Способ тушения эндогенных пожаров в выработанных пространствах угольных шахт

(19) (1) 51) 5 Е 21 Е 5/О ОБРЕТЕН И ИС АВТ Щщ 2(54) СПОСОБ ТУШЕНИЯ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ В ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТй (57) Сущность изобретения: в выработанноепространство бурят скважины,и подают чеа- рез них газомеханическую пену, Интенсивс- ность подачи пены определяют изматематического выражения. Для этого измеряют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара м струях воздуха и температуру очага пожараи окружающих пород; 1 ил. 1106/03(56) АвтЬ 1240Иугля в Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для тушения эндогенных пожаровв обрушенных массивах горных пород;Известен способ. предупреждения эндогенных пожаров в шахтах, заключающийся в том, что в процессе обработки обрушенной горной массы воздушно-механической пеной определяют объем обрабатываемой зоны, начальную влажность и плотность обрушенной горной массы, а также кратность вены и плотность ее жидкой фазы, при этом необходимое количество пе-ны определяют из математического выражения. Данный способ может эффективно применяться для профилактики самонагревания угля, если известны контуры пожароопасной зоны, т,е. места скопления угля в обрушенном массиве. В этом случае, установив объем обрабатываемой зоны, определяют количество пены, которое необходимо подать в эту зону для флегматизации процесса окисления и самонагревания угля,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР 02.9007,92. Бюл, М 27союзный научно-исследовательстут горноспасательного дела.Козлюк, П,С,Пашковский, В,М.КЫ.Шецер, Г.А.Гусар и А,Е,Калеорсков свидетельство СССР915, кл. Е 21 Р 5/00, 1986.акишев В.Г. Борьба с самовозгоранишахтах. М.: Недра, 1987, с,97-98. ИОднако для тушения эндогенных пожаров этот способ не применим в силу следующих обстоятельств. Для эффективного Я подавления самовозгорания угля каким-либо хладагентом (например, воздушно-механической пеной) необходимо знать количество пены не только для предотвращения окисления и самонагревания угля, но Ь .и для подавления очага пожара и охлажде- О ния окружающих его пород до естественной фь, температуры пород дайноФ горизонта. 4 Суть заключается в том, что при тушении О (локализации) эндогенного пожара пеной происходит интенсивное испарение влаги и ее вынос за пределы обрабатываемой зоны, ф Поэтому для эффективного подавления очага пожара необходима непрерывная подача пены в количестве, во много раз превышающем объем обрабатцваемой эоны.Наиболее близким к предлагаемому является способ предупреждения и локализа ции эндогенных пожаров, включающийбурение скважины в выработанное пространство и подачу в них с заданной интенсивностью газомеханической пены для обработки обрушенного массива, при котором определяется длительность заполнения пеной обрабатываемой зоны, исходя из стойкости пены к разрушению и производительности пеногенератора, В данном случае определяется продолжительность обработки пожароопасной зоны до полного заполнения ее пеной с учетом реологии пены - кратности и стойкости.Недостаток данного способа состоит в том, что в нем не учитывается динамика теплОгенерации очагом пожара и сьема тепла обрушенными породами, вмещающими очаг. Поэтому отсутствует обьективный критерий оценки необходимого для подавления пожара и охлаждения окружающих пород количества пены, В результате это приводит в одних случаях к неоправданно большому расходу пенообрэзователя, загрязняющего водоемы, в которые сбрасываются шахтная вода, в других - к некачественной обработке обрушенного массива и, как следствие, к возникновению рецидивов самовозгорания.Целью изобретения является повышение эффективности тушения эндогенных пожаров в обрушенных массивах за счет интенсификации отвода тепла.