RU2194862C2

RU2194862C2 - Method of extinguishing mine fires and device for method embodiment

Info

Publication number: RU2194862C2
Application number: RU2001101218/03A
Authority: RU
Inventors: В.А. Горбатов; А.Е. Чуприков; Б.В. Чубаров; В.Б. Попов; А.П. Федорович
Original assignee: Российский научно-исследовательский институт горноспасательного дела; Прокопьевский отдельный военизированный горноспасательный отряд Кузбасса
Priority date: 2001-01-12
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: mining industry; methods and devices for prevention and extinguishing of underground fires with inert suspensions through holes from surface. SUBSTANCE: method includes drilling of prophylactic hole from day surface to gob space with installation of nitrogen heat exchanger for sealing of hole mouth and supply through them of components in the form of foaming solution for formation of inert foam; formation of barrier isolating stopping by supply of filler in the form of fly ash with simultaneous wetting with foam. Preliminarily formed near mouth of prophylactic hole, drilled from surface to mine emergency district is mounting chamber in the form of heat-insulating niche in bed floor for installation of remote evaporating unit of gaseous nitrogen aerosol supplied from automobile gasifier. After sealing of hole mouth, supplied to remote evaporator is compressed gas. Heat carrier in the form of flowing warm water supplied from fire tank is supplied to mounting chamber. Additional hole is drilled and additional barrier isolating foam stopping is formed in gob space. In this case, isolating barrier stopping is formed in gob space by supply of components through prophylactic hole. Then discharged to beyond prophylactic hole is flowing warm water from mounting chamber discharge. Mounting chamber has removable hatch with branch pipe for discharge of excessive heat carrier to surface and casing pipe on neighboring mouth of prophylactic hole. EFFECT: higher stability and operating efficiency if gasifier due to improved sealing and supply of gaseous product through additional heat carrier. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для предупреждения и тушения подземных пожаров инертной пеной и вспененной инертной суспензией в изолированных пространствах шахт через скважины с поверхности. The invention relates to the mining industry and can be used to prevent and extinguish underground fires with inert foam and foamed inert suspension in isolated spaces of mines through wells from the surface.

Известно устройство, содержащее емкость для воды с насосом и водомером, пеносмеситель емкости с пенообразователем и жидким азотом, генератор инертной пены, расходомеры и трубопровод подачи инертной пены (SU 625719 А, кл. А 62 С 1/22, Е 21 С 5/00, 1977). A device is known that contains a water tank with a pump and a water meter, a foam mixer of a tank with a foaming agent and liquid nitrogen, an inert foam generator, flow meters and an inert foam supply pipe (SU 625719 A, class A 62 C 1/22, E 21 C 5/00 , 1977).

Однако при подаче жидкого азота, имеющего низкую температуру (-196^oС), происходит мгновенное его испарение, при этом не исключается обмерзание трубопровода, особенно при повышении производительности подачи азота при транспортировании пены или пенопульпы по трубопроводам или скважинам с поверхности.However, when applying liquid nitrogen having a low temperature (-196 ^o С), its instantaneous evaporation occurs, and the pipeline does not exclude frostbite, especially when increasing the productivity of nitrogen supply when transporting foam or foam pulp through pipelines or wells from the surface.

Кроме того, нарушается оперативный ввод системы установки в работу при реализации способа, вследствие необходимости ее мобильности и монтажа на месте производства работ. In addition, the operational input of the installation system to work is disrupted when the method is implemented, due to the need for its mobility and installation at the place of work.

Известна установка для тушения подземных пожаров через скважины с поверхности, включающая установленную на автомобиле емкость для жидкого азота, емкость для пенообразователя, пеносмеситель, генератор инертной пены и трубопроводы, при этом она снабжена нагревательным элементом, выполненным в виде трубы с внутренним винтовым каналом и патрубками для подвода и отвода выхлопных газов автомобиля (SU 956811 А, кл. Е 21 F 5/00, 1981). A known installation for extinguishing underground fires through wells from the surface, including a tank for liquid nitrogen, a tank for a foaming agent, a foam mixer, an inert foam generator and pipelines, is provided with a heating element made in the form of a pipe with an internal screw channel and pipes for supply and exhaust of automobile exhaust gases (SU 956811 A, class E 21 F 5/00, 1981).

