Разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.02, кандидат технических наук Шаров, Сергей Александрович

• Шаров, Сергей Александрович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шаров, Сергей Александрович

ВВЕДЕНИЕ

1 Состояние вопроса ф 1.1 Состояние аварийности на угольных шахтах РФ

1.2 Анализ огнетушащей эффективности пожаротушащих средств, применяемых в угольных шахтах

1.3 Ингибирующие огнетушащие вещества

Выводы

2 Исследование экспериментального образца эжекторной установки

2.1 Теоретический анализ работы газожидкостного эжектора

2.2 Стендовые исследования экспериментальной установки для получения огнетушащего состава

2.3 Методика проведения исследования

2.4 Результаты экспериментов

Выводы

3 Исследование огнетушащих свойств комбинированных составов и разработка эжекторной установки для их получения

3.1 Исследование воздействия комбинированного огнетушащего состава при применении его для объемного тушения

3.1.1 Методика исследования

3.1.2 Результаты исследования воздействия огнетушащего состава при применении его для объемного тушения

3.2 Исследование воздействия огнетушащего состава при применении его

-V для поверхностного тушения

3.2.1 Результаты исследования воздействия огнетушащего состава при применении его для поверхностного тушения

3.3 Методика расчета и проектирования газожидкостного эжектора для получения и транспортирования комбинированных огнетушащих составов

3.3.1 Определение нормы расхода огнетушащего состава и величины его основного запаса

3.3.2 Расчет газожидкостного эжектора

3.3.3 Расчет основных параметров эжектора для подачи комбинированного огнетушащего состава в выработку угольной шахты

Выводы

Шахтные испытания опытного образца эжекторной установки

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах»

Добыча угля подземным способом сопряжена с опасностью взрывов газовоздушных сред, приносящих огромный социальный и экономический ущерб. Только за 2003 -2004гг. из-за взрывов погибло более 100 человек.

Возникновение взрыва обусловливается двумя параметрами - наличием взрывоопасной среды и источника воспламенения. Очень часто источником воспламенения являются подземные пожары.

Локализация подземных пожаров и последующее их тушение нередко сопровождается вспышками и взрывами газа, значительно усложняющими горноспасательные работы и угрожающими жизни горноспасателей. Анализ аварийности за последние 10 лет показал, что при возникновении эндогенных пожаров в 43 % от их общего количества возникают газовые ситуации, в 9% - взрывы. Нередко эндогенный пожар развивается до стадии пламенного горения и выхода огня в действующие горные выработки. Все это предъявляет жесткие требования к противопожарной защите шахт и обусловливает необходимость применения эффективных средств тушения подземных пожаров.

В связи с этим, целью настоящей работы является разработка способа тушения подземных пожаров, основанного на флегматизации взрывоопасной газовоздушной среды комбинированными огнетушащими составами, и средств для их приготовления и доставки.

Цель работы — разработка способа предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах.

Идея работы состоит в использовании комбинированных огнету-шащих составов, обладающих синергетическим эффектом для ингибиро-вания пламени и флегматизации газовоздушных сред.

Задачи исследований:

1. Используя теоретические основы работы струйных аппаратов, разработать методику расчета основных параметров газожидкостного эжектора для получения комбинированных огнетушащих составов различной концентрации.

2. Исследовать ингибирующие свойства комбинированных огнетушащих составов при объемном и поверхностном пожаротушении.

3. Разработать оборудование для получения комбинированных огнетушащих составов и доставки их к месту применения.

4. Провести шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов при ликвидации подземных пожаров для обеспечения безопасности ведения горноспасательных работ.

Методы исследований - лабораторные и стендовые испытания флегматизирующих составов и средств их подачи в очаг пожара, шахтные исследования комбинированных огнетушащих составов при локализации и тушении подземных пожаров.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Процесс ингибирования горения летучих веществ в газовой фазе при переходе стадии низкотемпературного окисления угля в неуправляемый автокаталитический процесс достигается за счет синергетического эффекта, получаемого при соединении галоидированных углеводородов с инертными газами.

2. Однородность структуры газожидкостного комбинированного ог-нетушащего состава обеспечивается за счет соотношения 1,5:1 давления рабочего газа и эжектируемой жидкости на входе в эжектор.

