Все это в итоге приводит к тому, что за многие десятилетия, начиная с 20-х годов XX столетия, в шахтах, оборудованных сланцевыми и водяными заслонами, не всегда удавалось локализовать взрывы метана и угольной пыли и предотвратить развитие их в крупные аварии с человеческими жертвами и большим материальным ущербом.
Использование автоматических средств гашения вспышек (взрывов) газа и пыли
Для повышения эффективности взрывозащиты требуется совершенствование существующих и разработка новых средств и способов борьбы с взрывами метана и угольной пыли, что, безусловно, является актуальной научно-технической задачей.
Один из перспективных способов решения поставленной задачи, состоящей в коренном усовершенствовании взрывозащиты угольных шахт, заключается в использовании автоматических средств гашения вспышек (взрывов) газа и пыли. Любая автоматическая система гашения (локализации) вспышек (взрывов) газа и пыли, а также пожаров, независимо от конкретного назначения и конструкции, состоит из трех основных элементов:
– огнетушащего вещества, предназначенного для создания в зоне реакции вспышки (взрыва) среды, подавляющей горение газа и пыли;
– исполнительного (взрывоподавляющего) устройства, предназначенного для принудительного диспергирования и подачи огнетушащего вещества в зону реакции вспышки (взрыва) таким образом, чтобы в ней образовалась пламегасящая среда с равномерным распределением гасящего материала требуемой концентрации;
– датчика, реагирующего на вспышку или взрыв и выдающего управляющий сигнал на срабатывание исполнительного устройства.
В качестве огнетушащего материала в рассмотренных выше автоматических системах локализации вспышек (взрывов) используются самые различные вещества – от простых флегматизаторов (инертной пыли или воды), гасящее действие которых состоит в снижении температуры до уровня, при котором прерывается горение, до высокоэффективных ингибиторов горения на основе легкоразлагающихся солей, обработанных специальными гидрофобизирующими и разрыхляющими добавками, способными погасить пламя вспышки (взрыва) при сравнительно малых удельных расходах, около 0,01-0,10 кг/м3 защищаемого объема выработки.
Принципы действия и конструкции взрывоподавляющих устройств
Анализ принципа действия и конструкции различных исполнительных взрывоподавляющих устройств показал, что для принудительного выброса дисперсного огнетушащего вещества из контейнера в зону вспышки может быть использована потенциальная энергия сжатой пружины; энергия взрывающего заряда; энергия сжатых газов, образующихся при сгорании в замкнутом объеме специальных газогенерирующих составов; энергия сжатого или сжиженного газа, помещенного в сосуды высокого давления. Устройства, в которых для выброса пламегасящего материала используются указанные источники энергии, проверены специалистами ЗАО «МВК по ВД при АГН» в ходе многочисленных исследований по гашению экспериментальных взрывов метана и угольной пыли в условиях, близких к натуральным. В результате были определены их основные преимущества и недостатки, а также область применения.
Так, механический привод, работающий от сжатой пружины, из-за большой инерционности и относительно малого запаса энергии может быть использован только для опрокидывания полок с инертной пылью или сосудов с водой в заслонах ПЗМ-2, когда окончательное диспергирование пламегасящего материала и распределение его по зоне реакции осуществляется за счет энергии ударной волны самого взрыва.
При использовании в исполнительном устройстве для диспергирования и выброса пламегасящего материала энергии детонации заряда взрывчатого вещества (ВВ) достигается высокая эффективность и низкая инерционность процесса создания гасящей среды, что особенно важно при гашении в начальной стадии быстро развивающихся взрывов метана и угольной пыли. Как было экспериментально установлено, успешное гашение таких взрывов возможно лишь при условии создания в зоне реакции и на пути распространяющегося по выработке фронта пламени гасящего облака по всему сечению горной выработки за время не более 15-30 мс. Однако продолжительность существования пламегасящего облака, созданного устройством, функционирующим на энергии детонации заряда ВВ, крайне мала и не обеспечивает устойчивого гашения слабых и средних взрывов, т.е. при скоростях распространения фронта пламени по выработке меньше 100 м/с. Для устранения этого недостатка были разработаны комбинированные (двухступенчатые) исполнительные устройства, в которых на первой стадии пламегасящий дисперсный материал подается в очаг взрыва с помощью детонации заряда ВВ, а на второй – сжатым газом, содержащимся в баллоне или образовавшимся при сгорании газогенерирующего состава. Основной недостаток устройств, использующих энергию детонации ВВ, - высокая скорость выброса ингибитора, при которой может быть травмирован человек. Это обстоятельство обусловливает большую опасность таких устройств при ложных срабатываниях автоматических систем, вероятность которых не может быть полностью исключена. Особенно велика такая опасность при использовании устройств, в которых диспергирование пламегасящего вещества осуществляется детонацией заряда ВВ из легко разрушаемых контейнеров. Эта опасность существенно снижается, если дисперсный материал и рабочий заряд ВВ помещены в прочную неразрушаемую оболочку, а пламегасящее вещество выбрасывается через специальные распыляющие сопла в строго определенном направлении. Однако в данном случае значительно увеличиваются масса и габариты устройства, что усложняет его эксплуатацию.
Недостатки и достоинства исполнительных устройств
Необходимо также отметить и общий недостаток, присущий всем рассмотренным выше типам исполнительных устройств: освобождение сжатой пружины и инициирование рабочего заряда происходит с помощью электродетонаторов, обладающих чувствительностью к ударам и толчкам, что может послужить источником ложных срабатываний таких устройств, установленных в горных выработках шахты. В связи с этим подобные устройства должны быть оснащены специальными средствами защиты электродетонаторов от внешних (посторонних) воздействий.
Устройства, в которых диспергирование и выброс пламегасящего материала осуществляются газами, образующимися при сгорании специальных газогенерирующих составов, обладают определенными достоинствами. Для поджигания газогенерирующего состава используется не электродетонатор, а электровоспламенитель, что делает такие устройства нечувствительными к ударам и толчкам. Следовательно, снижается вероятность ложных срабатываний системы. Также проще и обслуживание таких устройств. Принимая во внимание, что быстродействие подобных устройств вполне достаточно для гашения на начальной стадии вспышек метана и угольной пыли (при использовании быстрогорящих газогенерирующих составов), можно считать возможным их применение в автоматических системах. Такие системы полезны для гашения вспышек метана при защите скоплений электрооборудования в шахтах или местах возможного фрикционного искрения. Для локализации динамично развивающихся взрывов метана и (или) угольной пыли быстродействия таких систем недостаточно. Важное требование к ним – отсутствие в составе образующихся газов ядовитых или высокотоксичных химических соединений. Кроме того, использование в них штатных средств инициирования вместо электровоспламенителя лишает системы с газогенерирующими составами преимуществ по сравнению с системами, содержащими ВВ, что влечет за собой необходимость выполнения всех мероприятий, положенных при допуске ВВ, или устройств, содержащих ВВ, к применению. Все это значительно усложняет эксплуатацию таких систем в угольных шахтах.
Скачать реферат