Методика расчета параметров подачи парогазовой смеси в изолированный участок для тушения пожара. Методика расчета параметров подачи парогазовой смеси в изолирова. Тушение подземных пожаров инертными газами
 Скачать 251.29 Kb.
|
|
. Тушение подземных пожаров инертными газами Военизированные горноспасательные части в настоящее время располагают оборудованием, позволяющим выпустить в пожарный участок углекислого газа до 30—50 м3/мин, азота — до 100 м3/мин и парогазовой смеси до 1500 м3/мин. До последнего времени пожарные участки с интенсивным проветриванием (при расходе воздуха более 350 м3/мин) изолировались комбинированным методом, при котором сооружение перемычек (вплоть до закрытия проемов) производилось при постоянной подаче на участок свежего воздуха в количестве, обеспечивающем разжижение горючих газов до взрывобезопасной концентрации. С момента закрытия проемов в перемычках начинался выпуск за перемычку инертного газа (углекислого газа, азота, газогенераторной смеси). В настоящее время в связи с введением на оснащение ВГСЧ генератора инертных газов ГИГ-1500 может быть осуществлен идеальный метод изоляции пожарного участка, когда весь свежий воздух, поступающий на участок, может быть заменен парогазовой смесью еще до сооружения изолирующих перемычек. Применение такого генератора позволяет не только снизить количество кислорода в пожарном участке до 1 %, но и вынести горючие газы, выделяющиеся в выработках и образующиеся при горении, т. е. осуществить «проветривание» участка. В связи с увеличением глубины разработки угольных месторождений основными требованиями к современным средствам газового пожаротушения являются мобильность, автономность и высокая производительность при подаче инертного газа в течение длительного времени. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают методы и средства получения инертного газа непосредственно в горных выработках, основанные на сжигании в специальных установках типа ГИГ углеводородного топлива с последующим охлаждением продуктов сгорания водой. Широкий круг тактических задач успешно решается с помощью таких генераторов инертных газов, созданных в нашей стране на основе газотурбинных двигателей. Всесоюзным научно-исследовательским институтом горноспасательного дела создано семейство газогенераторных установок, предназначенных для тушения подземных пожаров и предотвращения взрывов смесей горючих газов с кислородом воздуха (ГИГ-50, ГИГ-4, ГИГ-1500). Генераторы ГИГ-4 и ГИГ-1500 применяются для инертизации среды в пожарных участках (в зависимости от объема изолированного пространства и расхода воздуха на проветривание участка), ГИГ-50 устанавливается для подкачки парогазовой смеси (компенсация притечек свежего воздуха на пожарный участок). Наиболее эффективно применение генераторов при ликвидации экзогенных пожаров, когда через очаг можно направить поток парогазовой смеси. В районе очага пожара создается бескислородная среда, прекращается горение и движущимся потоком парогазовой смеси отводится тепло от раскаленных материалов и стенок выработки. Ликвидацию эндогенных пожаров с применением генераторов необходимо производить в сочетании с изоляцией пожарного участка, так как очаг пожара, как правило, находится в выработанном пространстве, а инертную среду необходимо в этом случае создавать во всем изолированном объеме. С помощью ГИГ пожары можно тушить в горизонтальных, наклонных и вертикальных выработках. При тушении пожаров в наклонных и вертикальных выработках подачу парогазовой смеси можно производить как снизу вверх, так и сверху вниз. В зависимости от расхода воздуха на пожарном участке могут быть применены один, два и более генераторов ГИГ-4. Если, например, на участке расход воздуха составляет до 400 м3/мин, а необходимо снизить содержание кислорода в нем до 10 %, то достаточно будет одного генератора ГИГ-4. Если же расход воздуха более 400 м3/мин, то для достижения взрывобезопас-ной концентрации газов (менее 10% кислорода) необходимо применить два и более генераторов ГИГ-4. Число генераторов ГИГ-4 определяют по формуле n = Qaв/0,67, где Qaв — расход воздуха для проветривания аварийного участка, м3/с В настоящее время, когда на оснащение ВГСЧ начали поступать генераторы ГИГ-1500, в случаях большого расхода воздуха на пожарном участке (1000—1500 м3/мин) следует использовать для ликвидации пожара и создания инертной среды в районе пожара именно эти генераторы. Их можно устанавливать как под землей, так и на поверхности шахты. Нагнетание парогазовой смеси с поверхности нужно производить в стволы с поступающей струей воздуха. Применение инертных газов при ликвидации пожаров в шахтах.