Недостатком известной установки является недостаточная теплоемкость выхлопных газов автомобиля на большую производительность, большой расход ГСМ при постоянном производстве работ установки, отсутствие ее комплектности для производства работ в полевых условиях на земной поверхности шахтного поля. A disadvantage of the known installation is the insufficient heat capacity of the exhaust gases of the car for high productivity, high consumption of fuels and lubricants with the constant work of the installation, the lack of its completeness for work in the field on the earth's surface of the mine field.

Известен способ тушения эндогенных пожаров, включающий бурение с дневной поверхности в выработанное пространство профилактической скважины с установкой азотного теплообменника для герметизации ее устья, подачу компонентов на генерирование инертной пены в виде раствора пенообразователя и формирование барьерной перемычки путем подачи наполнителя в виде золы-уноса с одновременным ее смачиванием пеной. Устройство для осуществления этого способа содержит средство герметизации устья скважины, включающее обустройство его устья для заполнения цементным раствором и кольцевой азотный теплообменник с входным и выходным патрубками, автомобильный газификатор с металлорукавами выдачи аэрозоля газообразного азота, пожарную автоцистерну с выкидным рукавом подачи горячей воды с пенообразователем, цементовоз с выкидным рукавом выдачи сухого твердого материала и пеногенератор. A known method of extinguishing endogenous fires, including drilling from a day surface into a mined space of a preventive well with the installation of a nitrogen heat exchanger to seal its mouth, supplying components to generate an inert foam in the form of a foaming agent and forming a barrier jumper by supplying a filler in the form of fly ash with its simultaneous wetting with foam. A device for implementing this method comprises a wellhead sealing means, including arranging a mouth for filling with cement mortar and an annular nitrogen heat exchanger with inlet and outlet nozzles, a car gasifier with metal hoses for dispensing gaseous nitrogen aerosol, a fire truck with a hot water hose with a foaming agent, a cement truck with a folding sleeve issuing dry solid material and a foam generator.

Недостатком известных способа и устройства является низкая производительность работы автономного газификационного комплекса и отсутствие комплектности установки для производства работ в полевых условиях на земной поверхности шахтного поля. A disadvantage of the known method and device is the low productivity of the autonomous gasification complex and the lack of completeness of the installation for work in the field on the earth's surface of the mine field.

Цель изобретения - повышение стабильности и производительности работы автономного газификационного комплекса путем повышения его производительности и распределения подачи газообразного продукта и суспензий на основе азота по нескольким скважинам с дневной поверхности в очаг подземного пожара. The purpose of the invention is to increase the stability and performance of an autonomous gasification complex by increasing its productivity and distributing the supply of a gaseous product and nitrogen-based suspensions over several wells from the day surface to the center of an underground fire.

