RU2651821C1 - Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651821C1 RU2651821C1 RU2017113878A RU2017113878A RU2651821C1 RU 2651821 C1 RU2651821 C1 RU 2651821C1 RU 2017113878 A RU2017113878 A RU 2017113878A RU 2017113878 A RU2017113878 A RU 2017113878A RU 2651821 C1 RU2651821 C1 RU 2651821C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- explosion
- flame
- methane
- powder
- coal dust
- Prior art date
Links
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 92
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 230000004807 localization Effects 0.000 title claims abstract description 21
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 64
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 38
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 31
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000002360 explosive Substances 0.000 claims abstract description 11
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 claims description 37
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 10
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 claims description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003245 working effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007480 spreading Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 4
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 4
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 230000002301 combined effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000004200 deflagration Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F5/00—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires
- E21F5/14—Fluid barriers or rock dusters made to work by, or at the same time as, shots or explosions
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F5/00—Means or methods for preventing, binding, depositing, or removing dust; Preventing explosions or fires
- E21F5/14—Fluid barriers or rock dusters made to work by, or at the same time as, shots or explosions
- E21F5/146—Rock dusters
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Fire-Extinguishing By Fire Departments, And Fire-Extinguishing Equipment And Control Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к горной промышленности, в частности к способам и устройствам локализации взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли. Техническим результатом является повышение эффективности и надежности локализации взрывов метана, но прежде всего угольной пыли, распространяющихся по сети горных выработок. Для этого в способе первичный взрыволокализующий заслон - пламегасящее облако, формируют энергией сжатого газообразного ингибитора, в дополнение к порошку во взвешенном состоянии, в потоке ударной воздушной волны. При этом одновременно с формированием первичного взрыволокализующего заслона из огнетушащего порошка во взвешенном состоянии и газообразного ингибитора перед распространяющимся фронтом пламени, формируют вторичный заслон из газообразного ингибитора за фронтом пламени в зоне разогретых продуктов взрыва, состоящих из окиси углерода, водорода и гомологов метана, способных взрываться и воспламеняться. Причем вторичный взрыволокализующий заслон формируют энергией сжатого газообразного ингибитора, подаваемого в поток разогретых продуктов взрыва, при этом с возможностью ингибирования взрывоопасных смесей и охлаждения температуры на фронте пламени и продуктов взрыва за ним формируют как первичный, так и вторичный взрыволокализующие заслоны. Также предложено устройство для осуществления способа, в котором рабочая камера, заполненная сжатым газообразным ингибитором, разделена, с помощью перфорированной металлической мембраны, на две равные емкости V1 и V2. При этом, в левой части поршня имеется выступ для опоры металлических шариков за счет уменьшения диаметра поршня, а в правой части поршня размещены уплотнители. Узел, соединенный с выносной металлической штангой, соединен со скользящей муфтой, выполненной с двумя проточками для перемещения опорных металлических шариков при срабатывании устройства от воздействия ударной воздушной волны. Выносная металлическая штанга с обоих концов оснащена двумя щитами для приема силового воздействия ударной воздушной волны, как со стороны выносной штанги, так и со стороны конусного бункера. Бункер для размещения пламегасящего порошка выполнен в форме усеченного конуса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к горной промышленности, в частности, к способам и устройствам локализации взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли.
Как известно, целью локализации взрывов метана и угольной пыли, является ограничение области распространения по сети горных выработок фронта пламени, формирующегося в результате этих взрывов.
В настоящее время для локализации взрывов в угольных шахтах, опасных по газу и пыли, применяются пассивные сланцевые и водяные заслоны, а также автоматические системы локализации взрывов [1].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату техническим решением, принятым за прототип, заявленного способа локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли, является способ, описанный в патенте РФ №2244833 [2].
Сущность прототипа рассмотрена с учетом схемы на фигуре 1.
Прототип характеризуется следующими признаками.
Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли, включающий образование на пути распространения фронта пламени по горным выработкам пламегасящего заслона в виде облака пламегасящего порошка во взвешенном состоянии, в котором одновременно с формированием основного заслона в виде пламегасящего облака формируют дополнительные пламегасящие заслоны - пламегасящие облака в горной выработке еще до прихода фронта пламени, при этом все пламегасящие заслоны - пламегасящие облака формируют энергией сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления и порошком во взвешенном состоянии, обладающим свойствами флегматизации пылевоздушных смесей и ингибирования метановоздушных смесей.
Недостатки способа по прототипу исходят из следующих положений.