Тактико-технические возможности средств инертизации атмосферыПри тушении подземных пожаров для предотвращения взрывов метано-воздушной смеси применяются инертные газы. Наиболее часто используются парогазовая смесь, подаваемая генераторами инертных газов, азот с применением азотных газификационных установок, а также хладон, как флегматизатор. Технические характеристики генераторов инертных газов приведены в таблице 18.1: Тактико-технические возможности средств инертизации атмосферы.Таблица 18.1
Для исключения опасности взрыва горючих газов содержание кислорода в атмосфере участка (Суч) не должно превышать 10%, для подавления пламенного горения – 8%, для прекращения тления – 2% Условия инертизации выражаются уравнением: qин + Qвд  Qm;Синqин + 21Qвд СучQm,где: qин – количество инертного газа, подаваемого к очагу пожара, м³/мин. Если применяется ГИГ, то qин = 0,4qпг; qпг – количество генерируемой парогазовой смеси, м³/мин; Qвд – суммарное количество воздуха, поступающего к очагу пожара одновременно с инертным газом, м³/мин; Qвд = Qут + Qв; Qут – приток воздуха через неплотности в изолирующих перемычках, м³/мин; Qв – приток воздуха через вентиляционные проемы, м³/мин; Qm – минимально допустимое количество смеси (газа и воздуха) по газовому фактору для проветривания аварийного участка, м³/мин; Син – содержание кислорода в инертном газе, %; Суч – содержание кислорода в аварийном участке после подачи инертного газа, %. При объемной инертизации производится замещение воздуха инертной газовой смесью во всем объеме выработок аварийного участка. Подача газа должна быть соизмерима с количеством воздуха, поступавшим в горные выработки при нормальном вентиляционном режиме. При локальной инертизации инертная смесь подается непосредственно в очаг горения при неизменном состоянии проветривания аварийного участка. Основные технические характеристики азотных газификационных установок следующие: Таблица 18.2
 Методика расчета параметров подачи парогазовой смеси в изолированный участок для тушения пожара Методика распространяется на участки, при изоляции которых в изолирующей перемычке в выработке на поступающей струе устроено два проема. К одному проему подсоединяется ГИГ, а второй проем является вентиляционным. Выпуск газа может производиться при открытом или закрытом вентиляционном проеме. Методика позволяет определить: интенсивность и длительность проветривания горных выработок парогазовой смесью для создания взрывобезопасных условий локализации пожара и ускорения его тушения; расход топлива для работы генератора в течение времени инертизации; продолжительность сохранения инертной среды в заданном пункте после выключения генератора; расстояние по ходу движения газа, на котором произойдет охлаждение парогазовой смеси до температуры, не более чем на 20°С превышающей температуру воздуха в выработках при нормальном режиме проветривания. Определение интенсивности проветриваниявыработок аварийного участка парогазовой смесью Минимально допустимый расход воздуха при ведении работ по изоляции аварийных участков определяется как указано в главе 2 раздела 4 настоящего Пособия. Проемы в перемычках должны обеспечивать поступлениев изолируемый участок расчетного количества воздуха Q. В большинстве случаев применяются стандартные проемные трубы, если их нет, то один из проемов должен быть размером не менее 0,6х07 м (из условия прохода через него в респираторе). Для определения времени непрерывной работы генераторов при создании взрывобезопасной атмосферы на аварийном участке предварительно вычисляется эффективная скорость движения парогазовой смеси по выработкам, (м/с): L(0,6 nqпг + Qвд) U = ---------------------------------- 60(l1S1 + l2S2 +…+ lкSк) где: L – общая длина проветриваемых выработок участка по ходу движения парогазовой смеси, м (L = l1 + l2 +…lк); l1, l2…lк – длина проветриваемых выработок участка, м; S1, S2 …Sк – площадь поперечного сечения проветриваемых выработок участка, м²; n – число генераторов; qпг – паспортная подача одного генератора, м³/мин (берется из технической характеристики ГИГ). По значениям L и U определяется время τп заполнения выработок парогазовой смесью по нижеследующей номограмме (рис.18.1):  Рис.18.1. Номограмма для определения времени инертизации проветриваемых выработок парогазовой смесью. По истечении этого времени инертизация участка должна производится с выпуском парогазовой смеси при закрытом вентиляционном проеме в перемычке на поступающей струе, т.