RU2818826C1 - Method of preventing ignition and explosion of methane-dust-air mixture and inhibitor gas mixture for implementing method - Google Patents
Method of preventing ignition and explosion of methane-dust-air mixture and inhibitor gas mixture for implementing method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818826C1 RU2818826C1 RU2023116257A RU2023116257A RU2818826C1 RU 2818826 C1 RU2818826 C1 RU 2818826C1 RU 2023116257 A RU2023116257 A RU 2023116257A RU 2023116257 A RU2023116257 A RU 2023116257A RU 2818826 C1 RU2818826 C1 RU 2818826C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- methane
- vol
- mixture
- dust
- explosion
- Prior art date
Links
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 110
- 238000004880 explosion Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 35
- XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N Fluoroform Chemical compound FC(F)F XPDWGBQVDMORPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002817 coal dust Substances 0.000 description 25
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 22
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 11
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 9
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 3
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 2
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N anthracen-1-ylmethanolate Chemical compound C1=CC=C2C=C3C(C[O-])=CC=CC3=CC2=C1 RHZUVFJBSILHOK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003830 anthracite Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000004941 influx Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003307 slaughter Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003245 working effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области предотвращения взрыва смеси угольной пыли с метановоздушной смесью, и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным и открытым способами на всех этапах производства горных работ. The invention relates to the field of preventing the explosion of a mixture of coal dust with a methane-air mixture, and can be used in the development of coal deposits by underground and open-pit methods at all stages of mining operations.
Общеизвестно, что матановоздушная смесь является взрывоопасной только в диапазоне содержания метана в воздухе от 5,0 об.% до 14,0 об.%. Однако, также известно, что при наличии в атмосфере помимо метановоздушной смеси угольной пыли во взвешенном состоянии, такая газопылевоздушная смесь взрывается при более низких концентрациях метана в воздухе –2-5 об.%. В связи с этим содержание метана в рудничном воздухе (по объему) угольных шахт строго нормируется правилами безопасности и автоматически контролируется датчиками. В частности, в местах работы комбайнов, буровых станков содержание метана не должно превышать 2 % об. При достижении содержания метана 2 % об. и более правила безопасности предписывают остановить машины и снять напряжение питающего их кабеля. Если обнаруживается дальнейший рост концентрации метана или в течение 15 мин она не снижается, то люди должны быть выведены на свежую струю. It is well known that the methane-air mixture is explosive only in the range of methane content in the air from 5.0 vol.% to 14.0 vol.%. However, it is also known that if in addition to the methane-air mixture there is suspended coal dust in the atmosphere, such a gas-dust-air mixture explodes at lower concentrations of methane in the air - 2-5 vol.%. In this regard, the methane content in mine air (by volume) of coal mines is strictly regulated by safety rules and is automatically monitored by sensors. In particular, in places where combines and drilling rigs operate, the methane content should not exceed 2% vol. When the methane content reaches 2% vol. and more safety rules require stopping the machines and removing the voltage from the cable feeding them. If a further increase in methane concentration is detected or it does not decrease within 15 minutes, then people should be taken out to a fresh stream.
При этом, при разрушении породы в процессе разработки может возникнуть обыкновенное, суфлярное и внезапное (внезапный выброс) выделения метана с обнаженных поверхностей угля. Причем при внезапном выбросе из угольного пласта в выработку за короткий промежуток времени выделяется большое количество газа и выбрасывается значительное количество угольной (иногда и породной) мелочи. В данном случае ввиду резкого повышения содержания в воздухе метана (свыше 2% об.) и угольной пыли непосредственно в процессе проходки существует риск взрыва газопылевоздушной смеси от искры, образовавшейся при ударе металлического режущего инструмента о породу. At the same time, when the rock is destroyed during the development process, ordinary, ventilated and sudden (sudden emission) release of methane from the exposed surfaces of coal may occur. Moreover, with a sudden release from a coal seam into a working, a large amount of gas is released in a short period of time and a significant amount of coal (sometimes rock) fines is released. In this case, due to the sharp increase in the content of methane (over 2% vol.) and coal dust in the air directly during the mining process, there is a risk of explosion of the gas-dust-air mixture from a spark formed when a metal cutting tool hits the rock.
Поэтому, разработка способов предотвращения взрыва в угольных шахтах и открытых разработках, в особенности, с высокой вероятностью внезапного выброса метана из угольного пласта, остается крайне актуальной.Therefore, the development of methods to prevent explosions in coal mines and open-pit mines, especially those with a high probability of a sudden release of methane from the coal seam, remains extremely relevant.
