CC BY
22
II. ПОЖАРНАЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ II. FIRE AND INDUSTRIAL SAFETY
I С.Б. Романченко // S. B. Romanchenko romanchenkosb@mail.ru
д-р техн. наук, доцент, ведущий научный сотрудник ФГБУ ВНИИПО МЧС России, Россия, 143903, Московская область, г. Балашиха, мкр. ВНИИПО, д. 12 doctor of technical sciences, assistant professor, leading researcher of FGBU VNIIPO MChS of Russia, microdistrict 12, VNIIPO, Balashikha, Moscow Region, 143903, Russia
| П. Я. Цесьлик // Piotr Cieslik piotr.cieslik@pendi.pl
канд. техн. наук, технический директор "ПИОМАР КОМПАНИ" СЦ, Польша, 43200 г. Пшчина, улица братня 17. candidate of technical sciences, technical director "PIOMAR COMPANY" SC, 43-200 PSZCZYNA, UL. BRATNIA 17, Poland
УДК 622.82
ИСПЫТАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ МОДУЛЕЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ПОЖАРОВ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ВЗРЫВОВ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ
TESTING OF INTEGRATED MODULES FOR EXTINGUISHING UNDERGROUND FIRES AND PREVENTING COAL DUST EXPLOSIONS
В статье рассмотрены результаты экспериментального определения огнетушащей способности интегрированного модуля, разработанного для спасательного комплекса на базе монорельсового шахтного транспорта. В комплексе реализовано обеспечение средств пожаротушения гидравлической энергией от монорельсового источника тяги. В рамках проведенных работ изготовлены и испытаны интегрированные модули для предупреждения повторных взрывов (оперативное осланцевание аварийных выработок) и пожаротушения (классы пожаров A,B,C). Модули предназначены для профессиональных горноспасательных подразделений и шахтных спасательных формирований и могут использоваться во время планово-профилактических или аварийно-спасательных работ. The article deals with the results of experimental determination of fire-extinguishing capacity of the integrated module developed for the rescue complex on the basis of monorail mine transport. The complex provides fire extinguishing equipment with hydraulic energy from the monorail traction source. Part of the works constructed and tested (test firing) integrated modules to prevent recurrent explosions (operational olanzapine emergency openings) and fire (fire classes A,B,C). The modules are designed for professional mine rescue units and mine rescue units and can be used both during planning and preventive and emergency rescue operations. Ключевые слова: ПОЖАР, ОБЪЕМНОЕ ТУШЕНИЕ, ВЗРЫВ, СПАСАТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ, ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ, МОНОРЕЛЬСОВЫЙ ТРАНСПОРТ, ЛОКОМОТИВ, СОСТАВ Key words: ACCIDENT, FIRE, VOLUME EXTINGUISHING, EXPLOSION, RESCUE WORK, HYDRAULIC ENERGY, MONORAIL TRANSPORT, LOCOMOTIVE.
Введение
При ликвидации подземных аварий профессиональные горноспасательные службы ВГСЧ МЧС России (далее - ВГСЧ) и шахтные горноспасательные формирования (ВГК) выполняют работы, требующие применения пожаротушащей техники, средств механизации, средства для разборки завалов и др. При этом ликвидация сложных пожаров происходит в условиях угрозы взрыва метана и угольной пыли.
Ликвидация сложных подземных пожаров и взрывов требует применения средств специальной доставки и наличие источников автономной энергии (пневматической либо гидравлической - для взрывоопасных сред) непосредственно на аварийном участке.
Общее количество позиций оборудования и специального оснащения ВГСЧ по действующим нормативам [1,2,3,4] составляет 94 позиции, в том числе предусматривается наличие Комплекта приспособлений для
передвижений по монорельсу (1 комплект на горноспасательный отряд)1 ]. С учетом этого в ходе плановой НИР ФГБУ ВНИИПО МЧС России была принята концепция создания модульной транспортно-энергетической системы с переменным числом модулей (КАВР):
1. Непосредственно монорельсовое транспортное средство, которое предполагает использование в качестве движущего средства дизельных либо аккумуляторных агрегатов (локомотивы либо манипуляторы с различным тяговым усилием). Формирование монорельсового состава определяется мощностью локомотива, видом аварии, ее динамикой и целью проводимых горноспасательных работ.
2. Все типы монорельсовых транспортных средств обеспечивают циркуляцию эмульсии (масла) в своих гидравлических системах с расходом и давлением достаточным для автономной работы на аварийном участке средств механизации горноспасательных работ и установок порошкового пожаротушения [5].
