Первым генератором инертных газов , получившим широкое практическое применение для создания инертной среды при ликвидации подземных пожаров в газообильных шахтах, а следовательно, и для прекращения горения, является генератор ГИГ-4 (коллектив создателей агрегата во главе с автором удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники за 1976 г.). Генератор ГИГ-4 предназначен для получения инертной парогазовой смеси непосредственно на месте применения.
Инертная парогазовая смесь в генераторе ГИГ-4 образуется при сжигании в авиационном реактивном двигателе авиационного горючего и дожигании его в специальной приставке к двигателю— камере дожигания. Охлаждение парогазовой смеси осуществляется в другой приставке — камере охлаждения.
Техническая характеристика ГИГ-4
Производительность, м3/мин . 343
Расход топлива, кг/ч . Не более 850
Расход воды. м3/ч. 30
Состав генераторной смеси, %: азот. 51,8 водяной пар . 40 углекислый газ . 7 кислород. 1,7 окись углерода. 0,2 температура парогазовой смеси, °С. 80
Габариты, м. 6,5×0,8×0,9
Масса, кг. 800
Генератор инертных газов ГИГ-1500. Производительность ГИГ-4 не позволяет создать инертную среду при ликвидации пожаров в современных высокогазообильных шахтах, когда для разжижения метана на участок подается более 1000 м3 воздуха в минуту, т. е. когда даже два спаренных агрегата ГИГ-4 не могут обеспечить вытеснение кислорода за время менее того, за которое образуется в районе пожара взрывчатая смесь газов.
Для создания высоких темпов заполнения участка пожара инертным газом, препятствующим образованию в выработках, в которых действует пожар, взрывчатой газовой смеси, учеными ВНИИГД разработан, а предприятиями ВУВГСЧ и авиационной промышленности изготовлен новый мощный генератор инертных газов ГИГ-1500, способный развивать производительность от 800 до 1500 м3/мин инертной газовой смеси и быстро заменять свежий воздух инертной газовой смесью. Генератор ГИГ-1500 успешно прошел испытания и передан на оснащение ВГСЧ.
Техническая характеристика ГИГ-1500
Производительность. м3/ч . 800—1500
Расход топлива, кг/ч . 2400—3000
Расход воды, wP/ч . 50
Состав генераторного газа, %: азот. 51,8 водяной пар . 40 углекислый газ . 7′ кислород. 1—3 окись углерода . 0,2
Температура смеси, °С. 80
Габариты, м. 12×1,2×1,2
Масса, кг. 2000
Генератор инертных газов ГИГ-50 имеет производительность инертной газовой смеси, равную 50 м3/мин, и служит для подкачки парогазогенераторной смеси в изолированные пожарные участки, когда применение более производительного генератора нецелесообразно.
Источник
Генераторы инертных газов
Тушение подземных пожаров инертными газами
Военизированные горноспасательные части в настоящее время располагают оборудованием, позволяющим выпустить в пожарный участок углекислого газа до 30—50 м3/мин, азота — до 100 м3/мин и парогазовой смеси до 1500 м3/мин.
До последнего времени пожарные участки с интенсивным проветриванием (при расходе воздуха более 350 м3/мин) изолировались комбинированным методом, при котором сооружение перемычек (вплоть до закрытия проемов) производилось при постоянной подаче на участок свежего воздуха в количестве, обеспечивающем разжижение горючих газов до взрывобезопасной концентрации. С момента закрытия проемов в перемычках начинался выпуск за перемычку инертного газа (углекислого газа, азота, газогенераторной смеси). В настоящее время в связи с введением на оснащение ВГСЧ генератора инертных газов ГИГ-1500 может быть осуществлен идеальный метод изоляции пожарного участка, когда весь свежий воздух, поступающий на участок, может быть заменен парогазовой смесью еще до сооружения изолирующих перемычек. Применение такого генератора позволяет не только снизить количество кислорода в пожарном участке до 1 %, но и вынести горючие газы, выделяющиеся в выработках и образующиеся при горении, т. е. осуществить «проветривание» участка.