Существует три принципиальных способа ликвидации очага дефлаграционного или детонационного горения (взрыва) метанопылевоздушных смесей [4]:
а) прекратить доступ кислорода к очагу (или понизить его содержание в горючей смеси до 125, когда горение прекращается);
б) охладить очаг ниже температуры воспламенения;
в) существенно замедлить или прервать цепные реакции горения, за счет ингибирования взрывоопасной смеси.
Прекратить (затруднить) доступ кислорода к очагу с помощью пламегасящего порошка по способу прототипа, практически, невозможно, так как для того, чтобы понизить объемную долю кислорода в метановоздушной смеси с 21 до 12%, необходимы сотни килограммов огнетушащего порошка на 1 м3 газовой смеси.
При тушении пламени порошком на его испарение затрачивается лишь несколько процентов теплоты, выделяемой очагом, однако для реальной ситуации полное испарение порошкового облака, в котором каждая частица экранирована несколькими соседними, маловероятно. К тому же, следует учесть быструю седиментацию частиц порошка и, следовательно, трудно осуществить охлаждение очага порошком.
Гетерогенное ингибирование, несомненно, один из основных (и сложнейших) факторов воздействия порошка на пламя. Что касается вклада гомогенного ингибирования, то он впрямую зависит от степени испарения (разложения) частиц порошкового облака в очаге горения (взрыва). Однако, если тушение очага может длиться секундами и даже десятки секунд, то на подавление (локализацию) взрыва отводится не более 100 мс. Поэтому, для взрывоподавляющего порошка ингибирующие и охлаждающие свойства должны быть совмещены в одном веществе или их смеси. В устройстве по выбранному прототипу, а также в иных аналогичных устройствах, применяются, в основном, пламегасящие порошки с незначительным эффектом гомогенного ингибирования продуктами испарения (разложения) этого порошка, так как нет производства взрывоподавляющих порошков со значительным эффектом ингибирования взрывоопасных смесей.
В способе по прототипу заявляемого способа пламегасящее облако порошка формируют сжатым воздухом или инертным газом высокого давления, прежде всего азотом (N2) или углекислым газом (СО2), распыление порошка сжатым воздухом обеспечивает подачу окислителя, т.е. кислорода в зону взрыва метана и угольной пыли, что является отрицательным фактором.
Защитные концентрации углекислого газа и азота зависят от содержания метана в смеси. Максимальные значения их, равные для СО2 - 33% и N2 - 55%, наблюдаются при содержании метана 4,5%. Для стехнометрической смеси метана с кислородом защитное содержание углекислого газа равно 16% и азота - 32% [5]. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что в прототипе применение инертных газов, из-за значительных объемов, технологически невозможно, это подтверждается практикой, когда в автоматических системах локализации взрывов в настоящее время пламегасящие порошки распыляются только сжатым воздухом.
Взрыв полевого аэрозоля в свете современной теории горения [6] можно представить следующим образом: за счет энергии источника воспламенения угольные частицы прогреваются и выделяют продукты пиролиза, которые образуют вокруг них газовую оболочку. При соответствующих температурных условиях и взрывчатой концентрации происходит воспламенение газовой оболочки. Тепловой импульс от горящей частицы, за счет излучения и теплопроводности, передается к негорящим частицам, которые, воспламеняясь, являются источником воспламенения других, при этом происходит нарастание температуры за счет разогретых продуктов взрыва, что способствует созданию условий для развития быстрого лавинообразного процесса горения. При этом можно выделить следующие зоны непрерывного фронта пламени в облаке угольной пыли: I - зона исходной пылевоздушной смеси; II - зона подогрева смеси; III - зона кинетического горения; IV - зона горения коксового остатка; V - зона разогретых продуктов взрыва.
В прототипе заявленного способа пламегасящее облако порошка воздействует, в основном, в зонах I, II и III, при этом совершенно не предусмотрено воздействие порошка в зонах горения коксового остатка разогретых продуктов взрыва, что является недостатком этого способа локализации взрыва.
При взрывах угольной пыли в значительных количествах выделяются горючие газы. В сумме горючие газы (окись углерода, водород, метан и его гомологи) могут загазировать по нижнему пределу взрываемости 6,3 объема чистого воздуха по отношению к объему распространения фронта пламени [7]. При этом основным конечным продуктом взрыва является окись углерода, у которой нижний концентрированный предел воспламенения 12,5%, а верхний 74%, что является потенциальным источником возникновения экзогенных пожаров в сети горных выработок, а также вторичным источником взрыва в шахте уже созданных продуктов взрыва первичного взрыва, при этом эти взрывы могут происходить со значительной задержкой по времени, когда взрывоподавляющая способность аэрозольного порошкового облака уже исчерпана.
Для заявленного устройства, наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату техническим решением, принятым за прототип, является устройство локализации взрывов, описанное в патенте РФ №2342535 [2] и представленное на фигурах 6 и 7 с аксиальным расположением сферического скользящего механизма до и после срабатывания, соответственно.