Из уровня техники известен способ предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушной смеси при разработке угольных месторождений подземным способом, при котором осуществляют пневмогидроорошение зоны разрушения угля с автоматическим контролем содержания метана датчиками и введением в шахтную атмосферу ингибирующего газа под давлением автоматически через систему пневмогидроорошения при достижении концентрации метана в воздухе от 1,9 до 2%, с концентрацией ингибирующего газа от 0,1 до 2% от защищаемого объема и заданном содержании кислорода в шахтной атмосфере (патент РФ 2513790, 06.12.2012). Способ позволяет нейтрализовать образовавшиеся метановоздушные смеси взрывоопасных концентраций. Ингибирующий газ вводят с опережением до момента образования опасной по взрыву концентрации метановоздушной смеси, нейтрализуя при этом метан в атмосфере горной выработки. Проводится орошение мелкодиспергированной водовоздушной смесью под давлением зоны разрушения угля. Мощность напора водовоздушного потока может изменяться в зависимости от объема и вида горных работ. Водовоздушная мелкодиспергированная завеса нейтрализует источник воспламенения. Таким образом, осуществляется процесс пылеподавления в опасной по возгоранию области.The prior art knows a method for preventing the ignition and explosion of a methane-air mixture when developing coal deposits underground, in which pneumohydroirrigation of the coal destruction zone is carried out with automatic control of the methane content by sensors and the introduction of an inhibitory gas under pressure into the mine atmosphere automatically through a pneumatic hydroirrigation system when the concentration of methane in the air is reached. from 1.9 to 2%, with an inhibitory gas concentration from 0.1 to 2% of the protected volume and a given oxygen content in the mine atmosphere (RF patent 2513790, 12/06/2012). The method makes it possible to neutralize the resulting methane-air mixtures of explosive concentrations. The inhibitory gas is introduced ahead of time until a concentration of methane-air mixture that is dangerous for an explosion is formed, thereby neutralizing the methane in the mine atmosphere. Irrigation is carried out with a finely dispersed water-air mixture under pressure in the coal destruction zone. The pressure power of the water-air flow can vary depending on the volume and type of mining operations. A finely dispersed water-air curtain neutralizes the ignition source. Thus, the dust suppression process is carried out in a fire-hazardous area.
Недостатком заявленного способа является его большая трудоемкость ввиду необходимости использования дополнительного оборудования для подвода воды в шахту и орошения зоны выработки с целью осаждения угольной пыли или необходимость использования для этой же цели проходческого комбайна с более сложной конструкцией, обеспечивающей орошение зоны выработки водой, а также сложность применения способа в шахтах, находящихся на удалении от источников водоснабжения или в засушливых областях (например, в шахтах Пакистана), ввиду необходимости осуществления постоянной поставки воды для орошения зоны выработки. The disadvantage of the claimed method is its high labor intensity due to the need to use additional equipment for supplying water to the mine and irrigating the working area in order to deposit coal dust, or the need to use for the same purpose a roadheader with a more complex design that ensures irrigation of the working area with water, as well as the complexity of application method in mines located at a distance from water supplies or in arid areas (for example, in the mines of Pakistan), due to the need for a constant supply of water to irrigate the mining area.
Техническая проблема, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке способа предотвращения возгорания и взрыва газопылевоздушной смеси при работе комбайна в угольных шахтах и открытых разработках угля, где запыленность воздуха угольной пылью высока и может достигать взрывчатых концентраций (например, 0,5 г/см3) при невзрывоопасных концентрациях метана от 2 до 5% об., в том числе, в угольных шахтах и открытых разработках с высокой вероятностью возникновения внезапного выброса метана из угольного пласта. The technical problem to which the claimed invention is aimed is to develop a method for preventing the ignition and explosion of a gas-dust-air mixture when operating a combine in coal mines and open-pit coal mining, where the air dust content of coal dust is high and can reach explosive concentrations (for example, 0.5 g/ cm 3 ) at non-explosive concentrations of methane from 2 to 5% vol., including in coal mines and open-pit mining with a high probability of a sudden release of methane from a coal seam.
Техническим результатом заявленного изобретения является упрощение способа предотвращения возгорания и взрыва газопылевоздушной смеси в угольных шахтах и открытых угольных разработках при сохранении высокой эффективности предотвращения возгорания и взрыва, как в шахтных, так и открытых разработках.The technical result of the claimed invention is to simplify the method of preventing fire and explosion of a gas-dust-air mixture in coal mines and open-pit coal mines while maintaining high efficiency in preventing fire and explosion, both in mines and open-pit mines.
