RU2802495C1 - Способ понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802495C1 RU2802495C1 RU2023100855A RU2023100855A RU2802495C1 RU 2802495 C1 RU2802495 C1 RU 2802495C1 RU 2023100855 A RU2023100855 A RU 2023100855A RU 2023100855 A RU2023100855 A RU 2023100855A RU 2802495 C1 RU2802495 C1 RU 2802495C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- combustion
- explosion products
- carbon dioxide
- temperature
- sorption
- Prior art date
Links
Abstract
Заявлена группа изобретений, включающая способ понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления. Технический результат заключается в разработке универсально применимых способа и устройства для локализации и сорбации продуктов горения и взрыва. Способ включает понижение температуры продуктов горения и взрыва вследствие испарения диоксида углерода и последующем поглощении продуктов горения и взрыва на мелкодисперсном угольном сорбенте. Диоксид углерода в жидкой фазе размещают в емкостях под давлением. Понижение температуры продуктов горения и взрыва осуществляют встречным распространением диоксида углерода после срабатывания датчиков температуры. Датчики размещают на пути распространения продуктов горения и взрыва. Сорбацию продуктов горения и взрыва осуществляют мелкодисперсным угольным сорбентом, распыленным в горной выработке потоком выходящего из емкостей диоксида углерода. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Настоящее изобретение предназначено для понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в подземных горных выработках и туннелях.
Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для локализации и сорбации продуктов горения и взрыва, которые возникают при возгораниях и при проведении взрывных работ в горных выработках и туннелях.
Проблема сорбации продуктов горения и взрыва заключается в том, что они имеют большую температуру, содержат опасные для здоровья человека вещества, а их воздействие может привести к значительным разрушениям выработки.
В качестве основного способа локализации и сорбации продуктов горения и взрыва применяются устройства, использующие воду в качестве рабочего тела или углекислотные огнетушители.
В патентах РФ в качестве такого способа и устройств предлагается использовать подвесные водяные резервуары или двойные водяные карманы, подвешенные на S-образных крюках.
В патенте РФ №2490471 «Противовзрывное заграждение из двойных водяных карманов» от 20.08.2013 года [1], описывается устройство, состоящее из множества одинаково выполненных, так называемых, двойных водяных карманов. Карманы подвешены на S-образных крюках. В боковой части карманов имеются отверстия для наполнения и слива воды. Заграждение легко монтируется и демонтируется, легко наполняется водой и в случае необходимости быстро переносится.
В патенте РФ №2154165 «Способ и устройство для подвешивания и установки взрывозаградительных водяных резервуаров в подземных горных разработках и туннелях» от 10.08.2000 года [2], описывается устройство, состоящее из водяных резервуаров на подвесных устройствах. S-образные крюки этих устройств подцепляют к крепи верхними концами, а на нижние концы крюков надевают цепи, причем в две навешенные рядом цепи вводят несколько расположенных друг над другом подвесных кронштейнов, а водяные резервуары навешивают или укладывают на поперечные балки, установленные на подвесных кронштейнах.
Основной недостаток представленных в этих патентах способов и устройств состоит в том, что в качестве наполнителя используется вода. При прохождении раскаленных газов может произойти нарушение целостности резервуара или двойного кармана с вытеканием воды на пол. Времени взаимодействия потока продуктов горения и взрыва с водой может быть недостаточно для его охлаждения. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,19 кДж энергии [3]. Время необходимое для полного поглощения тепла значительно больше времени распространения продуктов горения и взрыва. Пролившись на пол, вода будет испаряться, создавая водяным паром дополнительную нагрузку на крепь и стены горной выработки, что может привести к аварийному обрушению туннеля. Кроме того, оставшаяся в туннеле вода может содержать в себе опасные для человека продукты взрыва, что требует дополнительных мер по очистке туннеля.
В патенте РФ №2750194 «Способ поглощения продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления» от 23.06.2021 года [4], описывается способ, заключающийся в гашении пламени с помощью испарения сухого льда (диоксида углерода в твердой фазе) с последующим поглощением угольным сорбентом продуктов горения и взрыва и устройство для его осуществления, представляющее собой ряд двойных карманов, наполненных сухим льдом и угольным сорбентом.
Основной недостаток данного способа и устройства заключается в том, что из-за высокой скорости распространения раскаленного потока продуктов горения и взрыва сухой лед и угольный сорбент, находящийся в пакетах, не полностью реагирует вследствие малой рабочей поверхности и времени контакта.
Описанные в патенте РФ №2750194 способ и устройство принимаются в качестве прототипа.
