Изоляция рудничных пожаров с применением инертных газов

Изоляция рудничных пожаров с применением инертных газов производится в следующих случаях:

• а) при недоступности очага пожара в отношении других охлаждающих или изолирующих средств;
• б) при необходимости избежать обрушений, которые могут быть вызваны в случае применения воды или заиловочной пульпы;
• в) при необходимости ускорить создание в изолированном участке невзрывчатой или не поддерживающей горения атмосферы;
• г) при необходимости ускорить работы по изоляции участка (путем сокращения времени на создание громоздких взрыво-устойчивых или водоустойчивых и фильтрующих перемычек) и по его вскрытию.

Применение инертных газов эффективно лишь при условии расходования достаточно больших по отношенню к объему изолированного участка количеств; поэтому применение этого способа наиболее целесообразно:

• а) при тушении пожаров в тупиковых выработках, в особенности уклонных;
• б) при хорошей изоляции пожарного участка;
• в) при тушении пожаров в небольших по объему изолированных участках.

В технике борьбы с рудничными пожарами и противопожарной защиты шахт инертные газы могут применяться не только для оперативной борьбы с пожарами, но и в качестве средства борьбы с длительными пожарами, угрожающими сохранности залежей и пластов полезного ископаемого. Работы по тушению длительных и распространившихся вне зоны действующих выработок пожаров организуются самим предприятием, причем горноспасательные части привлекаются к этим работам лишь для выполнения специальных заданий, связанных с применением противогазовой техники. Так, например, организуются работы по заиливанию с поверхности больших пожарных или опасных в отношении самовозгорания выработанных участков (специальными конторами по заиливанию). Аналогично работам по заиливанию организуются и работы по заполнению и «промывке» пожарных участков инертными газами.

Ввиду того что для тушения этим способом старых распространенных пожаров требуются огромные количества инертного газа, для этой цели используют топочные газы, состоящие, например, при отоплении углем, приблизительно из 15% двуокиси углерода, 5% кислорода и 80% азота с примесями окиси углерода и сернистых газов. По предложению инж. Д. Ермузевича, охлажденные топочные газы используются для циркуляции через пожарный участок по нагнетательным и исходящим скважинам, чем достигается одновременное охлаждение пород и нейтрализация газовой фазы в очаге пожара. Недостатком топочных газов является непостоянство их состава и наличие кислорода, способного поддерживать окисление нагретых горючих материалов.

Для тушения пожаров в подземных выработках требуется более эффективный инертный газ. Для этой цели в настоящее время применяют главным образом двуокись углерода. Хотя в практике горноспасательного дела известны случаи получения углекислого газа на месте (в подземных выработках), термическим разложением углекислых солей (CaCO3, или NаНСО3) или воздействием на них кислот (HCI, H2SO4), однако, учитывая громоздкость установок для получения больших количеств газа и то, что применение газа в подземных условиях рассчитано на получение результатов в короткие сроки, в настоящее время во всех горноспасательных частях используют углекислый газ, сжиженный в стальных баллонах.

Преимуществами углекислого газа являются:

• а) большой удельный вес (1,524), способствующий вытеснению воздуха из очага пожара;
• б) большая теплоемкость по сравнению с воздухом;
• в) большое поглощение тепла при разложении при высоких температурах;
• г) возможность использовать сжиженный углекислый газ (в виде снега) для местного охлаждения выработок при необходимости кратковременных работ в окружении высокой температуры.

Передвижные углекислотные батареи, имеющиеся на оснащении ВГСЧ, снабжаются широко проходными вентилями и коллекторами, позволяющими выпускать углекислоту из баллонов со скоростью до 30 кг/мин, или в редуцированном (газообразном) виде — 15м3/мин.

Углекислый газ может выпускаться в изолированный участок в газообразном или твердом (углекислый снег) видах.

