Страница 12: НПАОП 10.0-7.05-90. Руководство по борьбе с эндогенными пожарами на шахтах Минуглепрома СССР (44368)

Повышение температуры угля вызывает рост выделения оксида углерода, водорода, метана и его гомологов. Наибольшей скоростью повышения интенсивности выделения обладает оксид углерода. Повышение содержания водорода и метана происходит более медленными темпами, но при нагревании свыше 300 °С интенсивность выделения водорода и метана возрастает. Содержание всех горючих газов ( Сг), образующихся при нагревании угля ( t ) до 300 °С, описывается уравнением:

Сг = 100,00937t - 2,47

Таким образом, основными газами, образующимися при самовозгорании угля и распространяющимися к дневной поверхности, будут оксид углерода, водород и метан. Значительное повышение содержания метана в атмосфере выработанного пространства возможно в при естественной температуре. Однако в этом случае содержание других пожарных газов будет незначительным. Учитывая, что процесс самовозгорания возможен только при достоянном проветривании выработанного пространства, обеспечивающем притон кислорода к поверхности угля, в районе очага пожара содержание основных пожарных газов будет сопоставимо с содержанием метана.

4.4.2. Методика проведения газовой съемки приповерхностного состава горючих газов

Газовая съемка подпочвенного воздуха производится на поверхности шахтного поля без отбора проб для анализа в лаборатории, что значительно сокращает объем работ я время для ее выполнения. Над предполагаемым местом очага на поверхности с помощью маркшейдерских инструментов разбивается сетка скважин со стороной квадрата 20 м. Сетка сориентирована по простиранию пласта угля и должна заведомо перекрывать возможное место очага пожара (вертикальную его проекцию на поверхность). Вкрест простирания пласта сетка разбивается так, чтобы перекрыть проекцию всего пожарного горизонта (панельного, уклонного поля) до падению, а при необходимости (если неизвестно, на каком горизонте возник пожар) и соседнего горизонта. На крутом падении, как правило, оказывается достаточным от трех до пяти рядов скважин вкрест простирания.

При проведении замеров сетку скважин можно увеличить в обоих измерениях, если в ее граничных точках будет обнаружено наличие горючих газов, и сгустить в районе появления высокого содержания. Сгущать сетку скважин можно и при возникновении предположения 0 наличии нескольких очагов пожара (нагреваний).

На рис.4.11 приведен пример размещения сетки скважин на шахтном поле в районе предполагаемого очага пожара. Всего намечено три ряда скважин, сориентированных по простиранию пласта, по 7 штук в каждом.

Рис. 4.11. Размещение сетки скважин на шахтном поле

По веем точкам сетки бурятся иди пробиваются скважины диаметром от 20 до 42 мм. Замер содержания горючих газов во доведение разбавления атмосферным воздухом производится непосредственно 0осде извлечения инструмента путем опускания в скважину воздухозаборной трубки. Проба воздуха закачивается в газоопределитель микросодержаний горючих газов. Глубина скважин составляет 1,0 м, что достаточно для выявления газовой аномалии в приповерхностном сков при нагнетательном способа проветривания и над изолированными выемочными полями при всасывающем способе, так как в этом случае величина отрицательно , действующего напора незначительна.

Показания газоопределителя, регистрирующего сумму горючих газов, в делениях шкалы прибора наносятся на схему сетки скважин и строятся карты изоконцентраций. Таким образом определилась газовая аномалия о центром в районе скважины 5 6. На рис.4.11 показан вариант обнаружения горючих газов ее границе размеченной сетки скважин (скважина 16), что привело к необходимости расширить ее, в результате чего выявлено второе аномальное пятно.

Если над предполагаемым местом очага пожара, т.е. в районе газовой съемки, нет нарушений поверхности от ведения горных работ, сохранялись наносы, то в таком случае район газовой аномалии является вертикальной проекцией очага пожара. Спроектировав газовую аномалию на пласт по плану горных работ, можно получить точное место очага пожара (нагревания).

При наличии трещин, провалов (особенно на крутом падении) погашенных горных выработок, имевших ранее выход на дневную поверхность, максимальные значения содержания пожарных газов при нагнетательном способе проветривания могут быть обнаружены за пределами вертикальной проекции очага пожара. В этом случае для установления точного места очага целесообразно произвести реверсию вентиляционной струи с созданием в пожарном районе небольшого отрицательного напора, что позволит предотвратить вынос пожарных газов по фильтрационным каналам и в то же время сохранить газовую аномалию за счет молекулярной диффузии и тепловой депрессии.

