Высокоэффективные экологичные средства пожаротушения  рудничных эндогенных пожаров

Александр Гусев

Высокоэффективные экологичные средства пожаротушения рудничных эндогенных пожаров

В работе уделяется внимание эндогенным пожарам, которые включают в себя процессы горения, протекающие в природных и техногенных полостях, как замкнутой, так и частично открытой конфигурации, под землей, под водой, в тоннелях и замкнутых каналах (подводных, подземных, надземных), в шахтных выработках угля и руды полезных ископаемых, и в хвостохранилищах. В работе предложены средства газового контроля подземного эндогенного пожара по концентрации О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и его ядра. Результаты замеров температуры наносят на вертикальный разрез участка. Соединив точки с одинаковой температурой, определяют эпицентр пожара. Наиболее надежным и точным методом своевременного обнаружения рудничных пожаров является систематический контроль за химическим составом рудничного воздуха и воды в сочетании с замерами температуры в выработках. На основе имеющегося положительного инновационного опыта по тушению крупного техногенного пожара в крупном кабельном канале предложены высокоэффективные средства пожаротушения на основе газифицирующегося (в 800 раз по объему) криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средств для эксплуатации в карьерных разрезах и хвостохранилищах в условиях отсутствия кислорода и наличия большого количества воды. Впервые предложено производить большое количество криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных средств альтернативной энергетики (ветрянная энергогенерирующая башня, ветрогенераторы, и т.д.). Предложено использование мембран (молекулярных сит) для получения газообразного азота в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе при ожижения, что снижает затраты энергии на получение криожидкости азота. В результате выполнения работы предложена эффективная апробированная крупномасштабная технология азотного пожаротушения. Предложены экологически чистые комплексы генерации необходимого количества энергии и криожидкости азота для их потребления на месте тушения пожара. Применение способа и инфраструктуры обеспечивает высокую экономическую эффективность и производительность пожаротушения.

Экономика и экономические науки

Статьи

Вуз: Независимое исследование (нет вуза)

ID: 5cf1904d7966e10545e7ff82

UUID: b156f750-6611-0137-1770-525400005860

Язык: Русский

Опубликовано: почти 5 лет назад

Просмотры: 80

11.7

Александр Гусев

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 2,0 МБ

Поделиться работой

А.Л. Гусев Высокоэффективные экологичные средства пожаротушения рудничных эндогенных пожаров Научно-технический центр «ТАТА» Россия, г. Саров, ул. Московская, дом 29, оф. 306 т.р. +7-9047884477, e-mail: gusev@hydrogen.ru Автор работы (военный инженер управления космического центра Гусев А.Л.) совместно с военными инженерами управления космического центра Калачевым О.В. и Кукушкиным А.П. впервые в мировой практике осуществили тушение крупного техногенного пожара в замкнутом пространстве крупного 8 километрового кабельного канала с 200-ми восьмикилометровыми кабелями «без права муфтования» путем газификации криогенного азота. Было газифицировано 7 тонн криогенного азота, т.е. применено 5 млн. 600 тыс. литров газифированного холодного азота. Пожар был успешно прекращен не более чем за час. В тушении пожара участововало 3 человека (военные инженеры: Гусев А.Л. и Кукушкин А.П. и водитель криогенного заправщика). Правительственная комиссия под руководством генерала Байбакова и курируемый ею расчет из 300 человек, полностью экипированный пожарными машинами в том числе и машинами «Ураган», пожарными танками, большим запасом фреона (было применено более 300 бочек фреона) с задачей по тушению пожара штатными средствами, к сожалению, справиться не смогла. Данный опыт применения криогенного пожаротушения стал отправной точкой по созданию в РФ криогенных систем пожаротушения. Способ пожаротушения был успешно повторен спустя месяц в кабельном канале. Сведения об авторе: военный инженер-испытатель космической техники. С 1983 по 1988 гг. занимался испытаниями новейших образцов космической техники («Салют», «Мир», «Союзы», «Прогрессы», «Венера», «Буран», «Квант», «Спектр» и др., обычные скафандры и скафандры для выхода в открытый космос «Орлан-Д» и др.). С 1988 по 1995 гг. выполнял обязанности руководителя работ по подготовке криогенновакуумных систем хранения и заправки водородом, кислородом и азотом многоразовой транспортной космической системы «Энергия» к запуску РКК «Энергия-Полюс» и «Энергия-Буран» участвовал при запусках этих систем и «горячих прожигах» двигателей РКК «Энергия» на универсальном космическом стартовом стенде (УКСС). Образование: Военный инженерный краснознаменный институт им. А. Ф. Можайского (ВИКИ им. А. Ф. Можайского, 1978-1983 гг.) – руководитель дипломного проекта к.т.н. Черняк Н.В., аспирантура ВНИИ «Криогенной техники» ХИМНЕФТЕМАША СССР по криогенно-вакуумной тематике с отличием (1989 – 1994 гг) научный руководитель аспирантуры – нач. отд.105 НПО «Криогенмаш» к.т.н. Куприянов В.И.), участвовал в качестве руководителя боевого расчета по испытанию космических аппаратов всех типов и скафандров космонавтов в барокамерах СМ-257 и СМ-702 на интегральную и локальную негерметичность. Область научно-технических интересов: космические аппараты (КА), ракетоносители (РН), топливо для космических аппаратов и ракетоносителей, системы термостатирования КА и РН, космические заправочные комплексы, космические энергетические установки, нестационарный тепло-массообмен. эксперт РОСНАНО, ФЦНТП, других научных фондов, рецензент известных международных журналов. Публикации: автор 1 монографии, более 300 научных работ и более 50 патентов, большинство из которых внедрены, научный редактор более 300 номеров международных научных журналов. 1

Аннотация В «Столетнем меморандуме» от 13 ноября 2006 года Главам Большой Восьмерки автор статьи совместно с известными учеными нескольких стран мира обратился с призывом развивать альтернативную энергетику для сохранения экологии. Одной из наиболее распространенных экологических проблем 21 века на угольных разрезах и хвостохранилищах являются эндогенные суперпожары, которые возникают в результате самовозгорания подземных пород и горючих материалов на огромных территориях со значительными поверхностями доступа, объемами горючего материала и поступающего воздуха и, как следствие, значительным образованием тепла. В работе рассматриваются высокоэффективные экологичные средства пожаротушения для рудничных эндогенных пожаров, основанные на применении передвижных инновационных альтернативных источников энергии, концентраторов энергии, воздухоразделительных установок, газгольдеров комприммированного азота, ожижителей азота, газификаторов, криогенных разборных трубопроводов, запорной арматуры, сенсорной техники и систем управления. Наиболее характерны пожары для месторождений бурых углей. Причина таких пожаров носит природный характер — бурый уголь имеет свойство самовозгораться на открытом воздухе. Подземные пожары могут гореть длительные периоды времени от месяцев до нескольких тысяч лет (Фанские горы, Таджикистан), пока не истощится пласт. Они могут распространяться на значительные площади по шахтным выработкам и трещинам в массиве горных пород, а также в хвостохранилищах. После выработки полезных ископаемых промышленным способом эндогенный пожар может возникнуть в отработанных участках шахт и рудников. Серьезную проблему представляют рудничные эндогенные пожары на Коркинском разрезе (Россия) и на Сибайском карьере (Россия). Имеется несколько успешных примеров борьбы с подземными пожарами: в 2004 году удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу (вблизи Урумчи, Синьцзян, Китай) – горел с 1874 года Поскольку пожары подземные, их чрезвычайно трудно погасить, что, не в последнюю очередь, связано с трудностью либо невозможностью доступа к очагу горения. Подземные пожары также очень сложно обнаружить. Подземные пожары требуют колоссального объема автономных энергоресурсов, экологически чистых флегматизирующих, ингибирующих, охлаждающих и кислородвытесняющих веществ, а также точного определения компонентов реагирующих веществ и конфигурации ядра подземного пожара, полного и точного представления физико-химической картины эндогенного пожара. Для тушения эндогенного суперпожара, т.е. достижения целевой функции тушения пожара – Pvar[0-1](t) значения равного 1, где t – время процесса тушения пожара, достаточно убрать или существенно снизить влияние одного из действующих факторов: а) F var[0-1] (t) – функция степени взаимодействия поверхности доступа с окислительной средой воздуха и V var[0-1](t) – функция степени прекращения реализации окислительных реакций в объеме горючего материала, при достижении значения 1 все окислительные реакции в объеме горючего материала прекращены; б) W var[0-1]((t) – функция прекращения поступления воздушного потока, при достижении значения 1 поступление воздуха через пористую матрицу к эпицентру пожара прекращено; в) Q var[0-1](t) – функция прекращения генерации теплового потока, при достижении значения 1 генерация теплового потока в объеме пожара прекращена. В работе предложены инновационные средства газового контроля подземного эндогенного суперпожара по определению картины распределения влажности, картины распределения температур, карты концентраций О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и контуров его ядра. Результаты замеров температуры наносят на вертикальный разрез участка, соединив точки с одинаковой температурой, определяют эпицентр пожара. Наиболее надежным и точным методом своевременного обнаружения рудничных пожаров является систематический контроль за изменением локальной влажности, химическим составом рудничного воздуха и воды в сочетании с замерами температуры в выработках. В связи с тем что при эндогенных суперпожарах поверхности доступа и объем горючего материалы чрезвычайно велики, поступление воздуха и образование избыточного тепла, как правило, значительны, то потребное количество охлаждающих, флегматизирующих, 2

