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