Технический результат достигается в способе предотвращения возгорания и взрыва газопылевоздушной смеси при добыче угля в угольных шахтах и открытых угольных разработках, включающем автоматический контроль содержания метана датчиками и при содержании метана в воздухе более 1 % об. вводят ингибиторную газовую смесь при работе угольного комбайна непосредственно в зону потенциального источника инициирования, при этом, ингибиторная смесь представляет собой газовый состав, содержащий трифторметан и диоксид углерода, которые вводят по меньшей мере единоразово в концентрациях соответственно 3-5% об. и 4-15% об. от защищаемого объема. The technical result is achieved in a method for preventing the fire and explosion of a gas-dust-air mixture during coal mining in coal mines and open-pit coal mines, including automatic control of the methane content by sensors and when the methane content in the air is more than 1% vol. an inhibitor gas mixture is introduced during operation of a coal miner directly into the zone of a potential source of initiation, while the inhibitor mixture is a gas composition containing trifluoromethane and carbon dioxide, which are introduced at least once in concentrations of 3-5% vol. and 4-15% vol. from the protected volume.
Концентрацию метана измеряют датчиками в зоне потенциального источника инициирования.Methane concentration is measured by sensors in the area of the potential source of initiation.
По достижении в зоне потенциального источника инициирования концентрации метана свыше 1% об., осуществляют ввод ингибиторной смеси (например, посредством впрыскивания через форсунки) в указанную зону по меньшей мере единоразово. Причем, отсутствует необходимость в остановке работы комбайна и при этом исключается риск возгорания и взрыва метанопылевоздушной смеси. Поскольку в зоне потенциального источника инициирования метан достаточно быстро рассеивается, то при отсутствии притока метана из породы в указанной зоне, его концентрация снизится до исходных значений (менее 1% об.). При повторном увеличении концентрации метана свыше 1% об. повторяют единоразовый ввод ингибиторной смеси в указанную зону.Once the methane concentration in the zone of the potential source of initiation reaches more than 1% vol., the inhibitor mixture is introduced (for example, by injection through nozzles) into the specified zone at least once. Moreover, there is no need to stop the operation of the combine and the risk of fire and explosion of the methane-dust-air mixture is eliminated. Since methane dissipates quite quickly in the zone of the potential source of initiation, in the absence of an influx of methane from the rock in the specified zone, its concentration will decrease to its original values (less than 1% vol.). With a repeated increase in methane concentration above 1% vol. repeat the one-time injection of the inhibitor mixture into the specified zone.
Если после ввода ингибиторной смеси концентрация метана остается на уровне выше 1% об., то возможно многократное введение ингибиторной смеси до тех пор, пока концентрация метана в зоне потенциального источника инициирования не снизится до значений менее 1% (ввиду рассеивания метана). If, after introducing the inhibitor mixture, the methane concentration remains above 1% vol., then repeated introduction of the inhibitor mixture is possible until the methane concentration in the area of the potential initiation source decreases to values less than 1% (due to methane dispersion).
Зона потенциального источника инициирования представляет собой область резцов работающего угольного комбайна непосредственно в зоне разрушения угля режущей частью комбайна, поскольку именно в этой зоне имеется риск внезапного выброса метана, а также возникновения искры при ударе металлического режущего инструмента комбайна о породу.The zone of potential source of initiation is the area of the cutters of a working coal miner directly in the zone of destruction of coal by the cutting part of the miner, since it is in this zone that there is a risk of a sudden release of methane, as well as the occurrence of a spark when the metal cutting tool of the miner hits the rock.
Также технический результат достигается при использовании ингибиторной газовой смеси для реализации вышеописанного способа, представляющей собой газовый состав, содержащий трифторметан и диоксид углерода в концентрациях соответственно 3-5% об. и 4-15% об. от защищаемого объема.Also, the technical result is achieved by using an inhibitor gas mixture to implement the method described above, which is a gas composition containing trifluoromethane and carbon dioxide in concentrations of 3-5% vol., respectively. and 4-15% vol. from the protected volume.
Предложенная ингибиторная газовая смесь может быть приготовлена путем смешивания его газовых компонентов по парциальным давлениям в замкнутом сосуде. The proposed inhibitor gas mixture can be prepared by mixing its gas components at partial pressures in a closed vessel.
Затем приготовленную смесь с помощью компрессора закачивают в баллон высокого давления для хранения и использования по назначению. Then the prepared mixture is pumped into a high-pressure cylinder using a compressor for storage and intended use.