вытесняющих воздух веществ также значительно. При этом существующая инфраструктура генерации пожаротушащих, охлаждающих и флегматизирующих веществ рассредоточена на большой территории и ее концентрация не достаточна для тушения суперпожара эндогенной этимологии. На основе имеющегося положительного инновационного опыта по тушению крупного техногенного пожара в крупном кабельном канале предложены высокоэффективные средства пожаротушения на основе газифицирующегося (в 800 раз по объему) криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средств для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах в условиях отсутствия кислорода и наличия большого количества воды. Пожаротушение азотом имеет ряд преимуществ. Если тушить пожар в шахте водой, то она придет в негодность на десятки лет. Высокая температура в ядре пожара может разлагать воду на кислород и водород с образованием гремучей смеси и взрыва. Пожаротушение азотом объемное. При таком способе тушения азот проникает во все уголки, распространяясь по всему разрезу или шахте. Азот для тушения пожаров можно генерировать прямо на месте. Также, для того, чтобы обеспечить незамедлительную реакцию во время возгорания можно использовать ресиверы системы пожаротушения. В ресиверах поддерживается определенное количество азота, нужного для пожаротушения. Впервые предложено производить большое количество криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных и экологически чистых энергосредств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня, передвижные ветрогенераторы, автономные солнечные электростанции т.д.). Предложено использование разделителей воздуха с выделением целевого продукта – азота на основе мембран (молекулярных сит), вихревых устройств. Получение больших количеств газообразного азота в районе экокатастрофы необходимо для вытеснения воздуха. Кроме того, получение больших количеств газообразного ахота необходимо для его использования в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе ожижения. Это снижает эксергетичнские затраты на получение криожидкости азота. Таким образом, в работе рассматривается как применение газифицирующейся криожидкости, так и газообразного азота. В результате выполнения работы предложена эффективная апробированная крупномасштабная технология азотного пожаротушения (криожидкость + газифицирующися азот+ газообразный азот). Предложены экологически чистые комплексы генерации значительного количества энергии и криожидкости азота для их потребления на месте тушения пожара на основе использования альтернативных источников энергии, размещенных в зоне суперпожара эндогенной этимологии. Автором предложены концептуальные схемы пожарных криотранспортных средств различного класса (легковые автомобили, грузовые автомобили, локомотивы) для применения их в хвостохранилищах в условиях эндогенных суперпожаров и на запретных близлежащих территориях и средств перевозки крупных количеств азота к месту пожара (дирижабли, танкеры). В работе выполнен аналитический анализ существующих средств пожаротушения, применяемых при тушении эндогенных суперпожаров по патентным и библиографическим источникам. Главное в работе - идея по использованию альтернативных источников энергии на месте тушения, газификация азота с эжекцией (подсосом) холодной суспензии бинарного льда (теплоемкость бинарного льда, примерно в 100 раз больше чем у жидкости), строгая система мониторинга ядра пожара с использованием подземных индикаторов: датчиков температуры, датчиков концентрации кислорода, СО, водорода и наземных индикаторов влажности и задымленности. Кроме того, важным являются средства доставки криоазота, а также безопасный транспорт для работы в зоне отчуждения и в хвостохранилищах. Работа по тушению больших пожаров, которые горят несколько столетий или тысячелетий потребует особого подхода, один из вариантов которого мы здесь и представляем. Он связан с созданием инфраструктуры тушения эндогенных суперпожаров, рассчитанной на много лет непрерывной работы. После того, как данная технология и инфраструктура будут созданы и апробированы они могут быть очень восстребованы в странах, которые не могут десятилетиями справиться с эндогенными пожарами. Таким образом, новая Концепция, устройства и технологии могут быть прообразом экологически чистой, экономически оправданной, быстровозводимой, рентабельной системы пожаротушения эндогенных суперпожаров. 3

Результатом реализации инициативного проекта может быть государственная или коммерческая система пожаротушения эндогенных суперпожаров (СПНЭС), данная система будет очень восстребована в энергетической и экологической дипломатии. Ключевые слова: эндогенные пожары, очаг горения, горючий материал, вытеснение воздуха, способы тушения, газифицирующийся азот, азотные мембраны, флегматизирующие вещества, хвостохранилища, криогенная азотная пожарная техника, криогенный азот, альтернативные источники энергии. Введение В «Столетнем меморандуме» от 13 ноября 2006 года Главам Большой Восьмерки автор статьи совместно с учеными нескольких стран мира обратился с призывом развивать альтернативную энергетику для сохранения экологии [1]. Специфические (локальные) экологические проблемы имеет каждый регион страны [2]. Методы их решения обычно строго индивидуальны. Одной из наиболее распространенных экологических проблем 21 века на угольных разрезах и хвостохранилищах являются эндогенные суперпожары, которые возникают в результате самовозгорания подземных пород и горючих материалов на огромных территориях со значительными поверхностями доступа, объемами горючего материала и поступающего воздуха и, как следствие, значительным образованием тепла. В мире зафиксировано около 7 000 000 эндогенных пожаров. Эндогенный пожар возникает в результате самовозгорания подземных пород и горючих материалов. К самопроизвольному горению приводит совокупное действие следующих условий: a) достаточный объем горючего материала; b) поступление воздуха; c) избыточное образование тепла. Из-за окисления горючих материалов или полезных подземных ископаемых кислородом повышается их температура и происходит возгорание. Химическая активность добываемых пород и геологические особенности их залежей являются природными факторами возникновения эндогенных пожаров. К горнотехническим факторам самовозгорания относятся условия ведения их добычи. После выработки полезных ископаемых промышленным способом эндогенный пожар может возникнуть в отработанных участках шахт и рудников. Самовозгорания наносят большой ущерб как жизням людей, так и материальному имуществу. Из-за обширности и глубины залегания горящих пластов подземный пожар сложно, а иногда просто невозможно ликвидировать. Возгорания угольных пластов — естественные явления, так как некоторые угли могут самовозгораться при температурах ниже 100°C при определённой влажности и размерах пластов. Лесные пожары (вызванные молнией или другие) могут поджигать уголь, залегающий вблизи от поверхности, и горение может распространяться через пласты. Доисторические обнажения шлака - результат древних пожаров угля, которые оставили каркас, сопротивляющийся эрозии лучше, чем сама матрица. По оценкам учёных, Пылающая гора (Burning Mountain) в Австралии является древнейшим из известных горящих месторождений - пожар там продолжается около 6 тыс. лет. В мире существуют тысячи активных подземных пожаров, особенно в Китае и Индии. Современные слоевые горные разработки открывают тлеющие пласты угля воздуху, который возобновляет горение. Среди сотен подземных пожаров в США наиболее известный находится в городе Централия (Рис.1а) Начал гореть в 1962 году. Сегодня активны и другие подземные пожары в США, например в городе Вандербилт. 4