Предложенная цель достигается тем, что в способе тушения эндогенных пожаров, включающем бурение с дневной поверхности в выработанное пространство профилактической скважины с установкой азотного теплообменника для герметизации ее устья, подачу компонентов на генерирование инертной пены в виде раствора пенообразователя и формирование барьерной изолирующей перемычки путем подачи наполнителя в виде золы-уноса с одновременным ее смачиванием пеной, предварительно вблизи устья профилактической скважины, пробуренной с поверхности в аварийный участок шахты, формируют монтажную камеру в виде ниши, устанавливают в ней испарительный блок подогрева аэрозоля газообразного азота, поступающего с автомобильного газификатора, после герметизации устья на выносной испаритель подают сжатый газ, а в монтажную камеру подают теплоноситель в виде проточной теплой воды, поступающей от пожарной автоцистерны, бурят дополнительную скважину и формируют в выработанном пространстве дополнительную барьерную изолирующую пенную перемычку, а изолирующую барьерную перемычку формируют в выработанном пространстве пласта подачей компонентов через профилактическую скважину, в затрубное пространство которой сбрасывают проточную теплую воду из слива монтажной камеры. При этом пену для смачивания барьерной перемычки получают из затрубного пространства профилактической скважины путем ее генерирования из бросовых компонентов - воды из слива монтажной камеры и из патрубка сброса газообразного продукта из теплообменника герметизации устья скважины, а в теплоноситель в виде теплой воды добавляют пенообразователь в количестве не менее 2%. The proposed goal is achieved in that in a method of extinguishing endogenous fires, including drilling from a day surface into a mined space of a preventive well with installing a nitrogen heat exchanger to seal its mouth, feeding components to generate an inert foam in the form of a foaming agent solution and forming a barrier insulating bridge by feeding filler into in the form of fly ash with its simultaneous wetting with foam, previously near the mouth of a preventive well drilled from the surface in an avar ny section of the mine, form the mounting chamber in the form of a niche, install the vaporization unit for heating the aerosol of gaseous nitrogen coming from the automobile gasifier in it, after sealing the mouth, the compressed gas is supplied to the remote evaporator, and the heat carrier in the form of warm warm water coming from fire trucks, drill an additional well and form an additional barrier insulating foam jumper in the worked-out space, and form an insulating barrier jumper into a hole In the given space of the reservoir, the components are fed through a preventive well, into the annular space of which flowing warm water is discharged from the drain of the mounting chamber. At the same time, foam for wetting the barrier jumper is obtained from the annulus of the preventive well by generating it from waste components — water from the drain of the mounting chamber and from the outlet of the gaseous product from the wellhead sealing heat exchanger, and a foaming agent in the amount of not less than 2%

Реализация способа обеспечивается устройством для тушения эндогенных пожаров, содержащим средство герметизации устья скважины, включающее обустройство ее устья для заполнения цементным раствором и кольцевой азотный теплообменник с входным и выходным патрубками, автомобильный газификатор с металлорукавами выдачи аэрозоля газообразного азота, пожарную автоцистерну с выкидным рукавом подачи горячей воды с пенообразователем, цементовоз с выкидным рукавом выдачи сухого твердого материала и пеногенератор. Устройство снабжено монтажной камерой, выполненной в виде ниши в почве пласта со съемным люком, имеющим патрубок сброса избыточного теплоносителя на поверхность, и размещенным в ней выносным испарительным блоком подогрева аэрозоля газообразного азота, а монтажная камера снабжена обсадной трубой на соседнее устье профилактической скважины. The implementation of the method is provided by a device for extinguishing endogenous fires containing a means of sealing the wellhead, including equipping its mouth with cement mortar and an annular nitrogen heat exchanger with inlet and outlet nozzles, an automobile gasifier with metal hoses for the delivery of a nitrogen gas aerosol, a fire tanker with a hot water inlet hose with a foaming agent, a cement truck with a folding sleeve issuing dry solid material and a foam generator. The device is equipped with a mounting chamber made in the form of a niche in the soil of the formation with a removable hatch having a pipe for dumping excess coolant to the surface, and a remote vaporization unit for heating the gaseous nitrogen aerosol placed in it, and the mounting chamber is equipped with a casing pipe to the adjacent mouth of the preventive well.

Предложенная совокупность отличительных признаков, а именно технология повышения производительности по газификации жидкого азота посредством дополнительного испарительного блока его размещения для любых погодных условий, в т. ч. в условиях отрицательных температур обеспечивает посредством предлагаемого устройства решение вопроса повышения эффективности локализации и тушения подземных пожаров с использованием скважин с поверхности. The proposed set of distinctive features, namely the technology of increasing the productivity for gasification of liquid nitrogen by means of an additional evaporative block for its placement for any weather conditions, including in conditions of negative temperatures, provides by means of the proposed device a solution to the problem of increasing the efficiency of localization and extinguishing of underground fires using wells from the surface.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена технологическая схема реализации способа с устройством для его осуществления. The invention is illustrated in the drawing, which shows the technological scheme of the method with a device for its implementation.

