PL 220465 B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 220465 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 383563 (51) Int.Cl. E21F 5/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 17.10.2007 (54) Sposób prewencji pożarów endogenicznych (43) Zgłoszenie ogłoszono: 27.04.2009 BUP 09/09 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.10.2015 WUP 10/15 (73) Uprawniony z patentu: DZIURZYŃSKI WACŁAW, Kraków, PL TOR ANDRZEJ, Siemianowice Śląskie, PL NIEZGODA FRANCISZEK, Pawłowice, PL JAKUBÓW ANTONI, Jastrzębie-Zdrój, PL CYGANKIEWICZ JANUSZ, Katowice, PL KONSEK STANISŁAW, Świerklany, PL LASEK ŁUKASZ, Rybnik, PL PLOCH ANDRZEJ, Świętochłowice, PL (72) Twórca(y) wynalazku: WACŁAW DZIURZYŃSKI, Kraków, PL ANDRZEJ TOR, Siemianowice Śląskie, PL FRANCISZEK NIEZGODA, Pawłowice, PL ANTONI JAKUBÓW, Jastrzębie-Zdrój, PL JANUSZ CYGANKIEWICZ, Katowice, PL STANISŁAW KONSEK, Świerklany, PL ŁUKASZ LASEK, Rybnik, PL ANDRZEJ PLOCH, Świętochłowice, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Piotr Malcherek
2 PL 220 465 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób prewencji pożarów endogenicznych, w wyrobiskach ścianowych, zwłaszcza w zrobach ścian zawałowych. Wykorzystanie gazów inertnych do zwalczania zagrożenia pożarowego w podziemnych kopalniach węgla kamiennego w Polsce jest metodą stosowaną już od wielu lat. Przez długi okres podstawowym gazem inertnym był azot. Od kilku lat do praktyki inertyzacyjnej, szczególnie czynnych ścian eksploatacyjnych wszedł ditlenek węgla. Metoda ta rozpoczęta oraz szeroko i z powodzeniem wdrożona w kopalniach, opiera się na wykorzystaniu rozprężanego ze stanu ciekłego CO 2. Jak dotąd taka metoda inertyzacji okazywała się skuteczna, jednak w kilku przypadkach, już na etapie likwidacji, zaobserwowano zjawisko niedostatecznego wypełnienia zrobów pomimo wcześniejszych pomiarów i obliczeń. Ditlenek węgla jest gazem duszącym zmniejszającym szybkość reakcji utleniania węgla, stąd też jego działanie prewencyjne jest skuteczniejsze od działania azotu. Dlatego celowe jest inertyzowanie ditlenkiem węgla tej części zrobów, w której znajduje się zagrzany węgiel. Ograniczenie ilości doprowadzonego powietrza do rejonu zagrożonego jest podstawowym elementem prewencji pożarowej, stąd też ilość podawanego do zrobów ditlenku węgla powinna być ograniczona aby uniemożliwić powstanie lokalnych nagromadzeń tego gazu. Inertyzacja pozostałej części zrobów azotem uniemożliwia z jednej strony zapłon lub wybuch metanu, z drugiej ogranicza rozwój procesów samozagrzewania. Kształtowanie pola potencjałów aerodynamicznych wokół zrobów oraz odpowiednie zatłaczanie azotu do zrobów umożliwiają skierowanie ditlenku węgla do fragmentu zrobów w którym znajduje się zagrzany węgiel. Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 121 845 sposób inertyzacji i wychładzania przestrzeni zaognionych w kopalniach, w którym wykorzystuje się gazy obojętne oraz recyrkulację i chłodzenie gazów pożarowych, z jednoczesnym stabilizowaniem potencjału aerodynamicznego dla ograniczenia dopływu powietrza do przestrzeni zaognionej. Sposób ten polega na wtłaczaniu do przestrzeni zaognionej zamglonych gazów obojętnych w postaci roztworu rozpylonej wody i azotu lub ditlenku węgla, z wymuszeniem ich przepływu z gazami pożarowymi poprzez tą przestrzeń dla inertyzacji atmosfery gazowej, stopniowego wychładzania nagrzanego górotworu i spowolniania procesu spalania. Po czym odsysa się nagrzane gazy, odpyla je, oczyszcza z tlenku węgla i skrapla część pary wodnej oraz wstępnie ochładza się i kieruje do głębokiego chłodzenia. Ochłodzone gazy miesza się z rozpyloną wodą i azotem lub ditlenkiem węgla i ponownie kieruje się do przestrzeni zaognionej. Znany jest z polskiego patentu nr 194 477 sposób zapobiegania zagrożeniom pożarowym w wyrobiskach ścianowych. W sposobie tym przeprowadza się znanymi metodami bieżącą kontrolę składu gazów w wyrobiskach ścianowych, a w przypadku wzrostu zawartości w powietrzu tlenku węgla pobiera się próbki węgla z danego rejonu ściany, przeprowadza się znaną metodą precyzyjną analizę chromatograficzną, z której ustala się skład gazów wydzielających się podczas różnych etapów utleniania węgla, po czym pobiera się próbki powietrza z zagrożonego rejonu, przeprowadza się ponowną analizę chromatograficzną i na tej podstawie ocenia się znaną metodą masę oraz temperaturę zagrzanego węgla, po czym w przypadku przekroczenia wartości krytycznych dokonuje się najpierw ukształtowania potencjału aerodynamicznego wokół rejonu ściany, a następnie podaje się do zrobów ściany znanymi metodami ditlenek węgla. Znany jest także z polskiego patentu nr 191 996 sposób i układ do inertyzacji zrobów górniczych. Sposób polega na wtłaczaniu do zrobów gazów obojętnych oraz na pomiarze zawartości składu gazów zrobowych oraz powietrza w obiegowym prądzie powietrza kopalnianego. Z chwilą osiągnięcia w trzech ostatnich pomiarach wartości wskaźnika Grahama, wyższej od 0,005 lub wzrostu stężenia tlenu ponad 8% i/lub wystąpienia zjawiska zmian różnicy ciśnień z dodatnich na ujemne wprowadza się z odpowiednią intensywnością, porcjami lub w sposób ciągły do zrobów podczas jej eksploatacji/lub jej postoju obojętny gaz inertny do momentu osiągnięcia w kolejnych trzech pomiarach przez wskaźnik Grahama wartości mniejszej lub równej 0,0025% i/lub osiągnięcia zawartości tlenu w zrobach poniżej 8%, lub osiągnięcia tlenku węgla w powietrzu na wylocie ze ściany poniżej 0,0026%. Układ do realizacji tego sposobu składa się z instalacji dostarczającej gazy obojętne i rurociągów doprowadzających gaz obojętny do źródła zagrożenia. Ściana wyposażona jest w magistralny rurociąg nadścianowy i/lub rurociąg podścianowy, albo w magistralny rurociąg ścianowy.