Прототип заявленного устройства характеризуется следующими признаками.
Устройство локализации взрывов метана и угольной пыли, включающее корпус, бункер, наполненный пламегасящим порошком и на выходе перекрытый легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, рабочую камеру с поршнем, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, приемный щит в виде диска, стопорный болт и штуцеры, в котором в корпусе установлен сферический подвижный механизм, выполненный в форме шток-поршня и расположенный аксиально в цилиндрической полости полого поршня, перекрывающего выхлопные отверстия рабочей камеры, причем шток-поршень перекрыт защитным стаканом, а в радиальных проточках полого поршня размещены металлические шарики, которые выступают в створ радиальных проточек, имеющихся в корпусе рабочей камеры.
Недостатки устройства по прототипу выражаются в следующем.
Конструкция устройства локализации взрыва (УЛВ) по времени срабатывания, не позволяет флегматизировать зону разогретых продуктов взрыва, так как предусматривает основную функцию подавления фронта пламени взрыва, а соответственно, не может предотвратить возможный вторичный взрыв разогретых горючих продуктов взрыва (окись углерода, водород, метан и его гомологи).
Конструкция устройства ликвидации взрыва прототипа обеспечивает локализацию взрыва, распространяющегося по горной выработке и подходящего к устройству, только со стороны примерного щита ударной воздушной волны. Вследствие этого, для защиты горной выработки в одной ее точке устанавливают два УЛВ с разнонаправленным их размещением, так как взрыв в выработке может распространяться в любых направлениях, это как минимум удваивает стоимость взрывозащитных мероприятий.
Анализ аварий на угольных шахтах России показал, что в УЛВ прототипа остается до 20% огнетушащего порошка, что снижает эффективность подавления взрывов метана и угольной пыли. Причиной остатка порошка в УЛВ является его конструктивная особенность - это использование бункера для размещения порошка конусной формы, а также физическое свойство слеживаемости порошка со временем. Через полгода (срок регламентных работ по замене огнетушащего порошка) уровень порошка, из-за его свойства слеживаемости, значительно снижается, в момент срабатывания УЛВ (при взрыве в горной выработке) сжатый воздух прорывается по линии наименьшего сопротивления, через порошок, в образовавшееся воздушное пространство в конусном бункере, вследствие чего давление воздуха падает и его не хватает для выброса всего объема пламегасящего порошка.
Из вышеизложенного следует недостаточная эффективность способа по прототипу, включающего выполнение быстрого формирования на пути распространения фронта пламени взрыволокализующего заслона в виде облака пламегасящего порошка, сформированного энергией сжатого воздуха или другого инертного газа высокого давления, из-за ненадежного выполнения признака, предусматривающего формирование первичного взрыволокализующего заслона и невозможности подавить возможные вторичные взрывы уже полученных продуктов первого взрыва (окиси углерода, водорода, метана и его гомологов).
Техническим результатом заявленного способа является повышение эффективности локализации взрывов метана, но прежде всего угольной пыли, распространяющихся по сети горных выработок, за счет того, что взрыволокализующий заслон содержит пламегасящий порошок и газообразный ингибитор, а также за счет флегматизации продуктов взрыва метана и угольной пыли газообразным ингибитором, как при формировании первичного, так и вторичного взрыволокализующих заслонов.
Результат достигается тем, что в способе локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли, включающем формирование первичного взрыволокализующего заслона - пламегасящего облака, на пути распространения фронта пламени по горным выработкам, с использованием облака пламегасящего порошка во взвешенном состоянии, в котором первичный взрыволокализующий заслон - пламегасящее облако, формируют энергией сжатого газообразного ингибитора в дополнение к порошку во взвешенном состоянии, в потоке ударной воздушной волны, при этом с замедлением после формирования первичного взрыволокализующего заслона из пламегасящего порошка во взвешенном состоянии и газообразного ингибитора перед распространяющимся фронтом пламени, формируют вторичный заслон из газообразного ингибитора за фронтом пламени в зоне разогретых продуктов взрыва, состоящих из окиси углерода, водорода и гомологов метана, способных взрываться и воспламеняться, причем вторичный взрыволокализующий заслон формируют энергией сжатого газообразного ингибитора, подаваемого в поток разогретых продуктов взрыва, при этом, совместное воздействие двух взрыволокализующих заслонов обеспечивает ингибирование взрывоопасных смесей и охлаждение температуры на фронте пламени и продуктов взрыва за ним, что приводит к локализации взрыва в горной выработке.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение надежности и эффективности формирования первичного взрыволокализующего заслона (порошкового ингибированного облака) и ингибиторного вторичного заслона за фронтом пламени в зоне продуктов взрыва метана и угольной пыли за счет использования энергии сжатого газообразного ингибитора, а также возможности срабатывания устройства при подходе ударной волны, распространяющейся по горной выработке, с любой стороны.