Рис.1а Подземный пожар Централия штат Пенсильвания [https://www.nkj.ru/open/36194/ ] Рис.1 б Инициирование подземного пожара при добыче полезных ископаемых в г. (США) Подземные пожары могут начинаться в результате аварии, обычно вызывая взрыв газа (Рис.1б). Некоторые подземные пожары возникли, при уничтожении властями нелегальных горных разработок. Много шахтных пожаров начались по вине людей, сжигающих мусор поблизости от брошенных угольных шахт (как, например, это произошло в Централии). Сельские жители Китая в угольных регионах часто добывают уголь для домашнего использования, отказываясь от выработок, когда они истощаются, бросая быстро воспламеняющуюся угольную пыль на открытом воздухе. Рис.2 Подземные пожары Имеется несколько успешных примеров борьбы с подземными пожарами: в 2004 году в Китае удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу, горение которого продолжалось с 1874 года. Угольные пожары Китая сжигают 20—30 миллионов тонн угля в год. Самые страшные из текущих пожаров находятся в каменноугольных бассейнах Уда во Внутренней Монголии. Серьезную проблему представляют рудничный эндогенный пожар на Коркинском разрезе (Россия) и пожар на Сибайском карьере (Россия). В работе предложены средства газового контроля подземного эндогенного пожара по концентрации О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и контуров его ядра по сопоставлению проб газового анализа в зоне предполагаемого эндогенного подземного пожара. На основе имеющегося у автора положительного инновационного опыта по внедрению предложенного способа пожаротушения на основе газифицирующегося криогенного азота в сложной ситуации самовозгорания 200 кабелей в крупном кабельном 8-ми километровом канале космического стартового комплекса «Энергия-Бурна» [3, 4, 5] впервые предложена концепция тушения крупных рудничных эндогенных суперпожаров с применением большого количества газифицирующегося азота, подаваемого в области, граничащие с контуром ядра пожара. При газификации криогенного жидкого азота объем газообразного азота превышает в 800 раз объем криожидкости. Таким образом, очень удобно транспортировать огромные количества инертного газа в виде криогенной жидкости, так как ее объем в 800 раз меньше объема занимаемого газом при нормальных условиях. 5

Предложены инновационные средства пожаротушения на основе газифицирующегося криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Предложена автономная инфраструктура, обеспечивающая длительную эффективную деятельность средств пожаротушения на основе криоазота. Кроме того, предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средста для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах, в том числе и в аварийных условиях при отсутствии кислорода и наличия больших количеств воды. Впервые предложено производить большие количества криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных средств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня, ветрогенераторы, солнечные генераторs и т.д.). Предложено использование крупномасштабных мембран (молекулярных сит) и каскадных вихревых труб для получения больших количеств газообразного азота в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе ожижения, что снижает затраты энергии на получение криожидкости азота и обеспечивает накопление газообразного компримированного азота в большеобъемных газгольдерах. Глава 1. Генезис и определение контуров ядра рудничного эндогенного пожара 1.1. Рудничные пожары По причинам возникновения рудничные пожары делятся на две основные группы: экзогенные, возникающие под действием внешних источников высокой температуры, и эндогенные, возникающие при самовозгорании некоторых полезных ископаемых и вмещающих пород. Экзогенные пожары могут возникать на рудниках от действия электрической искры: - при коротком замыкании электрического тока, - небрежного обращения с открытым огнем, - горения кабеля, - нарушений правил безопасности при сварочных и автогенных работах и ряда других причин. Эндогенные пожары возникают при разработке месторождений полезных ископаемых с большим содержанием сульфидов металлов (цинка, меди, свинца, железа, никеля и др.). Под действием кислорода сульфиды окисляются с выделением тепла. В тех случаях, когда генерация тепла больше теплоотдачи его во внешнюю среду, массив самовозгорается. По мере повышения температуры ускоряется процесс окисления и одновременно увеличивается теплоотдача. При эндогенных суперпожарах температура вещества повышается за счет химических процессов. Наиболее часто эндогенные суперпожары возникают от самовозгорания полезного ископаемого в выработанных участках, завалах. Процесс окисления и самовозгорания сульфидных руд протекает на поверхности или неглубоко от нее, поэтому плотные руды не самовозгораются до их разрыхления. Опасности самовозгорания подвергаются разрыхленные руды, а также массивы руды, находящиеся в целиках, разбитых трещинами, в которые проникают воздух и влага, способствующие окислению и самовозгоранию. Опасными в пожарном отношении являются участки месторождения со скоплениями битой руды и пыли. Эндогенные суперпожары возникают в колчеданных рудниках при взаимодействии многих факторов, из которых особое значение имеют: - - присутствие в выработках раздробленного колчедана, сульфидной мелочи и пыли в условиях, способствующих окислению; наличие в шахте крепежного леса в контакте с колчеданной мелочью и пылью в старых выработках, подвергающихся горному давлению, где крепежный лес деформируется и расщепляется, а руда измельчается, увеличивая поверхность контакта; значительная кислотность рудничных вод; 6

- приток воздуха в выработанное пространство; выделяемая теплота при окислении руд; электротехнические токи, образующиеся при контакте минералов с различными естественными потенциалами; благоприятные условия (в особенности термические свойства пород и применяемых закладочных материалов) для местной аккумуляции теплоты. От своевременности обнаружения рудничных пожаров зависит успех борьбы с ними. Рудничные пожары распознают по внешним признакам, газоаналитическим и физическим (пирометрическим) методами. По внешним признакам начинающиеся рудничные пожары обнаруживают по увеличению влажности воздуха вблизи пожара. С увеличением температуры возгораемого массива в выработках образуются туманы, а на более холодных стенках пары воды конденсируются и оседают в виде капель выпотов. В районе возникающих рудничных пожаров увеличивается температура рудничного воздуха и воды, появляется характерный кисловато-битуминозный запах. При окислении колчеданных руд выделяется также сернистый газ с острым запахом и вкусом, сильно разъедающий слизистую оболочку глаз. Основным признаком эндогенного пожара является устойчивое присутствие окиси углерода в пробах воздуха в количестве 0,01% и более. Дополнительными признаками эндогенного пожара являются: 0 - повышение температуры воздуха и воды до 25 и более; - увеличение влагосодержания воздуха в два раза по сравнению с первоначальным значением; - совместное присутствие водорода и углеводородов в концентрациях выше фоновых значений в пробах воздуха. [https://studopedia.ru/2_88405_pri-vedenii-gornih-rabot.html] Эндогенные пожары имеют свою специфику развития [https://helpiks.org/5-29951.html ] процессе развития эндогенного пожара выделяют следующие стадии: В 1) самонагревания; 2) раннюю стадию самовозгорания 3) стадию горения угля. Самонагревание угля начинается, как только создаются условия для аккумуляции теплоты. Интенсивное нагревание угля на этой стадии невозможно, поскольку выпаривание содержащейся в угле влаги отнимает значительное количество теплоты. Стадия самонагревания длится в течение нескольких недель или месяцев, в основном определяет длительность инкубационного периода процесса самовозгорания и протекает в интервале температур, начиная со значений, характерных для условий данной выработки, и до критической температуры самовозгорания. По достижении критической температуры начинается ранняя стадия самовозгорания угля. В этой стадии развития эндогенного пожара быстро разогревается уголь, что приводит к его воспламенению (табл.1). Таблица 1 - Критическая температура самовозгорания различных углей Вид угля Бурый уголь Каменный уголь (V 20 %) daf Тощие угли (V daf > < 20%) Критическая температура о самовозгорания tкр С Температура воспламенения о tв С 70-90 150-200 90-120 300-350 1200-1400 600-700 7

1.1. Горно-геологические факторы пожарной опасности [https://helpiks.org/529952.html] Степень пожарной опасности определяется геологическими особенностями месторождения, способами и скоростью ведения горных работ. Относительную пожарную опасность залежи или пласта можно оценить по числу пожаров, приходящихся на 1 млн. т добычи при одинаковых системах разработки. Аналогично оценивают пожарную опасность систем разработки при применении их в разных геологических условиях. Иногда оценивают пожарную опасность по времени возникновения пожара от начала работ на участке. Важнейшими геологическими факторами пожарной опасности являются: 1) мощность пласта или рудного тела; 2) дистанция размещения пластов; 3) угол залегания; 4) тектоническая неоднородность; 5) характер вмещающих пород; 6) глубина залегания; 7) химический состав пласта или рудного тела. Чем больше мощность пласта, тем выше пожарная опасность. Это обусловлено тем, что нарушения продуктивной толщи увеличиваются с ростом возмущающего воздействия. Кроме того, с увеличением мощности увеличиваются потери по площади, растут и потери в целиках, разрушаемых силами горного давления и представляющих собой скопления высокопроницаемого материала. При распространении очага эндогенного пожара различают следующие зоны его, последовательно перемещающиеся от очага возникновения в направлении притока воздуха (см. рис.4). [https://helpiks.org/5-29953.html ] Рис.3. Схема распространения очага эндогенного пожара: 1 – направление воздушной струи; 2 – направления движения газов, продуктов горения и окисления; 3 – очаг самовозгорания; 4 – направление движения очага самовозгорания. I - зона испарения гигроскопической влаги; в этой зоне происходит выделение основной массы влаги, содержащейся в горючем; II - зона выделения летучих; эта зона характеризуется пирогенетическим разложением горючего с выделением из него летучих веществ; здесь наблюдается начало практически заметного химического взаимодействия между кислородом и горючим веществом; III - зона воспламенения; в ней происходит переход окислительного процесса во времени интенсивного горения. По размерам эта зона невелика, но роль ее значительна, так как она служит источником возникновения IV зоны; 8

