючего материала, скорости вентиляционной струи, количества воздуха, поступающего в аварийную выработку и.т.д.

Знание величин этих параметров, а также характера их изменения во времени, необходимо для определения таких характеристик системы пожаротушения, как инерционность срабатывания, запас огнетушащего вещества, размер защищаемой зоны, время непрерывной работы.

В соответствии с теорией развития подземного пожара, представим на рис.12, график изменения температуры свободно развивающегося подземного пожара в горной выработке и наложим на него параметры системы пожароту-

ения. На графике т а!Г - время, характеризующее инерционность датчиков ггнализашш; т шд - время, необходимое для подготовки автоматической сис-:мы к началу работы. Эта величина складывается из времени, необходимого 1 срабатывание пускового устройства, заполнения емкости с огнетушзщим яцеством сжатым воздухом, до давления, необходимого для разрыва пусковой ембраны, времени течения воздушно-порошковой струи по распределитель-эму трубопроводу.

Т,°с

Рис 12 .Изменение температуры пожарных газов в экспериментальной штольне

Сумма указанных времен и составляет инерционность системы в целом, с стаи - время, за которое пожар в горной выработке переходит из режима неустойчивого горения в стационарную фазу.

Из графика следует, что применение автоматических систем будет тем эффективнее, чем меньше их инерционность то есть, чем меньше время свободного развития пожара до начала его тушения. В случае перехода пожара в стационарную фазу применение автоматических систем становится не целесообразным.

Кроме того, на стадии проектирования систем противопожарной защиты конкретного шахтного объекта перед разработчиками встает целый ряд вопросов: какой вид ошетушащего вещества или их комбинацию нужно применить, каким должен быть тип исполнения системы (обычный или взрывозащшценный), каковы допустимые габариты, масса и стоимость системы. Ответы на эти вопросы дает блок-схема выбора типа шахтной автоматической установки для каждого конкретного шахтного объекта, которая представлена на рис.13. Данная схема позволяет обосновать выбор типа и параметров шахтных автоматических установок и систем пожаротушения.

Рис. 13. Блок-схема выбора типа автоматической установки

Не смотря на довольно широкий арсенал современных шахтных систем пожаротушения, их структуру можно свести к единой несложной блок-схеме, включающей подсистему контроля параметров среды, а также подсистему пожаротушения, состоящую из емкости для хранения огнетушащего вещества, запор-но-пусковой арматуры, распределительного трубопровода с распылителями, а также вспомогательных контрольно-измерительных устройств и приспособлений для заправки и технического обслуживания системы. Наиболее универсальными с точки зрения тушения различных классов подземных пожаров являются порошковые системы, способные эффективно ликвидировать пожары классов А, В, С, а также возгорание элекрооборудования, находящегося под напряжением до 1140В. В состав системы, как правило, входят: автоматическая установка пожаротушения типа АУПП (или ее модификации) с пусковыми блоками (механического или электрического включения),световыми и звуковыми сигнализаторами, распределительными трубопроводами перфорирован-

ными или с форсунками-распылителями, станция пожарной сигнализации типа СЦ-1, СЦ-2, СП ( или их модификации) с комплектом пожарных тепловых или дымовых извещателей, шлейфами сигнализации и коммутирующими элементами. Работают системы порошкового пожаротушения следующим образом. При пожаре в защищаемой зоне срабатывает ближайший к источнику возгорания пожарный извещатель, электрический сигнал от которого поступает на станцию пожарной сигнализации, которая включает световой и звуковой сигналы тревоги и начинает выполнять логическую оценку поступившего импульса, определяя его величину и природу происхождения. При этом станция проверяет целостность шлейфов, соединяющих между собой извещатели, определяет наличие в их цепи тока короткого замыкания, целостность извещателей и «высвечивает» результаты диагностики на контрольной панели. В случае срабатывания второго извещателя станция вырабатывает управляющий электрический сигнал для запуска установки пожаротушения. Запуск автоматических установок осуществляется с помощью пусковых устройств (блоков), конструкция которых определяется назначением системы.

Логическая обработка сигналов, поступающих от пожарных извещателей, производится станцией СЦ. Огневые испытания разработанных систем типа САП и установок типа АУПП, проведенные в шахтных показали их высокую эффективность и надежность. При этом инерционность срабатывания датчиков составляет 8...28 с в зависимости от температуры в очаге пожара, а инерционность срабатывания установок соответственно 9... 15 с. Одним порошковым модулем установки был потушен очаг пожара 114В по классификации УкрНИ-ИПБ, что

в два раза превышает аналогичный показатель для автоматических установок типа ОПА-ЮО.