Необходимость введения ингибиторной газовой смеси именно в зону потенциального источника инициирования, например, в зону разрушения угля режущей частью комбайна в процессе его работы обусловлена высоким риском резкого повышения содержания метана в воздухе и угольной пыли именно в этой зоне, в том числе, при внезапном выбросе метана из угольного пласта в выработку и возникновения в данной зоне искры при резке породы. Таким образом, введение ингибиторной газовой смеси в указанную зону принципиально и позволяет исключить взрыв метанопылевоздушной смеси в отсутствии необходимости орошения водой зоны забоя.The need to introduce an inhibitory gas mixture precisely into the zone of a potential source of initiation, for example, into the zone of destruction of coal by the cutting part of a combine during its operation, is due to the high risk of a sharp increase in the content of methane in the air and coal dust in this particular zone, including in the event of a sudden release of methane from the coal seam into the workings and the occurrence of a spark in this zone when cutting the rock. Thus, the introduction of an inhibitory gas mixture into the specified zone is fundamental and makes it possible to eliminate the explosion of the methane-dust-air mixture in the absence of the need to irrigate the face zone with water.
Введение ингибиторной смеси в зону потенциального источника инициирования по достижении метана в воздухе 1% об., что регистрируется датчиками метана, обусловлено близостью данной концентрации к взрывоопасной при наличии угольной пыли. Таким образом, исключается риск взрыва метанопылевоздушной смеси даже при небольших выбросах метана. The introduction of an inhibitor mixture into the zone of a potential source of initiation when methane in the air reaches 1% vol., which is recorded by methane sensors, is due to the proximity of this concentration to explosive in the presence of coal dust. Thus, the risk of an explosion of the methane-dust-air mixture is eliminated even with small methane emissions.
Кроме того, в результате исследований был установлен оптимальный компонентный и количественный состав ингибиторной газовой смеси. Метанопылевоздушная смесь является взрывоопасной трехкомпонентной системой. При этом, известно, что двухкомпонентная взрывоопасная метановоздушная смесь детонирует при 5,0 - 14,0 об.% метана, однако наличие третьего компонента - угольной пыли меняет механизм протекания химических реакций между компонентами в смеси, что приводит к взрыву смеси при существенно более низких концентрациях метана - 2-5% об. в присутствии угольной пыли (например, при ее содержании от 0,5 г/м3).In addition, as a result of research, the optimal component and quantitative composition of the inhibitor gas mixture was established. The methane-dust-air mixture is an explosive three-component system. At the same time, it is known that a two-component explosive methane-air mixture detonates at 5.0 - 14.0 vol.% methane, however, the presence of a third component - coal dust - changes the mechanism of chemical reactions between the components in the mixture, which leads to an explosion of the mixture at significantly lower methane concentrations - 2-5% vol. in the presence of coal dust (for example, when its content is from 0.5 g/m 3 ).
В результате экспериментов была установлена эффективность применения смеси трифторметана с углекислым газом, вводимой в защищаемый объем в концентрациях 3-5% об. и 4-15% об. от защищаемого объема соответственно, для ингибирования реакций, приводящих к взрыву метанопылевоздушной смеси. Применение заявленной ингибиторной смеси для предотвращения взрыва метанопылевоздушной смеси ранее не было известно.As a result of experiments, the effectiveness of using a mixture of trifluoromethane with carbon dioxide introduced into the protected volume in concentrations of 3-5% vol. was established. and 4-15% vol. from the protected volume, respectively, to inhibit reactions leading to an explosion of the methane-dust-air mixture. The use of the claimed inhibitor mixture to prevent the explosion of a methane-dust-air mixture was not previously known.
Было выявлено, что сочетание именно трифторметана в качестве фторзамещенного углеводорода с углекислым газом и использование данной смеси в концентрациях 3-5% об. и 4-15% об. от защищаемого объема соответственно, позволяет достичь синергетического эффекта в смеси. В результате возникновения данного эффекта полученная смесь обеспечивает улучшенное ингибирующее действие на химические реакции, происходящие при смешении метана, воздуха и угольной пыли, приводящие к взрыву при достижении концентрации метана в воздухе 2-5% об. и угольной пыли – от 0,5 г/м3 и отсутствии ингибитора. В результате, использование заявленного ингибиторного газового состава способствует исключению риска возникновения взрыва метанопылевоздушной смеси в процессе проходки, в том числе, и при внезапном выбросе метана и угольной пыли. It was found that the combination of trifluoromethane as a fluorinated hydrocarbon with carbon dioxide and the use of this mixture in concentrations of 3-5% vol. and 4-15% vol. from the protected volume, respectively, allows you to achieve a synergistic effect in the mixture. As a result of this effect, the resulting mixture provides an improved inhibitory effect on chemical reactions that occur when methane, air and coal dust are mixed, leading to an explosion when the methane concentration in the air reaches 2-5% vol. and coal dust - from 0.5 g/m 3 and the absence of an inhibitor. As a result, the use of the claimed inhibitor gas composition helps eliminate the risk of an explosion of the methane-dust-air mixture during the mining process, including in the event of a sudden release of methane and coal dust.