IV - зона горения; для нее характерно наличие свободного кислорода и частиц раскаленного горючего; V - зона восстановления; в ней газы - продукты горения - почти не содержат свободного кислорода, поэтому протекают преимущественно вторичные реакции восстановления; VI - зона потухания, или инертная зона; характеризуется выгоранием горючего и накоплением золы,чтов заметной степени происходит уже в зоне восстановления. В зоне потухания среди органической и неорганической массы, подвергнувшейся в той или иной степени пирогенетическому разложению, выделяются (как островки) включения негорючих инертных пород. Если к очагу воздух поступает медленно сверху вниз, то пожар распространяется навстречу, вверх, или, как говорят, поднимается. 1.2.Методы обнаружения эндогенных пожаров. [https://helpiks.org/5-29954.html ] Эндогенные пожары имеют свои методы и средства обнаружения очагов самонагревания и самовозгорания угля. Контроль за самонагреванием угля осуществляется по устойчивому повышению объемной доли оксида углерода и водорода относительно фоновых в горной выработке. При этом на стадии самонагревания отношение долей СО к Н2 превышает 10, а на стадии горения - менее 10. Для определения микродолей оксида углерода применяются аппаратура непрерывного контроля, газоанализаторы химические, а также, в том числе и для определения доли водорода, хроматографы. Рис.4 Разработанные автором с коллегами модели автономных газоанализаторов концентрации водорода и течеискатели, которые могут успешно применяться при определении концентрации водорода в полевых условиях (ООО НТЦ «ТАТА») Определение температуры очага самовозгорания производят по соотношению объемных долей этилена и ацетилена. Пробы для определения долей этилена и ацетилена в газоаналитической лаборатории ГВГСС отбирают в заполненные сорбентом и откалиброванные трубкиконцентраторы. Ориентировочное месторасположение очага эндогенного пожара может быть обнаружено по аномальному изменению инфракрасного излучения поверхности горных выработок с помощью пирометров. 9

Выявляются аномальные места нагревания, производят по результатам измерения температуры через каждый метр выработки путем составления тепловых карт, которые отражают распределение температуры вдоль поверхности горной выработки. Методы обнаружения эндогенных пожаров разделяют на четыре основные группы: 1) физиологические, основанные на обнаружении пожаров по так называемым «внешним» признакам, т. е. непосредственно улавливаемым органами чувств (зрением, обонянием, и др.) без каких-либо специальных приборов и аппаратуры; 2) химико-аналитические, с помощью которых устанавливают признаки пожарной опасности в основном по результатам опробования и химического анализа шахтного воздуха, воды, горных пород, материалов крепи и закладки; 3) минералого-геохимический метод, являющийся дальнейшим шагом в деле изучения подземных пожаров по составу горных пород путем наблюдения за вторичными минералами, образующимися при развитии окислительных процессов в руднике; 4) физические методы, основанные на распознавании пожара специальными приборами по тем физическим параметрам, которые в определенной мере зависят от теплового состояния среды, температуры рудничного воздуха, воды и горных пород, влажности рудничного воздуха и др. Целесообразнее всего комплексно пользоваться всеми имеющимися способами, взаимно дополняя и проверяя полученные данные. Физиологические методы. При температуре около 50°С почти 40 % прореагировавшего с углем кислорода переходит в воду. С повышением температуры количество этой воды уменьшается. Вода гигроскопическая и образующаяся в результате окисления угля повышает влажность рудничного воздуха. Увеличение влажности в очаге возгорания может быть обнаружено на глаз в виде тумана и выпотов. Туман образуется при конденсации водяных паров в холодном воздухе, выпоты - путем оседания капелек влаги на более холодных поверхностях (крепи, стенках выработок и др.). Следует иметь в виду, что туман и выпоты могут наблюдаться и при отсутствии нагревания ископаемого, например, в местах встречи двух воздушных струй с различной температурой. При этом образуется смесь воздуха, перенасыщенная водяными парами, в результате чего происходит конденсация последних. Белые налеты (выцветы) на стенках выработок появляются в результате окисления сернистого железа и перехода его в сульфат. В выработках угольных шахт верным признаком наличия пожарного очага является запах, напоминающий запах нефтяных продуктов (керосина, бензина и т. п.), а позднее, при дальнейшем развитии пожара - запах смолы (скипидара). Этот запах (и масляный вкус) обусловлен присутствием в пожарных газах пентана (С 5Н12), гексана (C6H14) и других углеводородов предельного ряда в смеси с непредельными - этиленом (C2 Í4), бензолом (C6H6) и др. Запах термического разложения сосновой смолы, вызванный испарением из нее эфирных масел, ясно ощутим в воздухе при нагревании древесины от 60 70 °С. При дальнейшем нагревании древесины хвойных пород, примерно до 90-130 °С, появляются более острые запахи - муравьиной кислоты и скипидара, а затем, начиная со 120140 °С и выше, - характерный кисловато-битуминозный запах (в результате образования при дистилляции древесины некоторых количеств уксусной кислоты, метилового спирта и дегтя). По мере нагревания древесины запах дегтя становится все более ощутимым. Для рудников показателем служит запах сернистого ангидрида (SO 2), появляющийся при нагревании самородной серы и сульфидов. SO2 - газ с чрезвычайно резким запахом и вкусом, раздражает слизистые оболочки носа, рта и гортани; его присутствие в воздухе ощущается уже при объемной доле 0,0005 %. При разгорании пожара эти запахи сменяются пожарным смрадом, напоминающим запах горящей каменноугольной смолы или дегтя. Вслед за этим появляются дым и (не всегда) пламя. Несколько ранее в воздухе выработок уже явственно ощущается примесь удушливых газов (СО2 и др.), содержание которых в воздухе выработок постепенно возрастает. Запах SO2 можно чувствовать в рудничном воздухе и при отсутствии пожара; он может выделяться, например, при бурении шпуров по сернистым породам, при взрывных работах и т. д. К внешним тепловым признакам относятся воспринимаемые человеком повышение температуры рудничного воздуха и воды, нагрев отдельных мест на поверхности пород, угля, руд и т. п. 10