Технологическая схема содержит автомобильный газификатор 1 с металлорукавами 2 и 3 выдачи газообразного и низкотемпературного аэрозоля на обсадную трубу 4 профилактической скважины, а также на выносной испарительный блок 5 подогрева аэрозоля газообразного азота и обустройство 6 устья обсадной скважины 7, кольцевой азотный теплообменник - змеевик 8 на отрезке трубы 9. Схема предусматривает применение пожарной автоцистерны 10 с выкидным рукавом 11 подачи горячей воды вместе с пенообразователем и цементовоза 12 с выкидным рукавом 13 выдачи сухого твердого материала (золы-уноса). Металлорукава 2 и 3 и выкидные рукава подачи газообразного азота и сухого твердого материала из цементовоза 12 снабжены расходными вентилями 14, 15, 16, пеногенератором 17 и соответствующими манометрами исходных продуктов техпроцесса. Обсадные трубы 4 и 7 скважин имеют затрубное пространство 18, обсадную отводную трубу 19 на соседнее устье профилактической скважины для сброса теплоносителя (горячей воды) из монтажной камеры - ниши 20, выполненной в почве пласта со съемным люком и патрубком сброса избыточного теплоносителя на поверхность и патрубок 21 сброса газифицированного минусового аэрозоля азота в затрубное пространство 18. The technological scheme contains an automobile gasifier 1 with metal hoses 2 and 3 dispensing a gaseous and low-temperature aerosol to a casing 4 of a preventive well, as well as to a remote evaporation unit 5 for heating an aerosol of gaseous nitrogen and arranging 6 aperture of the casing 7, an annular nitrogen heat exchanger — coil 8 in a section pipes 9. The scheme provides for the use of a fire tanker 10 with a folding sleeve 11 for supplying hot water together with a foaming agent and a cement truck 12 with a folding sleeve 13 for dispensing dry of solid material (fly ash). The metal hoses 2 and 3 and the flow sleeves for supplying gaseous nitrogen and dry solid material from the cement truck 12 are equipped with flow valves 14, 15, 16, a foam generator 17 and the corresponding pressure gauges of the initial process products. Casing pipes 4 and 7 of the wells have an annular space 18, a casing pipe 19 at the adjacent mouth of the preventive well to discharge coolant (hot water) from the mounting chamber — a niche 20 made in the soil of the formation with a removable hatch and a pipe for dumping excess coolant to the surface and pipe 21 discharge of gasified negative nitrogen aerosol into the annulus 18.

Технологическая схема тушения пожара в выработанном пространстве 22 имеет перфорированные трубные выходы 23 выдачи инертной пены для барьерной изолирующей пенной перемычки 24 или для изолирующей барьерной перемычки 25 из твердого сухого наполнителя вместе с пенным оросителем 26 с целью ликвидации подземного пожара 27 в изолированной части 28 угольного отработанного пласта. The fire extinguishing process flow diagram in the worked-out space 22 has perforated tube outlets 23 for issuing inert foam for a barrier insulating foam jumper 24 or for an insulating barrier jumper 25 from a solid dry filler together with a foam sprinkler 26 in order to eliminate an underground fire 27 in an isolated part 28 of a coal waste layer .

Способ и устройство для его осуществления работают следующим образом. The method and device for its implementation are as follows.