В связи с увеличением глубины разработки угольных месторождений основными требованиями к современным средствам газового пожаротушения являются мобильность, автономность и высокая производительность при подаче инертного газа в течение длительного времени. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают методы и средства получения инертного газа непосредственно в горных выработках, основанные на сжигании в специальных установках типа ГИГ углеводородного топлива с последующим охлаждением продуктов сгорания водой.
Широкий круг тактических задач успешно решается с помощью таких генераторов инертных газов , созданных в нашей стране на основе газотурбинных двигателей.
Всесоюзным научно-исследовательским институтом горноспасательного дела создано семейство газогенераторных установок, предназначенных для тушения подземных пожаров и предотвращения взрывов смесей горючих газов с кислородом воздуха (ГИГ-50, ГИГ-4, ГИГ-1500). Генераторы ГИГ-4 и ГИГ-1500 применяются для инертизации среды в пожарных участках (в зависимости от объема изолированного пространства и расхода воздуха на проветривание участка), ГИГ-50 устанавливается для подкачки парогазовой смеси (компенсация притечек свежего воздуха на пожарный участок).
Наиболее эффективно применение генераторов при ликвидации экзогенных пожаров, когда через очаг можно направить поток парогазовой смеси. В районе очага пожара создается бескислородная среда, прекращается горение и движущимся потоком парогазовой смеси отводится тепло от раскаленных материалов и стенок выработки.
Ликвидацию эндогенных пожаров с применением генераторов необходимо производить в сочетании с изоляцией пожарного участка, так как очаг пожара, как правило, находится в выработанном пространстве, а инертную среду необходимо в этом случае создавать во всем изолированном объеме.
С помощью ГИГ пожары можно тушить в горизонтальных, наклонных и вертикальных выработках. При тушении пожаров в наклонных и вертикальных выработках подачу парогазовой смеси можно производить как снизу вверх, так и сверху вниз.
В зависимости от расхода воздуха на пожарном участке могут быть применены один, два и более генераторов ГИГ-4.
Если, например, на участке расход воздуха составляет до 400 м3/мин, а необходимо снизить содержание кислорода в нем до 10 %, то достаточно будет одного генератора ГИГ-4. Если же расход воздуха более 400 м3/мин, то для достижения взрывобезопас-ной концентрации газов (менее 10% кислорода) необходимо применить два и более генераторов ГИГ-4. Число генераторов ГИГ-4 определяют по формуле
где Qaв — расход воздуха для проветривания аварийного участка, м3/с
В настоящее время, когда на оснащение ВГСЧ начали поступать генераторы ГИГ-1500, в случаях большого расхода воздуха на пожарном участке (1000—1500 м3/мин) следует использовать для ликвидации пожара и создания инертной среды в районе пожара именно эти генераторы. Их можно устанавливать как под :»емлей, так и на поверхности шахты.
Нагнетание парогазовой смеси с поверхности нужно производить в стволы с поступающей струей воздуха.
Примеры ликвидации подземных пожаров с помощью генераторов инертных газов
ПРИМЕР 1 . На шахте «Бутовка-Допсцкая» ( рис. 71 ) разрабатывался пласт Бутовский мощностью 3 м с углом падения 3-5° Уголь пласта отнесен к самовозгорающим. Шахта сверхкатегорийная по метану, относительная газеобильность 28,4 м3/т суточной добычи.
Проветривание 59-й западной лавы осуществлялось следующим образом: свежей воздух поступал по 59-му западному откаточному штреку В лапу и выходил на 59-й западный вентиляционный штрек. Признаки пожара были обнаружены в верхней части выработанного пространства 59-и западной лавы.
Принятые меры непосредственного тушения пожара (бурение скважин в районе предполагаемого очага пожара и нагнетание по ним воды сокращение расхода воздуха, проведение так называемых пожарных выработок для вскрытия очагов горения и тушения их водой) были очень сложными и не дали желаемых результатов.
Поэтому участок был изолирован, с последующим затоплением водой нижней части лавы. Для изоляции были возведены водоупорные перемычки № 1 на 59-м западном откаточном штреке и № 2 на диагональной сбойке между 59 и 61-м западными откаточными штреками, изолирующие № 3 на 59-м вентиляционном штреке, № 4 На 59-м откаточном штреке. № 5 на ходе уклона № 2-6ис и № 6 на 56-м откаточном штреке. Объем изолированного пространства составил около 10 000 м3, протяженность горных выработок—около 1200 м.
