RU2573493C1 - Способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом. Техническим результатом является нейтрализация очага возгорания в момент его возникновения и блокирование распространения уже возникшего пожара. Предложен способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров включающий обработку поверхности угля. При этом поверхность угля предварительно обрабатывают клейкой жидкостью, а затем под давлением распыляют микрокапсулы из нетермостойкого и нерастворимого в воде материала диаметром от 20 до 5000 мкм, содержащие ингибитор в количестве от 50-95% и легко раскрывающиеся при температуре выше 45 градусов.

Description

Изобретение относится к способам предотвращения воспламенения и взрыва метановоздушных смесей и может быть использовано при разработке угольных месторождений подземным способом.

Самовозгорание угля происходит в трех местах:

- в выработанном пространстве;

- в пластовых выработках в оставленных целиках или пачках угля;

- в полевых выработках на пересечении с крутопадающими пластами.

Остается серьезной проблемой предотвращение возгорания и сдерживание распространения пожара по выработке. Все известные способы предотвращения возгорания и взрыва в шахте направлены на интенсивную вентиляцию, либо подачу в забой инертных газов, либо утилизацию метана и изоляцию горных выработок, в которых выделяется метан, от притока свежего воздуха, заполнение их инертным газом для снижения концентрации кислорода до взрывобезопасных значений.

К недостаткам первого способа относятся высокие энергозатраты и низкая эффективность, т.к. при существующих ограничениях по скорости движения воздуха в горных выработках, в шахтах образуются и взрываются скопления метана и угольной пыли.

К недостаткам второго способа относятся высокие и непроизводительные единовременные и эксплуатационные затраты и технологические потери (времени), при осуществлении изоляции горных выработок: на установку стен/перегородок со специальными шлюзами для доставки людей и грузов, на специальное исполнение работающих механизмов и электроаппаратуры для метановой среды, на изолирующую дыхательную аппаратуру с ограниченным ресурсом времени для работы людей, на закачку инертного газа с поверхности.

Поэтому известные на сегодня способы не обеспечивают эффективность предупреждения возгорания в шахтах и не способны сдерживать распространение пламени по горной выработке.

Известен способ предупреждения взрывов метана в шахтах (патент №2371583, заявка №2007144721, класс МПК E21F 5/00, дата приоритета 30.11.2007, дата публикации 27.10.2009). Способ включает изоляцию горных выработок, в которых выделяется метан, от притока свежего воздуха и повышение концентрации метана за счет выделения его из добываемого угля, выработанного пространства и вмещающих пород до значений, превышающих верхний предел взрываемости метана. После изоляции горных выработок их заполняют инертным газом, снижая концентрацию кислорода до взрывобезопасных значений. После этого повышают концентрацию метана за счет естественного притока до значений, превышающих верхний предел взрываемости метана.

Недостатком известного способа является опасность возникновения взрывоопасной ситуации, в случае если по какой-то причине (например, утечка) снизится содержание инертного газа. При этом в случае возгорания способ не обеспечивает предотвращения возгорания на ранних стадиях возникновения пожара.

Наиболее близким к заявленному техническому решению (прототип) является способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих очистных забоев (патент №2406825, заявка №2009118662, дата публикации 20.12.2010 г., класс МПК E21F 5/00). Способ предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве действующих очистных забоев включает бурение скважин в выработанное пространство и профилактическую обработку потерь угля. При этом поочередно по разбуренным скважинам сначала производят отвод от очистного забоя метановоздушной смеси. По мере возрастания аэродинамического сопротивления очередной скважины через нее осуществляют профилактическую обработку сформировавшейся под нею пожарной зоны.

Недостатком известного способа является длительный срок профилактических работ, возникает реальная угроза возгорания и тогда речь идет уже о тушении пожара, а не о его предотвращении.

В основу изобретения положена задача совершенствования мер предотвращения возникновения эндогенных пожаров и пресечение распространения огня по горной выработке.

Техническим результатом изобретения является нейтрализация очага возгорания в момент его возникновения, блокирование распространения уже возникшего пожара.

Предотвращение возникновения эндогенных пожаров включает профилактическую обработку поверхности угля.

При этом для профилактической обработки угля используют микрокапсулы из нетермостойкого и нерастворимого в воде материала диаметром от 20 до 5000 мкм, содержащие ингибитор в количестве от 50 до 95% от массы микрокапсулы и легко раскрывающиеся при температуре выше 45 градусов.

Предлагается способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров включающий профилактическую обработку поверхности угля.

Отличием является то, что поверхность угля предварительно обрабатывают клейкой жидкостью, а затем распыляют микрокапсулы из нетермостойкого и нерастворимого в воде материала диаметром от 20 до 5000 мкм, содержащие ингибитор в количестве от 50 до 95% от массы капсулы и легко раскрывающиеся при температуре выше 45 градусов.

