Розробка способів і засобів порошкового і пінного гасіння складних підземних пожеж

У результаті проведення досліджень установлено, що раціональне співвідношення мас порошку й аэрозолю складає 10 до 1, а ефективність установки зростає при цьому на 40-50 %. Розроблена нова аэрозольно-порошкова 1000 кг шахтна установка типу УПАА-1000 призначена для заміни морально застарілої серійної установки УПШ-1000, що не відповідає сучасним вимогам у частині вогнегасящої ефективності. Стендові і натурнi іспити установки УПАА-1000 підтвердили її надійність і високу вогнегасящу ефективність.

Шоста глава присвячена питанням розробки концепції створення сучасних шахтних автоматичних систем пожежогасіння.

У основу концепції створення сучасних шахтних автоматичних систем пожежогасіння покладений принцип моніторингу навколишнього середовища, заснований на безупинному контролі її параметрів і порівняння їх із регламентованими розмірами з метою виробітки керуючого сигналу на вмикання установки пожежогасіння.

Основним параметром, контрольованим шахтними системами пожежогасіння є температура. Контроль здійснюється за допомогою теплових шахтних пожежних сповiщувачiв, призначення яких - сигналізація про підвищення температур повітря в гірськiй вироботцi, що захищається. Крім теплових пожежних сповiщувачiв у комплект шахтних автоматичних систем можуть входити димові датчики різної конструкції. Застосування світлочутливих пожежних сповiщувачiв у підземних умовах дуже проблематично через скроні вологість і запиленнiсть шахтного повітря, що знижують чутливість датчиків. Одним із важливих аспектів створення шахтних автоматичних систем пожежогасіння є наукове обгрунтування вибору типу і конструкції пожежного сповiщувач у залежності від його призначення й розумів застосування. При цьому визначальним чинником є параметри підземної пожежі, що у свою чергу залежать від розміру горючого завантаження, виду пального матеріалу, швидкості вентиляційної струміні, кількості повітря, що надходить в аварійне вироблення.

Знання розмірів цих параметрів, а також характеру їхньої зміни в часі, необхідно для визначення таких характеристик системи пожежогасіння, як iнерцiйнiсть спрацьовування, запас вогнегасящої речовини, розмір зони, що захищається, час безупинної роботи.

Відповідно до теорії розвитку підземної пожежі, представимо на мал. 11. графік зміни температур підземної пожежі , що розвивається вільно, у гірській виробітцi і накладем на нього параметри системи пожежогасіння. На графіку

? _сиг - час, що характеризує iнерцiйнiсть датчиків сигналізації; ? _під - час, необхідний для підготування автоматичної системи до початку роботи. Цей розмір складається з часу, необхідного на спрацьовування пускового устаткування, заповнення ємкості з вогнегасящої речовиною, стиснутим повітрям, до тиску, необхідного для розриву пускової мембрани, часу поширення повітряно-порошкової струміні по розподільному трубопроводі.

З графіка випливає, що застосування автоматичних систем буде тим ефективніше, чим менше їхня инерцiйнiсть, тобто, чим менше час вільного розвитку пожежі до початку його гасіння. У випадку переходу пожежі в стаціонарну фазу застосування автоматичних систем стає недоцільним.

Крім того, на стадії проектування систем протипожежного захисту конкретного шахтного об'єкта перед розроблювачами встає цілий ряд питань: який вид вогнегасящої речовини, або їхню комбінацію потрібно застосувати, яким винен бути тип виконання системи (звичайний або вибухозахищений), які припустимі габарити, маса і вартість системи. Відповіді на ці питання дає блок-схема вибору типу шахтної автоматичної установки для кожного конкретного шахтного об'єкта, що подана на мал. 12. Ця схема дозволяє обгрунтувати вибір типу і параметрів шахтних автоматичних установок і систем пожежогасіння. Не дивлячись на досить широкий арсенал сучасних шахтних систем пожежогасіння, їхню структуру можна звести до єдиної нескладної блок-схеми, що мiстить у собi підсистему контролю параметрів середовища, а також підсистему пожежогасіння, що перебуває з ємкості для збережiння вогнегасящої речовини, запірно-пускової арматури, розподільного трубопроводу з розпилювачами, а також допоміжних контрольно-вимірювальних пристроїв і пристосувань для заправки і технічного обслуговування системи.