е. без подачи свежего воздуха через вентиляционный проем. Общее время непрерывной работы генераторов для создания взрывобезопасной атмосферы на аварийном участке определяется по формуле: 3,37m  τ = τп + ----------------------- α(0,6nqпг + Qут) где: m – вынимаемая мощность пласта, м; lл – длина лавы, м; Qут – утечки воздуха через перемычку на поступающей струе при закрытом вентиляционном проеме, м³/мин; (определяются по рекомендациям главы 3 раздела 4); Хr – протяженность зоны распространения утечек воздуха через выработанное пространство, считая от лавы, м (определяется по нижеприведенной таблице); ά – коэффициент, характеризующий воздухопроницаемость выработанного пространства, м-1; (определяется по нижеприведенной таблице): Коэффициент, характеризующий воздухопроницаемость выработанного пространства. Таблица 18.3
Расход топлива (кг) для работы генераторов вычисляется по формуле: qг = 0,017 ξ n τ, где: ξ – паспортный расход топлива для генератора, кг/ч; n – число генераторов; τ – длительности работы генератора, мин. Продолжительность сохранения инертной среды в заданном пункте участка после выключения генераторов, мин: τин = (l1S1 + l2S2 +…+lкSк)/Qут Ориентировочное расстояние по ходу движения парогазовой смеси (м), на котором ее температура будет превышать температуру воздуха при нормальном режиме проветривания не более чем на 20°С, определяется по формуле: nqпг L1 = 22------- , П где: П – средневзвешенный периметр выработок, по которым движется парогазовая смесь, м П = (l1П1+ l2П2 +…+ lкПк)/L П1, П2…Пк – периметры выработок, по которым движется парогазовая смесь, м. Требующаяся подача парогазовой смеси, тип и количество необходимых для ее обеспечения генераторов инертного газа определяются по нижеследующей номограмме (рис.21):  Рис.18.2. Номограмма для определения типа и числа генераторов инертного газа, их производительности, количества дополнительного воздуха, содержания кислорода в смеси газов; 1 – генератор ГИГ – 4; 2 – два генератора ГИГ – 4; 3 – генератор ГИГ – 1500. Правила пользования номограммой: Из точки на оси ординат, соответствующе расчетному значению Q, проводится горизонтальная линия (параллельно оси абсцисс). Если эта линия не пересекает наклонные прямые 1, 2, 3, обозначающие дополнительное количество воздуха Qвд, которое необходимо подавать через вентиляционный проем в перемычке при работе генератора инертных газов, то инертизация участка должна производиться при закрытом вентиляционном проеме в перемычке, установленной на свежей струе посредством: одного ГИГ-4 при Q<200 м³/мин; двух ГИГ-4 при Q <400 м³/мин; одного ГИГ-1500 при Q<900 м³/мин. В последнем случае для определения производительности генератора ГИГ-1500 необходимо опустить перпендикуляр на ось абсцисс из точки пересечения горизонтальной линии Q с наклонной 3. Если линия Q пересекает какую-либо из наклонных (1, 2, 3) прямых, то парогазовая смесь должна подаваться при открытом вентиляционном проеме. Количество воздуха, которое должно поступать в участок через вентиляционный проем, соответствует значению Qвд в точке пересечения линий Q и одной из наклонных прямых 1, 2, 3 (точка А). Концентрация кислорода в изолированном участке перед закрытия проема определяется по этой же номограмме, для чего через точку В на оси абсцисс qпг и полученную на одной из прямых 1, 2, 3 точку для определения Qвд (точка А) проводится прямая до пересечения с верхней горизонтальной осью Суч. Методика расчета подачи азота в горные выработки Расчет составлен для случая выпуска азота со стороны поступающей в пожарный участок вентиляционной струи. Расстояние от места выпуска азота до очага пожара не должно превышать 1000 м. Исходными данными для расчета параметров выпуска азота в участок являются: Q – расход воздуха, поступающего на участок в нормальном режиме проветривания, м³/мин; С – концентрация метана в исходящей из участка струе воздуха в нормальном