Для реализации одной из ведущих технологических схем с целью защиты действующего выемочного добычного угольного комплекса технологическая схема предусматривает бурение профилактической скважины с дневной поверхности в выработанное пространство 22 угольного пласта, на которые монтируется предложенная технологическая схема. Для герметизации обсадных труб 4 и 7 устанавливаются кольцевые змеевики 8 на отрезках труб 9, обустройство 6 заполняется тампонажным цементным раствором с последующей подачей на змеевики 8 сжатого газообразного низкотемпературного аэрозоля с температурой ниже -100^oС. После герметизации устья скважин производят подачу сжатого газа на выносной испарительный блок 5 с подачей в нишу 20 теплоносителя из пожарной автоцистерны 10 и дальнейшим формированием через отрезки труб 23 барьерной изолирующей пенной перемычки 24.To implement one of the leading technological schemes in order to protect the existing mining coal complex, the technological scheme provides for the drilling of a preventive well from the surface in the mined-out space 22 of the coal seam onto which the proposed technological scheme is mounted. To seal the casing pipes 4 and 7, annular coils 8 are installed on pipe sections 9, the arrangement 6 is filled with cement slurry, followed by supply to the coils 8 of compressed gaseous low-temperature aerosol with a temperature below -100 ^o C. After sealing the wellhead, compressed gas is supplied to the remote the evaporation unit 5 with the supply of coolant from a fire tanker 10 to a niche 20 and the further formation of a barrier insulating foam jumper 24 through pipe sections 23.

Одновременно через автомобильный газификатор 1 по выкидному рукаву 2 производят подачу низкотемпературного азота на вторую обсадную трубу 4 скважины для создания из сухого материала из золы уноса подаваемого по рукаву 13 из цементовоза 12 для формирования в изолированной части 28 на выходе пожарных газов из очага 27 изолирующей барьерной перемычки 25. При этом скрепление материала происходит за счет подачи через затрубное пространство сбрасываемой воды из ниши 20 по трубе 21 и отработанного газифицированного азота через патрубок 21 сброса со змеевика 8 и выхода газообразного продукта через перфорированный отрезок трубы 23. Рабочее давление и выход количества компонентов смеси для создания двойного изолирующего сооружения из перемычек 24 и 25 на пути движения пожарных газов от подземного пожара 27 регламентируется по показаниям манометра и вентилям 14, 15 и 16, установленных в системе устройства для осуществления способа. At the same time, through the automobile gasifier 1, a low-temperature nitrogen is supplied to the second casing 4 of the well through the discharge sleeve 2 to create from the dry material from the fly ash carried by the sleeve 13 from the cement truck 12 to form an insulating barrier jumper in the insulated part 28 at the outlet of the fire gases from the focal point 27 25. In this case, the material is bonded due to the supply through the annular space of discharged water from the niche 20 through the pipe 21 and spent gasified nitrogen through the discharge pipe 21 Eevika 8 and the exit of the gaseous product through the perforated section of the pipe 23. The working pressure and the output of the number of components of the mixture to create a double insulating structure from the jumpers 24 and 25 on the path of fire gases from an underground fire 27 is regulated by the readings of the pressure gauge and valves 14, 15 and 16, installed in the system of the device for implementing the method.

Техническое решение способа тушения подземных пожаров и рационального устройства для его осуществления с использованием системы комплексно для его использования позволяет повысить эффективность предупреждения и тушения эндогенных пожаров в выработанных пространствах шахт через пробуренные о поверхности скважины за счет оперативной укомплектованности дополнительным испарительным блоком и вспомогательного технологического оборудования. The technical solution of the method of extinguishing underground fires and a rational device for its implementation using the system in a complex for its use allows to increase the effectiveness of the prevention and extinguishing of endogenous fires in the worked out spaces of mines through drilled holes on the surface of the well due to operational staffing with an additional evaporation unit and auxiliary technological equipment.

