способ создания инертной среды в горных выработках

Формула изобретения

1. Способ создания инертной среды в горных выработках, опасных по газу и пыли, включающий образование в призабойном пространстве снежного массива путем подачи в призабойное пространство криогенной жидкости и диспергированной воды, отличающийся тем, что перед подачей в призабойное пространство криогенную жидкость переводят в парожидкостное аэрозольное состояние и раскручивают в вихревом циклоне с образованием по его центру зоны пониженного давления, в которую подают диспергированную воду для приведения ее в состояние парокапельного тумана.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве криогенной жидкости используют жидкий азот.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для тушения подземных пожаров и инертизации шахтных тупиковых выработок, опасных по газу и пыли.

Известен способ получения инертной пены для тушения пожара, включающий введение жидкого азота в пенообразующий раствор совместно с огнетушащим порошком и распределением порошка в центральной части струи жидкого азота (авт. свид. СССР 1180005, кл. А 62 С 1/12, 1984).

Недостаток способа связан с большими экономическими затратами, особенно в условиях, когда нет необходимости использовать дорогостоящий порошок.

Известен также способ создания инертной среды в горных выработках, включающий предварительное охлаждение призабойного пространства горной выработки подачей в него криогенной жидкости и последующее распыление в призабойном пространстве воды для образования снежного массива (патент РФ 2001284, кл. Е 21 Р 5/00, 1991).

Недостаток способа - низкая эффективность снегообразования. Это связано с тем, что такой способ - вначале охлаждение призабойного пространства, а затем распыление в него воды, не обеспечивает из-за высокой теплоемкости воды скоростного замораживания взвешенных капель. В этом случае основная масса диспергированной воды во взвешенном состоянии замерзает в ледяной град без образования снежных кристаллов. Град, падая на почву горной выработки в местах распыления воды, смерзается в наледь, которая за счет менее развитой поверхности по сравнению со снежной массой много хуже адсорбирует и связывает взрывоопасные газопылевые частицы, содержащиеся в атмосфере горной выработки. Все это и приводит к резвому снижению эффективности инертизации.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности инертизации атмосферы призабойного пространства тупиковой выработки.

Сущность способа создания инертной среды в горных выработках, опасных по газу и пыли, включающего образование в призабойном пространстве снежного массива подачей в призабойное пространство криогенной жидкости и диспергированной воды, состоит в том, что перед подачей в призабойное пространство криогенную жидкость переводят в парожидкостное аэрозольное состояние и раскручивают в вихревом циклоне с образованием по его центру зоны пониженного давления, в которую подают диспергированную воду для приведения ее в состояние парокапельного тумана. При этом в качестве криогенной жидкости используют жидкий азот.

Использование предлагаемого способа даст возможность получить большую массу снежных кристаллов. Внедряясь в атмосферу горной выработки, они постепенно оседают, адсорбируя и собирая на свою поверхность угольную пыль и молекулы метана. Это приводит к очищению и инертизации воздушной среды призабойного пространства и быстрому снижению опасности ее возгорания и взрыва.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для реализации предлагаемого способа.

Устройство содержит резервуар 1, например, типа РЦВ-0,5/1,6 для транспортирования и хранения криогенной жидкости, преимущественно жидкого азота, регулирующий вентиль 2, теплообменник 3 для перевода криогенной жидкости в парожидкостное состояние, запорные вентили 4 и 5 и водяной испаритель 6. В герметичный корпус 7 испарителя 6 подается вода через задвижку 8 из магистрального водопровода 9. Основной частью устройства является циклонный завихритель 10, который содержит кольцевые коллекторы 11 и 12 с тангенциально расположенными и ориентированными в одну сторону форсунками 13. Внутри широкой цилиндрической части циклонного завихрителя 10 размещен спиральный лабиринт 14, а на его центральной оси расположена водоводная трубка 15 с капиллярно-перфорированным наконечником 16. При этом трубка 15 размещена коаксиально внутри заглушенной с наружного торца трубы 17.

Способ реализуют следующим образом.

Жидкий азот из резервуара 1 подают в теплообменник 3. При этом посредством регулирующего вентиля 2 устанавливают необходимый расход жидкого азота. В теплообменнике 3 за счет теплообмена с воздушной средой происходит нагрев жидкого азота до температуры - 100-150^oС и его частичное испарение с переходом в парожидкостное состояние. Далее парожидкостный поток азота разделяется. Одна его часть поступает в испаритель 6, а другая через вентиль 5 подается в кольцевой коллектор 12. В испарителе 6 за счет тепла воды, которая подается в корпус 7 через задвижку 8 из магистрального водопровода 9, жидкий азот полностью испаряется и переходит в газообразное состояние, а вода охлаждается. На выходе из испарителя 6 холодный газ азота направляется в кольцевой коллектор 11 и под давлением через тангенциально расположенные форсунки 13 с большой скоростью втекает в каналы спирального лабиринта 14, где раскручивается в вихревой поток, одновременно смещаясь по спиралям лабиринта 14 на выход из циклонного завихрителя 10. Одновременно из коллектора 12 в раскрученный газовый поток азота вспрыскивается в виде аэрозоли парожидкостная смесь азота. В зауженной части корпуса циклонного завихрителя 10 образовавшаяся газопарожидкостная смесь приобретает еще большую кинетическую энергию вихревого вращения.

При этом за счет центробежных сил в центральной части вихря образуется зона с пониженным давлением (зона разрежения), что приводит в более интенсивному испарению здесь капель жидкого азота и резкому снижению температуры центральной части вихря. В зону разрежения введен конец трубы 17, в которую через отводную трубу с вентилем 4 подается под давлением газообразный азот. В центре трубы 17 коаксиально ей размещена водоводная трубка 15. В нее из корпуса 7 поступает охлажденная вода, которая через капиллярно-перфорированный наконечник 16 распыляется в концевую часть трубы 17. Здесь образующаяся тонкодисперсная взвесь воды подхватывается газовым потоком, существующим в трубе 17, дробится им до мельчайших капелек и выносится в центральную разреженную и наиболее холодную часть вихревого потока. На выходе из трубы 17 водогазовый поток за счет адиабатного расширения еще больше охлаждается. При этом взвешенные тонкодисперсные частицы воды в зоне пониженного давления переходят в состояние парокапельного тумана и мгновенно замерзают с образованием кристаллов льда в виде снежинок. Образующийся снег выбрасывается из циклонного завихрителя 10 общим парогазовым потоком азота в воздушную среду горной выработки. Образующаяся масса снежных кристаллов за счет хорошо развитой поверхности улавливает и связывает взвешенную угольную пыль и адсорбирует молекулы метана, переводя его в связанное кристаллогидратное состояние. Выпадая на почву горной выработки, снежная масса хорошо очищает атмосферу от взрывоопасных газопылевых частиц и может быть убрана из призабойного пространства обычными механическими средствами.

Предложенное техническое решение позволяет повысить безопасность труда в горных выработках, отличающихся большим выходом газа и пыли, и снизить материальные и трудовые затраты на производство горноспасательных работ.