режиме проветривания, %; L – общая длина выработок аварийного участка, заполняемых азотом, м; S – средняя площадь сечения выработок, м². Порядок расчета определяется расход азота q1 (м³/мин), необходимый для создания взрывобезопасной среды: C Q q1 = ------ 10-C определяется расход азота q2 ( м³/мин) необходимый для инертизации атмосферы всего участка: q2 = 0,03 L  выбирается из двух расчетных значений расхода азота максимальное значение: q = max (q1; q2) находится время t (мин) заполнения выработок участка азотом: S (260 + 0,84) t = -------------------- q определяется общее количество газообразного азота qг (м³), которое необходимо выпустить в аварийный участок: qг = q t количество жидкого азота qж (кг) при известном расходе газообразного qг (м³) определяется по формуле: qж = 1,2 К qг , где: К – коэффициент, учитывающий потери азота при транспортировании, хранении и подаче по шахтным трубопроводам, принимается К=1,5. Зависимость интенсивности выпуска азота от давления в цистерне. Таблица 18.4
Примеры ликвидации подземных пожаров с помощью генераторов инертных газов ПРИМЕР 1. На шахте «Бутовка-Допсцкая» (рис. 71) разрабатывался пласт Бутовский мощностью 3 м с углом падения 3-5° Уголь пласта отнесен к самовозгорающим. Шахта сверхкатегорийная по метану, относительная газеобильность 28,4 м3/т суточной добычи. Проветривание 59-й западной лавы осуществлялось следующим образом: свежей воздух поступал по 59-му западному откаточному штреку В лапу и выходил на 59-й западный вентиляционный штрек. Признаки пожара были обнаружены в верхней части выработанного пространства 59-и западной лавы. Принятые меры непосредственного тушения пожара (бурение скважин в районе предполагаемого очага пожара и нагнетание по ним воды сокращение расхода воздуха, проведение так называемых пожарных выработок для вскрытия очагов горения и тушения их водой) были очень сложными и не дали желаемых результатов.
Для дистанционного отбора проб рудничной атмосферы из изолированного пространства были выведены шланги на уклон № 2-бис из-за перемычки № 5 и на 3-й восточный уклон —из-за перемычек № 3 и 4 (3-й уклон расположен левее ходка, на схеме не показан). После выполнения всех подготовительных работ был заложен проем в перемычке № 5 и запущен генератор со следующими параметрами: производительность 340 м^/мин; содержание кислорода 1,8 %; температура парогазовой смеси 85 °С. Во время работы генератора регулярно через 10 мин производился дистанционный отбор проб газов из-за перемычек № 3 и № 4. Через 2 ч 30 мин была закрыта ляда в проеме перемычки № 3 на 59-м западном вентиляционном штреке, а затем и в перемычке № 4 на 59-м западном откаточном штреке. Через 5 ч 15 мин генератор был выключен. После герметизации перемычек (через 10 ч) он вновь был запущен и продолжал работать 3 ч 40 мин. Вентиляционный став, по которому подавалась парогазовая смесь, был отсоединен от трубы, вмонтированной в перемычку № 5, а труба загерметизирована. Далее была снята депрессия с пожарного участка. Дальнейшее наблюдение за пожарным участком производилось путем дистанционного отбора проб воздуха и измерения температуры в изолированном пространстве. Температура в изолированном участке составляла 32,5 °C, а газовая атмосфера состояла из углекислого газа (4,6%), метана (24%), кислорода (5,4 %). Окись углерода отсутствовала. На основании полученных данных было принято решение о списании пожара. Через 2,5 мес изолированный участок был вскрыт, и 59-я лава была пущена в эксплуатацию. ПРИМЕР 2. На шахте им. Бажанова ПО «Макеевуголь» пожар возник в выработанном пространстве восточной лавы панели № 12 (рис. 72) от самовозгорания угля. Очаг пожара находился в обрушенной зоне, поэтому воздействовать на него какими-либо средствами пожаротушения не представлялось возможным. Локализация пожара была произведена методом изоляции пожарного участка с предварительным заполнением его инертным газом из генератора ГИГ-4 по ставу металлических труб. Для изоляции были возведены перемычки: № 1 — на восточном вентиляционном штреке; № 2 — на транспортерном штреке; № 3 — на западном вентиляционном штреке. Перемычки возводились из чураков длиной 1 м на глиняном растворе. Во время выполнения указанных работ пожар резко активизировался. На восточном вентиляционном штреке начала быстро нарастать температура (превышала 60 °С).