3. Максимальная синергетическая эффективность достигается при содержании в комбинированном составе 95-98% инертного газа и 2-5% хладона С2р4Вг2.

Достоверность научных положений подтверждается:

- необходимым и достаточным для статистической обработки объемом информации, полученной в процессе лабораторных, полигонных и шахтных исследований;

- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических, лабораторных и шахтных исследований;

- положительными результатами промышленного внедрения разработанных средств локализации и тушения пожаров, осложненных потенциальными взрывами газов.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума 1^=0,013-Ю,015 кг-м'3-с"\ при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава;

- предложена математическая модель струйного аппарата, на базе которой разработана методика расчета параметров газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжекти-руемой жидкости на входе и выходе из эжектора;

- определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синер-гетическая эффективность достигается при содержании в составе 95-98% азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2р4Вг2.

Научная новизна работы подтверждена выдачей автору пяти патентов на изобретения и полезную модель.

Практическое значение работы сводится к разработке:

- эффективных комбинированных огнетушащих составов на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, применение которых для флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения позволяет снизить количество применяемого в составе хладона в 3 раза по сравнению с использованием для тушения хладона в чистом виде;

- эжекторной установки для получения и подачи комбинированного огнетушащего состава и способа применения ее для флегматизации газовых сред и ингибирования пламенного горения, обеспечивающих безопасное ведение горноспасательных работ;

- руководства по применению комбинированных огнетушащих составов при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Личный вклад автора:

- в установлении синергетического эффекта комбинированных составов при флегматизации сложных газовоздушных сред в подземных условиях угольных шахт;

- в разработке приближенной математической модели процесса пожаротушения, описывающей количественную связь времени тушения, интенсивности подачи флегматизирующего состава в очаг пожара и его удельного расхода;

- в обосновании, разработке и внедрении способа и средств, тактико-технических приемов предупреждения взрывов и тушения пламенного горения в шахтах;

- в разработке нормативных документов по применению комбинированных составов при ликвидации пожаров;

- в обучении личного состава подразделений ВГСЧ при внедрении результатов работы и ликвидации пожаров на шахтах Кузбасса.

Реализация выводов и рекомендаций работы

Основные научные результаты и рекомендации исследований автора реализованы на семи шахтах Кузбасса. Практические рекомендации диссертационной работы включены во «Временное руководство по применению комбинированных огнетушащих составов для ликвидации подземных пожаров в угольных шахтах».

Апробация работы

Основные научные положения и практические выводы докладывались на научно-техническом совете Кузнецкого горного округа Горгортех-надзора (1996г., Кемерово), на технических советах НОВГСО, ПОВГСО, КОВГСО, производственных объединений «Южкузбассуголь», «Прокопьевскуголь», «Северокузбассуголь» (1995-2002 гг.), на ученом Совете Рос-НИИГД (2003г., Кемерово), Сибирского отделения Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (2004г.).

Публикации

Основное содержание диссертационной работы изложено в семи научных трудах, пяти авторских свидетельствах на изобретение и свидетельстве на полезную модель Российской Федерации.

Объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 27 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 64 наименований.

Заключение диссертации по теме «Безопасность в чрезвычайных ситуациях (по отраслям наук)», Шаров, Сергей Александрович

Выводы

Шахтные испытания комбинированных огнетушащих составов, получаемых и доставляемых к месту назначения установкой ЭКОИ, показали эффективность их применения для ликвидации подземных пожаров, осложненных угрозой взрыва.

Синергетический эффект, получаемый от соединения азота с хладоном, позволил сократить удельный расход комбинированного огнетушащего состава, применяемого для достижения флегматизации взрывоопасной среды при ликвидации пламенного горения, примерно в 3 раза большим, чем при тушении хладоном в чистом виде.

В ходе ликвидационных работ оборудование для получения огнетушащего состава, включающее в основном эжектор и трубопроводы, совершенствовалось, в результате чего были разработаны установка для тушения пожара в тупиковой горной выработке (а.с. №2001116957/20 от 18.06.2001) и установка для подачи ингибитора в очаг пожара ( а.с. №2002124991/20 от 25.09.2002).