Кроме того, также была установлена эффективность предотвращения взрыва ингибиторным составом даже при дальнейшем повышении концентрации метана в метанопылевоздушной смеси до 16% об. In addition, the effectiveness of explosion prevention by the inhibitor composition was also established even with a further increase in the methane concentration in the methane-dust-air mixture to 16% vol.
Как было отмечено выше, экспериментально было установлено, что при введении в защищаемый объем ингибирующего состава именно в концентрации 3-5% об. трифторметана и 4-15% об. углекислого газа от защищаемого объема позволяет достигнуть положительного эффекта и гарантировано исключить взрыв метанопылевоздушной смеси.As noted above, it was experimentally established that when an inhibitory composition is introduced into the protected volume precisely at a concentration of 3-5% vol. trifluoromethane and 4-15% vol. carbon dioxide from the protected volume allows you to achieve a positive effect and is guaranteed to prevent an explosion of the methane-dust-air mixture.
Защищаемый объем - это тот участок объема, где происходит искра, например, от резцов проходческого комбайна, или участки других источников инициирования искры. Вводить ингибиторный состав необходимо именно в эти локальные объемы с помощью форсунок. The protected volume is the area of the volume where the spark occurs, for example, from the cutters of a roadheader, or areas of other sources of spark initiation. It is necessary to introduce the inhibitor composition into these local volumes using nozzles.
В процессе работы были приготовлены и исследованы смеси трифторметана с углекислым газом с различным соотношением компонентов. Таким образом, исследовалось влияние концентраций вводимых в защищаемый объем компонентов ингибирующего состава на эффективность предотвращения взрыва метанопылевоздушной смеси. Для проведения исследований использовали стенд с вертикальной реакционной трубой, схематически представленный на фиг. 1, где позициями 1-11 показаны: 1– вентиль напуска газа на установку; 2 – манометр; 3 – гребенка с кранами (коллектор, смеситель); 4 – баллоны с газами; 5 – осциллограф; 6 – реактор; 7 – 10 – фотодатчики; 11 – блок зажигания. During the work, mixtures of trifluoromethane with carbon dioxide with different ratios of components were prepared and studied. Thus, the influence of the concentrations of the components of the inhibitory composition introduced into the protected volume on the effectiveness of preventing the explosion of a methane-dust-air mixture was studied. To carry out the research, we used a stand with a vertical reaction tube, schematically shown in Fig. 1, where positions 1-11 show: 1 – gas supply valve to the installation; 2 – pressure gauge; 3 – comb with taps (manifold, mixer); 4 – gas cylinders; 5 – oscilloscope; 6 – reactor; 7 – 10 – photosensors; 11 – ignition unit.
Составы исследованных ингибиторных газовых смесей (ингибитор) представлены в таблице 1. При этом, количественный и качественный состав ингибиторных составов №2-4 соответствует составу по заявленному изобретению, а составы №5-10 по количественному и качественному составу отличаются от заявленного изобретения и приведены для сравнения. Количественный состав ингибиторных смесей выражен в % об. по отношению к защищаемому объему. В качестве угольной пыли использовался мелкодисперсный антрацит (порошок) с размером частиц 5–15 мкм.The compositions of the studied inhibitor gas mixtures (inhibitor) are presented in Table 1. At the same time, the quantitative and qualitative composition of inhibitor compositions No. 2-4 corresponds to the composition according to the claimed invention, and compositions No. 5-10 differ in quantitative and qualitative composition from the claimed invention and are given for comparisons. The quantitative composition of inhibitor mixtures is expressed in % vol. in relation to the protected volume. Fine anthracite (powder) with a particle size of 5–15 μm was used as coal dust.