Термин «термостойкость» - это техническое свойство материала выдерживать термические напряжения не разрушаясь.

Термин нетермостойкий материал - материал, который при невысоких температурах начинает разрушаться, т.е. нетермостойкий. Например, материалы с невысокой температурой плавления, низкой жаропрочностью и т.д.

Термин температура плавления означает - температура, при которой вещество переходит из твердого состояния в жидкое. (http://dic.academic.ru)

Микрокапсулирвоание - заключение небольших количеств вещества в оболочку пленкообразующего материала (микрокапсулу); один из видов капсулирования. Содержимое микрокапсул может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии и представлять собой индивидуальное вещество или смесь (http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_chemistry).

В данном случае имеются в виду материалы, изменение физических свойств которых начинается при температуре уже свыше 45 градусов, таким образом, значительно ниже температуры активного горения. При достижении температуры свыше 70 градусов материал разрушается полностью, например, плавлением.

Известен MICROENCAPSULATED FIRE SUPPRESSANT AND METHOD FOR PRODUCING SAME (микрокапсулированный огнегасящий агент и способ его получения) патент WO 2012177181 с датой публикации 27.12.2012 класс МПК A62D 1/00. Известный микрокапсулированный огнегасящий агент содержит полимерную оболочку, имеющую температуру взрывного разрушения в пределах 90-270°C, и ядро из огнегасящей жидкости, содержащей перфторэтил-перфторизопропилкетон (Novec 1230) или дибромметан, или смеси с другими бромфторсодержащими жидкостями, и полимерная оболочка образована комплексом поливинилового спирта с мочевино-резорцино-формальдегидной смолой или сшитым желатином, которые инкрустированы (наполнены) минеральными пластинками, имеющими толщину 1-5 нм (например, эксфолиированным монтмориллонитом). В известном способе описан принцип капсулирования аэрозоли для пожаротушения.

Предлагаемый способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров включает обработку поверхности угля газообразным ингибитором, который помещен в капсулы. В качестве ингибитора горения может быть ингибирующая жидкость, которая легко испаряется. В капсулы может быть помещен, например, любой допустимый в данном случае ингибитор метана. При этом авторы учитывали, что многие огнегасящие агенты, состоящие из галоидзамещенных углеводородов, имеют принципиальный недостаток, так как уничтожают озоновый слой в атмосфере. В соответствии с этим Монреальским Протоколом 1987 года запрещено производство этих галоидзамещенных углеводородов, запрещен ввоз этих продуктов в большинство стран. При этом большинство превращаемых в газ бромзамещенных углеводородов не используются при тушении огня из-за чрезвычайно высокой летучести. По этой причине, при их использовании в концентрациях, близких к концентрациям, необходимым для тушения огня другими огнегасящими агентами, практическая эффективность бромзамещенных углеводородов оказалась более низкой. При осуществлении указанного способа может быть применен любой ингибитор, способный прервать реакцию горения. Кроме того, использование ингибиторов наиболее эффективно и желательно именно в момент начала возгорания, что снижает затраты и позволяет предотвратить продвижение пожара в шахте, и значительно снижает вероятность взрыва. Поэтому требуется сохранение свойств ингибирующего газа (либо аэрозоли) до момента его практического использования, а в случае повышения температуры мгновенный его выброс в атмосферу. Известные на сегодня способы тушения пожара капсулированными огнегасящими агентами предполагают использование их в пламя при тушении.

Авторами предлагается использование микрокапсул разной наполняемости ингибирующим газом (либо аэрозолью) от 50 до 95% и разного диаметра от 20 до 5000 мкм. При этом важным моментом является то, что материал для капсул должен быть из нетермостойкого материала, т.е. материал должен легко разрушаться при воздействии температуры.

Изготовление капсул и заполнение их другим материалом широко известно, например, в фармацевтике. Подробно один из способов описан в патенте №2219911 (Способ изготовления заполненных жидкостью капсул). Изготовление капсул из такого материала, как желатин, предполагает получение капсул разной твердости. Это достигается за счет снижения либо повышения процентного содержания желатина. Твердость желатиновых капсул также влияет и на его термостойкость. При этом авторами экспериментально доказано, что «мягкие» желатиновые капсулы при температуре от 45 градусов начинают разрушаться. При температуре около 70 градусов начинается их активный распад. Кроме желатина может быть использован любой термонеустойчивый (нетермостойкий) материал, восприимчивый к повышению температуры. Например, варианты приготовления капсул с использованием циклодекстринов и др. Сегодня известен широкий спектр полимерных материалов, которые не защищены от воздействия температуры (карбомидные смолы, нейлон, полиакрилаты, поливинилхлориды, целофан и т.д.).