Результат достигается тем, устройство для локализации взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли, включающее бункер для размещения пламегасящего порошка, рабочую камеру с выхлопными отверстиями, ориентироваными под углом 45 градусов относительно центральной оси корпуса рабочей камеры, и цилиндрическим поршнем с центральной калиброванной полостью, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, коаксиально размещенной в бункере конусной формы, перекрытым легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, металлическую выносную штангу с приемным щитом, узел присоединения выносной металлической штанги, опорные металлические шарики, которые выступают в створ радиальных проточек, в котором рабочая камера заполненная сжатым газообразным ингибитором разделена, с помощью перфорированной металлической мембраны, на две равные емкости V1 и V2, при этом, в левой части поршня имеется выступ для опоры металлических шариков за счет уменьшения диаметра поршня, а в правой части поршня размещены уплотнители, узел, соединенный с выносной металлической штангой, соединен со скользящей муфтой, выполненной с двумя проточками для перемещения опорных металлических шариков при срабатывании устройства от воздействия ударной воздушной волны, выносная металлическая штанга с обоих концов оснащена двумя щитами для приема силового воздействия ударной воздушной волны, как со стороны выносной штанги, так и со стороны конусного бункера, а бункер для размещения огнетушащего порошка выполнен в форме усеченного конуса.
При этом в корпусе рабочей камеры выполнены отверстия, ориентированные под углом 90 градусов относительно ее центральной продольной оси, для размещения металлических шариков, а скользящая муфта выполнена со стопорным болтом-предохранителем.
Изобретательский уровень заявленного способа состоит в преодолении технических противоречий в способе по прототипу, которые решаются нижеследующими отличительными признаками, необходимыми и достаточными для решения поставленной цели.
Формирование первичного взрыволокализующего заслона для подавления распространяющегося с определенной скоростью фронта пламени осуществляют за счет сжатого газообразного ингибитора, а не за счет распыления пламегасящего порошка сжатым воздухом или инертным газами, что обеспечивает более высокую флегматизирующую и ингибирующую способность порошково-ингибиторного заслона (облака).
Обеспечение процесса формирования вторичного взрыволокализующего заслона из газообразного ингибитора за фронтом пламени в зоне высокотемпературных продуктов взрыва метана и угольной пыли и совместное воздействие двух взрыволокализующих заслонов обеспечивает ингибирование взрывоопасных смесей и охлаждение температуры на фронте пламени и продуктов взрыва за ним, что приводит к локализации взрыва в горной выработке и исключает возможность взрыва.
Изобретательский уровень заявляемого устройства достигается отличительными признаками, необходимыми и достаточными для решения поставленной цели, за счет обеспечения локализации и подавления фронта пламени, а также флегматизации продуктов взрыва метана и угольной пыли, обеспечения срабатывания устройства при подходе распространяющейся ударной воздушной волны по горной выработке с любой стороны, обеспечения полного выброса пламегасящего порошка за счет механизма срабатывания и выполнения бункера в виде усеченного конуса, что позволяет снять негативный эффект слеживаемости пламегасящего порошка.
Сущность способа поясняется схемой, представленной на фиг. 1, где 1 - очаг взрыва метана и угольной пыли, 2 - фронт ударной волны взрыва (УВВ), образованный в результате взрыва метана и угольной пыли, 3 - фронт пламени, 4 - граница зоны разогретых продуктов взрыва, 5 - зона разогретых продуктов взрыва, 6 - взрыволокализующий заслон (облако из пламегасящего порошка и газообразного ингибитора), 7 - взрыволокализующий заслон из газообразного ингибитора, 8 - устройство локализации взрыва (УЛВ), 9 - приемный щит УЛВ, 10 - выносная металлическая штанга, 11 - анкерное крепление с подвеской УЛВ, 12 - горная выработка.
На фиг. 1 изображен начальный момент формирования первичного взрыволокализующего заслона, когда УЛВ воспринимает сигнал от УВВ, при взрыве метана и угольной пыли, на его срабатывание.
На фиг. 1б изображен промежуточный момент, когда УЛВ сработало и произошло полное формирование первичного взрыволокализующего заслона из пламегасящего порошка и газообразного ингибитора и вторичного заслона из газообразного ингибитора для продуктов взрыва.
На фиг. 1в изображен окончательный момент локализации взрыва метана и угольной пыли, когда фронт пламени подавляется.