Реакционные газовые смеси метана с ингибитором и с воздухом приготавливали в баллоне – смесителе по парциальным давлениям за 24 часа до проведения опытов. В экспериментах исследовали реакционные смеси с различным соотношением компонентов в газовой реакционной смеси. Реакционную смесь напускали в откачанный до давления 1 бар реактор 6. Зажигание производили искрой у нижнего конца реактора 6. Продвигающее по реакционной трубе пламя регистрировали с помощью четырех фотодатчиков 7-10, расположенных вдоль реактора 6 на определенных расстояниях от нижнего конца реактора, и связанных с четырехканальным осциллографом 5 TEKTRONIX TDS–3014. Reaction gas mixtures of methane with an inhibitor and with air were prepared in a cylinder-mixer at partial pressures 24 hours before the experiments. The experiments examined reaction mixtures with different ratios of components in the gas reaction mixture. The reaction mixture was released into reactor 6, evacuated to a pressure of 1 bar. Ignition was carried out by a spark at the lower end of reactor 6. The flame moving along the reaction tube was recorded using four photosensors 7-10 located along reactor 6 at certain distances from the lower end of the reactor, and associated with four-channel oscilloscope 5 TEKTRONIX TDS–3014.
Порцию угольного порошка предварительно размещали в расширенной части верхнего ввода в реактор 6. После последующей откачки реактора медленно напускали реакционную газовую смесь до давления 0,9 бар. Затем из смесителя резко напускали реакционную газовую смесь до давления 1 бар, которая сдувала угольный порошок из расширенной части входной трубки в реактор. Угольная пыль вводилась в реактор в количестве 8 г. Содержание угольной пыли в реакторе составило 0,55 г/л. Известно, что угольная пыль в указанной концентрации промотирует горение, а также увеличивает возможность взрыва метана при концентрациях 2-5% об. A portion of the coal powder was preliminarily placed in the expanded part of the upper inlet into reactor 6. After subsequent pumping of the reactor, the reaction gas mixture was slowly introduced to a pressure of 0.9 bar. Then the reaction gas mixture was suddenly released from the mixer to a pressure of 1 bar, which blew away the coal powder from the expanded part of the inlet tube into the reactor. Coal dust was introduced into the reactor in an amount of 8 g. The content of coal dust in the reactor was 0.55 g/l. It is known that coal dust in the specified concentration promotes combustion and also increases the possibility of a methane explosion at concentrations of 2-5% vol.
Зажигание производили спустя 3–5 секунд, необходимых для распространения порошка по объему реактора. Поджиг приготовленной метанопылевоздушной смеси проводили при помощи искрового источника, размещенного внизу реактора, посредством блока зажигания 11.Ignition was carried out after 3–5 seconds, necessary for the powder to spread throughout the reactor volume. The prepared methane-dust-air mixture was ignited using a spark source located at the bottom of the reactor, using an ignition unit 11.
Взрыв метанопылевоздушной смеси регистрировали по свечению пламени (хемилюминесценции) с использованием фотодиода, а также по скачку давления.The explosion of the methane-dust-air mixture was recorded by the glow of the flame (chemiluminescence) using a photodiode, as well as by a pressure jump.
Общеизвестно, что смесь угольной пыли, метана и воздуха может взрываться в диапазоне 2-5% об. метана от объема воздуха в смеси и содержании угольной пыли 0,5 г/м3 и более. It is well known that a mixture of coal dust, methane and air can explode in the range of 2-5% vol. methane from the volume of air in the mixture and the content of coal dust 0.5 g/m 3 or more.
Таким образом, при проведении экспериментов эффективность работы ингибирующих газовых составов оценивали на метанпылевоздушных смесях с содержанием метана, лежащем в диапазоне 2-5% об. от содержания воздуха. Также работу ингибирующих газовых составов исследовали на метанпылевоздушных смесях с содержанием метана, лежащем вне указанного диапазона. Состав всех исследуемых метанпылевоздушных смесей представлен в таблице 1.Thus, during the experiments, the effectiveness of inhibitory gas compositions was assessed on methane-dust-air mixtures with a methane content in the range of 2-5% vol. from air content. The performance of inhibitory gas compositions was also studied on methane-dust-air mixtures with a methane content outside the specified range. The composition of all studied methane-dust-air mixtures is presented in Table 1.
В качестве пыли использовали угольную пыль, содержание которой во всех экспериментах было постоянным – 0,55 г/м3.Coal dust was used as dust, the content of which was constant in all experiments - 0.55 g/ m3 .
Таблица 1.Table 1.
«-» - отсутствие взрыва; «+» - наличие взрыва “-” - no explosion; “+” - presence of explosion
В первую очередь был проведен контрольный эксперимент, то есть исследовали вероятность возникновения возгорания и взрыва метанопылевоздушной смеси при различных содержаниях метана в отсутствии ингибитора. Было установлено, что в метанопылевоздушная смесь начинает детонировать при содержании метана от 2% об.First of all, a control experiment was carried out, that is, the probability of a fire and explosion of a methane-dust-air mixture at various methane contents in the absence of an inhibitor was studied. It was found that the methane-dust-air mixture begins to detonate at a methane content of 2% vol.
Далее были исследованы образцы ингибиторных смесей №№2-10. Результаты исследования показали, что только ингибиторные смеси, состава, предложенному в патентуемом способе позволяют гарантировано исключить возгорание и взрыв метанопылевоздушных смесей во взрывоопасном диапазоне концентраций 2-5% об. в присутствии угольной пыли. Также было установлено, что дальнейшее увеличение содержание метана не влияет на эффективность работы ингибитора, используемого в патентуемом способе. Таким образом, была показана возможность исключения возгорания и взрыва метанопылевоздушной смеси в широком диапазоне концентрации метана (от 2 до 16% об.).Next, samples of inhibitor mixtures No. 2-10 were studied. The results of the study showed that only inhibitor mixtures of the composition proposed in the patented method can guarantee the exclusion of fire and explosion of methane-dust-air mixtures in the explosive concentration range of 2-5% vol. in the presence of coal dust. It was also found that a further increase in methane content does not affect the efficiency of the inhibitor used in the patented method. Thus, the possibility of eliminating the fire and explosion of a methane-dust-air mixture in a wide range of methane concentrations (from 2 to 16% vol.) was shown.
Другие исследованные двухкомпонентные ингибиторные составы №№6-7, отличающиеся от используемого в заявленном изобретении состава концентрацией компонентов, качественным составом №8 (используется тетрафторметан вместо трифторметана), а также однокомпонентные составы №№9, 10 не позволили получить положительного результата и предотвратить возгорание и взрыв метанопылевоздушной смеси при минимальных концентрациях метана 2-5%, что имеет место при разработке угольных месторождений.Other studied two-component inhibitor compositions No. 6-7, which differ from the composition used in the claimed invention in the concentration of components, qualitative composition No. 8 (tetrafluoromethane is used instead of trifluoromethane), as well as one-component compositions No. 9, 10, did not allow obtaining a positive result and preventing fire and explosion of a methane-dust-air mixture at minimum methane concentrations of 2-5%, which occurs during the development of coal deposits.
Таким образом в результате экспериментов было установлено, что только при сочетании именно трифторметана с углекислым газом в указанных концентрациях (выраженных в % об. от защищаемого объема) позволяет гарантировано исключить возгорание и взрыв метанопылевоздушных смесей при содержании метана 2-5% об. относительно воздуха.Thus, as a result of experiments, it was established that only when combining trifluoromethane with carbon dioxide in the indicated concentrations (expressed in % vol. of the protected volume) can it be guaranteed to exclude the fire and explosion of methane-dust-air mixtures with a methane content of 2-5% vol. relative to air.
Таким образом, разработанный способ позволяет обеспечить надежную защиту от возгорания и взрыва метанопылевоздушной смеси при достижении взрывоопасного содержания метана в данной смеси и осуществлять разработку при повышении концентрации метана, в том числе, в случае внезапного выброса, без остановки комбайна и при отсутствии необходимости орошения водой зоны забоя. В результате, достигается упрощение способа предотвращения взрыва газопылевоздушной смеси в угольных шахтах и открытых разработках угля ввиду отсутствия необходимости использования сложной конструкции комбайна или обеспечения доставки воды для орошения зоны забоя при сохранении высокой эффективности предотвращения возгорания и взрыва.Thus, the developed method makes it possible to provide reliable protection against fire and explosion of a methane-dust-air mixture when an explosive methane content in this mixture is reached and to carry out development when the methane concentration increases, including in the event of a sudden release, without stopping the combine and in the absence of the need to irrigate the area with water slaughter As a result, a simplification of the method for preventing the explosion of a gas-dust-air mixture in coal mines and open-pit coal mining is achieved due to the absence of the need to use a complex combine design or ensure the delivery of water to irrigate the face zone while maintaining high efficiency in preventing fire and explosion.
Разработанный ингибирующий газовый состав по изобретению не токсичен и не горюч, может длительно храниться в обычных условиях.The developed inhibitory gas composition according to the invention is non-toxic and non-flammable and can be stored for a long time under normal conditions.
