Система автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках

Полезная модель относится к горному делу и предназначена для предупреждения возникновения и распространения взрывов метанопылевоздушной смеси по горным выработкам угольных шахт, опасных по газу метану и угольной пыли.

Система содержит подземную часть автоматического контроля параметров метанопылегазовой смеси и наземный пункт слежения горного диспетчера за состоянием атмосферы в горной выработке. Подземная часть включает ряд датчиков фиксации концентраций газовой смеси до нижнего предела взрываемости: датчик метана, датчик окиси углерода, датчик пыли, датчик температуры, которые подключены к контроллеру. При фиксации каким-либо из датчиков нижнего предела взрываемости смеси на предаварийной стадии контроллер включает узел управления устройства подавления взрывов и пожара - водяной завесы, подсоединенной к сети пожарного водоснабжения. Одновременно контроллер включает устройство тревожной сигнализации. Устройство водяной завесы состоит из ряда (или рядов) форсунок, размещенных по периметру горной выработки. За водяной завесой дополнительно установлен гаситель фронта взрывной волны в виде перегородки. Подземный контроллер связан с наземным пунктом слежения, выполненным в виде контроллера с дисплеем.

Технический результат: повышение эффективности и надежности работы системы. 1 н. п.и 6 з.п.п. ф-лы. 1 ил.

Решение относится к горному делу и предназначено для предупреждения возникновения и распространения взрывов метанопылевоздушной смеси по горным выработкам угольных шахт, опасных по газу метану и угольной пыли.

Известно, что одним из основных средств локализации взрывов являются концентрированные водяные заслоны (ПБ 05-618-03, п.п.297-299). При этом длина водяных заслонов должна быть не менее 30 м. Количество воды в заслоне определяется из расчета 400 кг (литров) на 1 м поперечного сечения выработки. Водяные заслоны выполняются из не менее 4 рядов сосудов с водой и полок, устанавливаемых под кровлей. Работа таких заслонов недостаточно надежна. Полки и сосуды не всегда срабатывают в аварийных ситуациях. Обслуживание их трудоемко и затратно.

Известно устройство контроля аварийной загазованности пространства (патент РФ №2 124 745, G01W 1/00, опубл. 10.01.1999), содержащее аппарат контроля, соединенный с несколькими датчиками фиксации нижнего предела взрываемости газовой смеси. Каждый датчик включает блок формирования сигналов о появлении нижнего предела взрываемости метановоздушной смеси, блок принудительного воспламенения взрывчатой среды в камере сгорания, фиксатор воспламенения, преобразователь напряжения, датчик давления, фотоприемник, блок обработки информациии и направления ее в аппарат контроля аварийной загазованности. При фиксации нижнего предела взрываемости смеси срабатывают блоки отключения электроэнергии и звуковой и речевой сигнализации.

Такое устройство характеризуется повышенной технической сложностью, насыщенностью измерительной аппаратурой.

Наиболее близким к предлагаемому по выполняемой функции является устройство автоматической локализации взрывов и пожаров в горных выработках (патент РФ №2 278 270, Е21F 5/00, опубл. 20.06.2006). Устройство содержит аппарат контроля аварийной загазованности на участке А-Б и ряд датчиков фиксации нижнего предела взрываемости метановоздушной смеси, и датчик контроля ударной волны, которые с помощью элемента 2 ИЛИ воздействуют на средство выпуска сжатого воздуха из баллона и снижения взрывной концентрации газовой смеси до безопасной (до 1% по объему метана) для возобновления работ на участке. Также устройство содержит датчик ударной волны, датчик пламени и датчик открытого пожара, которые через элемент 3 ИЛИ воздействуют на блок подавления взрыва, действующий путем принудительной подачи на участок А-Б взрывопламя-гасящего вещества.

Недостатком данного устройства является недостаточно надежная работа средств локализации и подавления взрывов и пожаров в связи с ограниченностью объемов блоков подавления. Недостатком также является отсутствие средств сигнализации и оповещения персонала об аварийной ситуации.