Найбільш універсальними з погляду гасіння різних класів підземних пожеж є порошкові системи, здатні ефективно ліквідувати пожежі класів А, В, С, а також загоряння електроустаткування, що знаходиться під напругою до 1140В. До складу системи, як правило, входять: автоматична установка пожежогасіння типу АУПП (або її модифікації) із пусковими блоками (механічного або електричного вмикання), світловими і звуковими сигналізаторами, розподільними трубопроводами перфорованими або з форсунками-розпилювачами, станція пожежної сигналізації типу СЦ-1, СЦ-2, СП ( або їхньої модифікації) із комплектом пожежних теплових або димових сповiщувачiв, шлейфами сигналізації й елементами, що коммутирують. Працює система порошкового пожежогасіння в такий спосіб. При пожежі в зоні, що захищається спрацьовує найближчий до джерела загоряння пожежний сповiщувачiв, електричний сигнал від якого надходить на станцію пожежної сигналізації, що включає світловий і звуковий сигнали тривоги і починає виконувати логічну оцінку імпульсу, що надійшов, визначаючи його розмір і природу походження. При цьому станція перевіряє цілісність шлейфів, що з'єднують між собою сповiщувачи, визначає наявність у їхньому ланцюзі струму короткого замикання, цілісність сповiщувачив і “висвiчує” результати діагностики на контрольній панелі. У випадку спрацьовування іншого сповiщувача станція виробляє керуючий електричний сигнал для запуску установки пожежогасіння. Запуск автоматичних установок здійснюється за допомогою пускових пристроїв (блоків), конструкція яких визначається призначенням системи.

Логічне опрацювання сигналів, що надходять від пожежних сповiщувачив, робиться станцією СЦ. Вогневі іспити розроблених систем типу САП і установок типу АУПП, проведені в шахтних умовах показали їхню ефективність і надій-ність. При цьому iнерцiйнiсть спрацьовування датчиків складає 8...28 с у залежності від температур у вогнищі пожежі, а инерцiйнiсть спрацьовування установок відповідно 9...15 с. Одним порошковим модулем установки було погашене вогнище пожежі 114В по класифікації УкрНДIПБ, що в два рази перевищує аналогічний показник для автоматичних установок типу ОПА-100.

У сьомій главі подана оцінка економічного ефекту від упровадження результатів дисертаційної роботи.

Економічний ефект від упровадження способів прискореного відходу лав по чотирьох шахтах Донецької і Луганської областей протягом 1981…1988 гг. склав 2 млн. 658 тис. руб. (у цiнах1986г.).

Річний економічний ефект від виробництва і використання нових засобів гiрничорятувальної техніки довгострокового застосування з поліпшеними якісними показниками розраховувався за методикою НДIГРС.

Чинниками економічної ефективності від застосування нової техніки є: підвищення вогнегасящої ефективності, зниження маси, зменшення числа перевірок технічного стана, зв'язаного з перевіркою наявності повітря в балоні, збільшення терміна служби за рахунок заміни балона генератором аерозоля (термін служби якого не менше 10 років).

З обліком річної споживи вугільної галузі (50 тис. вогнегасників) розрахунковий економічний ефект від упровадження вогнегасників ОАП-10 склав Э_г = 1 млн. 419 тис. грн.

При розрахунку річного економічного ефекту від створення і застосування аерозольно-порошковой 1000 кг установки УПАА-1000 у якості базової техніки для розрахунку прийнята установка УПШ-1000, що випускається Луганським заводом “Обрій”. Чинником економічної ефективності від застосування нової техніки є збільшення її вогнегасящої спроможності. З обліком річної споживи галузі (100 установок) розрахунковий економічний ефект склав Э_г = 910600 грн.

