способ распознавания очагов подземных экзогенных пожаров
Классы МПК: | E21F5/00 Способы и средства для предотвращения образования пыли, для связывания, осаждения или удаления пыли; предотвращение взрывов или рудничных пожаров |
Автор(ы): | Поздняков Константин Иванович[UA], Тимофеев Валерий Георгиевич[UA], Передрий Алексей Остапович[UA], Спицкий Александр Петрович[UA] |
Патентообладатель(и): | Научно-исследовательский институт горноспасательного дела Научно-производственного объединения "Респиратор" (UA) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-06-14 публикация патента:
15.11.1994 |
Использование: в угольной, рудной и других отраслях промышленности для распознавания по дыму очагов подземных экзогенных пожаров. Сущность изобретения: измеряют длину участка контроля в выработке и ее поперечные размеры. Регистрируют и запоминают величину входной концентрации пыледымового аэрозоля в начале участка контроля. По истечении времени прохождения воздушной струей этого участка вычисляют расчетное значение, приведенное к выходу с участка по математическому выражению, после чего регистрируют выходную концентрацию аэрозоля и сравнивают ее с расчетной, формируют массивы пороговых значений концентраций аэрозоля и разностей фактических и пороговых значений концентраций аэрозоля, а затем их статистически сравнивают и по результатам сравнения делают вывод о наличии очага пожара в выработке. 5 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОЧАГОВ ПОДЗЕМНЫХ ЭКЗОГЕННЫХ ПОЖАРОВ, включающий измерение скорости воздушной струи на участке контроля, поперечных размеров выработки, времени развития экзогенного пожара и статистическое сравнение массивов пороговых и фактических значений концентраций продуктов горения на их адекватность, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности распознавания в ранней стадии очагов экзогенных пожаров на фоне нестандартных технологических помех, в качестве продукта горения используют пыледымовой аэрозоль, при этом дополнительно измеряют длину участка контроля, регистрируют величину входной концентрации пыледымового аэрозоля в воздушной струе в начале участка контроля, определяют время прохождения воздушной струей участка контроля и по истечении этого времени определяют расчетное значение концентрации аэрозоля на выходе участка контроля из выраженияCрвых() = C - 1+ exp- ,
где Cвых p() - расчетная массовая концетрация аэрозоля на выходе участка контроля в момент времени , вычисленная по входной на момент времени - , мг/м3;
- время развития очага экзогенного пожара, считая с момента появления дыма с поверхности материала, к которой приложено тепловое поджигающее воздействие, мин;
C - - зарегистрированная входная массовая концентрация аэрозоля в начале участка контроля на момент времени - L / 60Vc , мг / м3 ;
L - длина участка контроля, м;
Vс - скорость воздушной струи в выработке, м/с;
P, S - периметр и площадь поперечного сечения горной выработки в пределах участка контроля соответственно, м и м2;
0,225 - эмпирический коэффициент, м/с;
4 10-3 - эмпирический коэффициент, м/с,
после чего регистрируют выходную концентрацию аэрозоля в конце участка контроля, сравнивают ее с расчетной и при соблюдении условия
Cвых ф() - Cвых p() >> ППp + Фp ,
где Cвых ф() - выходная зарегистрированная массовая концентрация аэрозоля в конце участка контроля на момент времени , мг/м3;
ППр - приведенная погрешность измерительных приборов, мг/м3;
Фр - максимальный рабочий фон аэрозоля в пределах участка контроля, мг/м3;
формируют массивы пороговых значений концентраций аэрозоля и разностей фактических и пороговых значений концентраций аэрозоля определяемых из выражений
Cп() = Cвых p() + ПП p + Фp ;
() = Cвых ф() - Cп() ,
а затем из статистически сравнивают, причем возникновение очага загорания устанавливают по статистическому неравенству их средних значений. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальную длину участка контроля определяют по формуле
Lmax= 346,6 ,
где 346,6 - эмпирический коэффициент, с/м.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к автоматической пожарной сигнализации и может быть использовано в угольной промышленности для распознавания очагов подземных экзогенных пожаров в ранней стадии их развития. Известны способы обнаружения ранних стадий подземных пожаров. В этом способе величина концентрации продуктов горения (оксид углерода) определяется как разность замеров в исходящей и поступающей в горную выработку воздушной струе с последующим исследованием этой концентрации на превышение порогов предупреждения и оповещения. Основным недостатком указанного способа является тот факт, что усредненные величины порогов предупреждения и оповещения распространяются на все выработки шахт без учета горно-технических характеристик каждой контролируемой выработки, что существенно снижает достоверность решения о возникновении в ней очага пожара. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ распознавания ранних стадий экзогенных пожаров в шахтах, основанный на замере скорости воздушной струи на участке контроля, поперечных размеров выработки, времени развития экзогенного пожара и статистическом сравнении массивов пороговых и фактических значений концентраций продуктов горения (оксида углерода) на их адекватность [2]. Основным недостатком этого способа является тот факт, что интенсивное выделение углекислого газа происходит только при пламенной фазе развития пожара. В то же время при тлении материалов, когда происходит формирование очага загорания, в основном выделяется дым, а углекислого газа выделяется очень мало. Таким образом, достоверно распознать очаг пожара в ранней стадии его развития, т.е. в момент его формирования (фаза тления), с помощью известного метода не представляется возможным. Это приводит к тому, что быстроразвивающиеся пожары, например, на ленточных конвейерах, будут обнаружены со значительным опозданием, что существенно снизит эффективность применяемых технических средств активного тушения. Целью изобретения является повышение достоверности распознавания в ранней стадии очагов подземных экзогенных пожаров на фоне нестационарных технологических помех. Поставленная цель достигается тем, что в способе распознавания по дыму очагов подземных экзогенных пожаров, основанном на замере скорости воздушной струи, на участке контроля поперечных размеров выработки, времени развития экзогенного пожара и статистическом сравнении массивов пороговых и фактических значений концентраций продуктов горения на их адекватность, в качестве продукта горения используют аэрозоль (пыль+дым), дополнительно измеряют длину участка контроля, регистрируют и запоминают величину входной концентрации аэрозоля в воздушной струе в начале участка, определяют время прохождения воздушной струей участка контроля, а затем по истечении этого времени возвращают из памяти входную концентрацию аэрозоля и по ней вычисляют расчетное значение концентрации, приведенное к выходу с участка, по зависимостиCрвых() = C - 1+ exp- , (1) где Свыхр () - расчетная массовая концентрация аэрозоля на выходе участка контроля в момент времени , вычисленная по входной на момент времени L/60Vc,
- время развития очага экзогенного пожара, считая с момента появления дыма с поверхности материала, к которой приложено тепловое поджигающее воздействие, мин;
- зарегистрированная входная массовая концентрация аэрозоля в начале участка контроля на момент времени -L/60Vс, мг/м3;
L - длина участка контроля, м;
Vс - скорость воздушной струи в выработке, м/с;
P, S - периметр и площадь поперечного сечения горной выработки в пределах участка контроля, соответственно м и м2;
0,225 - электрический коэффициент, м/с;
4 10-3 - электрический коэффициент, м/с; после чего регистрируют выходную концентрацию аэрозоля в конце участка и сравнивают ее с расчетной и при соблюдении условия
Cвыхф ( ) - Свыхр ( ) > ППр + Фр (2) где Свыхф ( ) - выходная зарегистрированная массовая концентрация аэрозоля в конце участка контроля на момент времени , мг/м3;
ППр - приведенная погрешность измерительных приборов, мг/м3;
Фр - максимальный рабочий фон аэрозоля в пределах участка контроля, мг/м3, формируют массивы по формулам:
пороговый - Сп( ) = Cвыхр ( ) + ППр + Фр (3)
разностей - ( ) = СвыхФ() - Сп( ), (4) а затем их статистически сравнивают, причем статистическое неравенство их средних свидетельствует o возникновении очага загорания. При этом длина участка контроля не должна превышать максимальную длину, вычисляемую по формуле
Lmax= 346,6 , (5) где 346,6 - эмпирический коэффициент, с/м. Область применения заявляемых зависимостей (1) - (5) ограничена ранней (начальной) стадией развития экзогенного пожара. Ранняя (начальная) стадия развития пожара характеризуется интервалом времени, считая с момента возникновения теплового поджигающего воздействия, в пределах которого величина скорости распространения фронта пламени удовлетворяет условию
О Vr( ) 0,7Vпр, (6) где Vr( ) - скорость распространения фронта пламени на момент времени , м/мин;
Vпр - предельная скорость распространения пожара по выработке, м/мин. Предлагаемый способ распознавания по дыму очагов подземных экзогенных пожаров включает следующие операции:
измерение скорости (Vс) воздушной струи;
определение по размерам выработки площади ее поперечного сечения (S) и периметра (Р);
измерение длины L участка контроля и проверка на условие
L Lmax= 346,6 (7)
При несоблюдении условия (7) длина L принимается равной Lmax;
регистрация с помощью датчиков дыма массовой концентрации (Свхф) аэрозоля (пыль+дым) на входе участка контроля и засылка ее для запоминания в память микропроцессора (микро-ЭВМ);
определение времени прохождения воздушной струей участка контроля по формуле
3 = L/60Vc; (8)
возврат из памяти массовой концентрации (Свхф) аэрозоля на входе участка контроля и пересчет ее на новое значение (Свыхр), приведенное к выходу с этого участка и обусловленное выпадением аэрозоля на длине этого контролируемого участка, по формуле (1)
Cрвых() = Cфвх(-3)1 + exp- ; регистрация с помощью датчиков дыма массовой концентрации Свыхф аэрозоля (пыль+дым) на выходе с участка контроля и сравнения ее по зависимости (2) с вычисленной конечной концентрацией Свыхр, приведенной к одной временной фазе с Свыхф
