Автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси (варианты)

 

Полезная модель относится к угольной промышленности и предназначена для контроля и предотвращения взрыва пылеметановвоздушной смеси и повышения безопасности ведения горных работ в шахтах. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является нейтрализация взрывоопасных скоплений пылегазового облака в местах работы горных машин и обеспечение безопасности. Для решения поставленной технической задачи предлагается три варианта полезной модели. В первых двух вариантах полезная модель включает каналы для подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана. Основным отличием от аналогов является то, что установлен электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от приборов учета концентрации метана, давления воды и воздуха. Каналы для подачи воды и воздуха соединены с распылительными блоками форсунок, состоящими из двух камер. Каждая из камер соединена отдельными входами с распылительными форсунками. К каналу подачи воздуха через дозирующее устройство подключены баллоны с ингибитором. В третьем варианте полезная модель содержит три отдельных канала для подачи воды, воздуха, ингибитора. Каналы отдельными входами соединены с блоком форсунок. Блоки форсунок выполнены в трехкамерном исполнении. Подача ингибитора регулируется. Использование полезной модели позволит значительно улучшить вопросы безопасности при производстве горных работ. 3 Н.П., 8 Илл.

Полезная модель относится к угольной промышленности и предназначена для контроля и предотвращения взрыва пылеметановвоздушной смеси и повышения безопасности ведения горных работ в шахтах.

Известна автоматизированная система контроля и предотвращения взрыва пылеметановоздушной смеси в комплексно-механизированном забое (патент 2459958 Российская Федерация, заявка 2010150745, МПК E21F 5/00, дата приоритета 10.12.2010 г., дата публикации 27.08.2012 г.). Известная система включает систему орошения с форсунками, измерительные приборы метана, оксида углерода, влажности, запыленности, скорости движения воздуха, установленные в начале и конце забоя и непосредственно на комбайне, измерительные приборы давления воды, блок управления. Работа известной автоматизированной системы направлена на поддержание определенного уровня влажности с учетом фактической температуры.

Недостаток известной системы в том, что производится только процесс пылеподавления и контроль уровня концентрации метана, а не предотвращение нарастания его концентрации.

Известно устройство для образования тумана (device for water-mist sprinkling патент WO 2011144193, заявка PCT/DE2011/000315, кл. МПК E21C 35/23, дата публикации 24.11.2011 г.). Формула раскрывает работу режущего органа проходческого комбайна с установленной трубой для распыления водо-воздушной смеси. Труба для распыления водовоздушной смеси имеет на своей нижней стороне упругую перегородку, в трубу вмонтированы распылительные форсунки. Труба имеет симметрично расположенные входы для воздуха и воды.

Недостатком является то, что осуществляется мелкодисперсное орошение рабочих органов комбайна и пылеподавление без учета уровня концентрации метана в зоне рабочих органов.

Известно устройство для получения газожидкостной смеси в непосредственной близости от режущих инструментов (device for producing a gas-liquid mixture in the vicinity of cutting tools патент US 7198332, заявка PCT/AT03/00253, кл. МПК E21C 35/23, дата публикации 08.04.2004 г.). Устройство содержит трубу с расположенными в ней соплами для выбрасывания струй газа и жидкости. Оси сопел для газа и жидкости сопряжены между собой под углом от 45° до 135°. Верхняя струя жидкости поджимает нижнюю струю газа, создавая при этом смесь воды и газа в направлении режущих органов горной машины.

Недостатком известного устройства является то, что невозможно применять для распыления отдельные виды ингибиторов, использование которых невозможно одновременно с водой. Кроме того, нет системы контроля необходимости подачи ингибирующего газа, что приводит к значительным затратам на его непрерывное распыление.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является нейтрализация взрывоопасных скоплений пылегазового облака в местах работы горных машин и обеспечение безопасности.

Известные на сегодня в России и за рубежом способы предупреждения взрывов метана в шахтах ведутся в направлении обеспечения интенсивной вентиляции, подачи в забой инертных газов, откачки метана. При этом устройства, применяемые для обеспечения безопасности шахтеров, как правило, стационарные, дорогостоящие, имеющие высокую энергоемкость. Установки, применяемые для этих целей, в основном выполняют функции пылеподавления (патент 2295035, заявка RU 2002133901, UA 53078, UA 25249). Нет универсальной установки, позволяющей использовать варианты ингибирования метана одновременно с орошением, через систему пневмогидроорошения в непосредственной близости к режущим органам горных машин, оперативно реагирующей на предельные уровни концентраций метана в воздухе и дозирующей подачу ингибитора в случае необходимости в атмосферу шахты.