Наблюдениями установлено, что экзотермические реакции окисления ископаемых, достигнув известной степени интенсивности, служат причиной ряда патологических симптомов в человеческом организме. Болевые ощущения в этих случаях обусловлены главным образом токсическим действием на организм специфических «пожарных» газов, незначительное количество которых появляется в рудничной атмосфере уже на ранних стадиях эндогенного пожара. Наиболее ощутимым и частым на этой стадии пожара является продолжительное воздействие на организм слабых концентраций окиси углерода. При развитии процессов самонагревания организм, реагируя на создавшиеся в подземных выработках атмосферные условия, может испытывать ощущение тепла и общее неприятное самочувствие, сопровождающееся усиленным потоотделением, изредка ощущение легкой боли кожи в местах, открытых для действия газов, чувство угнетенности, а также быстро наступающую и проходящую головную боль. 1.3.Прогноз пожарной опасности [https://helpiks.org/5-29955.html ] Для склонных к самовозгоранию пластов угля устанавливается группа эндогенной пожарной опасности. Пласты угля по эндогенной пожарной опасности подразделяются на три группы: I - особо опасные; II - опасные; III – малоопасные. Склонность пластов угля к самовозгоранию устанавливается на основании результатов специальных испытаний, проводимых Научно-исследовательским институтом горноспасательного дела (НИИГД) на стадии проведения геологоразведочных работ по пробам и материалам в соответствии с "Методикой определения склонности пластов угля к самовозгоранию по данным геологической разведки месторождений Донецкого бассейна". Список шахтопластов угля, склонного к самовозгоранию, по каждой производственной единице ежегодно пересматривается, согласовывается с местными органами Госгорпромнадзора и ГВГСС, утверждается техническим директором соответствующей холдинговой компании или другой структурной организации и направляется шахтам, ГВГСС, органам Госгорпромнадзора, НИИГД и МакНИИ. На пластах угля, склонного к самовозгоранию, должен быть организован контроль за ранними стадиями самовозгорания (самонагревания) путем установления изменения отношений концентраций оксида углерода к водороду и этилена к ацетилену. Показателем стадии самонагревания угля является отношение объемных долей оксида углерода к водороду больше 10, а стадии самовозгорания и горения - меньше 10. По значению отношения объемных долей этилена к ацетилену определяется температура угля в месте отбора его проб. Для различных марок углей конкретному численному значению отношения этилена (С 2Н2) к ацетилену (С2Н4) соответствует определенная температура скопления угля (табл.1). Например, если для угля марки Д отношение содержания указанных газов по данным о лабораторного анализа равно 102, то температура в скоплении угля составляет 200 С. Однако для стадии самовозгорания метод по определению отношения концентраций непредельных углеводородов непригоден. Возникновение экзогенных пожаров обусловлено наличием в горных выработках горючих материалов (деревянная крепь, конвейерные ленты, вентиляционные трубы, резиновые оболочки кабелей, минеральное масло и пр.) и потенциальных источников возгорания (замыкание в электрических кабелях и электрооборудовании, трение взрывные работы и др.). В выработках различного технологического назначения количество и состояние горючих материалов неодинаково. Не равноценны в них также возможность появления источников открытого огня, условия развития и тушения пожаров. Кроме того отсутствуют однозначные физические зависимости между условиями в горных выработках, временем и местом возникновения пожаров. Учитывая это, возникновение и развитие пожара в горных выработках принято рассматривать как случайный процесс, а показатели экзогенной пожарной опасности устанавливать с помощью статистического метода, путем обработки и обобщения данных о пожарах. В качестве коэффициента пожарной опасности горной выработки принято произведение вероятности возникновения пожара в выработке и вероятности его развития. Вероятность возникновения пожара характеризует выработку со стороны возможных тепловых импульсов. 11

Вероятность развития пожара зависит от наличия в выработках горючих материалов и трудности его тушения. Глава 2. Рудничный эндогенный пожар на Коркинском разрезе Уголь в Коркинском разрезе добывали c 30-х годов прошлого века. За прошедшее время он превратился в самую глубокую яму Евразии. Его глубина к моменту завершения добычи в ноябре 2017 года достигла 493 метров. Этот опасный производственный объект числился за Челябинской угольной компанией. Однако ее владельцы бросили эту чадящую яму, отравляющую воздух на десятки километров вокруг, как только разрез перестал приносить деньги. Решение по ликвидации карьера есть — заполнение его закладочным материалом, который будут производить на обогатительной фабрике Томинского ГОКа. Но пока идет согласование проекта, борьбу с пожарами приходится вести всеми доступными средствами — с привлечением МЧС. А финансирование этих работ взяла на себя компания «Промрекультивация». Осенью 2018 года в Коркино была поднята последняя тонна угля. Сразу после этого руководство недропользователя — Челябинской угольной компании дало команду на вывод карьерной техники и горняков. Разрез лишился специального оборудования и персонала, задействованных на тушении эндогенных (неуправляемых) пожаров внутри разреза. Эти пожары с разной интенсивностью продолжаются внутри разреза десятилетиями. Таковы природные особенности здешнего бурого угля. Дым от горения, особенно в период неблагоприятных метеоусловий, стелется по всему Коркинскому району и даже, что официально признано властями, доходит до Челябинска [6]. 2.1. План тушения пожара на Коркинском разрезе спасателями МЧС по состоянию на февраль 2019 года От большой мотопомпы, которая подает воду, к месту работ был протянут брезентовый рукав большого диаметра, которые затем разделяется на несколько отводов. Каждый рукав оканчивается металлическими трубами с конусовидным концом. Все они снабжены многочисленными отверстиями. Через них на остужаемую поверхность подается вода непосредственно по поверхности и таким образом орошается и остужается зона самонагревания. На разрезе используется восемь таких подводов воды. Этого достаточно, чтобы постепенно ликвидировать зону нагрева, от края к центру. После охлаждения зоны самонагревания будут изолировать специально подготовленными инертными глиняными массами. Их будут наносить толщиной до одного метра. Это позволит полностью исключить контакт проблемных участков выработки с воздухом. Глава 3. Организация тушения пожара на Сибае Сибайский карьер – второй по размеру в мире: два километра в диаметре. В нем еще в 30-х годах ХХ века начали добывать медь, цинк и золото. В начале 2000-х из-за нерентабельности добычу полезных ископаемых практически прекратили: остались лишь несколько действующих подземных шахт, в которых продолжают добывать руду с помощью взрывчатки. Карьер принадлежит Уральской горно-металлургической компании. В ноябре 2018 года из карьера через трещины в поверхности начал выходить белый дым с резким запахом, а город стало накрывать желтоватым смогом. Экологи выяснили, что в течение нескольких месяцев в подземных шахтах тлеет сера, выделяя ядовитый сернистый газ: им дышат десятки тысяч местных жителей. Уровень диоксида серы в воздухе ежедневно превышает норму в 3-4 раза, а в пиковые моменты – более чем в 30 раз. На опрос горожан в местной соцсети, были ли у них из-за смога проблемы с дыханием и ощущали ли они привкус серы во рту, из почти 2,5 тысячи человек 82% ответили положительно. Осенью 2018 года эта сера начала окисляться и тлеть, выделяя в атмосферу токсичные вещества, опасные как для окружающей среды, так и для здоровья и жизни людей. 12

12 декабря 2018 года руководство города признало проблему и заявило, что ведутся работы по преодолению тления. Для этого карьер начали заливать глиняно-земляной смесью. Но ситуация в городе не улучшилась. Глава Росприроднадзора Светлана Радионова пообещала в интервью ТАСС, что тление руды в карьере в городе Сибае в Башкирии будет потушено к 28 марта. Глава 4. Критический анализ существующих способов тушения эндогенных пожаров Для тушения эндогенного пожара достаточно устранение одного из условий эндогенного пожара: a) b) c) снижение доступности критического объема горючего материала; прекращение поступления воздуха или его вытеснение; прекращение теплообразования или его эффективный теплоотвод. Тушение рудничных пожаров обычно производят: - активным способом, заключающимся в непосредственном воздействии на очаг пожара различными средствами пожаротушения (водой, огнетушителями, пеной химической или воздушно-механической, песком, инертной пылью); - способом изоляции очага пожара, т. е. прекращением притока к нему свежего воздуха. Изоляция достигается установкой в выработках, ведущих к очагу пожара, перемычек, тампонированием трещин, по которым воздух может проникнуть с поверхности в шахту и, как крайняя мера, затоплением участка пожара или всей шахты водой. - комбинированным способом, когда наряду с непосредственным воздействием на очаг пожара водой, пеной, инертными газами и др. применяется изоляция пожарного участка перемычками, а также когда от изоляции переходят к активным способам борьбы с пожаром. Противопожарные перемычки должны устанавливаться вблизи очага пожара. Конструкция перемычек должна обеспечивать надежную герметизацию пожарного участка. Если их возводят в выработках, пройденных в неустойчивых или трещиноватых породах, стенки выработки, прилегающие к перемычке, цементируют или тщательно замазывают глиной, либо защищают «рубашками» из глины, кирпича и других материалов. Противопожарные перемычки бывают временные, постоянные, баррикадные (взрывоустойчивые). Временные противопожарные перемычки сооружают, когда необходимо быстро сократить количество воздуха, поступающего в район пожара, пока у мест изоляции не будут сосредоточены необходимые материалы для сооружения постоянных перемычек. При устройстве постоянных перемычек или при усилении временных добиваются максимальной их воздухонепроницаемости. Перемычки должны сооружаться из камня, кирпича, бетонита, чураков на глине, мешков с песком. Толщина чураковых перемычек должна быть не менее 800 мм, кирпичных — не менее чем в два кирпича. Бетонитовые перемычки сооружают так же, как и кирпичные, укладывают их обычно в 1,5—2 бетонита. Перемычки, непосредственно ограждающие очаг пожара, сооружают из несгораемого материала. Глубина вруба при сооружении перемычек должна быть не менее 0,5 м в крепких породах и 1 м в слабых породах. В трещиноватых породах вруб должен уплотняться нагнетанием цемента или глины. Все постоянные перемычки должны быть тщательно оштукатурены или обмазаны глиной и побелены. Борьба с подземными пожарами методом заиливания является одним из наиболее надежных способов предупреждения и тушения пожаров. Сущность этого способа заключается в том, что участок месторождения, где возник или возможен пожар, изолируют от остальных участков изолирующими перемычками, а затем в него самотеком или искусственным напором подают пульпу. Пульпа представляет собой водную суспензию тонкодисперсного твердого материала глины, суглинков и пр. При заполнении выработанного пространства пульпой вода отфильтровывается и стекает на откаточные выработки и далее в водосборник, а твердые частицы заполняют выработанное пространство, все трещины, находящиеся в массиве, препятствуя проникновению воздуха в пожарные участки. В результате заиливания 13