ВИСНОВОК

У дисертації дано теоретичне узагальнення і рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в розкритті особливостей розвитку підземних пожеж, визначенні властивостей і раціонального сполучення вогнегасящих речовин, матеріалів і складів для розробки способів і технічних засобів порошкового, пінного і комбінованого пожежогасіння, що забезпечують ефективне і безпечне гасіння складних підземних пожеж.

Виконані дослідження дозволили розширити уявлення про особливості локалізації і гасіння складних підземних пожеж і виявити цілий ряд нових чинників, що сприяють підвищенню ефективності впливу технічних засобів на вогнище горіння.

Основні наукові і практичні результати роботи зводяться до наступного.

1.Вперше теоретично обгрунтована та експериментально підтверджена можливість значного збільшення дальності транспортування вогнегасящих порошків по мережі гірських виробіток до вогнища пожежі за рахунок використання кулоновскоi сили тяжіння рзнойменно заряджених аеродисперсних часток порошку і полум'я, що володіє власним електричним полем. Виконаними дослідженнями доведено, що ефективна дальність гасіння може бути збільшена на 25...30 %. За результатами досліджень розроблені “Рекомендації по збільшенню дальності подачі вогенасящого порошку за рахунок взаємодії рiзнополюсних електричних зарядів порошкового смолоскипа і вогнища пожежі”, що призначені для використання оперативними підрозділами ДВГРС.

2. Вперше досліджені вибухогасящi властивості завалених гірських порід при пожежах у виробленому просторі лав. Розроблено фізичну модель процесу гасіння вибуху заваленими гірськими породами і дано її математичний опис. Показано, що в результаті дренування вибухових газів через завалені гірські породи відбувається скорочування тиску і гасіння полум'я у фронті вибухової хвилі. Отримано вираження, що дозволяє визначати необхідну ширину захисної породної смуги в залежності від параметрів можливого вибуху і гранулометрiчного складу завалених порід. Виконані дослідження лягли в основу розробки “Рекомендацій по відході лав при пожежі у виробленому просторі” і “Посібник з придушення вогнищ самонагрівання, розташованих у вироблених просторах, шляхом прискореного подвигання лави”. Технологія локалізації вогнищ самонагрівання і можливих вибухів метаноповiтряних сумішей у виробленому просторі лави відпрацьована на шахтах “Кременна” ДХК “Лисичансквугiлля”, “Краснокутска” ДХК “Донбасантрацит”, Южно-Донбаська №3 ГХК “Донвугiлля”, “Дніпровська” ГХК “Павлоградвугiлля”.

3. На основі комплексної оцінки технічного рівня шахтних вогнегасників обгрунтовані напрямки підвищення їхньої ефективності.

Найбільш перспективним є створення вогнегасників комбінованої дії, що дозволяють використовувати речовини і склади, що володіють різними фізико-хімічними властивостями, що забезпечують “синергiзм вогнегасящого ефекту””. Розроблено нові перспективні типи вогнегасників: 10 кг аерозольно-пiнний, 16 кг ранцевий і 40 кг возимий порошково-пінний вогнегасники. Показано, що вогнегасники комбінованої дії володіють підвищеної на 50-60 % ефективністю і здатні гасити пожежі класів А, В, С, и загоряння електроустаткування, що знаходиться під напругою до 1140 В. Розроблено методик розрахунку конструктивних і технологічних параметрів вогнегасників комбінованої дії. Розроблені вогнегасники знайшли широке застосування не тільки на підприємствах Мінвуглепрому України, але й у системі протипожежного захисту кораблів ВМС України і Росії.