В седьмой главе представлена оценка экономического эффекта от внедрения результатов диссертационной работы.

1. Экономический эффект от внедрения способа ускоренного отхода лав по четырем шахтам Донецкой и Луганской областей в течение 1981... 1987гг. составил 2 млн. 658 тыс. руб. (в ценах1986г.).

2. Годовой экономический эффект от производства и использования новых средств горноспасательной техники долговременного применения с улучшенными качественными показателями рассчитывался по методике НИИГД.

Факторами экономической эффективности от применения новой техники являются: повышение огнетушащей эффективности, снижение массы, уменьшение числа проверок технического состояния, связанного с проверкой наличия воздуха в баллоне, увеличение срока службы за счет замены баллона генератором аэрозоля (срок службы которого не менее 10 лет).

С учетом годовой потребности угольной отрасли (50 тыс. огнетушителей) расчетный экономический эффект от внедрения огнетушителей ОАП-Ю составил Эг = 1 млн. 419 тыс. грн.

При расчете годового экономического эффекта от создания и применения

аэрозольно-порошковой 1000 кг установки УПАА-1000 в качестве базовой техники для расчета принята установка УШП-1000, выпускаемая Луганским заводом «Горизонт». Фактором экономической эффективности от применения новой техники является увеличение ее огнетушащей способности. С учетом годовой потребности отрасли (100 установок) расчетный экономический эффект составил Эг = 910600 грн.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано теоретическое обобщение и решение актуальной научно-технической проблемы, заключающейся в раскрытии особенностей развития подземных пожаров, определении свойств и рационального сочетания огнету-шащих веществ, материалов и составов для разработки способов и технических средств порошкового, пенного и комбинированного пожаротушения, обеспечивающих эффективное и безопасное тушение сложных подземных пожаров. Выполненные исследования позволили расширить представления об особенностях локализации и тушения сложных подземных пожаров и выявить целый ряд новых факторов, способствующих повышению эффективности воздействия технических средств на очаг горения.

Основные научные и практические результаты работы сводятся к следующему.

1. Впервые теоретически обоснованна и экспериментально подтверждена возможность значительного увеличения дальности транспортирования огнетуша-щих порошков по сети горных выработок к очагу пожара за счет использования кулоновской силы притяжения разноименно заряженных аэродисперсных частиц порошка и пламени, обладающего собственным электрическим полем. Выполненными исследованиями доказано, что эффективная дальность тушения может быть увеличена на 25...30 %. По результатам исследований разработаны «Рекомендации по увеличению дальности подачи огнетушащего порошка за счет взаимодействия разнополюсных электрических зарядов порошкового факела и очага пожара», которые предназначены доя использования оперативными подразделениями ГВГСС.

2. Впервые исследованы взрывогасящие свойства обрушенных горных пород при пожарах в выработанном пространстве лав. Разработана физическая модель процесса гашения взрыва обрушенными горными породами и дано ее математическое описание. Показано, что в результате дренирования взрывных газов через обрушенные горные породы происходит редуцирование давления и гашение пламени во фронте взрывной волны. Получено выражение, позволяющее определять необходимую ширину защитной породной полосы в зависимости от параметров возможного взрыва и гранулометрического состава обрушенных пород. Выполненные исследования легли в основу разработки «Рекомендаций по отходу лав при пожаре в выработанном пространстве» и «Руководства по подавлению очагов самонагревания, расположенных в выработанных пространствах, путем ускоренного подвигания лавы». Технология локализации очагов самонагревания и возможных взрывов метановоздушных смесей в выработанном пространстве лавы отработана на шахтах «Кременная» ГХК «Ли-

сичанскуголь», «Краснокугская» ГХК «Донбассантрацит», Южно-Донбасская №3 ГХК «Донуголь», «Днепровская» ГХК «Павлоградуголь».