выработанного пространства тормозятся окислительные процессы и охлаждаются полезные ископаемые и вмещающие породы. Глава 5. Предложенный способ тушения эндогенных пожаров Подземные пожары требуют колоссального объема автономных энергоресурсов, экологически чистых флегматизирующих, ингибирующих, охлаждающих и кислородвытесняющих веществ, а также точного определения компонентов реагирующих веществ и конфигурации ядра подземного пожара, полного и точного представления физико-химической картины эндогенного пожара. Для тушения эндогенного суперпожара (достижения целевой функции тушения пожара – P(t) значения равного 1, где t – время процесса тушения пожара) достаточно убрать или существенно снизить влияние одного из действующих факторов: а) F (t) – функция степени взаимодействия поверхности доступа с окислительной средой воздуха и V(t) – функция степени прекращения реализации окислительных реакций в объеме горючего материала, при достижении значения 1 все окислительные реакции в объеме горючего материала прекращены; б) W(t) – функция прекращения поступления воздушного потока, при достижении значения 1 поступление воздуха через пористую матрицу к эпицентру пожара прекращено; в) Q(t) – функция прекращения генерации теплового потока, при достижении значения 1 генерация теплового потока в объеме пожара прекращена. P(t)=F(t)=1; P(t)= V(t)=1; P(t)=W(t)=1; P(t)= Q(t)=1 В работе предложены инновационные средства газового контроля подземного эндогенного суперпожара по определению картины распределения влажности, картины распределения температур, карты концентраций О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и контуров его ядра. Результаты замеров температуры наносят на вертикальный разрез участка, соединив точки с одинаковой температурой, определяют эпицентр пожара. Наиболее надежным и точным методом своевременного обнаружения рудничных пожаров является систематический контроль за изменением локальной влажности, химическим составом рудничного воздуха и воды в сочетании с замерами температуры в выработках. В связи с тем что при эндогенных суперпожарах поверхности доступа и объем горючего материалы чрезвычайно велики, поступление воздуха и образование избыточного тепла как правило значительны, то потребное количество охлаждающих, флегматизирующих, вытесняющих воздух веществ также значительно. При этом существующая инфраструктура генерации пожаротушащих, охлаждающих и флегматизирующих веществ рассредоточена на большой территории и ее концентрация не достаточна для тушения суперпожара эндогенной этимологии. На основе имеющегося положительного инновационного опыта по тушению крупного техногенного пожара в крупном кабельном канале предложены высокоэффективные средства пожаротушения на основе газифицирующегося (в 800 раз по объему) криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средств для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах в условиях отсутствия кислорода и наличия большого количества воды. Пожаротушение азотом имеет ряд преимуществ. Если тушить пожар в шахте водой, то она придет в негодность на десятки лет. Высокая температура в ядре пожара может разлагать воду на кислород и водород с образованием гремучей смеси и взрыва. Пожаротушение азотом объемное. При таком способе тушения азот проникает во все уголки, распространяясь по всему разрезу или шахте. Азот для тушения пожаров можно генерировать прямо на месте. Также, для того, чтобы обеспечить незамедлительную реакцию во время возгорания можно использовать ресиверы системы пожаротушения. В ресиверах поддерживается определенное количество азота, нужного для пожаротушения. 14

Впервые предложено производить большое количество криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных и экологически чистых энергосредств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня, передвижные ветрогенераторы, автономные солнечные электростанции т.д.). Предложено использование разделителей воздуха с выделением целевого продукта – азота на основе мембран (молекулярных сит), вихревых устройств. Получение больших количеств газообразного азота в районе экокатастрофы необходимо для вытеснения воздуха. Кроме того, получение больших количеств газообразного ахота необходимо для его использования в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе ожижения. Это снижает эксергетичнские затраты на получение криожидкости азота. Таким образом, в работе рассматривается как применение газифицирующейся криожидкости, так и газообразного азота. В результате выполнения работы предложена эффективная апробированная крупномасштабная технология азотного пожаротушения (криожидкость + газифицирующися азот+ газообразный азот). Предложены экологически чистые комплексы генерации значительного количества энергии и криожидкости азота для их потребления на месте тушения пожара на основе использования альтернативных источников энергии, размещенных в зоне суперпожара эндогенной этимологии. Автором предложены концептуальные схемы пожарных криотранспортных средств различного класса (легковые автомобили, грузовые автомобили, локомотивы) для применения их в хвостохранилищах в условиях эндогенных суперпожаров и на запретных близлежащих территориях и средств перевозки крупных количеств азота к месту пожара (дирижабли, танкеры). В работе предложены средства газового контроля подземного эндогенного пожара по концентрации О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и его ядра. На основе имеющегося у автора положительного инновационного опыта по внедрению предложенного способа пожаротушения на основе газифицирующегося криогенного азота в сложной ситуации самовозгорания 200 кабелей в крупном кабельном 8-ми километровом канале Космического стартового комплекса «Энергия-Бурна» [ ]. Предложены средства пожаротушения на основе газифицирующегося криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Кроме того, предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средста для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах, в том числе и в аварийных условиях при отсутствии кислорода и наличия больших количеств воды. Впервые предложено производить большие количества криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных средств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня, ветрогенераторы, и т.д.). Предложено использование мембран (молекулярных сит) для получения газообразного азота в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе при ожижения, что снижает затраты энергии на получение криожидкости азота. Глава 6. Крупномасштабное применение газифицирующегося азота при тушении крупного техногенного пожара в замкнутом объекте. Исторический экскурс 15

Для оптимального использования запасов инертного газа за счет регулирования фазового состава огнетушащего вещества, обеспечиваемого путем регулирования интенсивности подачи криогенной жидкости по криогенному трубопроводу. Установка (Рис.5) содержит криогенную емкость с жидким азотом, газосброс, трубопровод подачи огнетушащего вещества, регулируемый клапан, по крайней мере, один датчик обнаружения, испаритель, который расположен вне криогенной емкости и нижним концом сообщен с нижней ее частью, заполненной жидким азотом, а верхним - с объемом ее наджидкостного пространства, причем на начальном участке испарителя установлен регулируемый клапан, трубопровод подачи огнетушащего вещества выполнен в виде криогенного трубопровода, на нем установлен регулируемый клапан, один конец криогенного трубопровода связан с криогенной емкостью в зоне, заполненной жидким азотом, на другом его конце установлен датчик обнаружения пожара, связанный с регулируемыми клапанами трубопровода и испарителя. Датчик обнаружения пожара может представлять собой датчик температуры, или датчик задымленности, или датчик загазованности. Датчик температуры может быть выполнен в виде биметаллического кольца, изготовленного в виде кольцевого постоянного магнита, покрытого оболочкой из ферромагнитного материала с точкой Кюри, близкой к температуре кипения жидкого азота, при этом биметаллическое кольцо теплоизолировано от корпуса муфты, напротив биметаллического кольца, в корпус муфты вмонтирован магнитоуправляемый контакт геркон. Регулируемый клапан выполнен в виде термочувствительного клапана и содержит корпус, входной и выходной патрубки, собственно клапан, седло, выходной патрубок выполнен в виде диффузора, а собственно клапан связан с рабочей термочувствительной пружиной, выполненной из материала с памятью формы и закрепленной в корпусе клапана. 16