Кроме этого, шахтные испытания дали возможность разработать руководство и тактику применения горноспасателями данного оборудования при горноспасательных работах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научной квалификационной работой, в которой на основе выполненных теоретических исследований, стендовых и шахтных испытаний комбинированных огнетушащих составов, полученных на основе гомогенных и гетерогенных ингибиторов горения, и разработанной установки для их получения и доставки, приведены результаты влияния синергетического эффекта на подавление очагов загораний и флег-матизацию газовоздушной среды в подземных выработках шахт, что в значительной степени обеспечит высокую эффективность и безопасность ведения горноспасательных работ при тушении подземных пожаров в угольных шахтах.

Основные научные результаты, выводы и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что зависимость удельного расхода комбинированного огнетушащего состава от интенсивности его подачи характеризуется наличием минимума, при котором максимальный эффект тушения достигается минимальным количеством подаваемого в объем состава.

2. Разработана теоретическая основа расчета газожидкостного эжектора, базирующаяся на разности давлений эжектируемого газа и эжектируемой жидкости на входе и выходе из эжектора.

3. Определены наиболее эффективные и экономичные рецептуры комбинированного огнетушащего состава, в котором максимальная синергетиче-ская эффективность достигается при содержании составе 95-98% азота или диоксида углерода и 2-5% хладона С2р4Вг2.

4. В результате теоретических исследований получена обобщенная характеристика газожидкостных эжекторов, которая является основой методики расчета эжекторных установок для подземного пожаротушения комбинированными газожидкостными составами, обладающими ингибирующими свойствами.

5. Установлено, что удельный расход хладона 114В2 при использовании предложенных составов в 3-н5 раз меньше, чем при тушении одним тет-рафтордибромэтаном.

6. Разработана приближенная модель процесса пожаротушения и установлена количественная взаимосвязь между временем тушения, интенсивностью подачи огнетушащего состава в очаг горения и его удельным расходом.

7. Экспериментально шахтными испытаниями установлено, что обработка аварийного пожарного участка комбинированным огнетушащим составом снижает вероятность взрыва газовоздушной среды, что позволяет значительно повысить безопасность ведения горноспасательных работ.

8. Разработаны, изготовлены и испытаны средства и способ флегматизации газовоздушной среды при ликвидации подземных пожаров, новизна которых подтверждена ФИПС пятью свидетельствами на полезную моделб. Разработанные средства и способы флегматизации и локализации подземных пожаров при испытании на семи шахтах Кузбасса, позволили локализовать 10 подземных пожаров при обеспечении безопасности ведения горноспасательных работ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шаров, Сергей Александрович, 2004 год

1. Баратов А.Н. Пожаротушение на предприятиях химической, неф-те-химической и нефтеперерабатывающей промышленности / А.Н.Баратов, Е.Н.Иванов. М.: Химия, 1971.

2. Karman H.S. Mechanism of chemical ingibitions // Fire Eng, 1. - №1.

3. Зенин В.Д. Переносные огнетушители ОГС-7, ОГС-5 с огнегаси-тельным составом на основе галоидированных углеводородов / В.Д.Зенин, А.Я.Доровский, В.Ф Силин // Сб. ст. по горноспасат. делу. Кемерово: Кн. изд-во, 1968. - Вып. 5.

4. Зенин В.Д. Огнетушитель одноразового действия ООД-2 для тушения горящего метана в забоях подготовительных выработок / В.Д.Зенин, Б.А.Сурначев // Борьба с авариями в шахтах: Сб. науч.ст. РосНИИГД. Кемерово: Кн. изд-во, 1972.

5. Голик A.C. Фреоновый огнетушитель ОГСФ-5 / А.С.Голик, Г.П. Баринов // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело: -1977.-№7).

6. Белопол А.Н. Борьба с подземными пожарами в сложных горногеологических и горнотехнических условиях угольных шахт / А.Н.Белопол, А.Ф. Дмитрюк. М.: Недра, 1974.

7. Зельдович Я.Б. Математическая теория горения и взрыва / Я.Б. Зельдович, Г.И.Баренблат, В.Б.Либрович, Г.М.Махвиладзе. М.: Наука, 1981.