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу предупреждения и локализации эндогенных пожаров, включающему бурение скважин, в выработанное пространство и подачу в них с заданной интенсивностью газомеханической пены для обработки обрушенного массива, перед подачей пены в выработанное пространство определяют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха и температуру очага пожара и окружающих его пород, а подачу газомеханической пены осуществляют с интенсивностью, определяемой из следующего математического выражения:еь ь 140гдето - интенсивность подачи пены, м /ч;3гп - мощность плаСта, м;11- расстояние по простиранию между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной температуры пород данного горизонта нэ 5 С, м;12- расстояние по падению между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной данного горизонта на 5 С, м; 40 - коэффициент, характеризующийсреднюю дальность продвижения пены вобрушенных породах от скважины, м;1,5 - коэффициент, характеризующий5 среднее время движения пены от пробуренных скважин, ч;а4 О Со - Сисх( и Со - 1 п Сисх )( 0,06 + ЧЧ )10 коэффициент, учитывающий генерацию тепла очагом пожара, С;1,25 10аз - , - коэффициент,15учитывающий съем тепла из очага пожараобрушенными породами обрабатываемойзоны, С ;аз - коэффициент, учитывающий съемтепла из очага пожара пеной, С; принимают в зависимости от кратности (К) получаемой пены К: 20 40 60 80 100 120 140аз 1: 2,52,11,71,4 1,41,10,80,64 - коэффициент, характеризующий от-:ношение массы угля в нагретой зоне к ееобъему, кг/мз;1,25 - коэффициент, характеризующийскорость теплопереноса утечками воздуха вобрушенных породах, м/с;Т,ч - температура очага пожара, С;То - температура пород, окружающихочаг пожара, С;Т, - естественная темп,;ратура пород наданной глубине, С;0 - среднее значение удельной скорости сорбции кислорода углем, мз/(с кг);Со - концентрация кислорода в струевоздуха, поступающей к очагу пожара, долиобьема;Сикх - концентрация кислорода в струевоздуха, исходящей из очага пожара, долиобъема;Я - влажность угля на аварийном участке, доли объема.,Определение концентрации кислородав поступающей к очагу и исходящей от очага. пожара струях воздуха позволяет рассчитать коэффициент а 1, учитывающий генерацию тепла очагом пожара. По50 содержэнию кислорода в поступающей иисходящей струях представляется возможность количественно оценить состояниеочага пожара, Определение температурыочага пожара с одной стороны дает качест- .венную характеристику очага самовозгорания, а с другой - возможность установитьколичественную взаимосвязь между степенью развития очага пожара и интенсивностью подачи пены н выработанноепространство для его ликвидации.Температуру окружающих порбд определяют для того, чтобы оценить места расположения и площадь распространенияэндогенного пожара, чтобы правильно определить величину зоны выработанного 5пространства, которую необходимо обработать пеной с целью охлаждения обрушенных пород до температуры, естественнойдля данной глубины разработки. Это позволит не только ликвидировать очаг пожара, 10но и предотвратить самовозгорание другихскоплений угля, на;одящихся в пожароопасной зоне,Таким образом, определение указанных параметров, обьективно характеризующих состояние эндогенного пожара;позволяет научно обоснованно определятьоптимальную интенсивность подачи пены.Кроме того, позволяет оперативно решатьтакже вопрос определения необходимого 20количества пенообразователя и других материальных и трудовых затрат, свяэанных стушением пожара,На чергеже схематично представленоосуществление способа, 25На чертеже изображены пеногенераторы 1, пожарный рукав 2, выработанноепространство лавы 3, трехходовое разветвление 4, скважины 5, полевой вентиляционный штрек 6, полевой откаточный штрек 307, лава 8, вентиляционный (пластовый)штрек 9, скат 10 и конвейерный штрек 11.Способ реализуется следующим образом,В зону предполагаемого очага пожара 35выработанного пространства 3 бурят скважины 5 и с помощью устройства контролятемпературы скважин (УКТС), измеряюттемпературу на выходе каждой скважины ввыработанное пространство. Скважины бурят до тех пор, пока не будет пробурено какминимум четыре скважины, оконтуривающие очаг пожара (две по падению и две пог простиранию), в которых температура превышает естественную температуру пород 45данного горизонта на 5 С. При достижениитемпературы в угольном скоплении вырабо-танного пространства 45 - 60 С (в зависимости от влажности угля) из угля начинаетвыделяться влага мелких пор-мезопор и ак тивно на их поверхности сорбироваться кислород воздуха. В результате резко активизируется процесс окисления и самонаг-.