Способ осуществляют следующим образом. В первичный момент времени (фиг. 1а) до 30 мс при возникновении очага взрыва метана и угольной пыли (поз. 1) в горной выработке (поз. 12) от него распространяются фронты УВВ (поз. 20) и пламени (поз. 3), причем фронт пламени (ФП) отстает от УВВ, т.к. скорость его распространения меньше. При подходе фронта УВВ (поз. 2) к УЛВ (поз. 8), он воздействует на приемный щит (поз. 9) УЛВ. При этом через приемный щит (поз. 9) УЛВ и выносную металлическую штангу (поз. 10) передается механический сигнал на срабатывание УЛВ, в результате чего происходит выброс из бункера УЛВ огнетушащего порошка при помощи газообразного ингибитора и начинается формирование первичного заслона (облака) из пламегасящего порошка и газообразного ингибитора (поз. 6). В промежуточный момент времени 30-50 мс после взрыва (фиг. 1б) распространяющийся фронт УЛВ (поз. 2) окончательно формирует первичный заслон из пламегасящего порошка и газообразного ингибитора (поз. 6), в который входит фронт пламени (поз. 3), и наступает момент его подавления за счет охлаждения очага ниже температуры воспламенения метана и угольной пыли, а также прерывания цепных реакций горения за счет ингибирования взрывоопасной смеси. При этом в зону разогретых продуктов взрыва (поз. 5), за фронтом пламени, подается газообразный ингибитор из УЛВ, что формирует вторичный взрыволокализующий заслон из газообразного ингибитора (поз. 7) и обеспечивает флегматизацию разогретых продуктов взрыва метана и угольной пыли (окись углерода, водорода, гомологи метана) и позволяет исключить вероятность их взрыва. В окончательный момент локализации взрыва метана и угольной пыли более 50 мс (фиг. 1в) происходит полное подавление ФП в первичном взрыволокализующем заслоне из пламегасящего порошка и газообразного ингибитора (поз. 6), заслон разогретых продуктов взрыва (поз. 5) полностью флегматизируется взрыволокализующим заслоном из газообразного ингибитора (поз. 7), а УВВ (поз. 2) не имея энергетической подпитки от повторных взрывов разогретых продуктов взрыва, а также вновь вовлеченного объема угольной пыли в процесс взрыва, начинает диссипировать и полностью затухает в процессе перемещения по горной выработке, т.е. предложенный способ позволяет эффективно локализовать очаг взрыва метана и угольной пыли.
На фиг. 2 и на фиг. 3 изображено устройство локализации взрыва до срабатывания (в ждущем режиме) и после срабатывания соответственно.
Изображенное на фиг. 2 и фиг. 3 устройство включает бункер 24 в форме усеченного конуса, заполненный пламегасящим порошком 25, и закрепленный у входа бункера рассекатель 26. Для гидроизоляции порошка и его высыпания бункер 24 перекрыт полиэтиленовой легко разрушающейся диафрагмой 27. В бункере коаксиально размещена рабочая камера 28 с выхлопными отверстиями 29, которые ориентированы под углом 45 градусов относительно центральной продольной оси корпуса рабочей камеры и перекрываемые цилиндрическим поршнем 30. Поршень 30 имеет центральную калиброванную полость 31, в левой части упорный выступ 32 за счет уменьшения диаметра цилиндра поршня, а в правой части поршня размещены уплотнители 33. На левую часть поршня с уменьшенным диаметром опираются металлические шарики 34, размещенные в отверстиях 35, которые просверлены в корпусе рабочей камеры и ориентированы под углом 90 градусов относительно ее центральной продольной оси. Шарики перекрываются скользящей муфтой 13, в которой имеется две проточки 14 и 15, в которых перемещаются шарики при срабатывании устройства. Скользящая муфта 13 резьбовым соединением связана с выносной штангой 16 с помощью специального узла 17. На двух концах выносной штанги 16 расположены два приемных щита 18 и 19 для приема УВВ, которые подходят к устройству с двух противоположных сторон. Для заполнения газообразным ингибитором рабочей камеры 28, разделенной на две емкости V1 и V2 с помощью перфорированной металлической мембраны 20, а также контроля давления в ней, предусмотрены заправочный штуцер 21 и датчик давления 22. Для предотвращения случайного срабатывания устройства при его заполнении пламегасящим порошком 25 и заправки сжатым газообразным ингибитором предусмотрен стопорный болт-предохранитель 23.