Установка может быть снабжена пультом управления. Криогенная емкость может иметь возможность перемещения, например, посредством колесной пары. Рисунок 6 – реализация способа пожаротушения пожара 200 кабелей в крупном канале на космическом старте газифицирующимся криогенным азотом Глава 7. Получение больших количеств криоазота в районе крупных рудничных эндопожаров Получение больших количеств жидкого азота Таблица 1 Страна Россия США Ирландия Стоимость жидкого азота в различных странах мира Стоимость одного Источник литра, Euro 0.2 Euro (2003) http://www.terralab.ru/supply/26629/ 0.23 USD(2003) http://procurement.umr.edu/contracts/contractdetails/Gases.htm 0.25 USD (2002) http://chemistry.berkeley.edu/eng_fac/liguid_air/price.html 1,5 Euro (2003) http://www.ucg.ie/chem/LN2supply.pdf 17

Рисунок 7. Концеция получения жидкого Рисунок 8. Атомная электростанция азота в промышленных масштабах на АЭС [100] (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) Концепция хранения и транспортировки больших количеств криогенного азота Рисунок 9. Крупный криогенный азотный резервуар Рисунок 10. Процесс заправки криогенного заправщика [3,4.5 ] Рисунок 11. Ветроэнергетика для производства жидкого азота Глава 8. Средства доставки крупных количеств криогенного азота к месту тушения эндогенного суперпожара В процессе выполнения работы для транспортировки дополнительных ресурсов криогенного азота в зоне пожара предложено использовать как имеющиеся средства доставки криогенного азота, так и новые средства доставки (Рис.9). Большие объемы криогенного азота можно осуществлять в криогенных железнодорожных цистернах, танкерах с криорезервуарами, на дирижаблях с криогенными резевуароами, автомобильным транспортом с криоцистернами. Важным является качество средств хранения криогенного азота, а также стоимость и безопасность транспортировки криогенного азота. В этой связи важно для каждого случая правильно использовать арсенал средств доставки. Доставка криогенного азота в зону пожара большими транспортными дирижаблями, которые помимо обычных транспортных свойств могут иметь средства оперативной доставки хладагента для тушения разлитых нефтепродуктов на воде представлена на рисунке 12. 18

Рис.12. Доставка криогенного азота в зону пожара большими транспортными дирижаблями, которые помимо обычных транспортных свойств могут иметь средства оперативной доставки хладагента для тушения разлитых нефтепродуктов на воде Глава 9. Тушение эндогенного пожара в хвостохранилищах Хвостохранилища в связи с их чрезвычайной токсичностью всегда вызывают тревогу у местного населения и особенно при наличии вблизи них природных катаклизмов. По данным пресс-службы администрации Копейска, на хвостохранилище выработанных угольных шахт, расположенных на озере Курочкино в поселке Старокамышинск Копейского городского округа, северо-восточнее СНТ "Шахтер", протекают эндогенные пожары. 11 февраля 2019 года на территории Копейского городского округа введен режим функционирования — "Чрезвычайная ситуация". Тушение очагов пожара в зоне ЧС будет происходить путем укрытия несгораемым грунтом с последующей герметизацией участков слоем глины. Органы управления, силы и средства РСЧС Копейского муниципального звена переведены на круглосуточный режим работы", — говорится в сообщении. В пресс-службе Главного управления МЧС России по Челябинской области ТАСС сообщили, что ситуация находится под контролем. Копейск — город-спутник Челябинска, население около 150 тыс. человек. Шахты, расположенные в городе, функционировали с 30-х годов прошлого века, сейчас не действуют. 6.1. Транспортные средства для проведения пожарных работ в хвостохранилищах Рис. 13. Пожарная техника в подземных выработках 19

Автором предложены концептуальные схемы пожарных криотранспортных средств различного класса (легковые и грузовые, локомотивы) для применения их в хвостохранилищах в условиях эндогенных пожаров Рисунок 14 хвостохранилище – легковой пожарный криоавтомобиль для осмотра объектов Азотный автомобиль в подземном хвостохранилище (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) Средства повышенной проходимости (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) Средства повышенной проходимости (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) Средства повышенной проходимости (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) в Рисунок 15 – применение криогенного азотного автомобиля в сложных условиях в карьерах и в хвостохранилищах 20

Рисунок 16 – применение криогенного азотного автомобиля в сложных условиях в хвостохранилищах Основные преимущества концепт-модели гибридного криогенного азотно-водородного автомобиля (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) представлены на рисунке 17. Экологическая чистота при движении в любую погоду в городе, на автомагистрали, на горных дорогах, в тоннелях, в ангарах, на складах… Возможность движения сквозь огонь, в том числе во взрывоопасных помещениях за счет включения механизма азотной «газовой завесы». Возможность движения в воде и под водой в связи с отсутствием электропроводящих систем привода автомобиля. Движение по бездорожью при использовании выдвижной платформы с перемещающимися опорными пятами с водородным приводом. 21

Использование автомобиля в качестве «Скорой помощи» в пожароопасных и взрывоопасных районах. Экологическая чистота автомобиля – экологическая чистота заправочных станций. Возможность движения в огне позволяет использовать автомобиль при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Минимальный расход смазочных материалов (в 10 раз меньше, чем у ДВС, одна заправка на 50 тыс. км). Унификация заправки с пневматическим автотранспортом. Минимальное количество сложных деталей создает простоту и удобство в обслуживании автомобиля Простота утилизации автомобиля в связи с минимальным количеством токсичных элементов. 22

Унификация заправочных станций криогенных азотных автомобилей и водородных автомобилей Рис.17. Основные преимущества концепт-модели гибридного криогенного азотно-водородного автомобиля (©STC “TATA” & Corporation “Nissan Motor”) Предлагается применение пожарных роботов, оснащенных газификаторами криогенного азота с эжекционным вводом бинарного льда (Рис.18). Рис.18. Пожарная робототехника. Пожарные роботы, криогенного азота с эжекционным вводом бинарного льда оснащенные газификаторами Предлагается применение пожарных роботов, оснащенных системой подачи азота, эжектором и и системой подачи суспензии бинарного льда. Принцип действия установок азотного пожаротушения снабженных эжектором, системой подачи газообразного азота и системой подачи суспензии бинарного льда заключается в создании в горящем подземном объеме среды с пониженным содержанием кислорода - менее 10%, в такой среде процесс горения становится невозможным, интенсивного охлаждения горящих поверхностей и поверхностей аккумуляции теплоты суспензией бинарного льда. Газообразный азот, производимый газоразделительным мембранным блоком азотной установки пожаротушения, подаётся под давлением в ресивер, объем которого рассчитывается исходя из объема помещений и резервуаров, пожаробезопасность которых обеспечивает установка. Установки азотного пожаротушения не только очень эффективны – способны тушить пожар за небольшое время вне зависимости от удаленности очага возгорания, но также неприхотливы и надежны в эксплуатации. Во многих случаях они представляют собой единственный тип оборудования, применимый для тушения труднодоступных очагов пожара, как, например, в шахтах [ http://elkomspec.ru/azotnoe--pozharotushenie ] Передвижные станции азотного пожаротушения позволяют эффективно бороться с пожарами в шахтах, обеспечивая надежное объемное тушение труднодоступных очагов. Азотные системы позволяют всего за несколько часов создать в аварийном участке шахты инертную атмосферу на основе азота, в которой процесс горения полностью прекращается [http://elkomspec.ru/azotnoe-pozharotushenie ]. Преимущества  Не наносится вред оборудованию. В результате тушения пожара азотной установкой не наносится вред ценному оборудованию, в отличие от пенных и водяных систем пожаротушения. 23