ревания угля.Для определения концентрации кислорода в поступающей к очагу пожара и исходящей струе воздуха производят отбор проб в оконтуривающих выработанное пространство выработках и пробы подвергают лабораторному анализу. Температуру пород, окружаю цих очаг пожара (То) определяют как среднюю, замеренную в тех скважинах (на входе скважин в выработанноепространство), в которых температура вышечем (Тг+5)С те То"Тп при условии, что Т, Т 2ТвТг+5.,., Для определения температуры очага пожара на поступающей к очагу и исходящейот очага пожара струях производят отборпроб газов на содержание этилена и ацетилена. Затем по методике ВНИИГД рассчитывают температуру очага пожара - посоотношению в исходящей от очага пожараструе воздуха концентраций этилена и ацетилена (Сэт/Сац).Естественная температура пород на данной глубине разработки (Тг) определяется инструментально геологом шахты для каждого горизонта. Средйее значениеудельной скорости сорбции кислородом углем (0) принимает по данным ВНИИГД. Влажность угля Щ определяют путем отбора проб угля на аварийном участке. На основании полученных параметров определяютинтенсивность подачи пены Щ из выражения (1),Затем по параметру 1 подбирают количество пеногенераторов, с помощьюкоторых можно обеспечить подачу пены (м /ч) в выработанное пространстйо, не мезнее, величины 1.Запуск пены в выработанное пространство осуществляют по четырем, как минимум, скважинам, пробуренным вокруг предполагаемого очага, пожара, температура на входе в выработанное пространство которых выше естественной температуры пород данного горизонта. После запуска пены через каждый час производят отбор проб на содержание 02, СО, Н 2, СО 2, и СН 4 в. исходящей от очага пожара струе воздуха. Отбор проб производят до тех пор, пока содержание СО не снизится до обьемной доли 0,001707 ь, а СО 2 до 1, Снижение СО и СО 2 до предельно допустимых концентраций свидетельствует об отсутствии горения. Однако, чтобы предотвратить возможность рецидива самовозгорания, необходимо снизить температуру пород, окружающих очаг пожара, до температуры, естественной для пород данного горизонта, Поэтому, продолжая нагнетать в выработанное пространство пену, измеряют температуру на входе в выработанное пространство тех скважин, в которых температура до запуска пены была больше величины Тг+5.Если температура хотя бы в одной из этих скважин будет превышать естественную для пород данного горизонта, подачупены не прекращают и через 1 ч производят повторное измерение температуры в этих скважинах. Такая периодичность измерения температуры сохраняется до тех пор, пока температура в указанных скважи нах не снйзится до величины Тг. После этого подача пены в выработанное пространство прекращается и через 6 ч (когда пена в выработанном пространстве разрушится) производят контрольное измерение температуры во всех скважинах с целью выявления возможности рецидива самовозгорания,Способ осуществляют следующим образом,Осуществляют обработку обрушенного массива выработанного пространства при выемке пласта 4,через полевые штреки. Для установления контуров распространения эндогенного пожара с полевого вентиляци онного штрека 6 в выработанное пространство 3 пробуренодевять скважин 5, нка входе которых в выработанное пространство измеряют температуру с помощью термодатчика устройства контроля температуры скважин (УКТС), Температура в скважине 1 равна 36 С; И - 40 С; И - 110 С,Ч - 40 С; Ч - 40 С; Ч 1 - 116 С; Ч 11 - 134 С; ЧИ - 40 С;1 Х - 35 С, В то же время температура, определенная по соотношению СВЗ/СВц, составляет 310 С, Это дает основание предположить, что скважины не попали в "эпицентр" очага пожара, поэтому в расчет принята температура очага пожара ТочС. Содержание кислорода, оп ределяемое по лабораторному анализу проб, в поступающей к очагу струе воздуха составляет Со,20 долей обьема, а в исходящей от очага Сикх -0.08 долей объема, Температуру пород, окружающих очаг пожара, определяют как среднюю по скважинам 111, Ч и 1 Ч; кп 1 В 11 Фаб где 10 15 16 90 20+60 060 и/ч Пену в выработанное пространство подают по скважинам 11, Ч, Ч 11, Заполнение 25 выработанного пространства пеной осуществляли с помощью двух пеногенераторов УИП 1 рааработка ВНИИГД 1, обеспечивающих общую подачу 1200 м /ч, т.