Пожарная безопасность

Общие сведения о пожарной безопасности

Системы пожаротушения

Пожарные извещатели

Термокабель Protectowire

Раннее обнаружение пожаров на ленточных конвейерах с использованием термокабеля

М.Д.АЗБЕЛЬ, канд. техн. наук, Институт “Гипроуглеавтоматизация”
Б.А.АННЕНКОВ, канд. техн. наук, Институт “Гипроуглеавтоматизация”
Б.Г.ГОРШКОВ, доктор техн. наук, проф., ВВИА им.Жуковского

Возгорания на ленточных конвейерах - одна из основных причин экзогенных пожаров на угольных шахтах: на их долю приходится около 30% от общего числа таких пожаров. Изучение причин и мест возникновения пожаров на ленточных конвейерах подтверждает вывод о том, что конвейер пожароопасен по всей длине: так пожары происходят на приводных станциях (64 %), на натяжных станциях (10,8 %) и на линейной части конвейера (25,2 %). Если возгорания на приводных и натяжных станциях более или менее надежно контролируются точечными датчиками температуры, то защита линейной части конвейера такими датчиками является проблематичной в виду большой протяженности конвейерных линий и непредсказуемости вероятных мест возгорания. Эта проблема может быть решена созданием тепловых датчиков линейного типа, способных контролировать температуру по всей длине конвейера. Притом, что, безусловно, актуальной остается задача комплектования шахт негорючими конвейерными лентами, электрическими кабелями и другими изделиями, как того требуют Правила безопасности.

Необходимость обнаруживать пожары в ранней стадии и в любой точке по длине конвейера привела к созданию термокабелей, которые представляют собой по существу непрерывный, распределенный по длине выработки пожарный извещатель. Созданные и используемые в промышленности образцы термокабелей (например, "Алармлайн", "Протектовейер") генерируют предупредительный или аварийный сигнал при нагреве воздушной среды в конвейерной выработке до температуры, соответствующей плавлению изоляции металлических жил термокабеля.

Ленточный конвейер

В институте "Гипроуглеавтоматизация" на основе волоконно-оптической техники разработано линейное средство контроля температуры, которое способно не только генерировать сигнал о начавшемся пожаре при достижении температуры воздушной среды аварийного уровня, но и обеспечить постоянный мониторинг температуры во всем диапазоне её реальных изменений. Это позволяет более надежно и своевременно диагностировать процессы возгорания на ранней стадии.

В последние годы предпринимались попытки создания систем температурного мониторинга подземных выработок с помощью средств волоконно-оптической техники [1,2]. При этом отмечалась необходимость установления научно и экспериментально обоснованных критериев опасных температурных изменений, повышения прочности и защиты оптического волокна, а также создания соответствующего программного обеспечения.

Разработанное нами на базе волоконно-оптического кабеля устройство (далее по тексту - термокабель) представляет собой многоканальную измерительную систему, в которой волоконный световод является одновременно и средой передачи информации и совокупностью чувствительных элементов, реагирующих на изменения температуры окружающей воздушной среды в каждом из измерительных участков конвейерной выработки. При этом формируется сигнал, несущий информацию о номере участка по длине выработки и температуре воздушной среды в пределах этого участка (каждому участку соответствует волоконно-оптический канал в 20 погонных метров термокабеля). Термокабель осуществляет непрерывный автоматический дистанционный контроль распределения температуры вдоль конвейера, вырабатывает цифровой унифицированный сигнал, пропорциональный измеряемой температуре и производит ввод этого сигнала в компьютерную сеть сбора информации; подает команды управления при нагревании элементов конвейера до предупредительного и (или) аварийного уровня, а также при превышении предельного значения интенсивности нагрева.

Технические характеристики комплекса ОПК

Контроль температуры воздушной среды: Пределы измерения, ˚С диапазон уставок предупр. порога, ˚С диапазон уставок аварийного порога, ˚С	От -30 до +95 25 - 60 40 - 80
Определение градиента нарастания температуры: Минимальный отрезок времени для определения градиента нарастания температуры, с значение предупредительной уставки, ˚С/мин	180 0,5
Предел допускаемой основной абсолютной погрешности,°С Предел допускаемого значения дополнительной абсолютной погрешности, не более,°С	3,0 1,5
Время накопления информации на формирование сигнала “номер пикета - температура”, с	60
Максимальная длина световода, м	1500
Пространственное разрешение (длина элементарного участка измерения), м	20
Допустимый радиус изгиба кабеля, не менее, мм	300
Время прогрева, мин., не более,	30
Стабильность показаний, сут., не менее	7
Потребляемая мощность, ВА, не болеее	50
Рабочее напряжение, В	12

Волоконно-оптический кабель по своей физической сущности электрически пассивен, вследствие чего он невосприимчив по отношению к электромагнитным помехам и полям любой напряженности. Кроме того, он негорюч, взрывобезопасен и стоек к коррозии. Термокабель получил промышленное название "Комплекс раннего обнаружения пожаров на ленточных конвейерах (комплекс ОПК)".
В состав комплекса входят:
- волоконно-оптический термокабель ВОТК-1000, который состоит из 4-х жильного волоконно-оптического бронированного кабеля и кабельной коробки, содержащей вмонтированный в кабель ответвитель с двумя оптическими разъемами;
- блок контроля БК1;
- блок питания БП127/12-1,4 (с буферной батареей аккумуляторов по отдельному заказу).

Блок контроля монтируется у приводной станции конвейера в месте удобном для обзора его дежурным и обслуживающим персоналом.Там же монтируется блок питания.
Световод прокладывается по нижней полке верхнего прогона линейной секции конвейера с узкой стороны сечения выработки. В случаях, если термокабель используется на конвейерном штреке лавы, то по мере подвигания очистной линии и соответствующего укорачивания ленточного конвейера высвобождающаяся часть ВОТК сворачивается в бухту диаметром 60см и подвешивается на стойке крепи в районе натяжной станции.

По сигналам от термокабеля дальнейшая обработка информации и представление результатов измерения температуры производится с помощью блока контроля БК1. Выделение требуемой спектральной области осуществляется интерференционным фильтром. Отфильтрованное излучение поступает на фотоприемник, которым служит кремниевый лавинный фотодиод. Разделение каналов по дальности осуществляется с учетом временной задержки относительно излученного лазерного импульса. Сигнал с фотодиода после усиления оцифровывается быстродействующим аналого-цифровым преобразователем и вносится в буферную память. Информация из буферной памяти по параллельному порту поступает в память процессора, где происходит ее осреднение по значительному числу циклов и формируется сигнал “номер участка измерения - температура".

Наличие этой первичной информации позволяет получать следующую производную информацию:
-диаграмму температур воздушной среды на каждом участке измерения на протяжениии всей контролируемой выработки (см. рисунок);
-номер участка с максимальной температурой;
-градиент нарастания температуры на участке с максимальной температурой (градусов в минуту);
-предупредительный сигнал "ВНИМАНИЕ" при достижении уровня предупредительной уставки температуры или градиента ее нарастания;
-сигнал "АВАРИЯ-ПОЖАР" при достижении уровня температуры, соответствующего аварийной уставке.