В первом случае углекислый газ выпускается из вертикально стоящих бессифонных баллонов при помощи заранее смоченного (для газонепроницаемости) брезентового пожарного шланга или прорезиненного шланга, или путем доставки баллонов за перемычки и выпуска СО2 непосредственно из вентилей. В случае обмерзания вентилей их прогревают тряпками, смоченными горячей водой. Преимуществом первого способа является большая простота обращения с баллонами и большая безопасность в отношении взрыва баллонов. Недостаток — опасность утечки углекислого газа перед перемычкой и создание непригодной для дыхания атмосферы, а также опасность промерзания и поломки шлангов. В тех случаях, когда работа по выпуску углекислого газа производится без противогазов, следует контролировать состав атмосферы перед перемычкой при помощи углекислотного газоопределителя.

Преимуществом второго способа является возможность обойтись без коллекторов и шлангов и отсутствие утечек. Однако этот способ применим только в случае, если температура воздуха за перемычкой не превышает 30°. При более высоких температурах давление газа в баллоне быстро растет и может привести к разрыву баллона. При отсутствии шлюза доставка баллонов за перемычку связана с периодическим впуском свежего воздуха, а при наличии шлюза — с дополнительным расходованием инертного газа.

Впуск двуокиси углерода за перемычку в твердом виде может быть осуществлен из нормально стоящих сифонных баллонов или опрокинутых вниз вентилем бессифонных баллонов. Для подачи жидкой СО2 за перемычку рекомендуются бронированные шланги диаметром от 12 до 30 мм  или шланги, применяемые для пневматического инструмента. На конце шланга необходимо предусмотреть насадок с диаметром несколько меньшим диаметра вентиля на баллоне. При выходе из насадка жидкая углекислота частично испаряется, частично, вследствие низкой температуры испарения, превращается в углекислый снег. Образование снега может быть усилено путем придания выпускному патрубку формы расширяющегося конуса.

Впуск двуокиси углерода в твердом виде, при необходимости создания в участке инертной атмосферы, нецелесообразен, так как сублимация ее протекает сравнительно медленно и скорость проникновения газа через неплотности может оказаться больше скорости сублимации. (Сублимация — переход вещества при нагревании из твердого состояния непосредственно в газообразное, минуя жидкую фазу). Поэтому выпуск твердой двуокиси углерода в изолированный участок следует производить лишь при желании обеспечить сильное местное охлаждение за перемычкой.

При отсутствии углекислого газа его можно заменять азотом. Азот в баллонах находится под давлением большим, чем углекислый газ (соответственно 78 и 150 кг/см2 при комнатной температуре), поэтому обращение с азотными баллонами требует еще больших предосторожностей в отношении предупреждения ударов и нагревания по сравнению с углекислотными баллонами.

Расчет количества инертного газа, потребного для создания инертной атмосферы в изолированном участке, приведен в здесь. Для прекращения горения угля и крепи надо создать ориентировочно 40%-ю концентрацию СО2. Практика тушения рудничных пожаров с применением инертных газов показывает, что вследствие неплотности изолируемых участков расход газа может оказаться значительно больше расчетного. По данным M. П. Еременко, при тушении четырех пожаров на угольных шахтах разных районов были израсходованы количества углекислого газа, приведенные в табл. 4.

При выпуске углекислого газа в изолированный участок следует:

• а) вводить углекислый газ со стороны входящей струи;
• б) выпускать газ в нижнюю часть изолированного участка, за исключением случаев, когда есть опасность вытеснить метан углекислотой в сторону очага пожара.

При этих условиях расход газа будет наиболее экономным. Попытки создания взрывобезопасной атмосферы в момент закрывания перемычек газообильного изолируемого участка при помощи выпуска газообразной двуокиси углерода могут оказаться удачными лишь при условии одновременного выпуска СО2 из большого числа баллонов. Например, при средней объемной скорости движения воздуха через пожарный участок до закрытия перемычек 300 м3/мин, для создания 30%-ной концентрации в вентиляционной струе желательно производить одновременный .выпуск СО2 из 6 баллонов, сменяя их каждую минуту, что за 10 минут потребует опорожнения трех углекислотных батарей.

Фактически выпуск СО2 в практике тушения рудничных пожаров производится до сих пор гораздо медленнее (по 5—6 минут на баллон).

Tаблица 4. Количества углекислого газа, израсходованные для тушения рудничных пожаров изоляцией