е. по 600 м /ч каждый.После начала заполнения пеной выработанного пространства эффективность обработки пожароопасной зоны контролируют ежечасно путем отбора проб воздуха в исходящей из очага пожара струе 35 на содержание о 2, СО, Н 2, СО и СН 4. Через3 ч объемная доля СО=0,00159%; С 02 = 0,9%;02 = 17%; Н 2 = 0% СН 4 = 1,7% что свидетельствует об отсутствии горения, Продолжая йодавать в выработанное пространство 40 пену, производят измерение температуры ввыработанном пространстве с помощью УКТС в скважинах, Ч и Ч 1. Оказалось, что То 1 И и 58 С ТоЧ = 60 С й Тоа= 64 С, Повторные измерения температуры в этих 45 скважинах производят через каждый час итолько через 7 ч непрерывной подачи пены температура в указанных скважинах снижена до 35 ОС. Затем через 6 ч, т.е. после разрушенйя йены в выработанном про странстве, производят измерения температуры во всех девяти скважинах, чтобы убедиться, что пожар локализован и отсутствуют рецидивы. Температура во всех скважинах не превышает 35 С, Только после 55 этого все работы прекращены и пожар отнесен в категорию потушенных.За 7 ч тушения пожара при кратностипены 90 и концентрации пеноообразователя 2% двумя пеногенераторами израсходовано Чр - 71200/90 = 93 м То Вф Среднее сти сорбци шахтопластэ ставляет О- ность угля Мощность и венная темп те 660 м сос 10+116+134 "120 о3значение удельной скоро- и кислорода для данного (йо данным В Н ИИ ГД) со- -0,33 10 м /(кг с). ВлажИ 0,07 долей объема. ласта 14 в =1,4 м. Естестературэ пород на горизонтавляет 35 С. Расстояние по простиранию между точками входа в выработанное пространство скважин 11 и Ч 1 Н 2 = 90 м, а по падению скважин 1 Ч и У 12 " 20 м. Интенсивность подачи пены определяют из выражения (1) к 0 рв тоа+к 0 т,26 10 а -Ф+к 0-Ф а-кЮ-ккв тк 0 "1+16 4 033 10 02 - 00891749476 10 10 35 Составитель А. Гус Техред М.Моргента О, Ципле Редактор А. Ко тыль аз 2576 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101а пенообразующего раствора и Чп = 0,01 2 93=з=1,9 м пенообразователя.Формула изобретения Способ тушения эндогенных-пожаров в выработанных пространствах угольных шахт, включающий бурение скважин в выработанное пространство и подачу через скважины газомеханической пены, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности тушения эндогенных пожаров за счет интенсификации отвода тепла, перед подачей пенд определяют концентрацию кислорода в поступающей к очагу и исходящей от очага пожара струях воздуха и температуру очага пожара й окружающих пород, а подачу газомеханической пены осуществляют с интенсивностью, определяемой из следующего математического ьыражения; где 1 - интенсивность подачи пены, м /ч;.зв - мощность пласта, м;1 - расстояние по простиранию между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной температуры пород данного горизонта на БоС, м;2 - расстояние по падению между точками входа скважин в выработанное пространство, в которых температура выше естественной для данного горизонта на 5 С,м;4 О Со - Сисх.коэффициент, учитывающий генерацию тепла очагом пожара С ;и 006) коэфф ц е1,25 10. е ЧЧ+0,06 учитывающий съем тепла из очага пожараобрушенными породами обрабатываемойзоны, С";а - коэффициент, учитывающий съем 15тепла из очага пожара пеной, С , принимают в зависимости от кратности получаемойпены;Точ - температура очага пожара, С;То - температура пород, окружающихочаг пожара;-Тг - естественная температура пород наданной глубине разработкй, С;,О - среднее значение удельнойскорости сорбции кислорода углем,м /(кг с);Со - концентрация кислорода в струевоздуха, поступающей к очагу пожара, долиобъема;Сисх - концентрация кислорода в струевоздуха, исходящей из очага пожара. долиобъема;Ю - влажность угля на аварийном участке, доли объема;