Страница 19: Руководство по борьбе с эндогенными пожарами на шахтах миуглепрома ссср (32215)

Вязкость пены на основе пенообразователя ПО-1Д

μо= 2,0 (Н·с)/м2

Величина Н для установки УИП равна 0,5·106 Па,

Стойкость пены Тж = 6 ч.

Среднеинтегральные значения вязкости и кратности пены равны :

_ _

μп= 0,36; К = 100.

Место выпуска пены в выработанное пространство удалено от линии забоя на . Удельное аэродинамическое сопротивление подсчитано до формуле (5.10)

_

τ (х) = 31,9 кг/(с·м3).

Дальность подачи пены рассчитана по формуле (5.6)

L = 7.01·10-3√(0.5·106·2.16·104·100·Kф)

Кф = 2,3·10-4/0,36·31,9

Тогда L = 7.01·10-3√(1.08·1012·2.3·10-4/0.36·31.9 = 70.1√0.216 = .

5.3.3. Продолжительность подачи пены в выработанное пространство для охлаждения очага самонагравания определяется из выражения

tп = │2,8·10-4·ln([(α1-α2-α3)Tоч + α2То]/[(α1-α2-α3)Tк + α2То]) /(α3-α2-α1) │+ 1.5

(5.11)

где Точ - температура в очаге самовозгорания перед запуском пены, °С;

То - средняя температура воздуха в лаве, °С;

Тк- температура в очаге, которую намечают достичь, охлаждая очаг пеной, °С. Коэффициенты α1,α2, рассчитываются по формулам:

α1 = 4u(Co - Cисх)/(lnCo - lnCисх)(0,06 + W') ;

где u - среднее значение удельной скорости сорбции кислорода углем в интервале Tо...Tкр м3/(с·кг), определяется ВНИИГД по пробам угля;

Сo- содержание кислорода в поступающей в лаву струе

воздуха, %;

Сисх- содержанке кислорода в исходящей из выработанного

пространства струе воздуха, %;

W' - рабочая влажность угля, %;

h - мощность пласта, м.

Значения коэффициента α3 при различной кратности ( К ) движущейся в выработанном пространстве девы приведены ниже

Например, при К = 60 α3 = 1,7·10-4 (1/с).

Величина Ткр определяется соотношением этилена к ацетилену.

Объем подаваемой лавы определяется по формуле:

Vп = tпqуст , (5.13)

где qуст - производительность установки, м3/ч.

Объем заполненного пеной выработанного пространства выражается через А1,А2 и L

Vпр = (А1 - А2)h·ε·L , (5.14)

где ε - коэффициент пористости обрушенных пород.

Пример. Определить продолжительность подачи пени в выработанное пространство для охлаждения очага самонагревания угля, расположенном на расстоянии приблизительно равном от забоя лавы в верхней части выработанного пространства. Зона активного самонагревания определяется по формуле (5.4) в диапазоне 14...43,5 м.

На вентиляционном штреке возводятся две изолирующие перемычки. Одна - на расстоянии от линии забоя, а вторая - на расстоянии .

В образовавшуюся камеру между перемычками по трубам подается инертная пена.

Предварительно по методу непредельных углеводородов определяется температура очага Точ .Предположим, Точ= . Результаты проб рудничной атмосферы на поступающей в лаву и исходящей из лавы струе воздуха показали, что содержание кислорода составляет:

Со = 0,20; Сисх= 0,08.

Рабочая влажность угля W' = 7 %, Температура воздуха в лаве То = 30 °С, Очаг самонагревания решено охладить до Тк = 40 °С.

Интенсивность подачи пены рассмотрена в предыдущем примере. Решено подавать низкократную пену ( Ко= 20) установкой УИП.

Тогда значение К = 100.

Среднее значение удельной скорости сорбции кислорода углем в интервале

То...Тк ;

u = 0,33·10-6 м3/(кг·с).

По исходным данным определяем значения коэффициентов α1,α2,α3;

α1 = 40,3·0,12·10-6//0,13(-1,61)-(-8,53) = 1,22·10-6/0,92 = 1,33·10-6 ;

α2 = 1,25·10-7/1,4·0,13 = 6,87·10-7 = 0,89·10-6 ;

α3 = 1,2·10-4 = 120·10-6.

Продолжительность подачи пены для подавления очага самонагревания :

tп = (2,8·10-4/119,04·10-6) · ln [(119.64·180-0.89·30)/(119.64·40-0.69·30)] + 1.5

Объем подаваемой пены равен :

Vн = 5ч ·10 м3/мин = 60·5·10 м3 = .

Объем заполненного пеной выработанного пространства при величине пористости выработанного пространства ε = 0,5 составит :

Vпр = (43,5-14) ·0,5·1,4·32,8 = .