Claims

1. Способ тушения эндогенных пожаров, включающей бурение с дневной поверхности в выработанное пространство профилактической скважины с установкой азотного теплообменника для герметизации ее устья, подачу компонентов на генерирование инертной пены в виде раствора пенообразователя и формирование барьерной изолирующей перемычки путем подачи наполнителя в виде золы-уноса с одновременным ее смачиванием пеной, отличающийся тем, что предварительно вблизи устья профилактической скважины, пробуренной с поверхности в аварийный участок шахты, формируют монтажную камеру в виде ниши, устанавливают в ней выносной испарительный блок подогрева аэрозоля газообразного азота, поступающего с автомобильного газификатора, после герметизации устья на выносной испаритель подают сжатый газ, а в монтажную камеру подают теплоноситель в виде проточной теплой воды, поступающей от пожарной автоцистерны, бурят дополнительную скважину и формируют в выработанном пространстве дополнительную барьерную изолирующую пенную перемычку, а изолирующую барьерную перемычку формируют в выработанном пространстве пласта подачей компонентов через профилактическую скважину, в затрубное пространство которой сбрасывают проточную теплую воду из слива монтажной камеры. 1. A method of extinguishing endogenous fires, including drilling from a day surface into a mined-out space of a preventive well with installing a nitrogen heat exchanger to seal its mouth, supplying components to generate an inert foam in the form of a foaming agent and forming a barrier insulating jumper by feeding a filler in the form of fly ash with its simultaneous wetting with foam, characterized in that it is previously near the mouth of the preventive well drilled from the surface into the emergency section of the mines they form a mounting chamber in the form of a niche, install a remote evaporative block for heating the aerosol of gaseous nitrogen coming from the automobile gasifier, pressurized gas is supplied to the remote evaporator after sealing the mouth, and a coolant is supplied to the mounting chamber in the form of warm warm water coming from a fire truck drill an additional well and form an additional barrier insulating foam jumper in the worked-out space, and an isolating barrier jumper is formed in the worked-out p the space of the reservoir by feeding components through a preventive well, into the annulus of which flowing warm water is discharged from the drain of the mounting chamber.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пену для смачивания барьерной перемычки получают из затрубного пространства профилактической скважины путем ее генерирования из бросовых компонентов - воды из слива монтажной камеры и из патрубка сброса газообразного продукта из теплообменника герметизации устья скважины. 2. The method according to p. 1, characterized in that the foam for wetting the barrier bridge is obtained from the annulus of the preventive well by generating it from the waste components — water from the discharge of the mounting chamber and from the discharge pipe of the gaseous product from the wellhead sealing heat exchanger.

3. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в теплоноситель в виде теплой воды добавляют пенообразователь в количестве не менее 2%. 3. The method according to p. 3, characterized in that the foaming agent is added to the coolant in the form of warm water in an amount of at least 2%.

4. Устройство для тушения эндогенных пожаров, содержащее средство герметизации устья скважины, включающее обустройство устья для заполнения цементным раствором и кольцевой азотный теплообменник с входным и выходным патрубками, автомобильный газификатор с металлорукавами выдачи аэрозоля газообразного азота, пожарную автоцистерну с выкидным рукавом подачи горячей воды с пенообразователем, цементовоз с выкидным рукавом выдачи сухого твердого материала и пеногенератор, отличающееся тем, что оно снабжено монтажной камерой, выполненной в виде ниши в почве пласта со съемным люком, имеющим патрубок сброса избыточного теплоносителя на поверхность, и размещенным в ней выносным испарительным блоком подогрева аэрозоля газообразного азота, а монтажная камера снабжена обсадной трубой на соседнее устье профилактической скважины. 4. Device for extinguishing endogenous fires, containing a wellhead sealing means, including arranging a mouth for filling with cement mortar and an annular nitrogen heat exchanger with inlet and outlet nozzles, an automobile gasifier with metal hoses for the delivery of nitrogen gas aerosol, a fire tanker with a hot water supply hose with a foaming agent , a cement truck with a folding sleeve for the issuance of dry solid material and a foam generator, characterized in that it is equipped with a mounting chamber made a recess in the soil formation with a removable hatch having excess coolant discharge pipe to the surface and is placed inside the external preheat evaporation unit of nitrogen gas mist, and the mounting chamber is provided in the casing adjacent the mouth of the well prophylactic.