Устройство подготавливают к работе следующим образом. Поворотом по часовой стрелке предохранительного болта-предохранителя 23 до упора скользящую муфту 13 фиксируют в неподвижное положение. В бункере 24 размещают пламегасящий порошок 25, а выход бункера 24 перекрывают полиэтиленовой легко разрушаемой диафрагмой 27, прижимая ее к корпусу бункера рассекателем 26. Скользящую муфту 13 через стыковочный узел 17 соединяют с выносной штангой 16, а также приемными щитами 18 и 19. Устройство подвешивают под кровлей горной выработки на ее защищаемом участке с помощью специальных крепежных деталей. Через штуцер 21 с игольчатым клапаном сжатым газообразным ингибитором заполняют первую емкость (V1) рабочей камеры 28, через перфорацию металлической мембраны 20 газообразный ингибитор проникает во вторую емкость (V2) рабочей камеры, при этом емкости V1 и V2 равны.
Величину давления сжатого газообразного ингибитора контролируют с помощью датчика давления 22. После этого вывинчивают стопорный предохранительный болт 23. В таком (ждущем) положении устройство подготовлено для выполнения своей функции.
Устройство работает следующим образом. При взрыве метана и/или угольной пыли распространяется ударная воздушная волна, которая воздействует на приемные щиты 18 и 19, если фронт ударной воздушной волны подходит со стороны выносной штанги, то силовое ударное воздействие воспринимает приемный щит 18, а если со стороны бункера - приемный щит 19, при этом скользящая муфта 13 в первом случае перемещается вправо, а во втором случае влево. Вследствие перемещения скользящей муфты 13 соединяются пространства отверстий 35 в корпусе рабочей камеры 28 с проточками 14 и 15 в скользящей муфте 13. При этом под действием избыточного давления газообразного ингибитора в рабочей камере 28 цилиндрический поршень 30 перемещается и выталкивает металлические шарики в пространство проточки 14 или 15, вследствие чего открываются выхлопные отверстия 29 рабочей камеры 28. Через выхлопные отверстия 29 из первой емкости (V1) рабочей камеры 28 истекает сжатый газообразный ингибитор в бункер 24 и, интенсивно перемешиваясь с пламегасящим порошком 25, устремляется к выходу из бункера 24, прорывает полиэтиленовую диафрагму 27 и выбрасывает в горную выработку пламегасящий порошок 25, формируя перед фронтом пламени первичный взрыволокализующий заслон из аэровзвеси пламегасящего порошка 25 и газообразного ингибитора. После выброса пламегасящего порошка из бункера 24, избыточное давление газообразного ингибитора во второй емкости (V2) рабочей камеры 28 разрушает перфорированную металлическую мембрану 20, и с определенным замедлением происходит формирование вторичного взрыволокализующего заслона за счет истечения газообразного ингибитора за фронтом пламени в зону продуктов взрыва метана и угольной пыли.
Таким образом, заявленные способ и устройство позволяют устранить недостатки прототипов и существенно увеличить эффективность процесса локализации фронта пламени, а также предотвратить возможность повторного взрыва уже разогретых продуктов взрыва метана и угольной пыли.
Источники информации
1. А.В. Джигрин, А.Ю. Горлов, С.Н. Подображин. «Локализация взрывов метана и угольной пыли автоматическими системами». - Ж. «Безопасность труда в промышленности», №8, 2006 г. - С. 24-29.
2. «Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройства для его осуществления (варианты)», патент на изобретение РФ №2244833, кл. E21F 5/00, публ. 20.01.2005.
3. «Способ локализации взрывов метановоздушной смеси и (или) угольной пыли в подземных горных выработках и устройства для его осуществления», патент на изобретение РФ №2342535, кл. E21F 5/00, публ. 27.12.2008.
4. М.Е. Краснянский «Огнетушащие и взрывоподавляющие порошки». - Донецк: Донбасс, 1990. С. 13.
5. В.Н. Саранчук, В.Н. Качан, В.В. Рекун и др. «Физико-химические основы гидрообеспыливания и предупреждения взрывов угольной пыли». - Киев: Наука думка, 1984 г. - С. 154-155.
6. М.И. Нецепляев, А.И. Любимова, П.М. Петрухин и др. «Борьба со взрывами угольной пыли в шахтах». - М.: Недра, 1991 г. - С. 50-51.
7. А.А. Мясников, С.П. Старков, В.И. Чикунов. «Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах». - М.: Недра, 1985 г. - С. 29.