3. На основе комплексной оценки технического уровня шахтных огнетушителей обоснованы направления повышения их огнетушащей эффективности. Наиболее перспективным является создание огнетушителей комбинированного действия, позволяющих использовать одновременно огнетушащие вещества и составы, обладающие различными физико-химическими свойствами, обеспечивающими «синергизм огнетушащего эффекта». Разработаны новые перспективные типы огнетушителей: 10 кг аэрозольно-пенный, 16 кг ранцевый и 40 кг возимый порошково-пенный огнетушители. Показано, что огнетушители комбинированного действия обладают повышенной на 50-60 % огнетушащей эффективностью и способны тушить пожары классов А, В, С, Д и возгорания электрооборудования, находящегося под напряжением до 1140 В. Разработаны методики расчета конструктивных и технологических параметров огнетушителей комбинированного действия. Разработанные огнетушители нашли широкое применение не только на предприятиях Минуглепрома Украины, но и в системе противопожарной защиты кораблей ВМФ Украины и России.

4. В диссертационной работе также решена задача повышения огнетушащей эффективности шахтных передвижных и стационарных установок пожаротушения. Так, на основании результатов теоретических и экспериментальных исследований процессов развития пожаров в выработках, оснащенных ленточными конвейерами, была разработана автоматическая порошково-пенная установка типа УПП-2, которая успешно прошла приемочные межведомственные испытания. Широкое применение таких установок позволит существенно повысить уровень противопожарной защиты ленточных конвейеров за счет обеспечения возможности тушения пожаров в начальной стадии развития.

5. Для повышения эффективности тушения развитых пожаров разработана новая 1000 кг порошково-аэрозольная шахтная установка. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований найдено оптимальное сочетание порошковой и аэрозольной компонент, обеспечивающих повышение эффективности тушения пожаров на 40 % по сравнению с известными аналогами. В промышленных условиях отработаны оптимальные режимы работы установки.

6. Разработаны основные положения концепции создания шахтных автоматических систем пожаротушения. Для повышения эффективности противопожарной защиты надшахтных поверхностных комплексов, зданий и сооружений, а также пожароопасного горно-шахтного оборудования, машин и механизмов, созданы новая шахтная автоматическая система пожаротушения типа САП-1 и ее модификации. На основе комплексного подхода разработана концепция создания современных шахтных автоматических систем, основанных на принципе мониторинга окружающей среды. Разработан алгоритм выбора типа автоматической системы пожаротушения для каждого конкретного случая, обоснован выбор основных параметров системы. Экспериментальные исследования и натурные испытания показали надежность и подтвердили высокую эффективность таких систем. Разработана методика расчета параметров шахтных автоматических ус-

тановок, входящих в состав системы противопожарной защиты объектов, а также методика определения огнетушащей эффективности шахтных автоматических систем пожаротушения. Указанные системы широко применяются сегодня на предприятиях угольной промышленности и других отраслях народного хозяйства Украины, России и других стран СНГ.

Выполнена оценка экономической эффективности от внедрения результатов диссертационной работы.

Содержание диссертации изложено в следующих основных печатных работах, опубликованных в специальных научных изданиях :

1 .Булгаков Ю.Ф. Технический уровень современных средств и способов тушения пожаров в шахтах, опасных по газу и пыли // Уголь Украинн.-1999.-№ 12,- С.57-62.

2. Булгаков Ю.Ф. Повышение эффективности шахтных мобильных средств пожаротушения // Уголь Украины. - 1998. -№ 10,- С. 53-55.

3. Холодов В.П., Чарков В.П., Булгаков Ю.Ф., Черных A.B. Аварийно-спасательные работы при пожарах в длинных тупиковых выработках//

Уголь Украины,- 1996.-№ 5-6,- С.52-55.

4. Булгаков Ю.Ф., Чарков В.П., Радышев В.И. Автоматические системы пожаротушения и сигнализации для добычных комплексов угольных разрезов // Уголь Украины,- 1992,- Ш1.-С.36-38.

5. Автоматические порошковые системы пожаротушения /Ю.Ф. Булгаков// Горноспасательное дело: Сб. науч.тр./НИИГД.-Донецк,1999.-С. 51-57.

6. Классификация, комплексная оценка и пути повышения эффективности шахтных огнетушителей / Ю.Ф. Булгаков // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. НИИГД.-Донецк, 1998,- С.40-46.

7. Влияние электрического заряда частиц порошка на его огнетушащие свойства /Булгаков Ю.Ф., Каледин Н.В., Дикенштейн И.Ф. //Пути развития горноспасательного дела: Сб. науч. тр. НИИГД,- Донецк, 1997,- С.89-90.