При возникновении очага самонагревания (пожара) в действующих горных выработках со значительным отрицательно действующим напором (до 200 Па в более) газовая аномалия может быть не обнаружена в приповерхностном слое на глубине 1 м. В этом случае необходимо увеличивать глубину разведочных скважин до 2...3 м. При Действующем напоре 400 Па и более для локации очага пожара необходимо произвести снижение его путем регулирования вентиляционной сети или реверсирование главного вентилятора.

Если газовая съемка подпочвенного воздуха производится в условиях, позволяющих считать газовую аномалию вертикальной проекцией очага, сетку скважин и результаты можно наносить сразу на план горных работ (рис.4.12). Под газовой аномалией может оказаться два и более отрабатываемых, и ли отработанных самовозгорающихся пласта. В этом случае необходимы дополнительные данные, например, анализы проб газа, набранных из-за перемычек в шахте, температурный каротаж глубоких скважин.

5. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ, ЛОКАЛИЗАЦИЯ И ТУШЕНИЕ ЭНДОГЕННЫХ ПОЖАРОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПЕН И АЗОТА

В последние годы в угольной промышленности отмечается тенденция к увеличению размеров выемочных полей и повышению нагрузки на очистной забой за счет оснащения их дорогостоящими механизированными комплексами. Экономический ущерб от изоляции такого поля при эндогенном пожаре достигает 1,0 млн рублей и более. Вместе с тем, свыше 70 % эндогенных пожаров изолируются с потерей на долгое время подготовленных запасов угля и дорогостоящего оборудования. Поэтому для всех угольных бассейнов страны проблема активной профилактики, локализации и тушения эндогенных пожаров без изоляции действующих выемочных полей приобрела особу» актуальность.

Многолетний опыт профилактики и тушения эндогенных пожаров в Кузбассе и Донбассе показал необходимость широкого внедрения в подразделениях ВГСЧ и угольных шахтах современных способов борьбы с эндогенными пожарами с помощью инертной пены, газообразного и жидкого азота и твердеющей пены.

5.1. Основные свойства пен. Исходные компоненты

Пена является двухфазной (газожидкостной:) системой с определенной устойчивостью структуры, массы и объема, Жидкая фаза пени представляет собой водный раствор поверхностно-активного вещества (пенообразователя) или водный раствор карбамидно-формальдегидной смолы с пенообразователем, а газовая фаза - воздух или инертный газ (азот, парогазовая смесь, углекислый газ или продукты горения),

Рис. 4.12. Нанесение сеток скважин и результатов газовой съемки непосредственно на пиан горюй работ

Для предупреждения, тушения и локализации подземных пожаров используются газомеханическая и твердеющая пены.

5.1.1. Газомеханическая пена

Газомеханическая (воздушно-механическая или инертная) пена образуется при набрызгивании водного раствора пенообразователя на сетку, через которую продувается воздух (газ), эжектируемый за счет энергии вода или принудительно подаваемый вентилятором. Возможно также бессеточное получение пены в пожарных рукавах и в трубопроводах при одновременной подаче в них водного pacтвора пенообразователя и газа в строго определенных соотношениях.

Кратность пены ( К ) характеризуется отношением объема (расхода) пены к объему (расходу) пенообразующего водного раствора, расходуемого на ее получение

K= Vп/Vж = (Vг + Vж)/Vж (5.1)

или

К= Qп/Qж = (Qг +Qж)/Qж (5.2)

где Vп,Vг,Vж - соответственно объем пены, газа и жидкости, м3;

Qп,Qг,Qж - соответственно расход пены, газа и жидкости, м3/с.

По кратности пена подразделяется на три группы: низкократная (К≤50), средней кратности (50< К≤ 300), высокой кратности ( К >300).

Кратность пены зависит не только от типа, количества и качества пенообразователя, воды и газа, но и от способа ее получения и конструктивных особенностей пеногенераторных установок.

Чем ниже кратность пены, тем больше в ней жидкости и тем выше эффект тушения очага пожара и охлаждения нагретых боковых пород. Однако высокократная пена может транспортироваться по горным выработкам и трубам на большие расстояния, чем низкократная. Поэтому при высокой производительности пеногенератора на очаг пожара. попадает такое же количество жидкости, как и при подаче низкократной пены.