Свыхф ( ) - Свыхр ( )> ППр + Фр где ППр принимается по технической документации на используемые приборы;
Фр определяется заранее при нормальном режиме эксплуатации оборудования в выработке;
при соблюдении условия (2) начинают измерять время с помощью секундомера и формировать массивы пороговый и разностей по формулам (3) и (4) в интервале времени, но не менее 6 мин, с шагом 1 мин
Сп( ) = Cвыхф ( ) + ППр + Фр
( ) = Свыхф ( ) - Сn ( );
вычисляют среднее по массиву разностей ( ) по формуле
= (), (9) где n - число замеров, выполненных в выбранном интервале времени с шагом 1 мин;
вычисляют среднеквадратичное отклонение S массива разностей от среднего по формуле
S= (10)
вычисляют расчетный t-критерий Стьюдента по формуле (см. Зажигаев Л.С. и др. Методы планирования и обработки результатов физического эксперимента. - М.: Атомиздат, 1978, - с. 232). t = (11)
Сравнивают расчетный t-критерий Стьюдента с его табличным значением при f = n-1 степенях свободы и выбранном уровне значимости , при этом, если /t/ tкр f, то гипотеза о существенном расхождении между пороговым массивом и массивом разностей принимается, что свидетельствует о возникновении очага загорания в выработке. Если /t/ < tкр ,f, то принятая гипотеза отвергается, т. е. между массивами нет существенного различия, что свидетельствует об отсутствии очага загорания, а зафиксированные отклонения от порогового массива обусловлены случайными колебаниями концентрации аэрозоля, состоящего только из угольной и породной пыли. Рассмотрим пример реализации заявляемого способа для средних горно-технических условий горных выработок при возникновении очага загорания на ленточном конвейере по вышеизложенной методике:
измеряют скорость воздушной струи Vc = 1,5 м/с;
измеряют размеры выработки: высота Н = 2,75 м,
ширина В = 3,64 м. Oпределяют площадь поперечного сечения выработок S = Н В =2,75 3,64 = 10 м2 и периметр Р = 2(Н+В) = =2(2,75 + 3,64) = 12,78 м.;
измеряют длины участка контроля L = 100 м и проверяют ее соответствие максимально допустимой длине Lmax= 346,6 = 407 м. Условие, чтобы L Lmax cоблюдается;
регистрируют с помощью датчиков дыма (аэрозолей) массовую концентрацию аэрозоли Свхф (пыль угольная + породная) в момент времени t на входе в участок контроля и засылают это значение в память микропроцессора (микро-ЭВМ) для формирования массива входных значений концентраций с шагом 1 мин. Результаты измерения представлены в табл.1. Определяем время прохождения воздушной струей длины участка контроля, т.е. время задержки информации
з= = 1,11 1 мин;
по истечении времени з =1 мин возвращаем из памяти значение входной массовой концентрации аэрозоли Свхф ( ) и пересчитываем его с учетом выпадения аэрозоли к сечению на выходе с участка по формуле
Сpвых(+1) = Cфвх()1 + exp
Результаты расчета представлены в табл.2. Приведенная погрешность используемых приборов, например, радиоизотопных датчиков дыма типа РИД-6М с аналоговым выходом, ориентировочно равна ППр 25 мг/м3. Максимальный рабочий фон аэрозоля (пыли) в выработках, например, при работе ленточного конвейера составляет по данным эксплуатации примерно Фр 30 мг/м3. Регистрируем, например, с помощью радиоизотопных датчиков типа РИД-6М с аналоговым выходом массовую концентрацию аэрозоля в сечении на выходе участка контроля Свыхф. Результаты замеров представлены в табл.3. В 00 ч 09 мин было выполнено условие (2). С этого момента начинается анализ, запускается секундомер и ведется отсчет времени развития пожара. Формируем пороговый массив и массив разностей по формулам (3) и (4). Сформированные массивы представлены в табл.4. Вычисляем среднее по массиву разностей по формуле (9)
= = 97,3. Вычисляем среднеквадратичное отклонение от среднего по формуле (10). Расчет представлен в табл.5. S= = 66,2
Вычисляем расчетный t-критерий по формуле (11)
t = = 3,6
Табличное значение t-критерия при f = 6-1 = 5 степенях свободы и уровне значимости = 0,05 равно 2,01. Таким образом, расчетный t-критерий больше табличного t-критерия Стьюдента, чем подтверждается гипотеза о том, что пороговый массив и массив разностей по своим средним существенно отличаются друг от друга и принадлежат разным генеральным совокупностям, следовательно, в выработке возник и развивается очаг пожара. Экономический эффект от внедрения предлагаемого способа может быть получен за счет распознавания очага экзогенного пожара в ранней стадии его развития, что позволит своевременно потушить его силами горнорабочих или техническими средствами пожаротушения, включаемых автоматически или дистанционно по команде диспетчера. При этом ущерб от такого пожара будет незначительным, а расход огнетушащих веществ малым. Все это позволит предприятию, внедрившему предлагаемый способ, получить определенный экономический эффект за счет снижения ущербов, нанесенных пожаров.
Класс E21F5/00 Способы и средства для предотвращения образования пыли, для связывания, осаждения или удаления пыли; предотвращение взрывов или рудничных пожаров