8.Пожарная безопасность горных выработок, оборудованных

ленточными конвейерами / Чумак A.C., Булгаков Ю.Ф. // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД,- Донецк, 1996,- СЗ-6.

9. Модель расчета параметров аэрозольно-порошковой установки пожаротушения / Булгаков Ю.Ф., Дикенштейн И.Ф.,Булгаков В.В., Парахина Е.А. // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. НИИГД.- Донецк, 1994,- С. 70-76.

10. Определение параметров мембранной газоразделительной установки для инертизации атмосферы пожарных участков / Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Толмачева A.JI., Бутко А. Н. // Горноспасательное дело: Сб. науч. трудов НИИГД,- Донецк, 1989,-С. 84-87.

11. Газоразделительные мембранные модули для инертизации атмосферы пожарных участков / Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Сердюк Г.А., Толмачева АЛ. // Горноспасательная техника и противопожарная защита шахт: Сб. науч. трудов НИИГД,- Донецк, 1988,- С.74-77.

12.Предупреждение взрывов пылегазовоздушной смеси при пожаре в выработанном пространстве / И.Е. Болбат, B.C. Сергеев, B.C. Рыжков, Ю.Ф. Булгаков // Совершенствование способов борьбы с эндогенными

пожарами: Сб. науч. трудов НИИГД.- Донецк, 1987.-С.116-117.

13. Булгаков Ю.Ф. Экспериментальное определение огнетушащей способности порошково-пенного огнетушителя // Изв. Донецкого горного института.- 1999, -№3,С. 35-38.

14. Булгаков Ю.Ф. Решение проблемы сохранения топливно-ресурсного и энергетического потенциала Донецкой области // Изв. Донецкого горного института. - 1999, - № 4 С. 41-46.

15. Локализующие свойства обрушенных пород при пожарах в выработанном пространстве/ Левашов A.A., Булгаков Ю.Ф., Бутко А.Н., Жирный Ю.А. // Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. научно-техн. сб. - Киев, 1991,- «Тэхника»,- № 89,- С. 89-93.

16.Взрывогасящая эффективность газообразных флегматизаторов при тушении пожаров / Сергеев B.C., Булгаков Ю.Ф.. Рыжков B.C., Бутко А.Н.// Разработка месторождений полезных ископаемых:

Респ. межвед. науч.-техн. сб.- Киев, 1990,- «Тэхника».- №86 .- С. 99-103.

17. Принципы создания безопасных условий отработки лав при наличии пожара в выработанном пространстве / Левашев А.Л., Булгаков Ю.Ф. и др.- Москва, 1989 // РЖ «Горное дело» .-1990,- №8.

18. Влияние электрического заряда частиц порошка на его огнетушащие свойства / Каледин Н.В., Булгаков Ю.Ф., Дикенштейн И.Ф. // Сб. тр. УкрНИИПБ: «Проблемы пожарной безопасности» , Киев,- 1995.- С. 149-150.

19. A.C. № 1613646 СССР. Способ локализации взрывов газов и пыли в шахтах / Сергеев B.C., Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Левашев А.Л., Бутко А.Н.-Опубл. в Б.И., 1990., №46.

20. A.C. № 1518542 СССР. Способ локализации взрыва пылегазовоздушной смеси при пожаре в выработанном пространстве / Булгаков Ю.Ф.,

Левашев А. Л., Жирный Ю.А., Бутко А.Н.- Опубл. в Б.И., 1989., № 40.

21. Параметры истечения раствора пенообразователя из корпуса аэрозольно-пенного огнетушителя / Ю.Ф. Булгаков // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр.// НИИГД.- Донецк, 1999,- С. 57-62.

22. Совершенствование способа тушения пожаров в тупиковых горных выработках / Ю.Ф. Булгаков, И.Ф. Дикенштейн, Д.В. Докукин // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. НИИГД,- Донецк 1998,- С.51-56.

23. Пожароопасность длинных тупиковых вырарботок /A.B. Черных, И.Ф. Дикенштейн, Ю.Ф. Булгаков // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр./ НИИГД.-Донецк, 1998,- С.66-68.

24. Основные принципы системного подхода к обеспечению безопасности и эффективности тушения экзогенных пожаров в угольных шахтах/ Ю.Ф. Булгаков //Горноспасательное дело: Сб. науч. тр./ НИИГД,- Донецк, 1998,- С. 36-40.