PL 220 465 B1 3 Znane są także z polskich opisów patentowych nr 103 215, nr 108 996 i opisu wynalazku polskiego zgłoszenia nr P 319417 inne sposoby zapobiegania zagrożeniom pożarowym polegające na wtłaczaniu do strefy zawałowej mieszanin antypirogenów, wykonanych na bazie chlorku wapnia w formie zawiesiny wodnej lub pulpy, która wiąże wilgoć z powietrza oraz pył węglowy w mokrą masę pozbawiającą mieszaninę pyłową lotności dokładnie pokrywa zewnętrzne powierzchnie węgla pozostawionego w zawale. Wynalazek ma na celu opracowanie sposobu prewencji pożarów endogenicznych, który byłby skuteczniejszy i bardziej efektywny od dotychczas spotykanych oraz zapewniał możliwość utrzymywania w zrobach atmosfery utrudniającej utlenianie węgla. W sposobie według, wynalazku po zlokalizowaniu na podstawie analizy chromatograficznej źródła ogniska pożaru wyodrębnia się drogę wentylacyjną do tego źródła poprzez regulację pola potencjału aerodynamicznego wokół zrobów, a następnie tą drogą podaje się ditlenek węgla do źródła ogniska pożaru, zaś do pozostałej części zrobów, równocześnie lub na przemian, podaje się azot. Sposób ten pozwala: na absorbowanie ditlenku węgla głównie w węglu, co z jednej strony utrudni sorpcję tlenu, a tym samym samozagrzewanie, z drugiej strony wypierać będzie metan. Azot natomiast wypierać będzie tlen z atmosfery zrobów. Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 do fig. 3 przedstawiają schematycznie wyrobiska górnicze z zaznaczonym przebiegiem podawania gazów w kolejnych zastosowaniach. W przykładzie wykonania przedstawionym na rys. 1 w przypadku eksploatacji pokładu węgla systemem ścianowym podłużnym z zawałem stropu i systemie przewietrzania ściany na U gdzie występuje w części zrobowej (bliżej wylotu ze ściany) zapożarowana strefa uskoków przeprowadza się bieżącą kontrolę składu gazów. W przypadku wzrostu zawartości w powietrzu tlenku węgla równocześnie i/lub na przemian podaje się ditlenek węgla do przestrzeni zrobowej od strony chodnika, nadścianowego, wentylacyjnego odprowadzającego zużyte powietrze, natomiast azot podaje się od strony chodnika podścianowego, który doprowadza świeże powietrze do ściany. Wyloty rurociągów doprowadzających gazy inertne znajdują się od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów za linią frontu ścianowego, natomiast przestrzeń zrobowa została zaizolowana na szerokości chodników przyścianowych i kilku sekcji przy tych chodnikach ekranem z pianki. Spływający po upadzie (nachyleniu) do strefy zapożarowanej ditlenek węgla ma zadanie gaszące, czyli utrudnia rozwój samozagrzewania, natomiast podawany od dołu (po wzniosie) pokładu azot wypiera tlen z atmosfery zrobów i nie dopuszcza do przenikania świeżego powietrza poza sekcje obudowy zmechanizowanej w dolnym odcinku ściany. Tak więc tak kształtuje się pole potencjału aerodynamicznego wokół zrobów aby zapewnić przepływ strumienia ditlenku węgla przez ten fragment zrobów, w którym znajduje się ognisko samozagrzania węgla. Do pozostałej części zrobów podaje się azot. W przykładzie wykonania przedstawionym na rys. 2 sposób prewencji pożarowej z równoczesnym zastosowaniem CO 2 i N 2 polega na minimalizowaniu spadku potencjału między wlotem i wylotem ze ściany- 1 2, poprzez zmniejszenie ilości powietrza płynącego przez ścianę. W przypadku występowania zagrożenia metanowego zmniejszając ilość przepływającego powietrza przez ścianę konieczne jest doprowadzenie lutniociągu doświeżającego do chodnika nadścianowego (wentylacyjnego) z wylotem przed frontem ściany lub zabudowa w tym chodniku wentylatora nadmuchującego powodującego zmniejszenie prędkości powietrza przepływającego przez ścianę. Na przenikanie powietrza przez zroby ma wpływ rozkład potencjału aerodynamicznego wokół zrobów zawałowych. Wszelkie zabiegi mające na celu zmniejszenie spadków potencjału aerodynamicznego oddziałujących na zroby ułatwiają utrzymywanie w zrobach atmosfery utrudniającej utlenianie węgla (tzw. atmosfery obojętnej inertnej). W tym przykładzie również eksploatację pokładu węgla prowadzi się systemem ścianowym podłużnym z zawałem stropu z systemem przewietrzania ściany na U. Miejsce samozagrzania występuje w części zrobowej, w pobliżu chodnika wentylacyjnego, które jest oddalone od frontu ścianowego. Z uwagi na oddalenie miejsca samozagrzewania od frontu ścianowego i braku możliwości podawania w jego sąsiedztwo ditlenku węgla, wykonano otwór technologiczny z sąsiedniego pokładu, którym zatłacza się ditlenek węgla w miejsce samozagrzewania. Równocześnie z chodnika podścianowego za wykonanym na szerokości tego chodnika oraz kilkunastu sekcji od wlotu ściany ekranie izolującym z pianki, podawano azot. W górnym odcinku ściany zabudowano strumienice powietrza w taki sposób, aby swoim działaniem ograniczała swobodny wypływ ditlenku węgla do kanału ściany.