Оболочка капсулы может быть изготовлена из полимера, желатина или другого материала, при этом толщина оболочки и материал должен обеспечивать термическую неустойчивость оболочки и легкую ее открываемость при повышении температуры. Практически при осуществлении заявленного способа могут быть использованы любые полимерные оболочки термонеустойчивые. Важен момент: капсула должна раскрыться до момента возгорания угля.

Эндогенные пожары возникают и развиваются медленно, постепенно. К признакам начинающегося эндогенного пожара относятся повышение температуры воздуха, воды и горных пород, рост влажности воздуха, повышение концентрации вредных газов. Эти признаки легко обнаруживаются задолго до интенсивной стадии пожара. Вот один из признаков эндогенного пожара - повышение температуры лежит в осуществлении предлагаемого способа. При самонагревании угля происходит повышение температуры, капсула реагирует и распадается, выделяется ингибитор и заполняет место предполагаемого возгорания, разрывается цепная реакция горения. Чем быстрее идет процесс повышения температуры, тем активнее происходит разрушение капсул, выделение ингибитора в атмосферу шахты. Возгорание не происходит. Способ предполагается для использования как в особо опасных по пожару участках, так и для профилактических целей.

Обработка угля капсулированным ингибитором может осуществляться как распылением, так и в обычном порядке насыпанием, раскидыванием, складированием и т.д. Обработка может производиться вручную и механизированным способом. В зависимости от цели обработки: профилактическая это обработка или обработка в особо опасных по пожару местах регулируются и объемы капсулированного ингибитора. Способ использования капсулированного ингибирующего газа предполагает использование достаточно широкого спектра ингибиторов, в том числе и легко летучих. Варианты использования ингибиторов достаточно обширны. Могут быть использованы любые ингибиторы (газообразные, жидкие и т.д.), т.е. которые в данном случае допустимы. При этом оболочка капсулы не должна быть растворимой в воде, но достаточно активно должна реагировать на повышение температуры окружающего воздуха. Тем самым обеспечивая раскрытие оболочки капсулы при повышении температуры свыше 45 градусов (когда пожар еще не возник). Таким образом, нейтрализуется очаг возгорания. Признаки находятся в причинно-следственной связи с заявленным техническим результатом.

Предлагаемый способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров, включающий обработку поверхности угля распылением ингибитора (капсулированного) и закреплением его на поверхности. Для этого поверхность угля предварительно обрабатывают клейкой жидкостью, а затем под давлением распыляют микрокапсулы, содержащие ингибирующий газ (или жидкий ингибитор) в количестве от 50-95% и диаметром от 20 до 5000 мкм в оболочке нерастворимой в воде и легко раскрывающейся при температуре выше 45 градусов. Способы распыления различных клеящих составов достаточно широко известны в строительстве. Технологически обычно используют пневматическое распыление. Клеящей состав может быть использован любой, допустимый в условиях шахты. Основные требования, предъявляемые к такому клеящему составу это пожаровзрывобезопасность. Например, такими свойствами обладают обычные бытовые клеи из серии KAPRALL ПВА V-10. Могут быть применены и другие, допустимые в данном случае к использованию клеящие составы, обладающие свойством «пожаровзрывобезопасность». Распыление микрокапсул, содержащих ингибитор производится следом через непродолжительный интервал времени. Микрокапсулы распыляются по клейкой поверхности и закрепляются на ней. Таким образом, клей не оказывает влияния на температуру распада поверхности микрокапсулы. Ингибирующий газ, помещенный в капсулы и закрепленный в выработанном пространстве в случае повышения температуры окружающего воздуха обеспечит предотвращение возгорания и обеспечит сдерживание распространения пожара. Таким образом, можно обрабатывать любые выработанные пространства.

Кроме того, предлагаемый способ можно использовать и при предотвращении экзогенных пожаров по выработкам. Например, при возгорании ленточного конвейера.

Промышленная применимость предлагаемого способа очевидна. Актуальность исследований подтверждается востребованностью новых эффективных способов предотвращения аварий, связанных с возгораниями угля в подземных выработках. Способ может быть осуществлен на любых угольных предприятиях. Микрокапсулы для осуществления способа могут быть изготовлены в условиях промышленного производства с использованием уже известных технологий изготовления капсул.

Claims (1)

1. Способ предотвращения возникновения эндогенных пожаров включающий обработку поверхности угля, отличающийся тем, что поверхность угля предварительно обрабатывают клейкой жидкостью, а затем под давлением распыляют микрокапсулы из нетермостойкого и нерастворимого в воде материала диаметром от 20 до 5000 мкм, содержащие ингибитор в количестве от 50-95% и легко раскрывающиеся при температуре выше 45 градусов.