8. Кучер В.М. Пожарная техника и тушение пожаров / В.М.Кучер и др. М.: ВНИИПО, 1976. - Вып. 13.

9. Огнетушащие порошковые составы: Обзор зарубежных изобретений. М.: ВНИИПО, 1978.

10. A.c. 232 761 (СССР). Огнетушащий порошок СИ-2 / А.Н.Баратов и др.(СССР). // Открытия. Изобретения. 1969. - № 1.

11. Мантуров Н.И. Новые огнегасительные составы // Бюллетень технико-экономической информации: М.: Морской транспорт, 1960. - № 5. Мантуров Н.И. Огнегасительные составы на основе бромистого этила /108

12. Н.И.Мантуров, Т.Г.Овсейчик // Охрана химических предприятий от пожаров и взрывов. М.: НИИТЭХИМ, 1961.

13. Огнегасительные составы на основе галоидоуглеводородов: Информационный материал. М.: ВНИИПО, 1968.

14. Баратов А.Н. Химическое ингибирование пламени // ВХО им.Д.И.Менделеева. 1967. - № 3, 12.

15. Баратов А.Н. Новый огнетушащий состав / А.Н.Баратов, Г.Тес-ленко, В.Макеев // Пожарное дело. 1973. -№11.

16. Исследовать и разработать оборудование для дистанционного тушения пожаров газовыми средствами в тупиковых выработках шахт Про-копьевско-Киселевского района Кузбасса: Техотчет / Фонды ВО ВНИИГД; Голик A.C. Прокопьевск, 1980.

17. Пат. 1236064 (Великобритания), А5А, С09 С 5/12, 1978.

18. Пат. 1298337 (Великобритания), А62Д, 1/00, 1972.

19. Syxth Sympsirm (Jntern) on Comb / F.Beiles, G.ÖNeal. 1956.

20. Fire. Res. Amstr. / B.Berl // Rev. 1961 - № 3.

21. Comb, a Flame / Friedman Rand Devy S. 1963. - Vol.7.

22. Иванов E.H. Технические средства тушения пожаров на химических предприятиях. М.: Химия, 1976.

23. Попов В.Б. Защита выемочных полей от самовозгорания / В.Б. Попов, В.Г. Игишев// Труды 29-й Междунар. конф. инст-тов по безопасности.-Катовице, 2001.-Т.1.

24. Курбатский О.М. Водоструйные аппараты в пожарном деле. М.: МКХ РСФСР, 1963.

25. Абдурагимов И.М. Физико-химические основы развития и тушения пожаров / И.М. Абдурагимов и др. М.: ВИНИТИ, 1980.

26. Ю.А. Устройства для пожаротушения //Средства и способы пожаротушения / Ю.А.Кошмаров и др. М.: ВНИИПО, 1980. - Вып. 7.

27. Соколов Е.Я. Струйные аппараты / Е.Я.Соколов, Н.М.Зингер М.-JL: Госэнергоиздат, 1960.

28. Идельчик И.Е. Гидравлические сопротивления. M.-JL: Госэнерго-издат, 1954.

29. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. 4-е изд., перераб. - М., 1976.

30. Рекомендации по применению способа объемного пожаротушения с помощью комбинированного состава на основе тетрафтордибромэтана и азота. М.: ВНИИПО, 1971.

31. Родэ A.A. К вопросу объемного тушения горючих жидкостей азо-тно-фреоновой смесью / А.А.Родэ и др. // Автоматическое тушение пожаров -М.: ВНИИПО, 1975.

32. Методика оценки огнетушащей способности огнетушителей. М.: ВНИИПО, 1976.32. .Батурин И.В. Аэрация промышленных зданий. / И.В.Батурин, В.М.Эльтерман. -М.: Стройиздат, 1967.

33. Родэ A.A. Моделирование тушения горючих жидкостей газообразным азотом / А.А.Родэ и др. // Автоматическое тушение пожаров. М.: ВНИИПО, 1975.

34. Мышак Ю.А. Исследование условий подачи комбинированных составов при тушении пожара в объеме / Ю.А.Мышак, Ю.А.Кошмаров // Средства и способы пожаротушения. М.: ВНИИПО, 1981.