Задачей данного технического решения является повышение надежности и эффективности работы основного узла локализации и подавления метанопылегазовой смеси за счет того, что его устройство позволяет использовать неограниченное количество подавляющего вещества, и повышение надежности работы системы в целом за счет выполнения узлов контроля состояния атмосферы в горных выработках на базе микропроцессорной техники.

Поставленная задача решается за счет того, что в системе автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках, включающей устройство контроля параметров атмосферы, соединенное с датчиками фиксации концентраций составляющих метанопылегазовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости, а

также устройство подавления и локализации взрывов и пожара, предлагается в качестве устройства подавления взрывов и пожара использовать устройство водяной завесы, подсоединенное к сети пожарного водоснабжения.

При этом в качестве дополнительного устройства подавления взрывов ввести гаситель фронта взрывной волны в виде перегородки, устанавливаемой после водяной завесы.

И устройство контроля параметров атмосферы выполнить в виде контроллера, принимающего сигналы от датчиков фиксации концентраций составляющих газовой смеси, и, при фиксации концентраций нижнего предела взрываемости, передающего управляющие сигналы на устройство подавления взрывов и пожара.

В качестве датчиков фиксации концентраций составляющих метано-пылегазовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости использованы: датчик метана, датчик окиси углерода, датчик пыли, датчик температуры.

Кроме того, устройство водяной завесы, подсоединенное к сети шахтного пожарного водоснабжения, содержит узел управления и выполнено в виде ряда форсунок или нескольких рядов форсунок, размещенных по периметру горной выработки.

В систему также введено устройство тревожной сигнализации в виде средства громкоговорящей связи и сигнала сирены, которое подсоединено к устройству контроля параметров атмосферы.

А устройство контроля параметров атмосферы соединено с наземным пунктом слежения за состоянием атмосферы горной выработки.

Решение поясняется прилагаемым чертежом, представляющим схему соединения узлов предлагаемой системы.

Система автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках содержит:

- датчики фиксации концентраций метанопылегазовой смеси до их нижних пределов взрываемости в горной выработке: датчик метана 1, датчик

пыли 2, датчик окиси углерода 3, датчик температуры 4. Датчики 1-4 могут быть помещены как отдельно, так и в едином блоке 5;

- устройство контроля параметров атмосферы в выработке в виде контроллера 6, к которому электрически подсоединены датчики 1-4;

- узел 7 управления водяной завесой, электрически соединенный с контроллером 6, подсоединенный к устройству 8 водяной завесы, при этом узел 7 подсоединен к сети шахтного пожарного водоснабжения;

- манометр 9, подсоединенный к контроллеру 6 и регулирующий давление воды в устройстве 8 водяной завесы через узел управления 7;

- гаситель 10 фронта взрывной волны, установленный последовательно за устройством 8 водяной завесы;

- устройство 11 тревожной сигнализации, соединенное с контроллером 6;

- наземный пункт 12 контроля состояния атмосферы в горной выработке, состоящий из контроллера с дисплеем, подсоединенного к подземному контроллеру 6.

Система работает следующим образом.

Рабочая атмосфера в горной выработке, т.е. состояние метанопылегазовой смеси, фиксируется датчиками 1-4 метана, пыли, окиси углерода, температуры. Данные измерения концентраций параметров получают путем опроса всех датчиков 1-4 или нескольких блоков 5 датчиков, устанавливаемых в горной выработке и подсоединяемых к подземному устройству контроля состояния атмосферы в виде контроллера 6. При фиксации каким - либо из датчиков критической точки измерения параметра, т.е. нижнего предела взрываемости метанопылевоздушной смеси, на предаварийной стадии контроллером 6 вырабатываются командные импульсы на включение узла управления 7 устройства 8 водяной завесы, подсоединенного к сети шахтного пожарного водоснабжения. Узел управления 7 срабатывает при подаче команды от контроллера 6 на электромагнитный вентиль манометра 9.