Рис. 72. Схема выработок участка шахты им. Бажанова Разведкой со стороны транспортерного штрека было установлено, что сопряжение восточной лавы с восточным вентиляционным штреком завалено, обнаружены горящие деревянные элементы крепи. Высокая температура и сплошная задымленность не позволили закрыть проем в перемычке № 1. Проемы в перемычках № 2 и 3 были закрыты и загерметизированы. Для создания безопасной газовой атмосферы в восточном вентиляционном штреке в период его обследования кратковременно (на 15 мин) был запущен генератор. Затем после краткой остановки генератор был вновь включен и работал без остановок в течение 6 ч 20 мин. Разведкой восточного вентиляционного штрека с использованием теплозащитных костюмов было установлено, что у перемычки № 1 образовался сплошной завал; температура воздуха у завала составляла 150 °С. Далее в изолированиом пространстве произошли две вспышки смеси горючих газов. В связи с создавшейся обстановкой было решено изолировать пожар на дальних подступах, для чего были начаты подготовительные работы по изоляции всего западного крыла шахты с тремя лавами. В это же время продолжались работы по усилению изоляции пожарного участка на ближних подступах. Для этого на восточном вентиляционном штреке были возведены дощатые перемычки, и под их прикрытием приступили к возведению гипсовой перемычки. На транспортерном штреке рядом с чураковой перемычкой № 2 возвели дощатую для последующего заиливания пространства между ними песчанисто-глинистой пульпой. Затем снова был включен генератор, который работал 8 ч 30 мин. После остановки генератора были проведены работы по уплотнению изоляционных сооружений. Для поддержания взрывобезопасной среды генератор включали на 1,5— 2 ч с перерывами в 3—4 ч. Работы по возведению вторых перемычек; № 4 — на транспортерном и № 5—на восточном вентиляционном штреках велись при остановленном генераторе, так как при его работе в этих местах повышалась температура. На западном штреке работы велись непрерывно (температура здесь не поднималась выше 22 °С). Пространство между перемычками было заполнено пульпой. Генератор был включен после того, как перемычка № 5 была полностью заилена и загерметизирована глиной. В дальнейшем в результате уплотнения перемычек прекратились прососы окиси углерода в действующие выработки, горноспасательные работы были остановлены. В данном случае общее время работы генератора инертных газов составляло 70 и 40 мин, что обеспечило поддержание в пожарном участке взрывобезопасной атмосферы (за исключением двух моментов, когда в интервале I ч произошли две вспышки горючих газов). Проведение этих работ дало возможность выполнить изоляцию горных выработок, непосредственно примыкающих к пожару, и сохранить действующими три лавы западного крыла. Вместе с тем по принятым в настоящее время нормам изоляция данного пожара производилась небезопасно (пожарный участок был изолирован невзрывоустойчивыми перемычками). При изоляционных работах не было достоверной информации о газовом состоянии, о чем свидетельствовали происшедшие в пожарном участке две вспышки горючих газов. ПРИМЕР 3. На шахте «Ясиновская-Глубокая» ПО «Макеевуголь» в Донбассе (по метану отнесена к сверхкатегорным, относительная газообильность 40,3 м3/т суточной добычи, опасна по пыли), пожар возник в выработанном пространстве 2-й восточной нижней лавы (рис. 73). Возможности для прямого тушения не было. В связи с этим были начаты изоляционные работы и инертизация рудничной атмосферы. Подача смеси осуществлялась по металлическому газопроводу длиной 175 м, собранному из металлических вентиляционных труб диаметром 500 мм, со 2-го западного вентиляционного штрека. Для изоляции пожарного участка с помощью установок «Темп-4» и «Монолит» были возведены гипсовые перемычки: № 1 — на коренном западном вентиляционном штреке (с проемом); № 2 - на 2-м восточном транспортерном штреке; №3 — на 2-м западном вентиляционном штреке (с проемом).