35. Горбатов В.А. Технологические схемы профилактики, локализации и тушения эндогенных пожаров в угольных шахтах/ В.А. Горбатов, В.Г. Игишев, В.Б. Попов.-Кемерово: Кузбассвузиздат, 2002.

36. A.C. 715092 (СССР). Огнетушащий состав / А.Н.Баратов (СССР) // Открытия. Изобретения. 1981. - № 6.

37. Кучер В.М. Экспресс-метод определения расхода галоидеоргани-ческих веществ для тушения диффузионных пламен: Экспр.-инф. Пожарная техника и тушение пожаров / В.М.Кучер и др. М.: ВНИИПО. 1976. -Вып.71.

38. Севриков B.B. Автоматическая противопожарная защита промышленных сооружений. Киев-Донецк: Вища школа. 1979.

39. Блинов В.И. Диффузионное горение жидкостей / В.И.Блинов Т.М.Худяков. М.: АН СССР, 1961.

40. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. M.-JL: АН СССР, 1947.

41. Инструкция по проектированию установок автоматического пожаротушения. М.: Госстрой, 1976.

42. Косарев Б.В. Исследование гидравлических сопротивлений двухфазных огнетушащих смесей // Труды ВИПТШ МВД СССР. M., 1978.

43. Рабинович Е.З. Гидравлика. М.: Недра, 1978.

44. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1960.

45. Лудзиш B.C. Аварийность и травматизм на шахтах Кузбасса и меры по их снижению / B.C. Лудзиш, Г.И. Кулаков. Новосибирск: СО РАН, 1999.

46. Голик A.C. Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности России за 2000 г. / А.С.Голик, В.В.Мячин, В.А.Зубарева. Кемерово: РосНИИГД. - 2001.

47. Голик A.C. Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности России за 2001 г. / А.С.Голик, В.В.Мячин, В.А.Зубарева./ Кемерово: РосНИИГД, 2002.

48. Игишев В.Г. Борьба с самовозгоранием угля в шахтах.- М.: Недра,1987.

49. Колмаков В.А. Метановыделение и борьба с ним в шахтах. М.: Недра, 1981.

50. Effects of Halogenaated extinguiching Agents of Flame: Queneting of the Action Symposium International on Combustion / C.O'Heal. 1956.

51. Розловский А.И. Научные основы техники взрывобезопасности при работе с горючими газами и парами. М.: Химия, 1972.

52. Руководство по применению азота и инертных газов для борьбы с эндогенными пожарами в шахтах. Кемерово: ВостНИИ, 1984.

53. Замыслов В.А. Ингибирование окисления термически обработанных углей / В.А.Замыслов, А.Л.Соболевский, В.В.Родэ, А.Ф.Луковников.// ХТТ.- 1982.

54. Колмаков В.А. Прогноз и управление газопереносом в массивах шахт / В.А.Колмаков, С.П.Брабандер, Г.А.Беспятов. Кемерово: КузГТУ, 1992.

55. Инструкция по предупреждению и тушению эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса. Кемерово: Прокопьевск, 1973.

56. Научно-исследовательские работы по изысканию методов предупреждения подземных пожаров с применением химических и инертных материалов: Техотчеты / A.Curcic и др. -1970. № 4.

57. Пустыльник Е.А. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968.

58. Касандрова О.Н. Обработка результатов наблюдений / О.Н.Каса-ндрова, В.В.Лебедев. -М.: Наука, 1970.

59. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.

60. Аравин В.И. Теория движения жидкостей и газов в недеформиро-ванной пористой среде / В.И.Аравин, С.Н.Нумеров. М., 1953.

61. Тарасов Б.Г., Колмаков В.А. Газовый барьер угольных шахт./ Б.Г.Тарасов, В.А. Колмаков. М.: Недра, 1978.

62. Руководство по применению комбинированных составов для предупреждения воспламенений газовоздушных сред при тушении пожаров в угольных шахтах. Новокузнецк, 2003.

63. Горбатов В.А. Защита угольных шахт от самовозгорания угля / В.А. Горбатов, В.Г. Игишев, В.Б. Попов.- Кемерово: Кузбассвузиздат, 2001.