Claims (4)
1. Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли, включающий формирование первичного взрыволокализующего заслона - пламегасящего облака - на пути распространения фронта пламени по горным выработкам с использованием облака пламегасящего порошка во взвешенном состоянии, отличающийся тем, что первичный взрыволокализующий заслон - пламегасящее облако - формируют энергией сжатого газообразного ингибитора, в дополнение к порошку во взвешенном состоянии, в потоке ударной воздушной волны, при этом с замедлением после формирования первичного взрыволокализующего заслона из пламегасящего порошка во взвешенном состоянии и газообразного ингибитора перед распространяющимся фронтом пламени формируют вторичный заслон из газообразного ингибитора за фронтом пламени в зоне разогретых продуктов взрыва, состоящих из окиси углерода, водорода и гомологов метана, способных взрываться и воспламеняться, причем вторичный взрыволокализующий заслон формируют энергией сжатого газообразного ингибитора, подаваемого в поток разогретых продуктов взрыва, при этом совместное воздействие двух взрыволокализующих заслонов обеспечивает ингибирование взрывоопасных смесей и охлаждение температуры на фронте пламени и продуктов взрыва за ним, что приводит к локализации взрыва в горной выработке.
2. Устройство для локализации взрывов метановоздушной смеси и угольной пыли, включающее бункер для размещения пламегасящего порошка, рабочую камеру с выхлопными отверстиями, ориентированными под углом 45 градусов относительно центральной оси корпуса рабочей камеры, и цилиндрическим поршнем с центральной калиброванной полостью, перекрывающим выхлопные отверстия рабочей камеры, коаксиально размещенной в бункере конусной формы, перекрытым легко разрушаемой диафрагмой и распылителем, металлическую выносную штангу с приемным щитом, узел присоединения выносной металлической штанги, опорные металлические шарики, которые выступают в створ радиальных проточек, отличающееся тем, что рабочая камера заполненная сжатым газообразным ингибитором разделена, с помощью перфорированной металлической мембраны, на две равные емкости V1 и V2, при этом в левой части поршня имеется выступ для опоры металлических шариков за счет уменьшения диаметра поршня, а в правой части поршня размещены уплотнители, узел, соединенный с выносной металлической штангой, соединен со скользящей муфтой, выполненной с двумя проточками для перемещения опорных металлических шариков при срабатывании устройства от воздействия ударной воздушной волны, выносная металлическая штанга с обоих концов оснащена двумя щитами для приема силового воздействия ударной воздушной волны, как со стороны выносной штанги, так и со стороны конусного бункера, а бункер для размещения пламегасящего порошка выполнен в форме усеченного конуса.
3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в корпусе рабочей камеры выполнены отверстия, ориентированные под углом 90 градусов относительно ее центральной продольной оси, для размещения металлических шариков.
4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что скользящая муфта выполнена со стопорным болтом-предохранителем.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017113878K RU2674378C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
RU2017113878A RU2651821C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017113878A RU2651821C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2651821C1 true RU2651821C1 (ru) | 2018-04-24 |
Family
ID=62045795
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017113878A RU2651821C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
RU2017113878K RU2674378C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017113878K RU2674378C1 (ru) | 2017-04-21 | 2017-04-21 | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (2) | RU2651821C1 (ru) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU190547U1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "МВК по взрывному делу" (ООО "МВК по ВД") | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
RU193042U1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "МВК по взрывному делу" (ООО "МВК по ВД") | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
RU2717546C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-03-24 | Юрий Владимирович Горлов | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
CN114233366A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-25 | 安徽理工大学 | 一种利用氮气干粉抑制煤尘二次爆炸的装置 |
CN116696443A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-09-05 | 江苏钜熙矿用设备科技有限公司 | 一种井下矿用双向触发隔爆装置 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU193123U1 (ru) * | 2018-12-06 | 2019-10-15 | Общество с ограниченной ответственностью "МВК по взрывному делу" (ООО "МВК по ВД") | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5119877A (en) * | 1990-07-19 | 1992-06-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Explosion suppression system |
US5909777A (en) * | 1996-11-12 | 1999-06-08 | Jamison Family Trust | Method and apparatus for stopping the spread of a fire in an underground mine |
RU2244833C2 (ru) * | 2003-03-14 | 2005-01-20 | Горлов Юрий Владимирович | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройства для его осуществления (варианты) |
RU2335633C2 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "ЦНИИМАШ") | Устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов |
RU2342535C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-12-27 | ЗАО "Межведомственная комиссия по взрывному делу при Академии горных наук" (ЗАО "МВК по ВД при АГН") | Способ локализации взрывов метановоздушной смеси и(или) угольной пыли в подземных горных выработках и устройства для его осуществления (варианты) |
RU2440496C1 (ru) * | 2010-10-05 | 2012-01-20 | Дмитрий Иванович Адамидзе | Устройство для локализации взрывов метановоздушной смеси и (или) угольной пыли |
-
2017
- 2017-04-21 RU RU2017113878A patent/RU2651821C1/ru active IP Right Grant
- 2017-04-21 RU RU2017113878K patent/RU2674378C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5119877A (en) * | 1990-07-19 | 1992-06-09 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Explosion suppression system |
US5909777A (en) * | 1996-11-12 | 1999-06-08 | Jamison Family Trust | Method and apparatus for stopping the spread of a fire in an underground mine |
RU2244833C2 (ru) * | 2003-03-14 | 2005-01-20 | Горлов Юрий Владимирович | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройства для его осуществления (варианты) |
RU2335633C2 (ru) * | 2006-09-22 | 2008-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП "ЦНИИМАШ") | Устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов |
RU2342535C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-12-27 | ЗАО "Межведомственная комиссия по взрывному делу при Академии горных наук" (ЗАО "МВК по ВД при АГН") | Способ локализации взрывов метановоздушной смеси и(или) угольной пыли в подземных горных выработках и устройства для его осуществления (варианты) |
RU2440496C1 (ru) * | 2010-10-05 | 2012-01-20 | Дмитрий Иванович Адамидзе | Устройство для локализации взрывов метановоздушной смеси и (или) угольной пыли |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU190547U1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-07-03 | Общество с ограниченной ответственностью "МВК по взрывному делу" (ООО "МВК по ВД") | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
RU193042U1 (ru) * | 2019-04-01 | 2019-10-11 | Общество с ограниченной ответственностью "МВК по взрывному делу" (ООО "МВК по ВД") | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
RU2717546C1 (ru) * | 2019-05-06 | 2020-03-24 | Юрий Владимирович Горлов | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках |
CN114233366A (zh) * | 2021-12-06 | 2022-03-25 | 安徽理工大学 | 一种利用氮气干粉抑制煤尘二次爆炸的装置 |
CN116696443A (zh) * | 2023-07-04 | 2023-09-05 | 江苏钜熙矿用设备科技有限公司 | 一种井下矿用双向触发隔爆装置 |
CN116696443B (zh) * | 2023-07-04 | 2023-12-12 | 江苏钜熙矿用设备科技有限公司 | 一种井下矿用双向触发隔爆装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2674378C1 (ru) | 2018-12-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2651821C1 (ru) | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройство для его осуществления | |
RU2658690C1 (ru) | Многофункциональная автоматическая система локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках и входящие в нее устройства локализации взрывов | |
Krasnyansky | Prevention and suppression of explosions in gas-air and dust-air mixtures using powder aerosol-inhibitor | |
Wang et al. | Brief review on passive and active methods for explosion and detonation suppression in tubes and galleries | |
AU2005210590B2 (en) | Method and device for controlling and/or putting out fires | |
RU2111032C1 (ru) | Способ локализации и/или тушения пожаров и устройство для его реализации | |
JP5916900B2 (ja) | 片方向スプレー式非殺傷性破片の消火弾 | |
RU2400633C1 (ru) | Система локализации и подавления взрывов метановоздушных смесей и/или угольной пыли в сети горных выработок | |
CN108543250B (zh) | 一种智能多向喷射球形灭火装置 | |
KR101819663B1 (ko) | 산불 진화용 공중투하 소화탄 | |
RU2440496C1 (ru) | Устройство для локализации взрывов метановоздушной смеси и (или) угольной пыли | |
US3515217A (en) | Method and apparatus for arresting an explosion in a mine | |
CN101940825A (zh) | 一种受限空间油气爆炸抑制方法 | |
RU2712387C1 (ru) | Система пожаровзрывозащиты горных выработок угольных шахт | |
RU2244833C2 (ru) | Способ локализации взрыва метановоздушной смеси и угольной пыли и устройства для его осуществления (варианты) | |
RU2335633C2 (ru) | Устройство формирования пылевого облака для локализации взрывов | |
US3684021A (en) | Mine explosion suppression method and apparatus | |
CN203394564U (zh) | 一种电磁式隔爆开启装置 | |
RU2607770C1 (ru) | Способ тушения пожара нанопорошком и устройство для его реализации (варианты) | |
CN201618337U (zh) | 一种受限空间油气爆炸抑制装置 | |
CN101089367A (zh) | 一种煤矿井下瓦斯粉尘综合防治系统 | |
RU193123U1 (ru) | Устройство для локализации взрывов пылегазовоздушных смесей в подземных горных выработках | |
Zou et al. | Passive and Triggered Explosion Barriers in Underground Coal Mines-A literature review of recent research | |
RU2616039C1 (ru) | Способ вихревого порошкового тушения горящих фонтанов на газовых, нефтяных и газонефтяных скважинах | |
RU2633955C1 (ru) | Устройство автоматической локальной пожарной защиты и способ разрушения оболочки капсулы с нанопорошком |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RZ4A | Other changes in the information about an invention | ||
NG4A | New patent issued after partial invalidation of earlier patent |
Ref document number: 2674378 Country of ref document: RU Effective date: 20190115 |