Перед включением генератора газовый состав атмосферы изолируемого пожарного участка был следующим, %:
Через 2 ч работы генератора в точке 1 повторно был произведен анализ атмосферы, который показал следующее содержание: 4,7 % СО2, 4,4 % СН4, 11,5 % О2, 0,8 % СО, Н2 не обнаружено. Через 4 ч работы генератора был закрыт проем в перемычке № 1. При этом газовый состав атмосферы (%) был следующим:
В связи с тем, что содержание кислорода в атмосфере изолируемого пожарного участка было снижено до 2,8 -3,1 %, через 1 ч 10 мин генератор был остановлен, проем в перемычке закрыт и герметизирован. ПРИМЕР 4. На одной из шахт Донбасса возник пожар, а затем при разведке и активном тушении произошла вспышка метановоздушной смеси в верхней части западной лавы (рис. 74). После достижения (за счет усиления проветривания) взрывобезопасной концентрации газов на исходящей струе участка и в районе действия пожара были начаты изоляционные работы и подготовка средств инертизации рудничной атмосферы в изолированном пространстве. Изоляция участка была осуществлена перемычками с проемами (при сохранении режима проветривания, обеспечивающего в изолированном пространстве взрывобезопасную атмосферу) № 1, 2, 3 и 4. Закрытие проемов в перемычках было осуществлено при работающем генераторе инертных газов. После окончания работ но закрытию проемов генератор был остановлен, причем в это время состав рудничной атмосферы за перемычкой № 2 был следующим: 9,5 % С02, 0,5 % СН4. 8,0 % 02, 0,004 % СО.
Выводы. По Уставу ВГСЧ в тех случаях, когда пожар в изолированном участке осложняется взрывом, работы но его тушению или локализации должны быть немедленно прекращены и люди выведены в безопасные места. Возобновление работ может быть допущено только после принятия мер, исключающих вероятность повторных взрывов (усиление проветривания участка, дегазация, инертизация и др.). Если эти меры не дают положительных результатов и взрывы повторяются, то пожар изолируется на безопасном расстоянии или затапливается водой. В данном случае после обрушения и сокращения количества воздуха, проходящего через пожарный участок (до 145 м3/мин), работы не были приостановлены и люди в безопасные места не выведены, а направлены на сооружение дощатых перемычек для удержания в районе пожара инертного газа. При такой обстановке в период от начала установки перемычек и доведения с помощью ГИГ атмосферы в пожарном участке до взрывобезопас-ного состояния могли произойти взрывы горючих газов. Метод удержания газогенераторной смеси газов с помощью временных средств изоляции (в том числе и дощатыми перемычками) может применяться при условии непрерывного разжижения метана свежим воздухом или выпуском в спутный вентиляционный поток инертных газов. Однако в данном случае эти мероприятия не применялись, т. е. работы в этих опасных условиях велись вслепую. Второй грубой ошибкой было сооружение бетоиитовых невзры-воустойчпвых перемычек, так как, несмотря на инертизацню атмосферы в изолированном пространстве, состав ее может измениться и достичь взрывоопасной концентрации в любое время со всеми вытекающими последствиями. Согласно «Уставу ВГСЧ» изоляция пожарных участков в шахтах, опасных по газу и пыли, производится, как правило, взрывоустойчивыми перемычками (гипсовыми, шпренгельными и др.). Невыполнение этого указания «Устава ВГСЧ» чревато тяжелыми последствиями, которые к сожалению, встречаются в практике. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