Целью изобретения является повышение эффективности сорбации продуктов горения и взрыва с наиболее полной реакцией диоксида углерода и угольного сорбента.
Технический результат заключается в разработке универсально применимых способа и устройства для локализации и сорбации продуктов горения и взрыва.
Технический результат достигается тем, что сорбент в виде мелкодисперсного угольного порошка распыляется в струе газообразного диоксида углерода.
Способ основан на охлаждении горячих продуктов горения и взрыва с поглощением и осаждением их мелкодисперсным угольным сорбентом.
Предлагаемый способ включает размещение емкостей со сжиженным диоксидом углерода под давлением, из которых по сигналу датчиков температуры выпускается содержимое, и перфорированных бумажных пакетов с мелкодисперсным угольным сорбентом, который образует грубодисперсный аэрозоль на основе диоксида углерода.
Сущность предлагаемого способа заключается в выполнении следующих операций:
в горной выработке (туннеле) размещаются емкости с диоксидом углерода под давлением и мелкодисперсный угольный сорбент;
в выработке по направлению к источнику продуктов горения или взрыва устанавливаются датчики температуры, по сигналу которых происходит открытие запорных клапанов емкостей, и диоксид углерода выбрасывается в пространство туннеля;
выбрасываемый под давлением диоксид углерода формирует из угольного сорбента грубодисперсный аэрозоль, который выносит в своем потоке в пространство горной выработки (туннеля), где сорбент поглощает и осаждает продукты горения и взрыва;
истекающий из емкостей диоксид углерода расширяясь, остывает и вытесняет из окружающего пространства окислитель (воздух), что приводит к остановке процесса горения и понижению температуры продуктов горения и взрыва.
Истечение диоксида углерода из емкости под давлением происходит со скоростью много большей, чем при испарении сухого льда [5], что позволяет снизить температуру в большем объеме горной выработки (туннеля). Истечение диоксида углерода происходит со скоростью, близкой к постоянной, в течение длительного времени (по сравнению со временем контакта продуктов горения и взрыва с сухим льдом).
Расстояние, на котором установлены датчики температуры, определяется исходя из объема баллонов с диоксидом углерода, пропускной способности системы выпуска и ожидаемой скорости распространения продуктов горения или взрыва. Так, например, при использовании 40-литровых баллонов с диоксидом углерода, электромагнитного клапана ASCO Numatics 223 (SC В223А012, по 1 клапану на баллон) и ожидаемой скорости движения продуктов горения и взрыва от 25 до 100 м/с, датчики должны быть установлены на расстоянии 500 метров. При этом время полного выпуска диоксида углерода из баллонов составит ~21,5 с (с учетом времени срабатывания клапана), а к моменту подхода потока продуктов горения и взрыва будет выпущено от 20 до 100% объема газа. При выборе расстояния необходимо учесть, что часть диоксида углерода (10-20%) должна быть выпущена из емкостей до подхода продуктов горения или взрыва, чтобы аэрозоль успел заполнить все пространство выработки.
Устройство поглощения продуктов горения и взрыва представляет собой конструкцию, содержащую баллоны высокого давления (при использовании 40-литровых баллонов по 1 баллону на каждые 10 м3 объема, в котором предполагается поглощение и осаждение продуктов горения и взрыва), систему выпуска диоксида углерода из баллонов, которая обеспечивает равномерное заполнение объема выработки, перфорированные бумажные пакеты с мелкодисперсным угольным сорбентом (50 кг на каждые 10 м3 объема, в котором предполагается поглощение и осаждение продуктов горения и взрыва), систему датчиков температуры, установленных по контуру горной выработки (туннеля). Система выпуска должна быть оборудована клапаном (или клапанами), позволяющим устройству находится в режиме готовности к работе не менее 48 часов, например, нормально закрытым электромагнитным клапаном высокого давления ASCO Numatics 223. Раструбы системы выпуска должны обеспечивать равномерное заполнение объема выработки диоксидом углерода и захват потоком газа максимально возможного количества угольного сорбента. Схема устройства представлена на фиг. 1.
На фиг. 1 показаны баллоны с диоксидом углерода под давлением (1), подключенные через запорной клапан (2) к раструбам (3) с помощью шлангов высокого давления (9). Перед раструбами расположены перфорированные бумажные пакеты с мелкодисперсным угольным сорбентом (4). Раструбы и пакеты с сорбентом закреплены на полу (7) и потолке (8) выработки. На пути распространения продуктов горения и взрыва расположены датчики температуры (5), связанные с запорным клапаном (2). Электропитание датчиков и запорного клапана обеспечивается источником питания (6) посредством линий электроснабжения (10).