4. У дисертаційній роботі також вирішена задача підвищення ефективності шахтних пересувних вогнегасникiв і стаціонарних установок пожежогасіння. Так, на підставі результатів теоретичних і експериментальних досліджень процесів розвитку пожеж у виробітках, обладнанних стрічковими конвейерами, була розроблена автоматична порошково-пінна установка типу УПП-2, що успішно пройшла приймальні міжвідомчі іспити. Широке застосування таких установок дозволило істотно підвищити рівень протипожежного захисту стрічкових конвейерів за рахунок забезпечення можливості гасіння пожеж у початковій стадії розвитку.

5. Для підвищення ефективності гасіння розвитих пожеж розроблена нова 1000 кг порошково-аерозольна шахтна установка. На підставі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень знайдене оптимальне сполучення порошкової й аерозольноi компоненти, що забезпечують підвищення ефективності гасіння пожеж на 40 % у порівнянні з відомими аналогами. У промислових умовах відпрацьовані оптимальні режими роботи установки. підземна пожежа гасіння вибух гірська виробітка

6. Розроблено основні положення концепції створення шахтних автоматичних систем пожежогасіння. Для підвищення ефективності протипожежного захисту надшахтних поверхневих комплексів, будинків і споруджень, а також пожежонебеспечного гірсько-шахтного устаткування, машин і механізмів, створена нова шахтна автоматична система пожежегасіння типу САП-1 і її модифікації. На основі комплексного підходу розроблена концепція створення сучасних шахтних автоматичних систем, заснованих на принципі моніторингу навколишнього середовища. Розроблено алгоритм вибору типу автоматичної системи пожежогасіння для кожного конкретного випадку, обгрунтований вибір основних параметрів системи. Експериментальні дослідження і натурнi іспити показали надійність і підтвердили високу ефективність таких систем. Розроблено методику розрахунку параметрів шахтних автоматичних установок, що входять до складу системи протипожежного захисту об'єктів, а також методика визначення ефективності шахтних автоматичних систем пожежогасіння. Зазначені системи широко застосовуються сьогодні на підприємствах вугільної промисловості й інших галузей народного господарства України, Росії й інших країн СНД.

Виконано оцінку економічної ефективності від упровадження результатів дисертаційної роботи.

ЛІТЕРАТУРА

1. Булгаков Ю.Ф. Решение проблемы тушения подземных пожаров и сохранения топливно-ресурсного и энергетического потенциала Донецкой области // Изв. Донецкого горного института. - 1999. - № 2 С. 31-45.

2. Булгаков Ю.Ф. Повышение эффективности шахтных мобильных средств пожаротушения // Уголь Украины. - 1998. -№ 10.- С. 53-55.

3. Автоматические порошковые системы пожаротушения /Ю.Ф. Булгаков// Горноспасательное дело: Сб. науч.тр. НИИГД. - Донецк, 1999.-С. 51-57.

4. Холодов В.П., Чарков В.П., Булгаков Ю.Ф., Черных А.В. Аварийно- спасательные работы при пожарах в длинных тупиковых выработках// Уголь Украины.- 1996.-№ 5-6.- С.52-55.

5. Булгаков Ю.Ф., Чарков В.П., Радышев В.И. Автоматические системы пожаротушения и сигнализации для добычных комплексов угольных разрезов // Уголь Украины.- 1992.- №11.-С.36-38.

6. Булгаков Ю.Ф. Экспериментальное определение огнетушащей способности порошково-пенного огнетушителя // Изв. Донецкого горного института.- 2000, № 1, С. 35-38.

Классификация, комплексная оценка и пути повышения эффективности шахтных огнетушителей / Ю.Ф. Булгаков // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. НИИГД. - Донецк, 1998.- С.40-46.

8. Булгаков Ю.Ф. Технический уровень современных средств и способов тушения пожаров в шахтах, опасных по газу и пыли // Уголь Украины. 2000.- № 2. - С.57-58.