Предложено три варианта выполнения автоматической системы пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси.

В первом варианте автоматическая система пневмогидрооршения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси включает каналы подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана.

Отличием является то, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров и электронного расходомера воды, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а каналы подачи воздуха и воды соединены с блоками форсунок для распыления водовоздушной смеси, которые состоят из двух изолированных камер для подачи воды и воздуха, каждая из которых соединена с отдельными входами распылительных форсунок, к каналу подачи воздуха через дозирующее устройство подключены баллоны с ингибитором, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.

Отличием является также и то, что блоков форсунок для распыления водовоздушной смеси две.

Во втором варианте выполнения автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси включает каналы подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана.

Отличием является то, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров, электронных расходомеров ингибитора, воды и воздуха, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а каналы для подачи воздуха и воды соединены с блоками форсунок для распыления водовоздушной смеси, которые состоят из двух изолированных камер для подачи воды и воздуха, каждая из которых соединена с отдельными входами распылительных форсунок, к каналу подачи воздуха через дозирующее устройство дополнительно подключены баллоны с ингибитором, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.

Другим отличием является то, что блоков форсунок для распыления водовоздушной смеси две.

В третьем варианте автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси включает каналы для подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана.

Отличием является то, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров, электронного расходомера воды, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а подача воздуха, воды и ингибитора к блокам форсунок производится по отдельным каналам, блоки форсунок состоят из трех изолированных камер для подачи воды, воздуха и ингибитора, камеры для подачи воды и воздуха соединены с отдельными входами распылительных форсунок для водовоздушной смеси, а камера для подачи ингибитора с распылительными соплами, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.

Термин «ингибитор» в формуле и описании заявки означает вещество (газообразное), замедляющее или предотвращающее течение химической реакции горения метана. Например, могут использоваться комплексные составы на основе фторированных углеводородов, которые вступают в химическую реакцию с метаном, приводящую к образованию малоактивных продуктов и обрыву реакционных цепей процесса горения на начальной стадии их возникновения, либо другие ингибирующие составы.

Сущность полезной модели проиллюстрировано на чертежах, где на фиг. 1 показана схема первого варианта полезной модели, на фиг. 2 показана схема второго варианта полезной модели, на фиг. 3 схема третьего варианта полезной модели, на фиг. 4 вид блока форсунок для распыления водовоздушной смеси по первому и второму вариантам, на фиг. 5 вид блока форсунок для распыления водовоздушной смеси сбоку, на фиг. 6 разрез блока форсунок A-A по первому и второму вариантам. На фиг. 7 показан блок распыления форсунок в трехкамерном исполнении по третьему варианту. На фиг. 8 показан разрез Б-Б блока форсунок в трехкамерном исполнении.

Вариант 1 показан на фиг. 1.

Канал для подачи воды обозначен 1, для подачи воздуха 2, фильтры для очистки воды и воздуха обозначены 3, манометры 4. Элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления включают в себя двухходовый клапан для воздуха 5, редукционный клапан для воды с манометром 6 и блок регулирования давления подаваемого воздуха 8. Фильтры 3 предохраняют попадание твердых частиц в систему подачи воздуха, предотвращая повреждение двухходового клапана 5. Двухходовый клапан 5 регулирует подачу воздуха в заданном объеме.

Редукционный клапан 6 предназначен для поддержания постоянного заданного уровня давления воды на выходе, предотвращая незапланированное повышение давления воды в системе. В случае снижения уровня давления воздуха и воды соответствующие сигналы с манометров 4 и электронного расходомера воды 9 подаются на электронный блок управления 7, электронный блок 7 направляет сигнал на двухходовый клапан 5 о закрытии. Для дополнительного регулирования постоянного расхода воды установлен балансировочный клапан 14.

Каналы для подачи воздуха 2 и воды 1 связаны между собой. При повышении давления в канале подачи воздуха 2 под давлением происходит открытие управляющего клапана 15, встроенного в канал для подачи воды и вода под давлением подается к блокам форсунок 16. В случае резкого падения давления воздуха в канале 2 происходит закрытие управляющего клапана 15. Таким образом, предотвращается излишний, ненужный расход воды и случаи неэффективной работы системы пневмогидроорошения.

Установка двухходового клапана 5 в канал для подачи воздуха и редукционного клапана 6 в канал для подачи воды позволяет предохранить от выхода из строя автоматическую систему пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси, что делает ее использование более надежной. Одновременно, контрольные сигналы об уровне давления в баллоне с ингибитором 10 подаются на электронный блок 7 с установленного манометра 4, что позволяет контролировать момент, когда ингибитор закончился.

