Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПУТЕЙ ФИЛЬТРАЦИИ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА В ШАХТАХ

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к обеспечению безопасности при ведении работ в условиях шахт, и может быть использовано для определения путей фильтрации рудничного воздуха.

Сложность вентиляционных сетей шахт затрудняет аналитический расчет режимов проветривания, который основывается на результатах депрессионных съемок выработанных пространств. Это является сложной задачей, требующей большого количества исходных данных, получение которых не всегда возможно, и времени.

Известен способ практического решения задачи определения путей фильтрации рудничного воздуха путем запуска индикаторного газа, неспецифического для рудничной атмосферы (Robert P. Vinson, Edward D. Thimons. Исследование параметров рудничной вентиляции с помощью шестифтористой серы//J. MineVent. Soc. Afr. - 1986. - №2. - С.13-20). Газ-трассер запускали в воздушную струю, а в контрольных точках производили отбор проб воздуха в течение 20 мин от начала запуска с интервалом в 5 мин. Это позволяет определить протяженность распространения, время и среднюю скорость движения воздушной струи.

Основным недостатком известного способа является то, что его назначение ограничивалось только определением аэрогазодинамических параметров воздушной струи без выявления таких опасных факторов, как наличие эндогенных пожаров в выработанном пространстве и влияние их на распределение фильтрационных утечек воздуха, воздухообмен через изолирующие сооружения, нарушение режимов проветривания и т.д.

Работы с газами-трассерами в данном направлении были продолжены в России в последующие годы, что подтверждается рядом публикаций.

Известен способ определения путей фильтрации воздуха и уточнения местонахождения очагов самонагревания угля в выработанном пространстве, включающий использование газа-трассера тетрафтордибромэтан C₂F₄Br₂), более известного под другим названием - хладон 114В2 (Сборник научных трудов РосНИИГД. Борьба с авариями в шахтах. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2003. - С.119-124). Это вещество практически не токсично и обладает незначительной сорбционной способностью по отношению к углю. Хладон 114В2 несколько уступает по данным показателям гексафториду серы (SF₆), но является более доступным для предприятий и более удобен в обращении.

К основным недостаткам при использовании хладона 114В2 в качестве газа-трассера являются:

длительное время получения результатов отобранных проб, т.к. определение концентрации хладона 114В2 (как и гексафторида серы) можно производить только в лабораторных условиях, что требует наличие дорогостоящего оборудования и значительных затрат времени;

возможность искажения получаемых результатов, т.к. вследствие высокой плотности газа возможно попадание его в низкие слои и участки шахтных выработок.

Кроме того, на некоторых шахтах возможно наличие фоновой концентрации хладона 114В2, т.к. в последние годы его используют для обработки обрушенных пород в выработанном пространстве при авариях.

Известен способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах (патент РФ №2321750, кл. МКИ E21F 5/00, авторы Вершинин С.Н. Федорович А.П., Игишев В.Г. Способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах). Способ включает ввод газа-трассера, не имеющего фоновой концентрации в рудничной атмосфере путем распыления его в поток воздуха, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие газа-трассера с помощью индикаторных трубок и при необходимости с последующей проверкой хроматографическим методом в стационарной лаборатории. В качестве газа-трассера используют дихлорметан. Этот способ достаточно эффективен, позволяет обеспечить достоверность отобранных проб и возможность получения по ним экспресс-информации. Способ принят авторами за прототип предлагаемого технического решения.

Недостатки его заключаются в следующем:

- в связи с тем, что дихлорметан тяжелее воздуха почти в три раза, он может застаиваться в низких местах, меняется его концентрация по вертикали. Это, естественно, сказывается на достоверности отбираемых проб и точность получения экспресс-информации;

- оставшийся в низких местах дихлорметан может проявиться в последующих обследованиях шахт и внести ошибку в определении путей фильтрации воздуха;

- дихлорметан относится к классу хладонов, применение которых в настоящее время все более и более ограничивается, т.к. соединения этого класса разрушают озоновый слой атмосферы.

Целью предлагаемого технического решения является улучшение условий безопасности.

Техническим результатом изобретения является повышение достоверности анализа проб рудничного воздуха, расширение ассортимента применяемых трассеров и обеспечение безопасности их применения для человека.

Предложен способ определения путей фильтрации рудничного воздуха в шахтах, включающий ввод в атмосферу шахт трассера, определение точек отбора проб воздуха, взятие проб в точках отбора и проведение их газового анализа на наличие трассера с помощью индикаторных трубок с возможностью последующей проверки хроматографическим или спектрофотометрическим методом в стационарной лаборатории.

Способ отличается тем, что в качестве трассера используют распыленный дисперсно в поток воздуха фурфурол в количестве от 25 до 30 мг/м³.

Термин «трассер» означает - газ или вещество, легко распространяемое по воздуху.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается за счет того, что повышается безопасность при использовании указанного способа. Фурфурол относится к классу нетоксичных жидкостей, является продуктом переработки сельскохозяйственного сырья промышленным растворителем, не вреден для человека. Кроме того, фурфурол легко распыляется в воздушный поток и легко передвигается с потоком воздушной струи. В воздушном потоке при движении воздуха в низких (высоких) местах горных выработок концентрация фурфурола не изменяется.

Кроме того, через несколько дней после его применения фурфурол окисляется до смеси органических кислот. И, как правило, более никак не проявляется в атмосфере шахты. Кислоты являются нелетучими продуктами, не влияют на показания индикаторных трубок и лабораторного анализа и, соответственно, на достоверность последующих определений путей фильтрации воздуха.

Фурфурол имеет следующие характеристики: ПДК среднесменная -10 мг/м³, класс опасности - 3, молекулярный вес - 90,08, температура кипения - 161,7°C. В воде практически нерастворим. Отчетливый запах наблюдается при концентрации 3 мг/м³. Применение данного вещества в шахтах является совершенно безопасным, т.к. токсикологический класс опасности его - III.

Наличие в рудничной атмосфере фурфурола и оценить его концентрацию можно выполнить с помощью серийно выпускаемых индикаторных трубок. В настоящее время промышленность выпускает индикаторные трубки в широком ассортименте, в том числе и для определения соединений класса альдегидов. С их применением время предварительной оценки наличия предлагаемого газа-трассера сокращается до нескольких минут.

При необходимости наличие фурфурола можно определить в лабораторных условиях на том же оборудовании, что и для известных газов и жидкостей (хроматограф). Однако, как показали испытания, в большинстве случаев предварительной оценки индикаторными трубками достаточно для достижения поставленной цели. Таким образом, при использовании распыленного в атмосферу фурфурола достигается оперативность и достоверность исследований.

Распыление фурфурола в поток воздуха вместо других способов ввода трассера обеспечивает повышение точности подачи в поток заданного объема, т.к., например, при испарении с поверхности жидкости объем испаренного вещества не контролируется и зависит от многих факторов (температура воздуха и жидкости, скорость воздушного потока и др.). Количество вводимого трассера 25-30 мг/м³ при дисперсном распылении в рудничную атмосферу обеспечивает его уверенное определение на большом удалении от точки подачи. Что указывает на причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом.

Осуществление изобретения подтверждено при проведении экспериментальных испытаний и замеров в условиях рудничной атмосферы на шахтах Кузбасса. Получен положительный результат.

Фурфурол не требует особых условий хранения, и использование его в шахтах в заявленных пределах является совершенно безопасным.

Использование предлагаемого изобретения позволит более оперативно и достоверно проводить исследование атмосферы шахт, и, следовательно, будет способствовать обеспечению безопасного режима работы в шахтах.