Преимущества предлагаемого устройства заключаются в том, что использование диоксида углерода в баллонах под давлением вместо сухого льда позволяет увеличить объем рабочей площади соприкосновения продуктов горения и взрыва с диоксидом углерода, увеличив одновременно время их контакта, тем самым повысив эффективность охлаждения, а распыление мелкодисперсного угольного сорбента в струе диоксида углерода позволит также увеличить эффективность поглощения продуктов горения и взрыва сорбентом. Использование баллонов с диоксидом углерода под давлением по сравнению с сухим льдом повышает эксплуатационную технологичность устройства: снижаются требования к условиям хранения, повышается срок нахождения устройства в готовом к работе состоянии.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна».
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о комбинированном способе поглощения продуктов горения и взрыва с использованием сжиженного диоксида углерода под давлением и мелкодисперсного угольного сорбента.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень».
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что с помощью встречного воздействия грубодисперсного аэрозоля угольного сорбента в диоксиде углерода может осуществляться понижение температуры и сорбация продуктов горения и взрыва.
Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость».
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и широко распространенные материалы и технологии.
Результаты экспериментальной проверки реализации способа.
Для реализации предлагаемого изобретения не требуется разработка новых технологий и материалов и его работоспособность не вызывает сомнения.
Обоснование технико-экономической эффективности изобретения.
Технико-экономическая эффективность предложенного способа и устройства, его реализующего, заключается в повышении надежности и эффективности поглощения продуктов горения и взрыва и снижении ущерба, наносимого оборудованию горной выработки.
Список источников
1. Шульте Клаус-Петер Противовзрывное заграждение из двойных водяных карманов. - Патент РФ №2490471, 2013 г.
2. Келлер Хельмут Способ и устройство для подвешивания и установки взрывозаградительных водяных резервуаров в подземных горных разработках и туннелях. - Патент РФ №2154165, 2000 г.
3. Water - Thermophysical Properties // Engineering ToolBox. - URL: https://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html (дата обращения: 27.09.2022).
4. Верисов A.H., Головкин В.В., Карасев Ю.А., Москвич Д.В., Пинюгин А.В., Сало А.А., Шуба Я.В., Нечунаев С.С. Способ поглощения продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления. - Патент РФ №2750194, 2021 г.
5. Carbon Dioxide - Thermophysical Properties // Engineering ToolBox. - URL: https://www.engineeringtoolbox.com/CO2-carbon-dioxide-properties-d_2017.html (дата обращения: 27.09.2022)
Claims (2)
1. Способ понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях, заключающийся в понижении температуры продуктов горения и взрыва вследствие испарения диоксида углерода и последующем поглощении продуктов горения и взрыва на мелкодисперсном угольном сорбенте, отличающийся тем, что диоксид углерода в жидкой фазе размещают в емкостях под давлением, понижение температуры продуктов горения и взрыва осуществляют встречным распространением диоксида углерода после срабатывания датчиков температуры, размещенных на пути распространения продуктов горения и взрыва, а сорбацию продуктов горения и взрыва осуществляют мелкодисперсным угольным сорбентом, распыленным в горной выработке потоком выходящего из емкостей диоксида углерода.
