PL213574B1 - Sposób i układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów, który ma za zadanie zapobieganie powstawaniu pożarów endogenicznych, jak również ograniczenie rozwoju ogniska samonagrzewania się węgla, ograniczenie ogniska pożaru, zwalczanie zagrożenia wybuchowego oraz kontrolę szczelności rurociągu w trakcie prowadzonej inertyzacji. Przy czym, do inertyzacji może być wykorzystany azot oraz inne gazy inertne lub mieszaniny gazów inertnych.

Znany jest sposób i układ do inertyzacji zrobów górniczych z polskiego opisu patentowego nr 191996 polegający na tym, że z chwilą osiągnięcia w trzech ostatnich pomiarach wartości wskaźnika Grahama wyższej od 0,005 lub wzrostu stężenia tlenu w zrobach ponad 8% i/lub wystąpienia zjawiska zmian różnic ciśnień z dodatnich na ujemne powodujących oddychanie zrobów, zostaje doprowadzony do zrobów gaz inertny. Natomiast w warunkach występowania zagrożenia metanowego skojarzonego z możliwością powstania w zrobach iskier mechanicznych, zroby powinny być inertyzowane w sposób ciągły. Obojętny gaz inertny wprowadza się z odpowiednią intensywnością porcjami lub w sposób ciągły do zrobów ściany podczas jej eksploatacji i/lub jej postoju do czasu osiągnięcia w kolejnych trzech pomiarach przez wskaź nik Grahama wartoś ci mniejszej lub równej 0,0025 i/lub osiągnięcia zawartości tlenu w zrobach poniżej 8% lub osiągnięcia zawartości tlenku węgla w powietrzu na wylocie ze ściany poniżej 0,0026%. Gaz inertny wprowadza się do zrobów ściany od strony chodnika podścianowego lub chodnika nadścianowego doprowadzającego do niej powietrze. W zależności od warunków lokalnych gaz inertny w zrobach rozprowadzany jest punktowo w odstępach a = 20 - 80 m. Pierwszy punkt zadawczy zlokalizowany jest w przecince ś cianowej, przy czym w tak prowadzonej inertyzacji rozprowadzanie gazu w zrobach rozpoczyna się na głębokości x = 2 - 8 m.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 194477 sposób i urządzenie do zapobiegania zagrożeniom pożarowym w wyrobiskach ścianowych. Sposób podawania gazów inertnych według wynalazku polega na tym, że przeprowadza się znanymi metodami bieżącą kontrolę składu gazów, a w przypadku wzrostu zawartości w powietrzu tlenku węgla pobiera się próbki węgla z danego rejonu ściany, przeprowadza się precyzyjną analizę chromatograficzną, z której ustala się skład gazów wydzielających się podczas różnych etapów utleniania węgla, po czym pobiera się próbki powietrza z zagrożonego rejonu, przeprowadza się ponowną analizę chromatograficzną i na tej podstawie ocenia się masę oraz temperaturę zagrzanego węgla, po czym w przypadku przekroczenia wartości krytycznych dokonuje się ukształtowania potencjału aerodynamicznego wokół rejonu ściany, a następnie podaje się do zrobów ściany znanymi metodami dwutlenek węgla. Urządzenie według wynalazku zawiera napowierzchniowy zbiornik ciekłego CO2, urządzenie do jego zgazowania, reduktor ze stałym dawkowaniem, ciąg rurociągów z powierzchni, poprzez wyrobiska dołowe do zrobów ścian.

Celem wynalazku jest opracowanie technologii umożliwiającej kontrolę gazów inertnych pod względem zawartości w nich tlenu oraz kontrolę szczelności rurociągu w trakcie prowadzonej inertyzacji.

Układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów według wynalazku w końcowym odcinku rurociągu podającego gaz inertny wyposażony jest w rozdzielacz dwudrogowy oraz w ukł ad pomiarowo-kontrolny. Z kolei rozdzielacz dwudrogowy ma zasuwę wylotową i zasuwę upustową. Układ pomiarowo-kontrolny wyposażony jest w czujnik tlenu, przepływomierz oraz w czujnik temperatury lub tylko w czujnik tlenu lub też przepływomierz wraz z czujnikiem temperatury. Z kolei wskaźniki do odczytu mierzonych parametrów z czujnika tlenu i/lub z przepływomierza oraz czujnika temperatury usytuowane są w układzie pomiarowo-kontrolnym i/lub na wskaźnikach usytuowanych w miejscu zainstalowania urządzenia, połączonych z ukł adem pomiarowo-kontrolnym linią przesył ową . Z kolei blok pomiarowy urządzenia oraz układ pomiarowo-kontrolny połączone są z układem porównawczym.

Sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polega na tym, że wraz z rozpoczę ciem podawania gazu inertnego do rurocią gu z urzą dzenia dokonuje się pomiaru zawartości tlenu na wylocie rurociągu, a gdy zawartość tlenu w podawanym gazie inertnym spadnie poniżej bezpiecznej wartości kieruje się go do inertyzowanej przestrzeni.

Kolejny sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polega na tym, że w trakcie podawania gazu inertnego do rurocią gu z urzą dzenia dokonuje się pomiaru zawartoś ci tlenu na wylocie rurociągu, a gdy zawartość tlenu w podawanym gazie inertnym przekroczy bezpieczną wartość podawanie przerywa się.

Następny sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polega z kolei na tym, że w trakcie procesu podawania gazu inertnego do rurociągu z urządzenia dokonuje się pomiaru

PL 213 574 B1 ilości przepływającego gazu na wlocie do rurociągu oraz pomiaru ilości przepływającego gazu inertnego w pobliżu wylotu rurociągu, z kolei wyniki tych pomiarów są na bieżąco porównywane, a gdy różnica przekroczy uprzednio obliczoną bezpieczną wartość progową, podawanie przerywa się.

Sposoby i układ według wynalazku umożliwiają inertyzację podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów w sposób kontrolowany zarówno w fazie rozpoczęcia podawania jak i w trakcie podawania gazu inertnego. W fazie rozpoczęcia procesu podawania gazu inertnego do rurociągu bieżący pomiar zawartości tlenu w gazie na wylocie rurociągu eliminuje możliwość wtłoczenia powietrza do inertyzowanej przestrzeni oraz gazu z zawartością tlenu powyżej bezpiecznej wartości. Z kolei bieżąca kontrola zawartości tlenu w gazie inertnym umożliwia wykrycie nieszczelności powodującej zasysanie powietrza do rurociągu w trakcie podawania gazu. Natomiast sposób polegający na pomiarze różnicy ilości przepływającego gazu inertnego na wlocie i wylocie rurociągu zabezpiecza przed niekontrolowanym wypływem gazu inertnego z nieszczelnego rurociągu do czynnych wyrobisk, poprawiając bezpieczeństwo pracy załogi pracującej w pobliżu trasy rurociągu.

Przykładowy układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych azotem według wynalazku przedstawiony jest na schemacie blokowym.

Układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów składa się z usytuowanego na powierzchni kopalni urządzenia 1 służącego do pozyskiwania azotu z powietrza atmosferycznego o czystości 95-99%. Urządzenie 1 służy także do wtłaczania azotu do rurociągu 2 pod ciśnieniem co najmniej 5 bar. Urządzenie 1 składa się z połączonego szeregowo: bloku sprężarkowego 1a, bloku uzdatniania powietrza 1b, bloku produkcji azotu 1c, bloku pomiarowego 1d oraz z zaworów wylotowych 1e, 1f i z zaworu powietrznego 1g. Blok pomiarowy 1d wyposażony jest między innymi w układy do pomiaru i odczytu ciśnienia, zawartości azotu i tlenu oraz w układ do pomiaru temperatury i przepływu gazu inertnego. Wylot z bloku sprężarkowego 1a połączony jest z wylotem bloku produkcji azotu 1c za zaworem wylotowym 1e, poprzez zawór powietrzny 1g. Wylot urządzenia 1 poprzez zawory wylotowe 1e i 1f połączony jest rurociągiem 2, którym podawany jest azot do miejsca inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów. Na końcowym odcinku rurociągu 2 zainstalowany jest rozdzielacz dwudrogowy 3 z zasuwą wylotową 3a i z zasuwą upustową 3b. Przed rozdzielaczem dwudrogowym 3 zainstalowany jest układ pomiarowy 4 służący do kontroli szczelności rurociągu 2 oraz do kontroli procesu podawania azotu. Układ pomiarowy 4, składa się z czujnika temperatury 4a, przepływomierza 4b oraz z czujnika tlenu 4c, przy czym odczyt mierzonych parametrów z ww. czujników odbywa się bezpośrednio w miejscu ich zainstalowania na wskaźnikach bloku pomiarowego 1d i/lub na powierzchni na wskaźnikach 4d usytuowanych w miejscu zainstalowania urządzenia 1. Sygnały pomiarowe oraz sterownicze przekazywane są na powierzchnię linią przesyłową 4e. Blok pomiarowy 1d oraz układ pomiarowo-kontrolny 4 połączone są z układem porównawczym 5 wyposażonym w mikroprocesor.

W ww. układzie sprężone w bloku sprężarkowym 1a powietrze zostaje osuszone i oczyszczone w bloku uzdatniania powietrza 1b, z kolei na wylocie z bloku produkcji azotu 1c uzyskuje się azot o czystoś ci 95-99%. Wyprodukowany azot podaje się do rurocią gu 2 doprowadzają cego ww. gaz inertny w wyznaczone miejsce jego podawania pod ciśnieniem co najmniej 5 barów. Do doprowadzenia azotu w miejsce jego podawania wykorzystuje się istniejące rurociągi np. podsadzkowe, wodne, odwadniające, powietrzne, a gdy zachodzi taka potrzeba buduje się brakujące odcinki rurociągów. Przed rozpoczęciem podawania azotu oraz po przerwie w podawaniu azotu dłuższej niż dwadzieścia cztery godziny sprawdza się szczelność rurociągu 2 sprężonym powietrzem wykorzystując do tej czynności blok sprężarkowy 1a, poprzez zamknięcie zaworu wylotowego 1e i otwarcie zaworu powietrznego 1g oraz zaworu wylotowego 1f. Rurociąg 2 napełnia się sprężonym powietrzem do ciśnienia trzech atmosfer. Jeżeli spadek ciśnienia w ciągu jednej godziny nie przekroczy 10% wartości ciśnienia pierwotnego instalację uważa się za szczelną i przystępuje się do podawania azotu po uprzednim zamknięciu zaworu powietrznego 1g i otwarciu zaworu wylotowego 1e. Ciśnienie w rurociągu 2 mierzy się na wylocie urządzenia 1 w bloku pomiarowym 1d. Po sprawdzeniu szczelności rurociągu 2 dokonuje się inertyzacji wyrobisk górniczych lub zrobów niżej opisanymi sposobami.

Sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i zrobów według wynalazku pokazany w przykładzie wykonania polega na tym, że przed rozpoczęciem podawania azotu do rurocią gu 2 zasuwa wylotowa 3a rozdzielacza dwudrogowego 3 zostaje ustawiona w pozycji zamkniętej, natomiast przepustnica upustowa 3b zostaje otwarta kierując wypływ nagromadzonego w nim powietrza do czynnych wyrobisk, uniemożliwiając tym samym wtłaczanie powietrza, którym wypełniony jest rurociąg 2 do inertyzowanych wyrobisk lub zrobów. Rozpoczynając podawanie azotu do rurociągu 2 z urządze4

PL 213 574 B1 nia 1 dokonuje się bieżącego odczytu zawartości tlenu czujnikiem 4c na wylocie przepustnicy upustowej 3b. Gdy zawartość tlenu w podawanym azocie spadnie do wartości około 5% przepustnicę wylotową 3a otwiera się, a przepustnicę upustową 3b ustawia się w pozycji zamkniętej kierując azot do inertyzowanej przestrzeni.

Wtłaczanie powietrza nagromadzonego w rurociągu oraz azotu z zawartością tlenu powyżej ustalonej ww. granicy do inertyzowanych wyrobisk lub zrobów spowodowałoby wzrost zwalczanego zagrożenia pożarowego oraz wzrost zagrożenia wybuchowego.

Z kolei w trakcie doprowadzania azotu do inertyzowanych wyrobisk górniczych lub zrobów dokonuje się pomiaru zawartości tlenu w podawanym gazie inertnym czujnikiem 4c. Zwiększenie zawartości tlenu w podawanym azocie powyżej 5% powoduje przerwanie podawania azotu. Przekroczenie tego parametru świadczy o rozszczelnieniu rurociągu 2 i zasysaniu powietrza atmosferycznego do rurociągu wypełnionego azotem.