5.3.4. Расчет дальности подачи азота и пены но трубам

Подача газообразного азота с поверхности осуществляется по

шахтным трубопроводам: пожарно-оросительным, сжатого воздуха

и дегазационным. Интенсивность подачи газообразного азота во

многом зависит от пропускной способности шахтных трубопроводов.

При подаче газообразного азота с поверхности к месту установки пеногенератора могут применяться трубопроводы различных диаметров поэтому в процессе расчета их фактическая длина на участках с одинаковым диаметром заменяется трубопроводом диаметром , который обладает такой же пропускной способностью, как и рассматриваемый трубопровод переменного сечения.

Приведенная длина трубопровода определяется по формуле

n

Lпр = Σ кilфi , (5.15)

i=1

где ki- коэффициент приведения для i -го участка трубопровода одного диаметра;

lфi- фактическая длина i -го участка трубопровода одного диаметра, м.

Для наиболее часто встречающихся в горных выработках трубопроводов различных диаметров величина коэффициента Кi приведена ниже.

Число одновременно работающих пеногенораторов зависит от количества скважин, пробуренных к предполагаемым очагам горения. Возможный объем пространства, заполняемого одним пеногенератором составляет около ,

Обеспечение необходимого для тушения дебита газообразного азота перед пеногенератором и последующая подача инертной пены В очаг пожара требует соответствующего давленая в начальном сечении азотоподающего трубопровода (в месте его подсоединения к газификационной установке или к емкости с жидким азотом). Его величина определяется по формуле

Ра = Ртр + ΔР , (5.16)

где Ртр- давление, необходимое для подачи газообразного азота от газификационной установки к пеногенератору, МПа (кгс/см2);

ΔР - давление, необходимое для подачи инертной пены в очаг пожара по пожарным рукавам, металлическому трубопроводу или скважине, МПа (кгс/см2).

Пропускная способность азотоподающего трубопровода определяется величиной приведенной длины Lпр и предельного значения давления, зависящего of «ила применяемого для подачи азота трубопровода (пожарно-оросительный, воздушный или дегазационный).

3ная общий объем заработанного пространства, в котором расположен очаг Vо , и производительность одного пеногенератора по газообразному азоту определяют общее количество пеногенераторов для одновременной работы и, следовательно, необходимый дебит газообразного азота.

Если для получения инертной пены используется подаваемый с поверхности по трубопроводам газообразный азот, то величина давления Ртр определяется по графику (рис.5.27), а давления ΔР- по формуле:

ΔР = b'L'тр , (5.17)

где L'тр- длина рукавного или металлического (с учетом длины скважины) трубопровода от устройства УИП до очага пожара, м;

b' - коэффициент, учитывающий потери давления на длины пеноподающего трубопровода (кгс/см2)м-1 (для прорезиненных пожарных рукавов диаметром b' = 0,019, для металлического трубопровода диаметром b' = 0,016 (кгс/см2)м-1.

Подача пен в выработанное пространство, купола горных выработок и другие труднодоступные места для профилактики, локализации и тушения эндогенных пожаров осуществляется, как правило, по j трубопроводам или скважинам малого сечения, имеющим любые углы наклона и множество поворотов, представляющих местные сопротивления.

В результате проведенных исследований, на трубах диаметром установлено, что потери давления на местные сопротивления не превышают 5 % от общих потерь, поэтому ими можно пренебречь.

В наклонных и вертикальных трубопроводах увеличение ияи уменьшение потерь давления (в зависимости от направления подачи пены) рассчитывается по формуле

ΔРг = ρср ghг = ρп Рсрhг/Ро104 , (5.18)

где ρср - средняя плотность пены в вертикальном (наклоном) участке пенопровода, кг/м3;

Рис. 5.27. .График зависимости давления от приведенной длины трубопровода при дебите азота, м3/ч:

1-1500; 2-3000; 3-4500; 4-6000; 5-7500; 6-9000; 7-10500 ; 8-12000

g - ускорение свободного падения, м/с2;

hг- разность геодезических высот между началом и концом

участка пенопровода, м

ρп - плотность пены, приведенная к нормальным условиям,

(ρп = ρв + ρр /Ко);

ρв - плотность воздуха, равная 1,2 кг/м3;

ρр - плотность раствора пенообразователя, равная 1000 кг/м3 ;

Ко- кратность даны, приведенная к нормальным условиям;

Pср- среднее давление в вертикальном (наклонном) участке

пенопровода, кгс/см2.

Для определения потерь давления при движении пен по трубопроводам можно пользоваться формулой

ΔР = λпρпlQ2п/π2d2, Па (5.19)

где λп - коэффициент сопротивления лены;

l - длина пенопровода, м;

Qп- производительность по пене, м3/с;

d - диаметр трубопровода, м.

Зависимость коэффициента сопротивления пены от кратности при ее подаче по трубопроводу диаметром и производительностью 0,083 м3/с показана на рис.5.28.

