СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Изобретение относится к горному делу, а именно к области предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей, и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом.

Известен способ инертизации для предотвращения пожаров или взрывов посредством снижения содержания кислорода в защищаемой зоне до базового уровня инертизации по сравнению с окружающим воздухом. При этом содержание кислорода сравнивают с его пороговой величиной и затем в случае если содержание кислорода опускается ниже пороговой величины, то подается свежий воздух (патент РФ №2372954, кл. А62С 2/00, А62С 39/00 заявлен 03.11.2005 г., опубликован 20.11.2009 г.). Существенным недостатком известного технического решения является то, что в определенный момент может происходить понижение уровня кислорода в шахтной атмосфере.

Известен способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси (патент №2513790, кл. E21F 5/00, A62D 1/00, заявка №2012152714, дата приоритета 06.12.2012, дата публикации 20.02.2014). Известный способ включает пневмогидроорошение зоны разрушения угля, автоматический контроль содержания метана датчиками и введение в шахтную атмосферу ингибирующего газа под давлением автоматически через систему пневмогидроорошения при достижении концентрации метана в воздухе от 1,9% до 2%, с концентрацией ингибирующего газа от 0,1 до 2% от защищаемого объема и заданном содержании кислорода в шахтной атмосфере.

Недостатком известного способа является то, что введение ингибирующего газа через канал подачи воздуха несколько может снизить концентрацию подаваемого ингибитора в первый момент подачи. Исключается одномоментная залповая подача ингибитора в очаг скопления взрывоопасной смеси.

Взрывы газа и угольной пыли в шахтах приводят к авариям с тяжелыми последствиями. Существенно повышает вероятность взрыва присутствие метана СН₄.

Одним из наиболее эффективных мер предотвращения чрезвычайной ситуации является создание водяной завесы. Эффективность водяной завесы определяется размером и количеством капель, необходимых для захвата угольно-пылевых частиц. При этом эффективность водяных завес значительно снижается при гашении только метановоздушной смеси. Таким образом внезапные выбросы метана могут сыграть отрицательную роль и взрывоопасная ситуация может возникнуть.

Техническим результатом заявляемого изобретения является нейтрализация образовавшихся метановоздушных смесей и локация в начальной стадии их возникновения.

Для решения поставленной задачи предлагается способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси, включающий пневмогидроорошение зоны проведения горных работ, автоматический контроль содержания метана датчиками и введение в шахтную атмосферу ингибитора.

Отличием является то, что при достижении концентрации метана в воздухе до 2,5% автоматически отключается подача в систему воздуха с одновременным подключением под давлением ингибитора заданной концентрации, подача воды в систему пневмогидроорошения при этом не отключается.

Ингибирование - это процесс подавления или торможения химической реакции. При осуществлении предлагаемого способа могут использоваться как жидкие, так и газообразные ингибиторы.

В качестве ингибитора могут быть использованы, например, фторкетоны (), которые интенсивно используется в системах пожаротушения. Фторкетоны - это синтетические органические вещества, в молекулах которых все атомы водорода заменены на прочно связанные с углеродным скелетом атомы фтора. Использование фторкетона позволяет проводить химическую реакцию ингибирования пламени. Другим важным свойством фторкетона является их низкая растворимость в воде, их низкая токсичность. Использование фторкетонов не снижает концентрацию кислорода. Фторкетоны легко разрушаются в верхних слоях атмосферы, что делает их использование экологичным.

Взрыв метановоздушной смеси является цепной реакцией. Окисление метана - сложный многостадийный процесс. Вначале из-за искры или повышенной температуры происходит взаимодействие метана с кислородом с образованием нестабильных соединений. Количество их нарастает, скорость взаимодействия метана с кислородом увеличивается и происходит взрыв.

Предлагаемый способ направлен на торможение цепных реакций окисления метана уже на начальных стадиях возникновения метановоздушной смеси и заключается в оперативной локации места скопления метана. В зону образования метановоздушной смеси подается ингибитор заданной концентрации, а одновременное использование гидроорошения играет роль пылевзрывозащиты. Таким образом, существенные отличительные признаки находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.

В качестве ингибирующего газа могут быть использованы, например, 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, что значительно затрудняет и предотвращает процесс воспламенения метана. Химические методы ингибирования описаны в статьях: «О промотировании и ингибировании фторированными углеводородами горения метана в окислительных средах с различным содержанием кислорода» В.В. Азатян, Ю.Н. Шебеко, А.Ю. Шебеко, В.Ю. Навценя, ж-л «Химическая физика», 2010 г., №9, с. 42-51, и «Химические методы ингибирования взрывоопасных сред» В.В. Азатян, Т.Р. Тимербулатов, А.А. Трубицын, Н.В. Трубицына, Ю.М. Филатов, С.В. Шатиров. Вестник НЦ ВостНИИ 2012 г., №2 с. 38-46.

Автоматическое регулирование подачи ингибирующего газа и водовоздушной смеси расширяет возможности использования способа, а именно могут быть защищены конвейерные выработки, наклонные горные выработки, горные выработки, оборудованные монорельсовым транспортом на всем протяжении, очистные выработки, подготовительные выработки, пожарные участки. Способ позволяет учесть разные варианты использования пневмогидроорошения на разных участках проведения горных работ. Если есть необходимость усилить пылевзрывозащиту, система пневмогидроорошения работает в одном режиме, исключается ненужная подача ингибитора в систему. Если возникает угроза нарастания концентрации метана в воздухе либо происходит залповый выброс метана, то подключается подача ингибитора оптимальной концентрации, что подтверждает достижение заявленного технического результата.

Способ предотвращения воспламенения метановоздушной смеси испытан на испытательном стенде ООО «ВостЭКО». Рабочие газовые смеси, содержащие воздух, угольную пыль и метан подавались в стенд для проведения исследований. Концентрация метана контролировалась датчиками, например МГМ-1 (ТУ 4215-015-05798310-2004). Система пневмогидроорошения приводилась в рабочее состояние, создавалась водяная завеса. Концентрация метана повышалась и при достижении 2,5% автоматически пневмогидрооршение переключалось на подачу в зону образования метановоздушной смеси ингибирующего газа под давлением. Поджиг исследуемой воздушной смеси проводился при помощи искрового источника, размещенного в центре стенда для проведения исследований. Воздушная смесь, содержащая метан не взрывалась. В данном случае проводится гидропылевзрывозащита зоны, содержащей угольную пыль и ингибирование метановоздушной смеси. Таким образом, экспериментально доказано влияние существенных отличительных признаков формулы изобретения на получение технического результата. В момент возрастания концентрации метана, происходит локация и нейтрализация метановоздушной смеси за счет оперативной подачи ингибитора заданной концентрации, предотвращается нарастание активного к реакции окисления метана, при этом гидроорошение связывает нарастание опасной концентрации угольной пыли.

Существенным преимуществом предлагаемого способа предотвращения воспламенения метановоздушной смеси является его универсальность, возможные варианты использования пневмогидроорошения и ингибирования, а также широкий спектр использования ингибиторов.