25.Требования к шахтным автоматическим установкам и системам пожаротушения/ Ю.Ф. Булгаков // Горноспасательное дело: Сб.науч. тр. НИИГД.- Донецк, 1998,- С. 46-51.

26. Bulgakov Yu. F. Efficiency of localization of methane-air mixture explosions by foam locks during fighting the fires in blind drifts // The 28 ft International Conference of the Safety in Mines Research Institutes: Proceeding of the Con-

ferens. Vol. 1, Sinaia, 7-11 June, 1999.- Petrosani (Romonia): National Institute for Mining Safety and explosion Protection 1999,- P.I 1-19.

27. Bulgakov Yu. F. Experimental investigation of explosion- suppression properties of gob rocks under laboratory and mine conditions // Conferens proceeding of International Conference, Poland, Central mining institute, 1999,-pp.84-91.

28. Дистанционные объемные методы порошково-пенного пожаротушения /Булгаков Ю.Ф., Чарков В.П., Король А.А.//Пути развития горноспасательного дела: Сб. научн. трудов НИИГД,- Донецк, 1997,- С.91-93.

29. Затухание пламени в электрическом поле / Булгаков Ю.Ф., Дикенштейн И.Ф., Осадчий А.В. // Пути развития горноспасательного дела: Сб. науч.трудов НИИГД.- Донецк, 1997,- С.90.

30. Булгаков Ю.Ф., Каледин Н.В., Чарков В.П. Современные средства и способы тушения экзогенных пожаров //Пути развития горноспасательного дела: Сб. науч. трудов НИИГД,- Донецк, 1997,- С. 80-81.

31. Булгаков Ю.Ф., Филимонов С.Г., Паращевин В.Ф. Порошково-пенный ранцевый огнетушитель для тушения пожаров в начальной стадии развития // Пути развития горноспасательного дела: Сб. науч. трудов НИИГД,- Донецк, 1997.-С.88-89.

32. Локализация взрывной волны в пределах добычных участков/

Булгаков Ю.Ф., Сергеев B.C., Левашев А.Л. // Взрывобезопасность технологических процессов: Сб. тр. научн.-техн. конф. НИИБТХ.-Северодонецк, 1992,-С.72-73.

33. Принципы создания безопасных условий отработки лав при наличии пожара в выработанном пространстве Левашов А.Л., Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Бутко А.Н. // Физ,- техн. способы и процессы разработки и обогащения полезных ископаемых.-М.,1989.- С. 75-76.

34. Современные средства и способы тушения экзогенных пожаров/ Каледин Н.В., Булгаков Ю.Ф.// Тр. рабочего совещания по проблемам техники безопасности и охраны окружающей среды при подземной добыче угля.-Польша.-Щирк, 1994,- С.112-116.

35. Средства локализации взрывных волн в горных выработках угольных шахт /Сергеев B.C., Шецер Г.М., Богатырев В.Г., Булгаков Ю.Ф. // Разработка месторождений полезных ископаемых: Респ. межвед. научн.-техн. сб.- Киев, 1986.-«Тэхника».-№ 74,- С.94-99.

36. Исследование реологических свойств воздушно- механической пены / Чарков В.П., Шецер Г. М., Булгаков Ю.Ф., Засевский В.П.// Сб. науч. тр. ВНИИ-ПО,- Москва, 1979.-№6,- С. 26-29.

37. Обеспечение взрывобезопасных условий выемки угля при пожарах в выработанном пространстве очистных забоев / Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Сергеев B.C., Левашев А.Л. // Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрывозащита оборудования и зданий: Сб. науч. трудов НИИТЭ-ХИМ,- Черкассы, 1990,- С. 89-90.

38. Аналитическое решение задачи гашения взрыва метано-воздушной смеси пеной / Булгаков Ю.Ф. , Толмачева А.Л. // Взрывобезопасность технологиче-

ских процессов, пожаро-и взрывозащита оборудования и зданий: Сб. тр.науч,-техн. конф. НИИТЭХИМ,- Черкассы, 1990,- С.121-123.

39. Экологически чистый способ тушения пожаров электрическим полем / Каледин Н.В., Булгаков Ю.Ф. И Тр. 4-й Международной науч.- техн. конф. «Проблемы охраны труда»,- Севастополь, НИИ аналитического

приборостроения, 1996,- С. 64-65.