Канал для подачи воздуха оборудован блоком регулирования давления 8, который связан с дозирующим устройством 11. Подача ингибитора в канал подачи воздуха 2 осуществляется из баллона 10 через редукционный клапан с манометром 12 и дозирующее устройство 11. Редукционный клапан 12, задает максимально допустимое давление при подаче ингибитора в дозирующее устройство 11 и в канал для подачи воздуха 2.

В обычном режиме, когда концентрация метана в воздухе не превышает значения 2% происходит только процесс пылеподавления путем мелкодисперсного орошения рабочей зоны во время ведения проходческих работ.

В случае превышения заданной величины концентрации метана в воздухе датчик метана 13 передает сигнал на электронный блок управления 7, электронный блок управления 7 подает сигнал и открывает клапан, расположенный внутри дозирующего устройства 11 (клапан не показан) и ингибитор из баллона 10 распыляется в канал для подачи воздуха 2, образуя ингибированную воздушную смесь, которая подается к блокам форсунок 16. Происходит нейтрализация пылегазового облака одновременно орошением и распылением ингибитора.

При снижении уровня взрывоопасной концентрации метана и поступлении соответствующего сигнала от датчика метана 13 электронный блок 7 подает сигнал и закрывает клапан, расположенный внутри дозирующего устройства 11 и подача ингибитора прекращается.

Электронный расходомер воды 9 учитывает расход воды в системе. Для исключения обратного забрасывания водовоздушной смеси из блока форсунок 16 в каналы для подачи воды и воздуха предусмотрены обратные клапаны 17.

Блок форсунок показан на фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6. Где распылительные форсунки для водовоздушной смеси показаны 18, перегородка 19. На разрезе А-А фиг. 6 показаны две камеры: для воды и воздуха, а также вариант распылительной форсунки 18 в разрезе. Воздушная смесь и вода подается в распылительную форсунку по отдельным каналам, канал для воздуха 20, канал для воды 21, смешение происходит непосредственно в распылительном сопле 22 форсунки. Это позволяет использовать различные варианты ингибирования и водного орошения, совмещая их.

Вариант 2 показан на фиг. 2.

Канал для подачи воды обозначен 1, для подачи воздуха 2, фильтры для очистки воды и воздуха обозначены 3, манометры 4. Элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления включают в себя двухходовый клапан для воздуха 5, редукционный клапан воды с манометром 6 и блок регулирования давления подаваемого воздуха 8. Фильтры 3 предохраняют попадание твердых частиц в систему подачи воздуха, предотвращая повреждение двухходового клапана 5. Двухходовый клапан 5 регулирует подачу воздуха в заданном объеме.

Редукционный клапан 6 предназначен для поддержания постоянного заданного уровня давления воды на выходе, предотвращая незапланированное повышение давления воды. В случае падения уровня давления воздуха и воды, снижения объемов поступающих в систему воды и воздуха соответствующие сигналы с манометров 4, расходомеров воды 9 и воздуха 24 подаются на электронный блок управления 7 и подача воды и воздуха в систему автоматически прекращается.

Канал для подачи воздуха 2 оборудован блоком регулирования давления 8, который связан с дозирующим устройством 11.

В случае превышения заданной величины концентрации метана в воздухе датчик метана 13 передает сигнал на электронный блок управления 7. Одновременно на электронный блок управления 7 поступают сигналы с манометров 4, электронных расходомеров 9,24 о состоянии и изменении давления внутри системы. Поступающие сигналы анализируются на соответствие их заданным техническим характеристикам. Затем электронный блок управления 7 открывает клапан, расположенный внутри дозирующего устройства 11 (клапан не показан). Ингибитор через редукционный клапан 12, расходомер 23, дозирующее устройство 11 подается в канал для подачи воздуха 2. Редукционный клапан 12 регулирует максимально допустимый уровень давления при подаче ингибитора.

Ингибитор из баллона 10 распыляется в канал для подачи воздуха и полученная ингибированная воздушная смесь под давлением подается к блокам форсунок 16. Одновременно, с расходомера подачи ингибитора 23 на электронный блок 7 подается сигнал об объеме подаваемого ингибитора. Электронный блок управления 7, направляет сигнал на дозирующее устройство 11 и регулирует заданную концентрацию ингибированной воздушной смеси через дозирующее устройство 11.

При снижении уровня метана и поступлении соответствующего сигнала от датчика метана 13 электронный блок 7 закрывает клапан, расположенный внутри дозирующего устройства 11 и подача ингибитора прекращается.