Исследованиями доказано, что произведение коэффициента сопротивления и плотности пены в любой точке пенопровода остается постоянной. Поэтому при определении потерь давления необходимо учитывать приведенную к нормальным условиям кратность и коэффициент сопротивления пены для этой кратности.

Ввиду того, что по пожарным рукавам пена подается на небольшие расстояния (до ), то потери напора определяются из формулы

Р = ΔРl , (5.20)

где Р - потери давления в пожарных рукавах, кгс/см2 ;

ΔР - удельные потери на 1 п.м., кгс/см2;

(ΔР= 0,019 кгс/(см2 ·м) для рукавов диаметром и производительности Qп= 5 м3/мин);

l - длина пожарных рукавов, м.

Рис. 5.28. Зависимость коэффициента гидравлического

Сопротивления пены от кратности

Пример расчета. Определитъ, какое давление необходимо создать в начале трубопровода диаметром для додачи пены производительностью 0,083 м3/с и кратностью 100. Схема трубопровода показана на рис.5.29.

Рис.5.29. Схема трубопровода

Расчет потерь давления в трубопроводе при движении пены необходимо вести поэтапно, начиная с конца трубопровода. При истечении из нее пены избыточное давление принимаем равным 0. По рис.5.28 определяем коэффициент сопротивления пены кратностью 100, λп = 0.19.

1. Определяем давление в точке 2, которое необходимо создать для подачи пены к точке 1 пo формуле (5.19), а ρп = ρв + 1000/100 = 11,2 кг/м3, тогда

ΔР2 = 8·0,19·11,2·500·(8,3·10-2)2/9,88·10-3 = 594720 Па =5,95 кгс/см2

2. Давление в точке 3 без учета геодезической высоты

ΔР3 = 8·0,19·11,2·700(8,3·10-2)2/9,86·10-3 = 833000 Па = 8,33 кгс/см2

Для учета влияния геодезической высоты оределяем среднее давление между точками 2 и 3

ΔРср = (ΔР2 + ΔР3)/2 = (5,95 + 8,33)/2 = 7,14 кгс/см2

тогда ΔРг = ρпΔРсрhг/104 = 11.2·7.14·100/104 = 0.8 кгс/см2.

Так как пена подается сверху вниз, то давление в точке 3 будет равно

ΔР'3 = ΔР3 - ΔРг = 8,33 - 0,8 = 7,53 кгс/см2

3. Давление в точке 4

ΔР4 = 8·0,19·11,2·400(8,3·10-2)2/9,86·10-3 + ΔР3 = 476000 Па + 7,53 кгс/см2 = 12,29 кгс/см2

4. Давление в точке 5 без учета геодезической высоты

ΔРэ = 8·0,19·11,2·300(8,3·10-2)2/9,86·10-3 + ΔР4 = 357000Па + 12,29 кгс/см2 = 15,86 кгс/см2.

5. Определяем влияние геодезической высоты

ΔРср = (ΔР4 + ΔР5)/2 = (12,29 + 15,86)/2 = 14,07 кгс/см2

ΔРг = 11,2·14,07· 500/104 = 4,72 кгс/см2

тогда давление в точке 5

ΔР5 =15,86 - 4,72 = 11,14 кгс/см2.

5.3.5. Определение времени тушения эндогенного пожара инертной пеной

Время тушения пожара инертной пеной зависит от следующих факторов: температуры газов в очаге пожара и температуры боковых пород, объема выработанного пространства, купола или пустот, размера обрушенных кусков породы, количества одновременно работающие пеногенераторов.

Температура газов в очаге пожара определяется по результатам анализов проб воздуха с аварийного участка на непредельные углеводороды. Даяние об объемах выработанного пространства, куполов и пустот за крепью, размерах кусков пород представляет служба главного геолога шахты.

Общее время тушения очага и охлаждения боковых пород инертной пеной определяется по формуле

τт = τсн + τохл , (5.20)

Время, необходимое для уменьшения в выработанном пространстве или в куполе содержания кислорода, при котором прекращается пламенное горение (τсн ), определяется во формуле

τсн = (Vouv - aп)ln(Co/C)/(Qп + а + Кv)uv , (5.21)

где Vo- объем выpa6oтанного пространства, пустот или куполов, м3;

uv - устойчивость пена, 1/с (для инертной пены, подаваемой устройством УИП, uv = 1/3600 1/с);

Qп - производительность установки по инертной пене, м3/с ( для устройства УИП Qп = 10...12 м3/мин);

а- абсолютная метанообильность аварийного участка, м3/с ;

Кv - константа скорости сгорания (для инертной пены Кv = 0,15 м3/с);

Co - начальное содержание кислорода в зоне очага пожара, %;

C - содержание кислорода, при котором прекращается горение материалов, % (для практических расчетов C = 4...5 %).

Значения натурального логарифма ln(Co/C) приведены ниже.