40. Современные средства и способы тушения экзогенных пожаров/ Ю.Н. Ющенко, Ю.Ф. Булгаков, A.B. Егоров // Тр. Международной научн.прак. конф. «Охрана труда в подземных и открытых шахтах и рудниках»,-Болгария, Варна, 1998,- №2,- С.118-121.

41. Экспериментальные исследования процесса гашения взрыва метано- воздушной смеси пеной / Булгаков Ю.Ф., Сергеев B.C. // Взрывобезопасность технологических процессов, пожаро- и взрыво

защита оборудования и зданий : Сб. тр. науч.-техн. конф. ВНИИТБХП, Северо-донецк, 1990,- С.120-121.

42. Модель локализации взрывных волн воздушно-механической пеной / Коз-люк А.И., Булгаков Ю.Ф., Шецер Г.М., Оленица А.Г.-

М.: ЦНИЭИуголь, 1986,- 5с.

43. Применение мембранных модулей для инертизации атмосферы пожарных участков /Сергеев B.C., Жирный Ю.А., Булгаков Ю.Ф.// Профилактика и тушение пожаров на объектах народного хозяйства : Тез. докл. Респ. научно-

техн.семинара.- НИИ аналитического приборостроения, Севастополь, 1988,-С,71-72.

44. Автоматическая система подавления взрывов пылегазовоздушных смесей в шахтах /Булгаков Ю.Ф., Жирный Ю.А., Сергеев B.C.// Тез. докл. Респ. научно-техн. семинара.-1991,- С.44-45.

45. A.C. № 1268741 СССР. Способ локализации взрывов газов при тушении подземных пожаров в тупиковых горных выработках / Булгаков Ю.Ф., Козлюк А.И., Чарков В.П., Шецер Г.М.- Опубл. в Б.И., 1986г., №41.

46. Булгаков Ю.Ф. Экологически чистый способ тушения пожаров воздушным потоком // Тр. 4-й Международной научно-техн.конф. «Проблемы охраны труда».- Севастополь, НИИ аналитического приборостроения,- 1996,- С.63-64.

47. Булгаков Ю.Ф. Повышение безопасности тушения пожаров в шахтах, опа-ных по газу и пыли // Тр.науч.-техн.конф. «Разработка и внедрение новых средств и способов, обеспечивающих улучшение охраны труда и техники безопасности », Свердловск,- 1989,- С. 49-50.

48. Булгаков Ю.Ф. Концепция создания шахтных автоматических систем противопожарной защиты // Тр. науч.-практ. конф. «Пожежна безпека-99», Черкасский институт пожарной безопасности, Черкассы,- 1999,- С.б-11.

49. Булгаков Ю.Ф. Результаты испытаний порошково-пенной установки автоматического тушения пожаров // Вестник СевГТУ: Механика, Энергетика, Эко-логия.-1999.-С. 56-59.

50. Каледин Н.В., Булгаков Ю.Ф. Научные исследования в области противопожарной защиты шахт // Вестник СевГТУ: Механика, Энергетика, Экология.-1999,- С. 43-48.

АННОТАЦИЯ

Булгаков Ю.Ф. Разработка способов и средств порошкового и пенного тушения сложных подземных пожаров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.26.01- охрана труда. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы, заключающейся в раскрытии особенностей развития подземных пожаров и разработке способов и технических средств порошкового, пенного и комбинированного пожаротушения. В диссертации доказана возможность существенного повышения огнетушащей эффективности шахтных средств пожаротушения за счет использования совокупного огнетушащего эффекта, получаемого путем использования различных по физической природе огнетушащих веществ, материалов и составов, таких как: воздушно-механическая пена и аэрозоль, огнетушащий порошок и аэрозоль, воздушно-механическая пена и ог-нетушащий порошок. В работе предложены новые научные подходы к тушению сложных подземных пожаров, в том числе осложненных взрывами метано-воздушных смесей. Сформулированы основные положения концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения, основанной на принципе мониторинга окружающей среды. Разработан комплекс научно-обоснованных способов и технических средств пожаротушения, в том числе огнетушителей, передвижных и стационарных установок, автоматических систем пожаротушения, которые внедрены на угольных предприятиях Украины и России. Основные научные положения работы вошли в отраслевые нормативно-технические документы. Технология подавления очагов самонагревания и локализации взрывов в выработанных пространствах лав отрабатывалась в течение 1995-1998 годов на шести шахтах Луганской, Донецкой и Днепропетровской областей.