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818826C1 true RU2818826C1 (en) | 2024-05-06 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340490A (en) * | 1993-07-14 | 1994-08-23 | Alliedsignal Inc. | Azeotrope-like compositions of trifluoromethane and carbon dioxide or hexafluoroethane and carbon dioxide |
| RU2169597C1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-06-27 | Федеральное государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД России | Composition for prevention of inflammation and explosion of combustion mixtures |
| RU2180255C1 (en) * | 2000-11-13 | 2002-03-10 | Аозт "Астор" | Fire-extinguishing composition |
| RU2430763C1 (en) * | 2010-02-10 | 2011-10-10 | Тимур Рафкатович Тимербулатов | Two-component gas composition for prevention of methane-air mixture ignition and explosion |
| RU2444391C1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-03-10 | Тимур Рафкатович Тимербулатов | Gas composition for preventing inflammation and explosion of methane-air mixtures |
| RU2459958C1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-08-27 | Витаутас Валентинович Сенкус | Automated system for control and prevention of explosion of dust-methane-air mixture in complex mechanised mining face |
| RU2513790C1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" (ООО "ВостЭКО") | Method to prevent ignition of methane and air mixture |
| CN106621163A (en) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 安徽新盾消防设备有限公司 | Ultra-low temperature foam fire extinguishing agent |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340490A (en) * | 1993-07-14 | 1994-08-23 | Alliedsignal Inc. | Azeotrope-like compositions of trifluoromethane and carbon dioxide or hexafluoroethane and carbon dioxide |
| RU2169597C1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-06-27 | Федеральное государственное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны МВД России | Composition for prevention of inflammation and explosion of combustion mixtures |
| RU2180255C1 (en) * | 2000-11-13 | 2002-03-10 | Аозт "Астор" | Fire-extinguishing composition |
| RU2430763C1 (en) * | 2010-02-10 | 2011-10-10 | Тимур Рафкатович Тимербулатов | Two-component gas composition for prevention of methane-air mixture ignition and explosion |
| RU2444391C1 (en) * | 2010-07-30 | 2012-03-10 | Тимур Рафкатович Тимербулатов | Gas composition for preventing inflammation and explosion of methane-air mixtures |
| RU2459958C1 (en) * | 2010-12-10 | 2012-08-27 | Витаутас Валентинович Сенкус | Automated system for control and prevention of explosion of dust-methane-air mixture in complex mechanised mining face |
| RU2513790C1 (en) * | 2012-12-06 | 2014-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ВостЭКО" (ООО "ВостЭКО") | Method to prevent ignition of methane and air mixture |
| CN106621163A (en) * | 2016-11-17 | 2017-05-10 | 安徽新盾消防设备有限公司 | Ultra-low temperature foam fire extinguishing agent |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2400633C1 (en) | System for confinement and suppression of methane-air mixtures and/or coal dust explosions in mines network | |
| RU2818826C1 (en) | Method of preventing ignition and explosion of methane-dust-air mixture and inhibitor gas mixture for implementing method | |
| RU2452862C1 (en) | Method to prevent explosion of methane-coal-air mixture | |
| RU2199667C2 (en) | Procedure preventing and suppressing endogenous fires in developed space | |
| US3463227A (en) | Fire arrester for a petroleum well | |
| Medic-Pejic et al. | Experimental study for the application of water barriers to Spanish small cross section galleries | |
| RU2513790C1 (en) | Method to prevent ignition of methane and air mixture | |
| Trenczek et al. | Mining the sparking rocks in the context of most frequent cases of methane ignition | |
| Claassen | Goaf inertisation and sealing utilising methane from in-seam gas drainage system | |
| US20050011653A1 (en) | Process for extinguishment of underground coal seam fires | |
| RU2278270C2 (en) | Device for automatic explosion and fire localization in mine tunnel | |
| RU2155871C1 (en) | Method of fire suppression in mines workings | |
| CN106609677A (en) | A gas extraction and discharge construction method | |
| RU2129211C1 (en) | Method and device for preventing explosion of methane-coal-air mixture | |
| US2063761A (en) | Coal mining | |
| RU2558068C1 (en) | Method of prevention of ignition of methane-air mixture | |
| SU1451280A1 (en) | Method of preventing and extinguishing endogenic fires in excavated space | |
| RU2187351C2 (en) | Method of preventing inflammation and detonation of combustible mixtures | |
| RU2136889C1 (en) | Method for fire suppression in dome of mine working | |
| Brune et al. | Explosion prevention in United States coal mines | |
| SU926324A1 (en) | Method for preventing explosion of gas, dust and and air mixture in mining workings | |
| RU2330157C2 (en) | Method of treatment of well face zone | |
| Medic Pejic et al. | Full scale test for explosion water barriers in small cross-section galleries | |
| RU2430763C1 (en) | Two-component gas composition for prevention of methane-air mixture ignition and explosion | |
| RU2503473C1 (en) | Method of preventing detonation and destruction of stationary detonation wave with propane or propane-butane in hydrogen-air mixtures |