3. Высокопроизводительные шахты РФ непрерывно оснащаются дизельными монорельсовыми транспортными средствами производства ряда ведущих фирм [6,7]. Практически все модули КАВР могут использоваться при нормальном периоде работы шахт, их модификация для нужд ВГСЧ (ВГК) осуществляется за период 10-15 минут.
4. В состав переменного числа модулей включаются:
- модули со средствами механизации трудоемких операций по разрушению (разборке) конструкций и дроблению и перемещению за пределы аварийного участка крупных фракций угля или породы;
- интегрированный модуль пожаротушения с совмещенными функциями предупреждения взрыва2 (ИМОП);
- специализированные транспортные модули (модифицируемая транспортно-грузовая горноспасательная кабина; спасательный модуль первой помощи и др.).
1. СТЕНДОВАЯ БАЗА ДЛЯ ОГНЕВЫХ ИСПЫТАНИЙ
Исходя из необходимости тушения в угольных шахтах пожаров, относимых к классам А, В, С (при возникновении аварии электроэнергия в шахтах отключается, пожары
класса Е в рамках проведенных исследований не рассматривались) были приняты требования к модельным очагам пожара - для классов А и В - применены соответственно штабель из дерева и противень3 площадью 1,73 м2. Испытания в условиях газового горения (пожар класса С) проведены на базе шахтного стенда с системой горелок (рисунок 1). Стенд представляет собой штрек длиной 10 м с арочной крепью. В тупиковой части опытного штрека расположена равномерно распределенная по сечению забоя система из 28 метановых горелок. Схема подводки газа и процесс его воспламенения приведены на рисунке 1.
Использование стенда предусматривает получение шахтерами практических навыков по тушению метана. На первом этапе обучения шахтеры убеждаются неэффективности тушения метана посредством водной струи или воздушно-пенных огнетушителей (верхние фрагменты на рисунке 2). Одновременно с этим применение одного порошкового огнетушителя емкостью 8-10 дм3 обеспечивает тушение 28 горелок за время не более 5-7с (нижние фрагменты рисунка 2).
Модельные очаги пожаров класса А и В при испытаниях располагались на открытой площадке рядом с опытным штреком, тушение метана модулями ИМОП проводилось в тупиковой части штрека (аналогично испытаниям на рисунке 2).
2.ОГНЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОГО МОДУЛЯ ОСЛАНЦЕВАНИЯ И ОБЪЕМНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ
Для предотвращение взрывов угольной пыли в шахтах применяют технический прием разбавления осевшей в горных выработках взрывоопасной угольной пыли негорючей инертной пылью4 на основе карбоната кальция СаСО3 с добавками гидрофобизатора. Инертная пыль имеет неуплотненную насыпную плотность ■усп = 1,16 г/см3, что в 2-5,5 раз превышает насыпную плотность взрывоопасной угольной пыли Yу.п. Процесс нанесения и смешивания инертной и угольной пыли называется осланцеванием и выполняется вручную либо с применением механических осланцевателей, подающих негорючую пыль в аэрозольном состоянии в виде плотной струи из ствола (рисунок 3). Механическое осланцевание выполняется устройствами, обеспечивающими
1 При наличии на обслуживаемом объекте механизированного комплекса для проходки наклонных или вертикальных восстающих выработок. 2 Первичного или повторного взрыва угольной пыли непосредственно в
ходе ликвидации ЧС.
3 По ГОСТ Р 55280.4-2009.
4 Второе название - сланцевая пыль. Английская версия названия - stone dust (каменная пыль). Производится по ГОСТ Р -2000. Пыль инертная. Технические условия.
Рисунок 1 - Шахтный стенд для обучения горнорабочих методам борьбы с горением метана в выработках Figure 1 - Mine stand for training miners in methods of dealing with burning of methane in the workings
Рисунок 2 - Использование водяных, пенных (верхние фрагменты) и порошковых средств тушения метана в
опытном штреке
Figure 2 - Use of water, foam (upper fragments) and powder methane quenching means in an experimental drift
Рисунок 3 - Режим механического осланцевания горных выработок Figure 3 - Mechanical mode of alkalization of mine workings
24
Рисунок 4 - Общий вид и габариты мобильных механических осланцевателей на гидравлическом
принципе работы
Figure 4 - General view and dimensions of mobile mechanical dusters on the hydraulic principle of operation
подачу инертного аэрозоля в объемах 25-250 кг/мин. При этом производится разбавление угольной пыли до концентраций, при которых распространение фронта пламени по выработке будет невозможно (невзрывоопасная смесь содержит 80-87% инертной пыли).