В связи с высокой газообильностью пожарного участка было решено заполнить его инертным газом перед изоляцией. Для этого на 54-м западном откаточном штреке в 15 м от уклона № 2-бис был установлен генератор ГИГ-4. От генератора за перемычку №5 продолжен став вентиляционных металлических труб диаметром 500 мм.
Рис. 71. Схема ликвидация пожара в выработанном пространстве лавы на шахте «Бутовка-Донецкая» с помощью ГИГ-4
Для дистанционного отбора проб рудничной атмосферы из изолированного пространства были выведены шланги на уклон № 2-бис из-за перемычки № 5 и на 3-й восточный уклон —из-за перемычек № 3 и 4 (3-й уклон расположен левее ходка, на схеме не показан).
После выполнения всех подготовительных работ был заложен проем в перемычке № 5 и запущен генератор со следующими параметрами:
производительность 340 м^/мин;
содержание кислорода 1,8 %;
температура парогазовой смеси 85 °С.
Во время работы генератора регулярно через 10 мин производился дистанционный отбор проб газов из-за перемычек № 3 и № 4.
Через 2 ч 30 мин была закрыта ляда в проеме перемычки № 3 на 59-м западном вентиляционном штреке, а затем и в перемычке № 4 на 59-м западном откаточном штреке.
Через 5 ч 15 мин генератор был выключен. После герметизации перемычек (через 10 ч) он вновь был запущен и продолжал работать 3 ч 40 мин. Вентиляционный став, по которому подавалась парогазовая смесь, был отсоединен от трубы, вмонтированной в перемычку № 5, а труба загерметизирована. Далее была снята депрессия с пожарного участка.
Дальнейшее наблюдение за пожарным участком производилось путем дистанционного отбора проб воздуха и измерения температуры в изолированном пространстве. Температура в изолированном участке составляла 32,5 °C, а газовая атмосфера состояла из углекислого газа (4,6%), метана (24%), кислорода (5,4 %). Окись углерода отсутствовала.
На основании полученных данных было принято решение о списании пожара. Через 2,5 мес изолированный участок был вскрыт, и 59-я лава была пущена в эксплуатацию.
ПРИМЕР 2 . На шахте им. Бажанова ПО «Макеевуголь» пожар возник в выработанном пространстве восточной лавы панели № 12 ( рис. 72 ) от самовозгорания угля. Очаг пожара находился в обрушенной зоне, поэтому воздействовать на него какими-либо средствами пожаротушения не представлялось возможным.
Локализация пожара была произведена методом изоляции пожарного участка с предварительным заполнением его инертным газом из генератора ГИГ-4 по ставу металлических труб. Для изоляции были возведены перемычки:
№ 1 — на восточном вентиляционном штреке;
№ 2 — на транспортерном штреке;
№ 3 — на западном вентиляционном штреке.
Перемычки возводились из чураков длиной 1 м на глиняном растворе.
Во время выполнения указанных работ пожар резко активизировался. На восточном вентиляционном штреке начала быстро нарастать температура (превышала 60 °С).
Поэтому участок был изолирован, с последующим затоплением водой нижней части лавы. Для изоляции были возведены водоупорные перемычки № 1 на 59-м западном откаточном штреке и № 2 на диагональной сбойке между 59 и 61-м западными откаточными штреками, изолирующие № 3 на 59-м вентиляционном штреке, № 4 На 59-м откаточном штреке. № 5 на ходе уклона № 2-6ис и № 6 на 56-м откаточном штреке. Объем изолированного пространства составил около 10 000 м3, протяженность горных выработок—около 1200 м.
В связи с высокой газообильностью пожарного участка было решено заполнить его инертным газом перед изоляцией. Для этого на 54-м западном откаточном штреке в 15 м от уклона № 2-бис был установлен генератор ГИГ-4. От генератора за перемычку №5 продолжен став вентиляционных металлических труб диаметром 500 мм.