9. Модель расчета параметров аэрозольно-порошковой установки пожаротушения / Булгаков Ю.Ф., Дикенштейн И.Ф., Булгаков В.В., Парахина Е.А. //

АНОТАЦІЯ

Булгаков Ю.Ф. Розроблення способів і засобів порошкового і пінного гасіння складних підземних пожеж. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук по спецiальностi 05.26.01- охорона праці. - Донецький державний технічний університет, Донецьк, 2000.

Дисертація присвячена рішенню актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в розкритті особливостей розвитку підземних пожеж і розробці способів і технічних засобів порошкового, пінного і комбінованого пожежогасіння. У дисертації доведена можливість істотного підвищення вогнегасящої ефективності шахтних засобів пожежогасіння за рахунок використання сукупного ефекту, одержуваного шляхом використання різних по фізичній природі вогнегасящих речовин, матеріалів і складів, таких як: повітряно-механічна піна й аерозоль, вогнегасящий порошок і аерозоль, повітряно-механічна піна і порошок. У роботі запропоновані нові наукові підходи до гасіння складних підземних пожеж, у тому числі ускладнених вибухами метано-повiтряних сумішей. Сформульовано основні положення концепції створення сучасних шахтних автоматичних систем пожежогасіння, заснованої на принципі моніторингу навколишнього середовища. Розроблено комплекс науково-обгрунтованих способів і технічних засобів пожежогасіння, у тому числі вогнегасників, пересувних і стаціонарних установок, автоматичних систем пожежогасіння, що впроваджені на вугільних підприємствах України і Росії. Основні наукові положення роботи ввійшли в галузеві нормативно-технічні документи. Технологія придушення вогнищ самонагрівання і локалізації вибухів у вироблених просторах лав спрацьовувалася протягом 1995-1998 років на шести шахтах Луганської, Донецької і Дніпропетровської областей.

Ключовi слова: способи, засоби, гасіння, підземна пожежа, вибух, метано-повiтряна суміш, автоматичні системи, безпека, ефективність.

Булгаков Ю.Ф. Разработка способов и средств порошкового и пенного тушения сложных подземных пожаров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.26.01- охрана труда. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

Диссертация посвящена решению актуальной научно-технической проблемы, заключающейся в раскрытии особенностей развития подземных пожаров и разработке способов и технических средств порошкового, пенного и комбинированного пожаротушения. В диссертации впервые теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность значительного увеличения дальности транспортирования огнетушащих порошков по сети горных выработок к очагу пожара за счет использования кулоновской силы притяжения разноименно заряженных аэродисперсных частиц порошка и пламени, обладающего собственным электрическим полем. Выполненными исследованиями доказано, что эффективная дальность тушения может быть увеличена на 25-30 %. По результатам исследований разработаны “Рекомендации по увеличению дальности подачи огнетушащего порошка за счет взаимодействия разнополюсных электрических зарядов порошкового факела и очага пожара”, которые предназначены для использования оперативными подразделениями ГВГСС.

В диссертации доказана возможность резкого повышения эффективности шахтных средств пожаротушения за счет использования совокупного огнетушащего эффекта, получаемого путем последовательного применения различных по физической природе огнетушащих веществ, материалов и составов, таких как: воздушно-механическая пена и аэрозоль, огнетушащий порошок и аэрозоль, воздушно-механическая пена и порошок. Для модельных очагов пожара класса В определены рациональные численные значения соотношений: порошка и пены; порошка и аэрозоля; пены и аэрозоля (соответственно 1:1, 10:1, 90:1). Установлены причины повторного воспламенения очагов пожара после прекращения огнетушащего воздействия, заключающиеся в сохранении внутри очага температуры, превышающей критическую температуру возгорания горючих материалов. Получен интегральный критерий оценки огнетушащей эффективности средств пожаротушения, отличающийся учетом вероятности гарантированного тушения пожара еще на стадии проектирования изделий противопожарного назначения.

В диссертационной работе предложенны новые научные подходы к тушению сложных подземных пожаров, в том числе осложненных взрывами метано-воздушных смесей. Впервые исследованы взрывогасящие свойства обрушенных горных пород при пожарах в выработанном пространстве лав. Разработана физическая модель процесса гашения взрыва обрушенными горными породами и дано ее математическое описание. Показано, что в результате дренирования взрывных газов через обрушенные горные породы происходит редуцирование давления и гашение пламени во фронте взрывной волны. Получено выражение, позволяющее определять необходимую ширину защитной породной полосы в зависимости от параметров возможного взрыва и гранулометрического состава обрушенных пород. Выполненные исследования легли в основу разработки “Рекомендаций по отходу лав при пожаре в выработанном пространстве” и “Руководства по подавлению очагов самонагревания, расположенных в выработанных пространствах, путем ускоренного подвигания лавы”. Технология локализации очагов самонагревания и возможных взрывов метано-воздушных смесей в выработанном пространстве лавы отработана на шахтах “Кременная” ГХК “Лисичанскуголь”, “Краснокутская”, ГХК “Донбассантрацит”, Южно-Донбасская №3 ГХК “Донуголь”, “Днепровская” ГХК “Павлоградуголь”.

В диссеттации сформулированы основные положения концепции создания современных шахтных автоматических систем пожаротушения, основанной на принципе мониторинга окружающей среды. Принцип базируется на представлении подземного пожара как управляемой системы с определенными параметрами (температурой, тепловой мощностью, скоростью распространения по горной выработке), предопределяющими выбор способов и сочетания средств пожаротушения, обеспечивающих максимально возможную огнетушащую эффективность для каждого конкретного пожара.

Разработан комплекс научно-обоснованных способов и технических средств пожаротушения, в том числе огнетушителей, передвижных и стационарных установок, автоматических систем пожаротушения, которые внедрены на угольных предприятиях Украины и России. Основные научные положения работы вошли в отраслевые нормативно-технические документы. Технология подавления очагов самонагревания и локализации взрывов в выработанных пространствах лав отрабатывалась на протяжении 1995-1998 лет на шести шахтах Луганской, Донецкой и Днепропетровской областей.

Ключевые слова: способы, средства, тушение, подземный пожар, взрыв, метано-воздушная смесь, автоматические системы, безопасность, эффективность.

Bulgakov Y.F. Development of methods and means of dry powder and foam extinguishing of complicated underground fires. Manuscript.

The dissertation for Engineering Doctors Degree Competition on speciality 05.26.01- labour protection. Donetsk State technical university, Donetsk, 2000.

The dissertation deals with the solution of an actual scientific-and- technical problem, consisting in opening of distinction of development of underground fires and development of methods and technical means for dry powder, foam and combined fire-fighting. A possibility of essential increase of fire-fighting effectiveness of mine means of fire-fighting, got for account of use of assemblage fire-fighting effect, by use of substances, materials and compositions diverse by physical nature, such as: air-mechanical foam and aerosol, dry powder and aerosol, air-mechanical foam and dry powder is proved in dissertation. New scientific approaches for extinguishing of complicated underground fires including air-methane mixture explosions are offered in work. The basic postulates of creation conception of the development of modern mine automatic fire-fighting systems, based on monitoring principle of enveroument are formulated. A complex of scientifically-grounded methods and technical means for fire-fighting including fire-extinguishers, mobile and stationary installations, automatic fire-fighting systems, inculcated in coal enterprises of the Ukraine and Russia is worked out. The Basic scientific postulates of the work are included in the normatively- and- technical documents of the coal branch. The technology of suppression of coal self-ignition places and explosions localization in the goaf of long wall faces was developed during 1995-1998 years in six mines of Lygansk, Donetsk and Dnepropetrovsk regions.

Key words: methods, means, fire-fighting , underground fires, explosion, aia-methane mixture, automatic fire-fighting systems, safety, effectiveness.

Размещено на Allbest.ru