 Объемное тушение пожара. Обеспечивается объемное тушение пожара. Эффективность пожаротушения не зависит от труднодоступности очага возгорания.  Поддержание безопасного состава атмосферы. Установки азотного пожаротушения могут использоваться для поддержания постоянного пожаровзрывобезопасного состава атмосферы.  Возможность контейнерного исполнения. Установка азотного пожаротушения может быть выполнена в контейнерном варианте на базе салазок или шасси.  Полная автоматизация. При возникновении пожара азот из ресивера автоматически подается в помещение или технологическую емкость, где произошло возгорание.  Простота в эксплуатации.Установки очень просты в эксплуатации и не требуют обслуживания. Пожаротушение и последующее заполнение ресивера азотом происходит без непосредственного участия человека.  Не требуется дозаправка. В случае использования азота для пожаротушения или технологических нужд установка восполняет запасы азота из воздуха.  Экологическая чистота. Азот является экологически чистым газом, поэтому использование установок азотного пожаротушения не оказывает никакого вредного воздействия на окружающую среду.  Высокая мобильность, независимость от резервуаров.  Низкие эксплуатационные расходы. Азот производится установкой из атмосферного воздуха, в результате эксплуатационные затраты оказываются очень незначительными. Недостатки  Большой объем ресивера, сравнимый с объемом помещения (при нормальных условиях)  Необходимость герметизации помещения, где произошло возгорание  Азот может вызвать удушье Заключение В работе предложены средства газового контроля подземного эндогенного пожара по концентрации О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и его ядра. На основе имеющегося у автора положительного инновационного опыта по внедрению предложенного способа пожаротушения газифицирующимся криогенным азотом в сложной ситуации самовозгорания 200 кабелей в крупном кабельном 8-ми километровом канале Космического стартового комплекса «Энергия-Бурана» [3,4,5] предложены пионерские средства пожаротушения. Кроме того, предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средста для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах, в том числе и в аварийных условиях при отсутствии кислорода и наличия больших количеств воды. В работе впервые предложено производить большие количества криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных средств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня [12], ветрогенераторы, и т.д.). Предложено использование мембран (молекулярных сит) для получения газообразного азота в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе при ожижения, что снижает затраты энергии на получение криожидкости азота. В работе рассматриваются высокоэффективные экологичные средства пожаротушения рудничных эндогенных пожаров, основанные на применении передвижнх альтернативных источников энергии, концентраторов энергии, воздухоразделительных установок, газгольдеров компримированного азота, ожижителей азота, газификаторов, криогенных разборных трубопроводов, запорной арматуры, сенсорной техники и систем управления. Серьезную проблему представляют рудничные эндогенные суперпожары на Коркинском разрезе (Россия) и на Сибайском карьере (Россия). Имеется несколько успешных примеров борьбы с подземными пожарами: в 2004 году удалось потушить пожар в угольной шахте Люхуангоу (около Урумчи, Синьцзян, Китай), горение которого продолжалось с 1874 года. Поскольку пожары подземные, то их чрезвычайно трудно погасить, что, не в последнюю очередь, связано с трудностью либо невозможностью доступа к очагу горения. Подземные пожары также отличаются еще и тем, что их сложно обнаружить. Подземные пожары требуют колоссального объема автономных энергоресурсов, экологически чистых флегматизирующих, ингибирующих, охлаждающих и кислородвытесняющих веществ, а также точного определения компонентов реагирующих веществ и конфигурации ядра 24

подземного пожара, полного и точного представления физико-химической картины эндогенного пожара. Для тушения эндогенного суперпожара достаточно убрать или существенно снизить влияние одного из действующих факторов: a) снижение доступности критического объема горючего материала; b)прекращение поступления воздуха или его вытеснение;c)прекращение теплообразования или его эффективный теплоотвод. В работе предложены инновационные средства газового контроля подземного эндогенного суперпожара по определению картины распределения влажности, картины распределения температур, карты концентраций О2 и CO, а также методика определения эпицентра пожара и контуров его ядра. Результаты замеров температуры наносят на вертикальный разрез участка, соединив точки с одинаковой температурой, определяют эпицентр пожара. Наиболее надежным и точным методом своевременного обнаружения рудничных пожаров является систематический контроль за изменением локальной влажности, химическим составом рудничного воздуха и воды в сочетании с замерами температуры в выработках. В связи с тем что при эндогенных суперпожарах поверхности доступа и объем горючего материалы чрезвычайно велики, поступление воздуха и образование избыточного тепла как правило значительны, то потребное количество охлаждающих, флегматизирующих, вытесняющих воздух веществ также значительно. При этом существующая инфраструктура генерации пожаротушащих, охлаждающих и флегматизирующих веществ рассредоточена на большой территории и ее концентрация не достаточна для тушения суперпожара эндогенной этимологии. На основе имеющегося положительного инновационного опыта по тушению крупного техногенного пожара в крупном кабельном канале предложены высокоэффективные средства пожаротушения на основе газифицирующегося (в 800 раз по объему) криогенного азота, поступающего к очагу горения под заданным давлением. Предложены разработанные автором концепции криогенных пожарных транспортных средств для эксплуации в карьерных разрезах и хвостохранилищах в условиях отсутствия кислорода и наличия большого количества воды. Впервые предложено производить большое количество криогенного азота непосредственно в районе тушения пожара с использованием мобильных высокопроизводительных и экологически чистых энергосредств альтернативной энергетики (ветряная энергогенерирующая башня [1], передвижные ветрогенераторы, автономные солнечные электростанции т.д.). Предложено использование разделителей воздуха с выделением целевого продукта – азота на основе мембран (молекулярных сит), вихревых устройств. Получение больших количеств газообразного азота в районе экокатастрофы необходимо для вытеснения воздуха. Кроме того, получение больших количеств газообразного ахота необходимо для его использования в качестве сырья для целевого продукта криогенного азота в процессе ожижения. Это снижает эксергетичнские затраты на получение криожидкости азота. Таким образом, в работе рассматривается как применение газифицирующейся криожидкости, так и газообразного азота. В результате выполнения работы предложена эффективная апробированная крупномасштабная технология азотного пожаротушения (криожидкость + газифицирующися азот+ газообразный азот + эжектор + суспензия бинарного льда) и/или (газообразный азот + суспензия бинарного льда). Предложены экологически чистые комплексы генерации значительного количества энергии и криожидкости азота для их потребления на месте тушения пожара на основе использования альтернативных источников энергии, размещенных в зоне суперпожара эндогенной этимологии. Предложены концептуальные схемы пожарных криотранспортных средств различного класса (легковые и грузовые, локомотивы) [9] для применения их в хвостохранилищах в условиях эндогенных суперпожаров и на запретных близлежащих территориях. Источники информации 1. Гусев А.Л. и др. Столетний меморандум от 13 ноября 2006 года Главам Большой Восьмерки//Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2007. № 3. С. 11. 25

2. Гусев А.Л. Основные экологические проблемы Нижегородской области и пути перехода к водородной экономике//Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2006. № 1. С. 13-24. 3. А.Л. Гусев. Тушение пожара на крупном водородном объекте.//Международный научный журнал “Альтернативная энергетика и экология, 2005, №9, С. 67 – 71. 4. А.Л. Гусев. Системы пожаротушения на базе криогенного азота для крупных техногенных комплексов. Сборник тезисов отраслевого семинара «Пассивные системы и водородная безопасность АЭС». Обнинск, 28-29 апреля 2004 года, стр. 11, 2004. 5. Гусев А.Л., Чабан П.А., Кондырина Т.Н. Криогенная азотная установка для тушения пожара в замкнутых объектах. Патент на изобретение RUS 2311937 10.10.2005 6. https://www.znak.com/2018-0212/chto_proishodit_na_korkinskom_razreze_posle_ostanovki_dobychi_uglya_i_kto_tushit_pozhary 7. Гусев А.Л., Чабан П.А., Кондырина Т.Н. Установка для очистки воздуха. Патент на изобретение RUS 2406169 17.11.2008. 8. A. L. Gusev. Cleaning system for corrosive gases and hydrogen, Chemical and Petroleum Engineering, 2009, 640, DOI: 10.1007/s10556-010-9251-7. Chemical and Petroleum Engineering 10/2009; 45(9-10):640. 9. A.L. Gusev. DEVELOPMENT AND MAKING OF A HYBRID NITROGEN-HYDROGEN VEHICLE.//Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), #4, 2008, pp.105-110. 10. Alexander L. Gusev. Patent RF # 2022202. Cryogenic tank.. Ref. No: 2022202, Year: 04/1991 11. A.L. Gusev, M.A. Kazaryan. MANUFACTURE NANO-COMPOSITES MEMBRANES FOR CLEARING CHLORINE//Alternative Energy and Ecology, 2007, #4, pp.200-201. 12. Лютин В.Д., Лютин П.Д., Шумилов А.А., Гусев А.Л., Немышев В.И., Мартьянова А.Ю. Ветровая электростанция. Патент на полезную модель RUS 92484 04.12.2009. 26

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв