PL225384B1 - Sposób i układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, przydatny w profilaktyce zwalczania zagrożeń pożarowych.

W górnictwie podziemnym węgla kamiennego występuje ryzyko pożarów egzogenicznych, czyli pożarów powstałych z przyczyn zewnętrznych, na przykład w skutek zapalenia się materiałów palnych, wybuchu gazów czy pyłu węglowego, oraz pożarów endogenicznych, czyli pożarów powstałych w wyniku samozapłonu węgla spowodowanego zbyt małym odprowadzaniem ciepła z procesu utleniania. Te drugie najczęściej powstają w zrobach ścian wydobywczych, przy czym w wielu przypadkach pożarowi endogenicznemu nie towarzyszy otwarty ogień, a pożar objawia się wyłącznie wzrostem temperatury oraz wydzielaniem gazów, w szczególności tlenku węgla.

Jedną z metod wykrywania pożarów endogenicznych jest pomiar stężenia gazów w wyrobiskach górniczych. Metodę tą opisano przykładowo w pracy prof. prof. A. Adamusa „Monitorowanie parametrów atmosfery zrobów ściany górniczej”, opublikowanej w czasopiśmie „Mechanizacja i Automatyzacja Górnictwa” Katowice, nr 9 (487) 2011. Pomiarów dokonuje się lokalnie, okresowo, w chodnikach z prądem świeżego powietrza, w ścianie i w chodnikach z prądem powietrza zużytego, i następnie na podstawie zastawu wyników pomiarów określa się możliwość wystąpienia pożaru endogenicznego.

Ponadto z patentu PL 181791 znany jest sposób wykrywania i oceny stanu źródeł pożarów endogenicznych w kopalniach głębinowych węgla kamiennego, który rozwiązuje zagadnienie oceny źródeł pożarów endogenicznych w ich wczesnych stadiach rozwojowych. Sposób polega na suchej destylacji próbek węgla, pobranych z określonego złoża i precyzyjnym określeniu składu gazów w dowolnej fazie wygrzewania, zwłaszcza zawartości węglowodorów nienasyconych z grupy C₂-C₄, jak etylenu, acetylenu i propylenu oraz ich wzajemnego stosunku charakterystycznego dla określonego złoża. Otrzymana krzywa w funkcji temperatury stanowi wzorzec, do którego odnosi się chematograficzną analizę gazów, zawartych w powietrzu pobranym z obrębu wyrobiska w określonym złożu. W przypadku stwierdzenia tworzenia się źródła samozapłonu tłumi się to źródło przez zmianę obiegu powietrza w określonym wyrobisku.

Dodatkowo z polskiego zgłoszenia wynalazku P-384348 znany jest sposób wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych, w którym pobrane próbki węgla z pokładu, w którym zlokalizowane są wyrobiska górnicze lub przestrzeń zaizolowana, poddaje się laboratoryjnej próbie termicznej w obecności powietrza atmosferycznego, po czym prowadzi się pomiar objętości wydzielających się gazów istotnych, których wydzielane objętości przedstawia się w funkcji temperatury, zaś przyrosty objętości gazów istotnych, pobranych uprzednio w wyrobisku górniczym lub w przestrzeni zaizolowanej, uzyskane na drodze badań chromatograficznych, stanowią podstawę uzyskania krzywych, obrazujących wpływ temperatury samozagrzanego węgla na masę zagrzanego węgla, zaś ich miejsce przecięcia wyznacza temperaturę i masę samozagrzanego węgla.

Poza tym z praktycznego zastosowania znane jest użycie kamery termowizyjnej do wykrywania ognisk pożarów endogenicznych, niemniej jest to pomiar dorywczy, ograniczony odległościowo oraz trudny do przeprowadzenia przy występowaniu zagrożenie metanowego albo wybuchu pyłu węglowego.

Znane jest również, na przykład z zastosowania w tunelach lub górnictwie wykorzystywanie światłowodów do pomiaru temperatury i wczesnego wykrywania pożarów powstałych w wyniku w ypadków lub awarii urządzeń.

Celem wynalazku jest opracowanie rozwiązania, które zapewni prosty, skuteczny i niezawodny sposób wczesnego wykrywania pożarów endogenicznych w kopalniach podziemnych.

Wynalazek dotyczy sposobu wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, w którym wykorzystuje się światłowody do pomiaru temperatury. Istota wynalazku polega na tym, że w co najmniej jednym chodniku przyścianowym umieszcza się co najmniej jeden światłowód, który instaluje się w rurowej osłonie na planowanej długości wyrobiska eksploatacyjnego, przy czym światłowód włącza się w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych, a następnie w miarę postępu wyrobiska ścianowego pozostawia się światłowód wraz z osłoną w zrobach i prowadzi monitoring temperatury w celu wykrycia wzrostu temperatury w zrobach.