4 PL 220 465 B1 W innym przykładzie przedstawionym na rys. 3 sposób prewencji pożarowej z równoczesnym zastosowaniem CO 2 i N 2 polega na równoczesnym podawaniu ditlenku węgla i azotu w trzech punktach przestrzeni zrobowej. W tym przykładzie również eksploatację pokładu węgla prowadzi się systemem ścianowym podłużnym z zawałem stropu i systemie przewietrzania ściany na U. Miejsce samozagrzania występuje w części zrobowej, w pobliżu miejsca rozpoczęcia eksploatacji ściany lecz daleko za frontem tej ściany. Zroby tej ściany odizolowane są trzema tamami, z których dwie zabudowano w chodnikach przyścianowych przed miejscem rozpoczęcia ściany, natomiast trzecia tama znajduje się w chodniku nadścianowym za linią sekcji obudowy zmechanizowanej. Regulację potencjałów aerodynamicznych przeprowadzono wg podanej zależności: 1 > 3 > 2 > 4. Podawanie ditlenku węgla w rejon miejsca samozagrzewania w zrobach odbywa się od chodnika podścianowego w miejscu rozpoczęcia biegu ściany, natomiast do zrobów za aktualnym frontem ściany, z obu chodników przyścianowych podawany jest azot, którego zadaniem jest wypieranie tlenu z atmosfery zrobów i nie dopuszczanie do przenikania świeżego powietrza poza sekcje obudowy zmechanizowanej. W górnym odcinku ściany zabudowano również strumienice powietrza hamujące swobodny wypływ ditlenku węgla do kanału ściany. Wyregulowany układ potencjałów aerodynamicznych powoduje, że tama w chodniku nadścianowym przed miejscem rozpoczęcia biegu ściany spełnia rolę tamy wylotowej. Rozwiązanie według wynalazku pozwala uzyskać konkretne efekty wymierne, gdyż wykorzystuje własności fizyko-chemiczne poszczególnych inertnych gazów stanowiących mieszaninę, oraz ich zachowanie w odniesieniu do powietrza atmosferycznego, a zwłaszcza powietrza kopalnianego. Ze względu na swoje właściwości ditlenek węgla jako cięższy od powietrza zalega w dolnej części przestrzeni inertyzowanej, natomiast azot jako lżejszy od powietrza zapełnia przestrzeń ponad strefą migracji ditlenku węgla. Oba gazy wypełniają przestrzeń inertyzowaną. Przy pomocy różnicy ciśnień podawanych gazów stanowiących mieszaninę można również prowokować ruch tak utworzonej atmosfery w przestrzeni inertyzowanej. Zastrzeżenie patentowe Sposób prewencji pożarów endogenicznych w wyrobiskach ścianowych, zwłaszcza w zrobach ścian zawałowych polegający na pobraniu próbek powietrza z zagrożonego rejonu, przeprowadzaniu analizy chromatograficznej i na tej podstawie określeniu masy oraz temperatury zagrzanego węgla, znamienny tym, że po zlokalizowaniu na podstawie analizy chromatograficznej źródła ogniska pożaru wyodrębnia się drogę wentylacyjną do tego źródła poprzez regulację pola potencjału aerodynamicznego wokół zrobów, a następnie tą drogą podaje się ditlenek węgla do źródła ogniska pożaru, zaś do pozostałej części zrobów, równocześnie lub na przemian, podaje się azot.
PL 220 465 B1 5 Rysunki
6 PL 220 465 B1
PL 220 465 B1 7
8 PL 220 465 B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)