Использование второго варианта полезной модели позволит задавать концентрацию ингибирующей воздушной смеси. В случае внезапного залпового выброса метана имеется возможность подачи ингибитора через дозирующее устройство 11 в большем объеме и формирование ингибирующей воздушной смеси высокой концентрации, в случае допустимого уровня концентрации метана ингибитор будет подаваться в незначительных объемах либо его подача будет отключаться полностью.

Вариант 3 показан на фиг. 3.

Канал для подачи воды обозначен 1, для подачи воздуха 2, фильтры для очистки подаваемых в систему воды и воздуха обозначены 3, манометры 4. Элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления включают в себя двухходовый клапан 5, редукционный клапан воды с манометром 6 и блок регулирования давления подаваемого воздуха 8. Фильтры 3 предохраняют попадание твердых частиц в систему подачи воздуха, предотвращая повреждение двухходового клапана 5.

Редукционный клапан 6 предназначен для поддержания постоянного заданного уровня давления воды на выходе.

В случае снижения уровня давления воздуха и воды соответствующие сигналы с манометров 4 и электронного расходомера воды 9 подаются на электронный блок управления 7, который направляет сигнал на двухходовый клапан 5 о закрытии. Прекращается подача воздуха в канал 2, давление воздуха падает и автоматически закрывается управляющий клапан 15, подача воды прекращается. Одновременно, контрольные сигналы об уровне давления в баллоне с ингибитором 10 подаются на электронный блок 7 с установленного манометра 4, что позволяет контролировать момент, когда ингибитор закончился.

Каналы для подачи воздуха 2, воды 1 и ингибитора 27 соединены с блоком форсунок 16 отдельными входами.

Подача ингибитора непосредственно к блоку форсунок осуществляется через редукционный клапан 12 с манометром и двухходовый клапан 25 по каналу 27. Редукционный клапан 12, задает необходимый уровень давления на выходе, а следовательно и объем подаваемого ингибитора. С помощью редукционного клапана 12 устанавливается тот уровень давления, который является оптимальным для подачи ингибитора к блокам форсунок 16. Подача ингибитора осуществляется по каналу 27 в камеру для ингибитора, расположенную в корпусе блока форсунок 16.

В обычном режиме, когда концентрация метана в воздухе не превышает значения 2% происходит только процесс пылеподавления путем мелкодисперсного орошения рабочей зоны во время ведения проходческих работ.

В случае превышения заданной величины концентрации метана в воздухе датчик метана 13 передает сигнал на электронный блок управления 7, электронный блок управления 7 подает сигнал на двухходовый клапан 25 и открывает его, и ингибитор из баллона 10 распыляется в отдельный канал 27 и подается к блокам форсунок 16 непосредственно в камеру для ингибитора. Ингибитор распыляется поверх струи водовоздушного орошения, не смешиваясь на выходе. Происходит нейтрализация пылегазового облака путем распыления ингибитора и одновременно орошением.

При снижении уровня взрывоопасной концентрации метана и поступлении соответствующего сигнала от датчика метана 13 электронный блок 7 подает сигнал на двухходовый клапан 25 и закрывает его, подача ингибитора прекращается.

В канал для подачи воды встроен дополнительно балансировочный клапан 14 для дополнительного регулирования постоянного расхода воды. Электронный расходомер 9 учитывает расход воды в системе. Подача воды в систему происходит при условии заданного уровня давления в канале для подачи воздуха 2.

При повышении давления в канале подачи воздуха 2 под давлением происходит открытие управляющего клапана 15, встроенного в канал для подачи воды и вода под давлением подается к блокам форсунок 16.

Для исключения обратного забрасывания водовоздушной смеси из блока форсунок в каналы для подачи воды и воздуха предусмотрены обратные клапаны 17.

На фиг. 7 показан блок форсунок для распыления водовоздушной смеси по третьему варианту, где распылительные форсунки для водовоздушной смеси показаны 18. Распылительное сопло для ингибитора показано 26, перегородка 19. На фиг. 8 показан разрез Б-Б. На разрезе указаны три отдельные камеры: для воды, воздуха, ингибитора. Распылительные форсунки (вариант) для водовоздушной смеси показаны 18, сопло для ингибитора 26.

Использование третьего варианта исполнения автоматической системы пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси позволит использовать различные варианты ингибирования. Что обеспечит гарантированную безопасность ведения работ. Дополнительно к получению заявленного технического результата система позволяет получить и экономический эффект. Подачи ингибитора может быть прекращена, в случае если концентрация метана не превышает допустимый уровень. Использование блока форсунок для распыления водовоздушной смеси в трехкамерном исполнении позволит применять для распыления ингибиторы, которые нельзя по техническим условиям распылять одновременно с водой. Что позволит значительно расширить диапазон применяемых ингибиторов для их распыления через систему пневмогидроорошения.