Korzystnie w chodniku przyścianowym lokalizuje się kilka światłowodów, każdy w indywidualnej rurze osłonowej, przy czym kolejny światłowód rozmieszcza się w trakcie prowadzenia eksploatacji wyrobiska ścianowego w zadanej odległości od początku poprzedniego światłowodu.

PL 225 384 B1

Zgodnie z wynalazkiem monitoring temperatury prowadzi się w zrobach chodnika przyścianowego i/lub w zrobach wyrobiska ścianowego.

Kolejny wynalazek dotyczy układu do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, w którym wykorzystuje się światłowód do pomiaru temperatury. Istota tego wynalazku polega na tym, że światłowód umieszczony jest w rurowej osłonie w co najmniej jednym chodniku przyścianowym na planowanej długości wyrobiska eksploatacyjnego, przy czym światłowód włączony jest w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych, zaś na części swojej długości światłowód wraz z osłoną znajduje się w zrobach wyrobiska ścianowego i/lub w zrobach chodn ika przyścianowego w celu wykrywania wzrostu temperatury w zrobach.

Celowym jest, gdy w zrobach zlokalizowanych jest niezależnie kilka światłowodów, każdy w indywidualnej rurze osłonowej, przy czym początek kolejnego światłowodu oddalony jest w zadanej odległości od początku poprzedniego światłowodu.

Sposób i układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego pozwala na ciągły pomiar temperatury w zrobach wyrobisk górniczych, dzięki czemu możliwym jest wczesne wykrycie wzrostu temperatury bezpośrednio w zrobach, co stanowi podstawę do szybkiego wykrycia powstania pożarów endogenicznych. Umieszczenie światłowodów w osłonie rurowej zapobiega ich uszkodzeniu w zrobach. Ponadto dodatkowym czynnikiem zapobiegającym możliwym uszkodzeniom jest wykorzystanie większej ilości światłowodów, każdego w indywidualnej osłonie, lokowanych sukcesywnie w wyrobiskach górniczych w miarę postępu wyrobiska ścianowego. W przypadku uszkodzenia jednego z światłowodów monitoring temperatury prowadzony jest z wykorzystaniem światłowodów usytuowanych w równolegle ułożonych rurowych przewodach osłonowych. Zaproponowane rozwiązania są proste w użyciu i pozwalają na skuteczne i szybkie wykrycie zagrożenia pożarowego w odniesieniu do pożarów endogenicznych.

Sposób i układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla k amiennego zostały bliżej przedstawione w poniższym przykładzie wykonania i na rysunku, na którym fig. 1 ilustruje schematycznie układ do wykrywania pożarów endogenicznych w pierwszym, najpros tszym przykładzie wykonania, fig. 2 - układ w kolejnym przykładzie wykonania, fig. 3 - układ w kolejnym przykładzie wykonania, zaś fig. 4 - światłowód do pomiaru temperatury umieszczonym w rurowej osłonie w schematycznym przekroju poprzecznym.

Sposób wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego polega na tym, że w co najmniej jednym chodniku przyścianowym, w szczególności w chodniku nadścianowym 1 umieszcza się co najmniej jeden światłowód 2, który instaluje się w rurowej osłonie 3 na planowanej długości wyrobiska ścianowego 4. Światłowód 2 włącza się w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych CUM. W miarę postępu wyrobiska ścianowego 4 pozostawia się światłowód 2 wraz z osłoną 3 w zrobach 5 chodnika nadścianowego 1 i prowadzi monitoring temperatury w celu wykrycia wzrostu temperatury w zrobach 5, co świadczyłoby o powstaniu pożaru endogenicznego. W celu zapewnienia niezawodności działania rozwiązania w chodniku nadścianowym 1 lokalizuje się kilka światłowodów 2 w osłonach 3. W szczególności od początku wybiegu wyrobiska ścianowego 4 w chodniku nadścianowym 1 lokalizuje się jeden lub dwa równoległe światłowody 2 w osłonach 3, a następnie w miarę biegu wyrobiska ścianowego 4, w wybranych odległościach L rozpoczyna się montaż kolejnych, niezależnych światłowodów 2 w osłonach 3, na przykład co 40, 60 albo nawet 100 metrów. Odległość L zależy od prędkości postępu wyrobiska ścianowego 4, a także od warunków panujących w zrobach 5. Jeżeli w miarę prowadzenia monitoringu w zrobach 5 i w miarę postępu wyrobiska ścianowego 4 nie następuje uszkodzenie światłowodów 2, odległość L można wydłużyć. Jeżeli zaś uszkodzenia pojawiają się często, odległość L należy zmniejszyć, nawet do 10-20 m.