Плотность пены ( ρп , кг/м3) зависит от ее кратности, плотности воды, пенообразователя и газа. Так как плотность 5-процентного водного раствора пенообразователя близка к плотности воды и равна ρж = 1000 кг/м3, плотность пены может быть определена яз выражения

ρп = ρг + 1000/К (5.3)

где ρг - плотность газовой фазы пены, кг/м3.

Плотность воздушно-механической пены в зависимости от кратности при

ρг = ρв = 1,2 кг/м3 приведена ниже.

Кратность 10 50 100 200 300 400 500 600

Плотность, кг/м3 101,2 21,2 11,2 6,2 4,5 3,7 3,2 2,8

Плотность пены учитывается при расчете и выборе ограждающих пеноупорных перемычек, возводимых при заполнении вертикальных и наклонных выработок.

Устойчивость пены - это ее способность сохранять во времени свою структуру, объем, массу. В зависимости от устойчивости пены при отекании жидкой ее фазы постоянно происходит непрерывное увеличение кратности и уменьшение плотности и объема пены, что существенно влияет на дальность подачи и объем заполнения выработки. Устойчивость пены зависит от типа и качества пенообразователя, состава воды и газа. Она определяет выбор типа пенообразователя для тушения пожаров.

При выборе пенообразователя необходимо учитывать следующее:

из пенообразователей, отечественного производства высокоустойчивую пену позволяет получать "Сампо";

при неправильном хранении и транспортировании пенообразователь может терять свои свойства, что значительно снижает устойчивость пены;

жесткость вода более 40 мг-экв/л и реакция среды ( рН } меньше 5 резко ухудшает процесс пенообразования и считают устойчивость гены, поэтому всегда, при применении шахтной воды необходимо брать данные о ее качестве в геологической службе шахты;

продукты сгорания, особенно с высокой температурой и содержанием СО2 свыше 15 %, ухудшают процесс пеногенирации и свойства пены. Поэтому при использовании продуктов горенияи парогазовой смеси в качестве инертного газа в пеногенираторе необходимо применять только специальные пенообразователи: из серийных - "Сампо", из вновь созданных - "Поток", ПФ-2 и ПФ-3.

5.1.2. Пенообразователи

Пенообразователи относятся к группе поверхностно-активных выжата (ПАВ), незначительные добавки которых в воду (0,5...6 %) снижают поверхностное натяжение (с 72 до 29 мН/м) и повышают смачивающую способность (с 300 до 5 с), обеспечивают процесс пеногенерации и устойчивость пены.

Пенообразователи легко растворяются в воде, могут длительное время храниться при нормальной температуре, не теряют своих свойств при замерзании и оттаивании. Они отвечают санитарно-гигиеническим требованиям и серийно выпускаются предприятиями Миннефтехимпрома СССР. Физико-химические свойства пенообразователей, выпускаемых отечественной промышленностью, приведены в табл.5.1

ВНИИГД совместно с ВНИИПАВ и Бориславским филиалом ГосНИИ-хлорпроект разработаны пенообразователи "Поток" и содержащие фторированные ПАВ ПФ-2 "Кубоксалим" и ПФ-3 "Фторам", которые предназначены как для получения высокоустойчивых пен в нормальных условиях, так и инертных пен с использованием высокотемпературных продуктов горения и парогазовой смеси. Физико-химические свойства новых пенообразователей приведены в табл.5.2. Качество пенообразователей определяется в лабораториях ВГСЧ и БНИИГД.

Для повышения устойчивости пены и ее изолирующих свойств рекомендуется применять модифицирующие глинистые добавки: бентонита всех марок, каолино-гидрослюдистые порошки и т.д. Введение 1..5 % таких добавок в раствор пенообразователя увеличивает устойчивость пены в 2...5 раз. Это обеспечивает более быстрое заполнение пеной горных выработок и качественную изоляцию очага пожара of доступа свежего воздуха. Добавление глинистых материалов свыше 5 % нецелесообразно ввиду повышения вязкости пенообразующих суспензий и ухудшения процесса пеногенерации на сетках.

Наличие почти во всех регионах страны месторождений и заводов-изготовителей бентонитовых порошков различных марок, а также оснащенность подразделений ВГСЧ установками "Темп", "Монолит" и "Пневмолит" для смешивания глинистых добавок и пенообразователи с водой обусловливает широкую возможность применения глинистых добавок для получения пены высокой устойчивости при предупреждении,

Таблица 5.1

Физико-химические свойства пенообразователей, серийно выпускаемых отечественной промышленностью