Ключевые слова: способы, средства, тушение, подземный пожар, взрыв, мета-но-воздушная смесь, автоматические системы, безопасность, эффективность.

АНОТАЦШ

Булгаков Ю.Ф. Розробка способ1в 1 засоб1в порошкового 1 пшного гасшня склада их пщземних пожеж. Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченого ступеш доктора техшчних наук по спещальноот 05.26.01- охорона пращ. Донецышй державний техшчний ушверситет, Донецьк, 2000.

Дисертащя присвячена розв'язанню актуально? науково-техшчно! проблеми, що полягае в розкритп особливостей розвитку пщземних пожеж * розробщ способ1в 1 техшчних засоб1в порошкового, шнного 1 комбшованого

пожежогасшня. У дисертацп доведена можливють ¡стотного пщвищення вогне-гасящей ефективносп шахтних засоб1в пожежогасшня за рахунок використання сукупного вогнегасящего ефекту, що отримуеться шляхом використання р1зних за ф^зичши природою вогнегасяпцх, речовин, матер1'ашв i склад1в, такого як: гоштряно-мехашчна nina i аерозоль, вогнегасятцш порошок i аерозоль, пов{тряно-мехатчна шна i вогнегасящш порошок. У робот1 запропоноваш hobî HayKOBi пццходи до гасшня складних пщземних пожеж, в тому числ1 ускладнених вибухами метаються-пов1тряних сумшей. Сформульоваш ochobhî положения концепцн створения сучасних шахтних автоматичних систем пожежогасшня, засновано!' на принцип! мошторинга навколишнього середовища. Розроблений комплекс науково-обгрунтованих cnoco6iB i техшчних 3aco6iB пожежогасшня, в тому числ1 вогнегасниюв, пересувних i стацюнарних установок, автоматичш!х систем пожежогасшня, яга впроваджеш на вупльних пщлриемствах Украши i Pociï. Ochobhî науков1 положения роботи увшшли в галузев1 нормативно-тсх!пч1п докул!енти. Технолот придушення вогнищ вад самонагр1'вання вугшля i локашзаци BHÔyxie у вироблених просторах лав вщпрацьовувалася протягом 1995-1998 роив на шести шахтах ЛуганськоГ, Донецько1 i Дншропетровсько! областей. Ключов1 слова: способи, засоби , гасшня, шдземна пожежа, вибух, метано-пов1тряна сумип, автоматичш системи пожежогас1ння, безпека, ефекгивнють.

ABSTRACT

Bulgakov Y.F. Development of methods and means of dry powder and foam extinguishing of complicated underground fires. Manuscript.

The dissertation for Engineering Doctors Degree Competition on speciality 05.26.01- labour protection. Donetsk State technical university, Donetsk, 2000. The dissertation deals with the solution of an actual scientific-and- technical problem, consisting in opening of distinction of development of underground fires and development of methods and technical means for dry powder, foam and combined fire-fighting. A possibility of essential increase of fire-fighting effectiveness of mine means of fire-fighting, got for account of use of assemblage fire-fighting effect, by use of substances, materials and compositions diverse by physical nature, such as: air-mechanical foam and aerosol, dry powder and aerosol, air-mechanical foam and dry powder is proved in dissertation. New scientific approaches for extinguishing of complicated underground fires including air-methane mixture explosions are offered in work. The basic postulates of creation conception of the development of modern mine automatic fire-fighting systems, based on monitoring principle of enveroument are formulated. A complex of scientifically-grounded methods and technical means for fire-fighting including fire-extinguishers, mobile and stationary installations, automatic fire-fighting systems, inculcated in coal enterprises of the Ukraine and Russia is worked out. The Basic scientific postulates of the work are included in the normatively- and- technical documents of the coal branch. The technology of suppression of coal self-ignition places and explosions localization in the goaf of

long wall faces was developed during 1995-1998 years in six mines of Lygansk, Donetsk and Dnepropetrovsk regions.

Key words: methods, means, fire-fighting, underground fires, explosion, aia-methane mixture, automatic fire-fighting systems, safety, effectiveness.