Конструкция и конфигурация водяной завесы, например, в виде ряда или рядов форсунок, устанавливаемых по периметру горной выработки, определяется расчетным путем. Исходя из условий применения, рассчитываются гидравлические параметры завесы: интенсивность водоподавления, глубина завесы, тип распылителей (форсунок), диаметры подводящих трубопроводов и др.

Узел управления 7 открывает и пропускает воду к форсункам устройства 8 водяной завесы, в котором давление воды регулируется манометром 9. За счет интенсивного теплообмена между распыляемой форсунками водой, пламенем метанопылевоздушной смеси и нагретыми пожарными газами происходит гашение пламени и энергии ударной волны взрыва.

В случае неполного подавления ударной волны взрыва водяной завесой ударная волна может распространиться за пределы водяной завесы. В таком случае гашение взрывной волны производится гасителем 10, например, в виде перегородки, действующей аналогично срабатыванию оружейного глушителя. При этом, может быть установлена серия последовательных гасителей после водяной завесы в горной выработке.

Одновременно с включением устройств подавления и локализации взрывов и пожара контроллер 6 включает устройство 11 тревожной сигнализации в виде громкоговорителя и сирены, оповещающей о предаварийной или аварийной ситуации в горной выработке. Сигналы с контроллера 6 передаются также в наземный пункт 12 контроля состояния атмосферы в горной выработке для принятия всех необходимых мер, требуемых в таких ситуациях.

Вся текущая информация в реальном масштабе времени поступает на наземный пункт 12 горного диспетчера, в котором архивируется и может быть просмотрена на дисплее за любой промежуток времени.

На дисплей пункта 12 с контроллера 6 можно вызвать текущую информацию по любому датчику 1-4, и с помощью клавиатуры провести диагностику всех составляющих системы. К контроллеру 6 может быть подключено

несколько блоков 5 датчиков на расстоянии до 5000 метров, асстояние между наземным пунктом 12 и подземным контроллером 6 может быть до 10000 метров. Передача информации осуществляется по искробезопасным кабелям, подсоединенным к сети электроснабжения. Наземный пункт 12 и контроллер 6 изготовлены на базе серийной микропроцессорной техники.

Система автоматического контроля состояния атмосферы в горных выработках в процессе эксплуатавции находится в следующих режимах:

- рабочий (постоянный), ведется измерение параметров, анализ и регистрация информации;

- аварийный (до ликвидации взрыва), работает устройство водяной завесы и гаситель в горной выработке, а также тревожная сигнализация;

- регламентный, проводятся работы по техническому обслуживанию.

1. Система автоматического контроля состояния атмосферы и локализации взрывов и пожара в горных выработках, включающая устройство контроля параметров атмосферы, соединенное с датчиками фиксации концентраций составляющих метанопылегазовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости, а также устройство подавления и локализации взрывов и пожара, отличающаяся тем, что в качестве устройства подавления взрывов и пожара использовано устройство водяной завесы, подсоединенное к сети пожарного водоснабжения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве дополнительного устройства подавления взрывов введен гаситель фронта взрывной волны в виде перегородки, устанавливаемой после водяной завесы.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство контроля параметров атмосферы выполнено в виде контроллера, принимающего сигналы от датчиков фиксации концентраций составляющих газовой смеси, и, при фиксации концентраций нижнего предела взрываемости, передающего управляющие сигналы на устройство подавления и локализации взрывов и пожара.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчиков фиксации концентраций составляющих газовой смеси до концентраций нижнего предела взрываемости использованы: датчик метана, датчик окиси углерода, датчик пыли, датчик температуры.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство водяной завесы, подсоединенное к сети шахтного пожарного водоснабжения, содержит узел управления и выполнено в виде ряда форсунок или нескольких рядов форсунок, размещенных по периметру горной выработки.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введено устройство тревожной сигнализации в виде громкоговорящей связи и сигнала сирены, которое подсоединено к устройству контроля параметров атмосферы.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство контроля параметров атмосферы соединено с наземным пунктом слежения за состоянием атмосферы горной выработки.