Работы по нейтрализации взрывчатых свойств угольной пыли выполняются шахтами на плановой основе до аварий (рисунок 3) и могут выполняться подразделениями ВГСЧ непосредственно при ликвидации ЧС (например в условиях ликвидации подземного пожара, осложненного наличием метановыделения в шахте).
Для работы в составе КАВР разработана модификация осланцевателя с гидравлическим двигателем (рисунок 4), которая функционирует в 2-х режимах: осланцевание и пожаротушение.
На первом этапе испытаний проведена проверка гипотезы о возможности пожаротушения при помощи стандартной сланцевой пыли. Было установлено, что подача к очагу объемного горения метана сланцевой пыли не оказывает видимого эффекта по снижению интенсивности горения. Тушение модельных очагов горящих жидкостей и твердых горючих материалов сланцевой пылью мало эффективно и сопоставимо с пожаротушением при помощи песка.
Поэтому для интегрированного модуля осланцевания и пожаротушения (ИМОП) применены специальные технические решения, повысившие их возможности в тушении пожа-
ров классов А, В, С. В ходе огневых испытаний применен порошок POL-FIRE SUPER (Польша), предназначенный для тушения пожаров классов А,В,С,Е (рисунок 5).
В ходе испытаний были задействованы два осланцевателя с пневматическим приводом от компрессора MARS-Z1 и с гидравлическим приводом MARS-H.
Технические характеристики механических осланцевателей с функцией пожаротушения приведены в таблице 1. В двигатели устройства осланцевания/пожаротушения, запитываемые от гидравлической системы локомотива (MARS-H), подается агент или обедненная водомаслянная эмульсия. Один из двигателей приводит в движение турбину, создающую сжатый воздух. Другой двигатель вращает червяк, служащий для подачи инертной пыли в камеру выходного корпуса. Двигатели позволяют независимо регулировать обороты и производительность. После заполнения засыпного бункера порошком он подается червячным питателем в камеру выходного корпуса, в которой твердые частицы смешиваются со сжатым воздухом. Аэрозоль в высокой концентрации подается в систему рукавов и посредством ствола направляется на осланцовываемые поверхности или к очагу пожара при его тушении.
Динамика тушения горящего метана в 28 горелках по сечению опытного штрека (этапы 1-4) представлена на рисунке 6. Динамика тушения горящей жидкости (бензин) за счет работы осланцевателя представлена на рис. 7.
Рисунок 5 - Пневматический MARS-Z1 (слева), гидравлический MARS-Н^права) осланцеватели, а также огнетушащий порошок для тушения пожаров класса А, В, С- Е Figure 5 - Pneumatic MARS-Zl (left), hydraulic MARS-H (right) sprinklers, as well as fire extinguishing powder for
extinguishing class A, B, C-E fires
Рисунок 6 - Процесс объемного тушения горящего метана модулем ИМОП Figure 6 - The process of volumetric extinguishing of burning methane by the IMOP module
Рисунок 7 - Процесс тушения бензина модулем ИМОП Figure 7 - Gasoline extinguishing process by the IMOP module
Таблица 1 - Технические характеристики осланцевателей (в составе модуля ИМОП) Table 1 - Technical characteristics of the duster (as part of the IMOP module)
Параметр MARS-H MARS-Z1
Габариты ДхШхВ, мм 1220 х 640 х 521 1320х910х1115
Вес (без шлангов), кг 96 217
Объем засыпного бункера, м3 0,062 -0,275 0,18 или 0,36
Питание Гидравлическое масло или водомасляная эмульсия HFA-E с концентрацией > 0,3% Сжатый воздух от компрессора
Рабочее давление, МПа 12 - 28 (гидравлическая система дизелевоза) 0,2-0,6 (сжатый воздух)
Расход потребляемого масла, л/мин Регулируемый от 60 до 120 -
Шланги для подачи порошка (внутренний диаметр / длина шланга / мах.длина става) , м 0,05 / 20 / 60 0,05 / 20 / 900
Подача порошка, кг/мин 25 - 60 250 кг/мин - до 180 м; 1 170 кг/мин - до 300 м; 57 кг/мин - до 900 м;
Температура среды, ° С от 0 ° C до +40 ° C
Таблица 2 - Результаты тушения модельных очагов пожара модулем ИМОП Table 2 - Results of extinguishing model fires with a IMOP module
Устройство Модельный очаг пожара Интенсивность подачи порошка, кг/мин Время тушения 90% площади пожара, с Время полного тушения, с
MARS-H А (дерево) 30 3 6
В (1,73 м2, бензин) 30 2 2,2
С (28 метановых горелок) 30 7 (25 горелок) 10
MARS-Z1 А (дерево) 250 3 5
В (1,73 м2, бензин) 250 1 1,3
С (28 метановых горелок) 250 4,5 (25 горелок) 9
Тушение горящего метана испытанными установками проведено на площади 13 м2 с 28 горелками. Подтверждена пожаротушащая способность установок, первоначально разработанных как осланцеватели, для пожаров класса С. В процессе тушения аэрозоль подавался вдоль левого борта выработки, что привело к первоначально быстрому (менее 5 с) тушению 25-26 горелок, однако сохранившееся горение в нижней части правого борта привело к увеличению времени полного гашения почти в 2 раза (таблица 2). Время тушения метана может быть сокращено за счет подачи порошка по центру выработки.