Предлагаемый третий вариант прост в исполнении и гораздо дешевле.

Ниже приводится примерный перечень используемых элементов автоматической системы пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси. При необходимости предлагаемые марки элементов автоматической системы пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси могут быть заменены на элементы эквивалентные по своему техническому назначению. Элементы оборудования должны соответствовать требованиям «Правил безопасности в угольных шахтах» ПБ 05-618-03 (Москва ЗАО НТЦ ПБ 2013, утвержденным Госгортехнадзором РФ от 05.06.2003 50, зарегистрированным Минюстом России 19.06.2003 4737), и общим требованиям ГОСТ 12.2.003-91 «Оборудование производственное».

В качестве электронного манометра может быть использован ДМ 8017 Сг У2 http://arcenal-td.ru/?p=m_signv4, Либо манометры фирмы «Грюнельвальд».

Контроль уровня концентрации метана может осуществляться например, датчиками ТМРК.3.1М

http://shtrih.kuzbass.ru/production/700/item/89.

Для очистки воздуха и воды применяются фильтры марки ФМФ (www.tehprom.ru/products/Filtry-i-gryazeviki/Filtry_5630/1700050003004.html).

Клапана предусматриваются для использования в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 12893-2005 «Клапаны регулирующие односедельные, двухседельные и клеточные. Общие технические условия» От 19.02.2008 19-ст.

Двухходовый клапан, редукционный клапан, например, производства фирмы Danfoss. (http://danfoss.com), фирмы «Грюнельвальд» или фирмы Резго.

Редукционный клапан для регулирования давления при подаче ингибитора предназначенный для понижения давления газа, поступающего из баллона, и автоматического поддержания заданного рабочего давления постоянным может быть производства ОАО «Барнаульский аппаратно-механический завод». http://www.bamz.su/ru/catalog/one_tovar/1-24-12-53.html

В качестве управляющего клапана, как вариант, предлагается использовать клапан марки VZXF (festro.com/cat/ru_ru/products_VZXF).

Осуществимость полезной модели подтверждается предоставленными схемами автоматической системы пневмогидроорошения и ингибирования вызрывоопасной смеси. Устройства данного типа в настоящее время востребованы и актуальны. На предприятии изготовлен и опробован опытный образец в действии. Испытания прошли успешно.

1. Автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси, включающая каналы подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана, отличающаяся тем, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров и электронного расходомера воды, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а каналы подачи воздуха и воды соединены с блоками форсунок для распыления водовоздушной смеси, которые состоят из двух изолированных камер для подачи воды и воздуха, каждая из которых соединена с отдельными входами распылительных форсунок, к каналу подачи воздуха через дозирующее устройство подключены баллоны с ингибитором, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.

2. Автоматическая система по п.1, отличающаяся тем, что блоков форсунок для распыления водовоздушной смеси две.

3. Автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси, включающая каналы подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана, отличающаяся тем, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров, электронных расходомеров ингибитора, воздуха и воды, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а каналы подачи воздуха и воды соединены с блоками форсунок для распыления водовоздушной смеси, которые состоят из двух изолированных камер для подачи воды и воздуха, каждая из которых соединена с отдельными входами распылительных форсунок, к каналу подачи воздуха через дозирующее устройство дополнительно подключены баллоны с ингибитором, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.

4. Автоматическая система по п.3, отличающаяся тем, что блоков форсунок для распыления водовоздушной смеси два.

5. Автоматическая система пневмогидроорошения и ингибирования взрывоопасной метановоздушной смеси, включающая каналы подачи воды и воздуха, фильтры, электронные манометры, датчик метана, отличающаяся тем, что дополнительно установлены электронный блок управления, принимающий и анализирующий сигналы от датчиков метана, манометров, электронного расходомера воды, элементы для контроля подачи воздуха и воды и регулирования давления, а подача воздуха, воды и ингибитора к блокам форсунок производится по отдельным каналам, подача ингибитора регулируется, блоки форсунок состоит из трех изолированных камер для подачи воды, воздуха и ингибитора, камеры для подачи воды и воздуха соединены с отдельными входами распылительных форсунок для водовоздушной смеси, а камера для подачи ингибитора с распылительными соплами, электронные манометры встроены в каналы подачи воды и воздуха и баллоны с ингибитором.



 

Наверх