Zgodnie z wynalazkiem monitoring temperatury prowadzi się w zrobach jednego bądź dwóch chodników przyścianowych, w zależności od rozcinki pola eksploatacyjnego, i/lub w zrobach wyrobiska ścianowego.

Figura 1 przedstawia najprostszy układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, w którym w chodniku nadścianowym 1 rozlokowano kilka światłowodów 2, każdy w indywidualnej osłonie rurowej 3. Światłowody 2 biegną na planowanej długości wyr obiska ścianowego 4, przy czym są one włączone w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych CUM. Na części swojej długości światłowody 2 wraz z osłoną 3 znajdują się w zrobach 5 chodnika nadścianowego w celu wykrywania wzrostu temperatury w zrobach. W zależności od warunków geologicznych i warunków prowadzenia eksploatacji ustala się odległość L pomiędzy kolejnymi odcinkami początkowymi sąsiednich, niezależnych światłowodów w osłonach 3, jak to opisano powyżej.

PL 225 384 B1

Na fig. 2 pokazano schematycznie układ w innym wykonaniu, w którym monitoring temperatury prowadzi się zarówno w zrobach 5 chodnika nadścianowego 1, jak i w zrobach 5 wyrobiska ścianowego, w których to zrobach 5 zlokalizowane są światłowody 2 w osłonach 3.

Na fig. 3 pokazano schematycznie układ w jeszcze innym wykonaniu, w którym monitoring temperatury prowadzi się zarówno w zrobach 5 chodnika nadścianowego 1, w zrobach 5 wyrobiska ścianowego 4, jak i w zrobach 5 chodnika podścianowego 6, w których to zrobach 5 zlokalizowane są światłowody 2 w osłonach 3.

Figura 4 przedstawia schematycznie przekrój poprzeczny przez osłonę rurową 3 z umieszczonym w niej światłowodem 2 do pomiaru temperatury. Najlepiej jest, gdy osłona rurowa 3, w odniesieniu do wszystkich powyższych przykładów wykonania, wykonana jest z materiału o dobrej przewodn ości cieplnej, na przykład z metalu, dzięki czemu światłowody szybciej wykażą zmianę temperatury w zrobach.

Również w odniesieniu do powyższych przykładów wykonania zasadnym jest, aby osłony z światłowodami lokowane były przy ociosie wyrobisk przyścianowych, najlepiej tych bardziej oddalonych od wyrobiska ścianowego, w rejonie spągów wyrobisk, przez co zmniejsza się ryzyko ich uszkodzeń w zrobach.

Claims (6)

1. Sposób wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, w którym wykorzystuje się światłowody do pomiaru temperatury, znamienny tym, że w co najmniej jednym chodniku przyścianowym (1,6) umieszcza się co najmniej jeden światłowód (2), który instaluje się w rurowej osłonie (3) na planowanej długości wyrobiska eksploatacyjnego (4), przy czym światłowód (2) włącza się w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych (CUM), a następnie w miarę postępu wyrobiska ścianowego (4) pozostawia się światłowód (2) wraz z osłoną (3) w zrobach (5) i prowadzi monitoring temperatury w celu wykrycia wzrostu temperatury w zrobach (5).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w chodniku przyścianowym (1,6) lokalizuje się kilka światłowodów (2), każdy w indywidualnej rurze osłonowej (3), przy czym kolejny światłowód (2) rozmieszcza się w trakcie prowadzenia eksploatacji wyrobiska ścianowego (4) w zadanej odległości (L) od początku poprzedniego światłowodu (2).

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że monitoring temperatury prowadzi się w zrobach (5) chodnika przyścianowego (1, 6).

4. Sposób według jednego z zastrz. 1-3, znamienny tym, że monitoring temperatury prowadzi się w zrobach (5) wyrobiska ścianowego (4).

5. Układ do wykrywania pożarów endogenicznych w górnictwie podziemnym węgla kamiennego, w którym wykorzystuje się światłowód do pomiaru temperatury, znamienny tym, że światłowód (2) umieszczony jest w rurowej osłonie (3) w co najmniej jednym chodniku przyścianowym (1, 6) na planowanej długości wyrobiska eksploatacyjnego (4), przy czym światłowód (2) włączony jest w centralny układ monitoringu zagrożeń pożarowych (CUM), zaś na części swojej długości światłowód (2) wraz z osłoną (3) znajduje się w zrobach (5) wyrobiska ścianowego (4) i/lub w zrobach (5) chodnika przyścianowego (1, 6) w celu wykrywania wzrostu temperatury w zrobach (5).

6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że w zrobach (5) zlokalizowanych jest niezależnie kilka światłowodów (2), każdy w indywidualnej rurze osłonowej (3), przy czym początek kolejnego światłowodu (2) oddalony jest w zadanej odległości (L) od początku poprzedniego światłowodu (2).