ВЫВОДЫ
Результаты экспериментов позволяют отнести модифицированные модули, первоначально созданные как средства предупреждения взрыва угольной пыли (осланцеватели), к средствам тушения подземных пожаров класса А, В, С. При этом сохраняется их основная функция -предупреждение взрывов пыли непосредственно в ходе работ по ликвидации ЧС.
Натурными испытаниями подтверждена огнетушащая способность модулей ИМОП с интенсивностью подачи порошка 30 - 250 кг/мин. Время полного тушения различных модельных
очагов пожаров класса А, В, С составило от 1,3 до 10 с.
Экспериментально подтверждено, что тушение подземных пожаров при помощи шахтной сланцевой пыли крайне неэффективно, а объемное тушение горящего метана при помощи инертной пыли невозможно. Необходимо использование специальных огнетушащих порошков, испытанных на пожарах класса А, В, С.
Перспективным направлением в развитии транспортной системы горнодобывающих
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
предприятий является внедрение
монорельсового транспорта. Включение в монорельсовые составы специализированных модулей типа ИМОП позволяет обеспечивать средства механизации горноспасательных работ, пожаротушения и предупреждения взрывов энергией от гидравлической системы локомотива и существенно расширяет возможности применения данного вида транспорта при ликвидации ЧС.
1. Положение о профессиональных аварийно-спасательных службах, профессиональных аварийно-спасательных формированиях, выполняющих горноспасательные работы (утверждено постановлением Правительства Российской Федерации от 27 апреля 2018 г. № 517) - 45 с.
2. Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2016 году» /МЧС России. М.: ФГБУ ИИ ГОЧС (ФЦ), 2017, 360 с.
3. Устав военизированной горноспасательной части по организации и ведению горноспасательных работ, утвержденный приказом МЧС России от 09.06.17. №251 (зарегистрировано в Минюсте России 24.08.2017, рег. № 47930). - 30с.
4. Правила безопасности в угольных шахтах: М.: Ростехнадзор (Приказ Ростехнадзо-ра № 550 от 19.11.2013), зарегистрированы в Министерстве юстиции Российской Федерации 31.12.2013 N 30961.Романченко С.Б. и др.
5. Романченко С.Б. и др. Комплексное обеспыливание. Горное дело. - М.: 2016. - 288 с.
REFERENCES
1. Polozheniye o professional'nykh avariyno-spasatel'nykh sluzhbakh, professional'nykh avariyno-spasatel'nykh formirovaniyakh, vypolnyayushchikh gornospasatel'nyye raboty [Provision on professional rescue services, professional rescue teams performing mine rescue], Approved by the Decree of the Government of the Russian Federation of April 27, 2018 No. 517 (2018). [In Russian]
2. Russia, Russian Emergency Situations Ministry. (2017). O sostoyanii zashchity naseleniya i territoriy Rossiyskoy Federatsii ot chrezvychaynykh situatsiy prirodnogo i tekhnogennogo kharaktera v 2016 godu [On the state of protection of the population and territories of the Russian Federation from natural and man-made emergencies in 2016]. Moscow: FSBI II GOCHS (FC). [In Russian]
3. Russia, Ministry of Justice of Russia August 24, 2017, reg. No. 47930. (n.d.). Ustav voyenizirovannoy gornospasatel'noy chasti po organizatsii i vedeniyu gornospasatel'nykh rabot, utverzhdennyy prikazom MCHS Rossii ot 09.06.17. №251 [The Charter of the militarized mine-rescue unit on the organization and conduct of mine-rescue operations, approved by order of the Emercom of Russia from 09.06.17. No. 251]. [In Russian]
4. Russia, Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision. (2016). Pravila bezopasnosti v ugol'nykh shakhtakh: [Safety rules in coal mines:]. Moscow: Ministry of Justice of Russia 31.12.2013 N 30961. [In Russian]
5. Romanchenko, S. B., & Etc. (2016). Kompleksnoye obespylivaniye [integrated dedusting]. Moscow: Gornoye delo. [In Russian]
28