Рис. 71. Схема ликвидация пожара в выработанном пространстве лавы на шахте «Бутовка-Донецкая» с помощью ГИГ-4
Рис. 72. Схема выработок участка шахты им. Бажанова
Разведкой со стороны транспортерного штрека было установлено, что сопряжение восточной лавы с восточным вентиляционным штреком завалено, обнаружены горящие деревянные элементы крепи. Высокая температура и сплошная задымленность не позволили закрыть проем в перемычке № 1. Проемы в перемычках № 2 и 3 были закрыты и загерметизированы. Для создания безопасной газовой атмосферы в восточном вентиляционном штреке в период его обследования кратковременно (на 15 мин) был запущен генератор. Затем после краткой остановки генератор был вновь включен и работал без остановок в течение 6 ч 20 мин.
Разведкой восточного вентиляционного штрека с использованием теплозащитных костюмов было установлено, что у перемычки № 1 образовался сплошной завал; температура воздуха у завала составляла 150 °С. Далее в изолированиом пространстве произошли две вспышки смеси горючих газов. В связи с создавшейся обстановкой было решено изолировать пожар на дальних подступах, для чего были начаты подготовительные работы по изоляции всего западного крыла шахты с тремя лавами.
В это же время продолжались работы по усилению изоляции пожарного участка на ближних подступах. Для этого на восточном вентиляционном штреке были возведены дощатые перемычки, и под их прикрытием приступили к возведению гипсовой перемычки. На транспортерном штреке рядом с чураковой перемычкой № 2 возвели дощатую для последующего заиливания пространства между ними песчанисто-глинистой пульпой. Затем снова был включен генератор, который работал 8 ч 30 мин.
После остановки генератора были проведены работы по уплотнению изоляционных сооружений.
Для поддержания взрывобезопасной среды генератор включали на 1,5— 2 ч с перерывами в 3—4 ч. Работы по возведению вторых перемычек; № 4 — на транспортерном и № 5—на восточном вентиляционном штреках велись при остановленном генераторе, так как при его работе в этих местах повышалась температура. На западном штреке работы велись непрерывно (температура здесь не поднималась выше 22 °С). Пространство между перемычками было заполнено пульпой. Генератор был включен после того, как перемычка № 5 была полностью заилена и загерметизирована глиной.
В дальнейшем в результате уплотнения перемычек прекратились прососы окиси углерода в действующие выработки, горноспасательные работы были остановлены.
В данном случае общее время работы генератора инертных газов составляло 70 и 40 мин, что обеспечило поддержание в пожарном участке взрывобезопасной атмосферы (за исключением двух моментов, когда в интервале I ч произошли две вспышки горючих газов). Проведение этих работ дало возможность выполнить изоляцию горных выработок, непосредственно примыкающих к пожару, и сохранить действующими три лавы западного крыла.
Вместе с тем по принятым в настоящее время нормам изоляция данного пожара производилась небезопасно (пожарный участок был изолирован невзрывоустойчивыми перемычками). При изоляционных работах не было достоверной информации о газовом состоянии, о чем свидетельствовали происшедшие в пожарном участке две вспышки горючих газов.
ПРИМЕР 3 . На шахте «Ясиновская-Глубокая» ПО «Макеевуголь» в Донбассе (по метану отнесена к сверхкатегорным, относительная газообильность 40,3 м3/т суточной добычи, опасна по пыли), пожар возник в выработанном пространстве 2-й восточной нижней лавы ( рис. 73 ). Возможности для прямого тушения не было. В связи с этим были начаты изоляционные работы и инертизация рудничной атмосферы.
Подача смеси осуществлялась по металлическому газопроводу длиной 175 м, собранному из металлических вентиляционных труб диаметром 500 мм, со 2-го западного вентиляционного штрека.
Для изоляции пожарного участка с помощью установок «Темп-4» и «Монолит» были возведены гипсовые перемычки:
№ 1 — на коренном западном вентиляционном штреке (с проемом);
№ 2 — на 2-м восточном транспортерном штреке;
№3 — на 2-м западном вентиляционном штреке (с проемом).
Контроль за газовым составом атмосферы в изолируемом пожарном участке осуществлялся дистанционно. Отбор проб производился из следующих мест:
Рис. 73. Схема выработок участка шахты «Ясиновская-Глубокая»
Перед включением генератора газовый состав атмосферы изолируемого пожарного участка был следующим, %:
