Результат интеллектуальной деятельности: Способ поглощения продуктов горения и взрыва в горных выработках и туннелях и устройство для его осуществления

Настоящее изобретение предназначено для поглощения продуктов горения и взрыва в подземных горных выработках и туннелях.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для борьбы с продуктами горения и взрыва при проведении взрывных работ в горных выработках и туннелях, а также при локализации продуктов горения при возгораниях в горных выработках и туннелях.

Технический результат заключается в разработке универсально применимого способа и устройства для локализации и поглощения продуктов горения и взрыва.

В патентах РФ в качестве такого способа и устройств предлагается использовать подвесные водяные резервуары или двойные водяные карманы на креплениях.

В патенте РФ №2490471 «Противовзрывное заграждение из двойных водяных карманов» от 20.08.2013 года [1] (патентообладатель ДР КЛАУС ШУЛЬТЕ ГМБХ ХЕМИШ ТЕХНИШЕ ФАБРИКАЦИОН), описывается устройство, состоящее из множества одинаково выполненных, так называемых, двойных водяных карманов. Карманы подвешены на креплениях. В боковой части карманов имеются отверстия для наполнения и слива воды. Заграждение легко монтируется и демонтируется, легко наполняется водой и в случае необходимости быстро переносится.

В патенте РФ №2154165 «Способ и устройство для подвешивания и установки взрывозаградительных водяных резервуаров в подземных горных разработках и туннелях» от 10.08.2000 года [2] (патентообладатель РУРКОЛЕ АКЦИЕНГЕЗЕЛЬШАФТ), описывается устройство, состоящее из водяных резервуаров на подвесных устройствах. S-образные крюки этих устройств подцепляют к крепи верхними концами, а на нижние концы крюков надевают цепи, причем в две навешенные рядом цепи вводят несколько расположенных друг над другом подвесных кронштейнов, а водяные резервуары навешивают или укладывают на поперечные балки, установленные на подвесных кронштейнах.

Описанные способ и устройства, можно принять в качестве прототипов.

Основной недостаток прототипов состоит в том, что указанные способ и устройства используют в качестве наполнителя воду. При прохождении раскаленных газов может произойти нарушение целостности резервуара или двойного кармана с вытеканием воды на пол. Для того чтобы нагреть один литр воды на один градус, требуется затратить 4,1868 кДж энергии [3]. Время, необходимое для полного поглощения тепла, значительно больше времени распространения продуктов взрыва и горения. Пролившись на пол, вода будет испаряться, создавая водяным паром дополнительную нагрузку на крепь и стены горной выработки, что может привести к аварийному обрушению горной выработки. Кроме того, неиспарившаяся вода и водяной пар впитают в себя опасные для человека продукты взрыва и убрать их будет проблематично.

Целью изобретения является повышение эффективности поглощения продуктов горения и взрыва с одновременным снижением вероятности повреждения горной выработки и сохранности размещенного в ней оборудования.

Технический результат достигается тем, что для поглощения продуктов взрыва на креплениях вывешиваются двойные карманы на расстоянии 1 метр друг от друга.

Карман выполнен из перфорированного двуслойного полиэтилена, распаянного на соты 0,5*0,5 м. Каждая сота позволяет вместить объем равный 4 дм³, вес до 4 кг. В качестве наполнителя вместо воды в первых карманах используется сухой лед, в следующих карманах - угольный сорбент.

Например, для площади сечения проходок (горных выработок) равной 5,4 м [4], необходимо использовать 12 карманов с сухим льдом и 8 карманов с угольным сорбентом на каждую единицу избыточного давления во фронте подходящей волны. В этом случае нужно 160 кг сухого льда и 320 кг угольного сорбента.

Порядок расположения карманов по направлению вдоль горной выработке для избыточного давления в подходящей волне 1 атм:

,

где Сл - карман с сухим льдом, Уг - карман с углем.

Способ основан на охлаждении продуктов горения и взрыва испарением сухого льда и поглощения их угольным сорбентом.

По сравнению с водой, имеющей значение удельной теплоты испарения 2256,2 кДж/кг, для испарения сухого льда требуется всего 379,5 кДж/кг [3,5]. Это обеспечит более эффективное, а главное быстрое испарение вещества с одновременным охлаждением горячих продуктов взрыва. Давление пара, при температуре свыше 250°С, образовавшегося при испарении сухого льда составляет 56,5 атмосфер [3,5] по сравнению с водяным паром, имеющим давление около 100 атмосфер, что более приемлемо с точки зрения сохранности горной выработки.

Современные угольные сорбенты (например, уголь АГ-5, КТ-16, КТ-17) имеют высокий коэффициент поглощения, особенно при больших температурах, не уступая в этом воде. При этом они более легко и безопасно убираются после аварии.

Предлагаемый способ включает установку креплений на определенном расстоянии друг от друга, навешивание на них двойных карманов, выполненных из перфорированного двуслойного полиэтилена, распаянного на соты 0,5*0,5 м, наполненных сухим льдом или угольным сорбентом.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующей последовательности действий:

перпендикулярно продольному направлению горной выработки на креплениях располагаются двойные карманы, размерами равными сечению горный выработки, на расстоянии 1 метр друг от друга;

соты двойных карманов заполняются сухим льдом и угольным сорбентом в последовательности указанной выше;

продукты горения и взрыва, проходя через двойные карманы с сухим льдом, вызывают испарение сухого льда, в результате происходит охлаждение продуктов горения и взрыва;

при охлаждении продукты горения и взрыва уменьшаются в объеме и оказывают меньшее давление на ствол горной выработки, что более приемлемо с точки зрения сохранности горной выработки;

продукты горения и взрыва, проходя через последующие двойные карманы, поглощаются угольным сорбентом;

процессы охлаждения и поглощения повторяются для каждого чередования смены наполнителя с сухого льда на угольный сорбент и наоборот;

по окончании ликвидации последствий взрыва двойные карманы легко снимаются и утилизируются.

Устройство поглощения состоит из множества одинаковых двойных карманов.

На фиг. 1 представлен двойной карман (1), закрепленный на кронштейне (2) посредством креплений (3). Двойной карман, размером равным сечению туннеля, выполнен из перфорированного двуслойного полиэтилена, распаянного на соты 0,5*0,5 м (4) с засыпными отверстиями вверху каждой соты,. Вверху двойного кармана (1) проделаны отверстия (5) для креплений (3), которые закрепляют его на кронштейн (2). Внутрь сот (4) засыпается наполнитель (6) (сухой лед или угольный сорбент в зависимости от расположения двойного кармана в устройстве).

Преимущества предлагаемого изобретения заключаются в том, что использование в качестве наполнителя вместо воды сухого льда и угольного сорбента позволит эффективно локализовать продукты горения и взрыва.

Список источников

1. Шульте Клаус-Петер Противовзрывное заграждение из двойных водяных карманов. - Патент РФ №2490471,2013 г.

2. Келлер Хельмут Способ и устройство для подвешивания и установки взрывозаградительных водяных резервуаров в подземных горных разработках и туннелях. - Патент РФ №2154165, 2000 г.

3. https://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html.

4. ГОСТ 22940-85 «Выработки горно-разведочные подземные горизонтальные. Размеры сечений».

5. https://www.engineeringtoolbox.com/CO2-carbon-dioxide-properties-d_2017.html.