Измерение температуры воздушной среды в конвейерной выработке с помощью комплекса ОПК в широком диапазоне ее возможных изменений позволяет задать уровень предупредительной уставки, соответствующий ранней стадии начинающегося пожара, который в этом случае может быть ликвидирован малыми силами без существенного ущерба для шахты. Так предупредительная уставка соответствует фазе пожара в его ранней стадии, когда от ролика, разогретого вследствие трения до высокой температуры, загорается (тлеет) штыб. При этом регистрируется рост температуры на некоторую величину "Δt"относительно нормы. Для конкретных условий эксплуатации термокабеля величина "Δt" определяется стандартным тепловым расчетом [3,4,5], учитывающим тип конвейерной ленты, сечение выработки, скорость воздуха и другие параметры. Соответственно, уровень предупредительной уставки задается как "N + Δt, градусов", где N - нормальный уровень температуры воздушной среды в контролируемой конвейерной выработке. Например, для условий шахты "Инская" ("Беловоуголь") величина Δt, определенная тепловым расчетом, составляет 10-12°C. При срабатывании предупредительной уставки на экране дисплея на рабочем месте диспетчера высвечивается сигнал "ВНИМАНИЕ" и номер опасного участка выработки. Диспетчер предупреждает сменного инженерно-технического работника участка о пожароопасной ситуации на участке.

Установка "АВАРИЯ-ПОЖАР" соответствует начальной стадии пожара, когда горит 2-2,5 м холостой и рабочей ветвей ленты. Температура воздушной среды в зоне прокладки термокабеля на аварийном участке достигает 40°- 80°С. В этом случае на экране дисплея на рабочем месте горного диспетчера высвечивается сигнал "АВАРИЯ-ПОЖАР" и включается звуковой сигнал. Диспетчер вводит в действие "План ликвидации аварий" по соответствующей позиции.

На рисунке приведен график значений температуры воздушной среды в конвейерной выработке, определенной термокабелем на 20-метровых участках измерения (каналах). Вследствие того, что температура воздушной среды определяется в каждом канале независимо, результаты измерения на разных каналах неодинаковы и отличаются друг от друга на величину, находящуюся в пределах погрешности измерения, чем и объясняется ступенчатость графика, представленного на рисунке. При этом обращает на себя внимание некоторое увеличение разброса измеренных значений температуры воздушной среды от начала термокабеля к его концу, что объясняется увеличением "шумов". Рост уровня "шумов" в каналах, соответствующих концу кабеля, относительно каналов, расположенных ближе к блоку контроля, объясняется увеличением оптических потерь (на уровне 6 дб/км в расчете на двойной проход излучения по кабелю). Поэтому рекомендуемая эксплуатационная длина кабеля ограничивается величиной 1000м, что обеспечивает достаточную надежность измерения.

Рис.1. Диаграмма измеренных термокабелем значений температуры воздуха окружающей среды

В течение 2001 г. комплекс ОПК проходит эксплуатационные испытания на ОАО "Шахта Инская" ("Беловоуголь") в системе противопожарной защиты конвейерных ставов в главном стволе №3 и Главном конвейерном квершлаге. За время испытаний отказов в работе комплекса не наблюдалось. Технические характеристики комплекса подтверждены эксплуатационными испытаниями на шахте. Комплекс надежно измеряет температуру воздушной среды в контролируемой выработке по всей её длине и обеспечивает передачу информационных сигналов в автоматизированную систему контроля за пожароопасностью.
График температур обновляется ежеминутно и позволяет диспетчеру непрерывно контролировать температурный режим в выработке. Результаты измерения обрабатываются компьютером по специальной программе, выявляющей опасную динамику в изменении уровней температуры и генерирующей в необходимых случаях аварийные сигналы.
Комплекс ОПК найдет применение на шахтах с конвейерным транспортом.

Список литературы:
Шувалов М.Г. Основы пожарного дела. - М.: Стройиздат, 1983.
Уилетт М.И. и др. Использование оптического волокна для измерения температуры вдоль подземных выработок// Mining Technol. -1995.- № 890
Сигнализатор пожаров в тоннелях // Technika (Suisse).- 1997. - № 1-2
Козлюк А.И. Противопожарная защита угольных шахт // Техника. - Киев, 1990
Поздняков К.И., Шабельников А.В. и др. Изменения температуры воздушной струи по длине выработки при развитии в ней пожара / Сб. Тр. ВНИИГД. - 1991. - № 10

Источник: www.masters.donntu.edu.ua

Следующая страница: Пожарная безопасность склада: требования к пожарным извещателям.