Także w trakcie podawania azotu do inertyzowanych wyrobisk górniczych lub zrobów łącznie lub niezależnie od opisanej w poprzednim przykładzie dotyczącym sposobu kontroli szczelności rurociągu 2, dokonuje się bieżącego pomiaru ilości wtłaczanego azotu na wlocie do rurociągu 2 przepływomierzem zabudowanym bloku pomiarowym 1d urządzenia 1 oraz mierzy się ilość podawanego azotu w pobliżu wylotu rurociągu 2 przepływomierzem 4b. Wyniki z ww. przepływomierzy są przetwarzane w układzie porównawczym 5, a gdy różnica przekroczy uprzednio obliczoną wartość progową, ustalaną każdorazowo doświadczalnie dla danego układu rurociągów 2, urządzenie 1 wytwarzające i podające azot zastanie wyłączone. Pomiary przepływu gazu inertnego są odpowiednio korygowane w zależ noś ci od róż nicy temperatury gazu na wlocie i na wylocie rurocią gu 2. Przekroczenie ww. progowej różnicy w pomiarze ilości przepływu azotu świadczy o rozszczelnieniu rurociągu 2 i niekontrolowanym wypływie azotu do czynnych wyrobisk. Taka sytuacja stwarza zagrożenie życia załogi poprzez zmniejszenie zawartości tlenu poniżej granicznej wartości umożliwiającej załodze swobodne oddychanie. Układ porównawczy 5, analizuje i porównuje wyniki pomiarowe oraz steruje wyłączeniem urządzenia 1.

Sterowanie przepustnicą wylotową 3a oraz przepustnicą upustową 3b może być realizowane bezpośrednio w miejscu ich zainstalowania lub zdalnie z powierzchni. Sterowanie przepustnicami może być także realizowane w sposób automatyczny.

Claims (9)

1. Układ do inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów składający się z urządzenia dostarczającego gaz inertny oraz z rurociągów doprowadzających ten gaz do zagrożonego miejsca, znamienny tym, że końcowy odcinek rurociągu (2) podającego gaz inertny wyposażony jest w rozdzielacz dwudrogowy (3) oraz w układ pomiarowo-kontrolny (4).

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że rozdzielacz dwudrogowy (3) ma zasuwę wylotową (3a) i zasuwę upustową (3b).

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że układ pomiarowo-kontrolny (4) wyposażony jest w czujnik tlenu (4c).

4. Układ według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że układ pomiarowo-kontrolny (4) wyposażony jest w przepływomierz (4b) oraz w czujnik temperatury (4a).

5. Układ według zastrz. 3 albo 4, znamienny tym, że wskaźniki odczytu mierzonych parametrów z czujnika tlenu (4c) i/lub z przepływomierza (4b) usytuowane są w układzie pomiarowokontrolnym (4) i/lub na wskaźnikach (4d) usytuowanych w miejscu zainstalowania urządzenia (1) połączonych z układem pomiarowo-kontrolnym (4) linią przesyłową (4e).

6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że blok pomiarowy (1d) oraz układ pomiarowo-kontrolny (4) połączone są z układem porównawczym 5.

7. Sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polegający na wytwarzaniu gazu inertnego na powierzchni i przesyłaniu tego gazu rurociągami do podziemnych wyrobisk górniczych, znamienny tym, że wraz z rozpoczęciem podawania gazu inertnego do rurociągu (2) z urządzenia (1) dokonuje się pomiaru zawartości tlenu na wylocie rurociągu (2), a gdy zawartość tlenu w podawanym gazie inertnym spadnie poniż ej bezpiecznej wartoś ci kieruje się go do inertyzowanej przestrzeni.

PL 213 574 B1

8. Sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polegający na wytwarzaniu gazu inertnego na powierzchni i przesyłaniu tego gazu rurociągami do podziemnych wyrobisk górniczych, znamienny tym, że w trakcie podawania gazu inertnego do rurociągu (2) z urządzenia (1) dokonuje się pomiaru zawartości tlenu na wylocie rurociągu (2), a gdy zawartość tlenu w podawanym gazie inertnym przekroczy bezpieczną wartość podawanie przerywa się.

9. Sposób inertyzacji podziemnych wyrobisk górniczych i/lub zrobów polegający na wytwarzaniu gazu inertnego na powierzchni i przesyłaniu tego gazu rurociągami do podziemnych wyrobisk górniczych, znamienny tym, że w trakcie procesu podawania gazu inertnego do rurociągu (2) z urządzenia (1) dokonuje się pomiaru ilości przepływającego gazu na wlocie do rurociągu (2) oraz pomiaru ilości przepływającego gazu w pobliżu wylotu rurociągu (2), z kolei wyniki tych pomiarów są na bieżąco porównywane, a gdy różnica przekroczy uprzednio ustaloną bezpieczną wartość progową, podawanie przerywa się.