2. Устройство для понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях, содержащее емкости с диоксидом углерода и с угольным сорбентом, отличающееся тем, что диоксид углерода размещен в баллонах в жидкой фазе и в устройство дополнительно включены последовательно установленные по направлению к источнику продуктов горения и взрыва: система выпуска с раструбами и запорным клапаном, перфорированные бумажные пакеты с мелкодисперсным угольным сорбентом, которые установлены перед раструбами системы выпуска, датчики температуры, установленные по контуру горной выработки, обеспечивающие своевременное открытие запорного клапана.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802495C1 true RU2802495C1 (ru) | 2023-08-29 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1583631A1 (ru) * | 1988-08-05 | 1990-08-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела | Способ локализации и тушени пожара в выработках |
| RU2115450C1 (ru) * | 1997-01-20 | 1998-07-20 | Акционерное общество закрытого типа "Каланча" | Способ объемного тушения пожара и устройство для его осуществления |
| RU2321437C1 (ru) * | 2006-08-25 | 2008-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационная Компания "Сфинкс" | Газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей |
| CN103806931A (zh) * | 2013-02-23 | 2014-05-21 | 杜志刚 | 一种用高压惰气雾化在采空区实现化学反应预防煤炭着火和灭火的方法 |
| RU2523317C2 (ru) * | 2008-12-08 | 2014-07-20 | Эпплайд Острейлиа Пти Лтд | Осланцевание |
| CN103306706B (zh) * | 2013-06-13 | 2015-04-29 | 西安科技大学 | 防治煤自燃的气溶胶制备装置及工艺 |
| CN108825293A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 赤峰震寰气体科技有限公司 | 煤矿液态二氧化碳管道直接注入灭火装置 |
| RU2750194C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-06-23 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ поглощения продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1583631A1 (ru) * | 1988-08-05 | 1990-08-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела | Способ локализации и тушени пожара в выработках |
| RU2115450C1 (ru) * | 1997-01-20 | 1998-07-20 | Акционерное общество закрытого типа "Каланча" | Способ объемного тушения пожара и устройство для его осуществления |
| RU2321437C1 (ru) * | 2006-08-25 | 2008-04-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Инновационная Компания "Сфинкс" | Газовый состав для предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей |
| RU2523317C2 (ru) * | 2008-12-08 | 2014-07-20 | Эпплайд Острейлиа Пти Лтд | Осланцевание |
| CN103806931A (zh) * | 2013-02-23 | 2014-05-21 | 杜志刚 | 一种用高压惰气雾化在采空区实现化学反应预防煤炭着火和灭火的方法 |
| CN103306706B (zh) * | 2013-06-13 | 2015-04-29 | 西安科技大学 | 防治煤自燃的气溶胶制备装置及工艺 |
| CN108825293A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-16 | 赤峰震寰气体科技有限公司 | 煤矿液态二氧化碳管道直接注入灭火装置 |
| RU2750194C1 (ru) * | 2020-07-21 | 2021-06-23 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Способ поглощения продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Eckhoff | Boiling liquid expanding vapour explosions (BLEVEs): A brief review | |
| CN101242877B (zh) | 铁路车辆中的灭火系统 | |
| WO2015161681A1 (zh) | 危险化学品容器用惰封抑爆装备及防御方法 | |
| CN104775843B (zh) | 一种液氮防火灭火系统和方法 | |
| RU2553850C1 (ru) | Установка для слива сжиженных углеводородных газов (суг) из вагона-цистерны, способ слива суг из вагона-цистерны с ее использованием, установка для дегазации вагона-цистерны, способ дегазации вагона-цистерны с ее использованием, а также способ слива и дегазации суг из вагона-цистерны с использованием этих установок | |
| JP2013141584A (ja) | 爆発抑制装置 | |
| RU2615956C1 (ru) | Способ комбинированного тушения пожаров горючих и легковоспламеняющихся жидкостей | |
| CN207583418U (zh) | 一种气囊式主动抑爆隔爆装置 | |
| US3878897A (en) | Process and device for creating triggered stop barriers in mines and in various underground works | |
| RU2802495C1 (ru) | Способ понижения температуры и сорбации продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления | |
| CN112412526A (zh) | 一种煤矿瓦斯与火灾共治系统及其使用方法 | |
| Liu et al. | Efficient prevention of coal spontaneous combustion using cooling nitrogen injection in a longwall gob: An application case | |
| CN112717304A (zh) | 一种电缆沟液氮灭火车辆系统 | |
| RU2694851C1 (ru) | Способ пожаро-взрывозащиты резервуара с нефтепродуктами, способ управления устройством аварийной разгерметизации и устройство для его реализации | |
| Chikhradze et al. | Methane explosion mitigation in coal mines by water mist | |
| CN101605574B (zh) | 向靶物施加固体二氧化碳 | |
| Yu et al. | Integrated Approaches forExtinguishing the Fire of Coal Pillars in Contiguous Coal Seams | |
| CN103920542A (zh) | 用于化学品火灾爆炸安全试验舱的快开门装置 | |
| RU2026989C1 (ru) | Способ разрушения горных пород | |
| Shu et al. | The technology of liquid CO2 used for fire prevention and the related device | |
| Hedlund | Past explosive outbursts of entrapped carbon dioxide in salt mines provide a new perspective on the hazards of carbon dioxide | |
| CN204591333U (zh) | 一种液氮防火灭火系统 | |
| RU2295040C1 (ru) | Способ тушения пожара и установка для его осуществления | |
| Ray, SK, Zutshi, A., Bhowmick, BC, Sahay, N. & Singh | Fighting mine fires using gases with particular reference to nitrogen | |
| UA143877U (uk) | Пристрій для локалізації вибухів вугільного пилу |