3.12.1 Основные свойства воздушно механической пены.

Эффективность локализации и тушения подземных пожаров пеной, возможность быстрого заполнения ею выработок или подачи по ходу вентиляционной струи на значительное расстояние во многом зависят от основных

84

физических свойств пены, характеризующих ее как специфическую двухфаз­ную коллоидную систему.

3.12.2 Кратность пены.

Кратность пены характеризуется отношением объема пены к объему или весу пенообразующего водного раствора, расходованного на ее получе­ние:

(16)

Где V_п - объем пены, м ;

- объем или вес жидкости, м³;

- объем газа, м³.

Кратность пены, в основном, зависит от принципа действия пеногенератора, процентного содержания пенообразователя в водном растворе и количества эжектируемого или нагнетаемого вентилятором воздуха пеногенератора. В процессе его работы, увеличивая или уменьшая количество воздуха и пенообразующей жидкости, можно регулировать кратность пены.

По кратности пены условно разделяются на три группы:

а) низкая-(1<К<100)

б) средняя - (100<К<300)

в) высокая - (>300).

С увеличением кратности увеличивается дальность продвижения пенного потока. Однако при этом снижаются огнетушащие и охлаждающие свойства пены. Максимально допустимая ее кратность для локализации и тушения подземных пожаров равна 1000, что соответствует содержанию 0, 0002 м³ жидкости в одном кубометре пены.

Пена низкой кратности содержит от 10 до 100 литров жидкости в одном кубометре пены, что значительно повышает ее охлаждающие свойства. Обратно пропорционально кратности возрастает расход пенообразующего водного раствора, увеличивается масса пены, что способствует ее быстрейшему ее стеканию по почве выработки.

3.12.3 Устойчивость пены.

85

Устойчивость пены характеризуется способностью сохранять во времени свою структуру, объем и массу. Она определяется по времени разрушения части ее объема или выделения из нее жидкости и является наиболее важным физическим свойством пены. Для тушения подземных пожаров применяется пена устойчивостью от нескольких минут до двух и более часов. При устойчивости близкой к бесконечности она по физическим свойствам приближается к твердеющим пенам. Тестированные методы (ГОСТ 6948-54 и ГОСТ 9603-61) позволяют сравнительно определять устойчивость пены по времени уменьшения ее объема на 20% или стекания в процессе синерезиса 50% жидкости.

Полное время разрушения объема пены с допустимой точностью можно рассчитать по формуле:

(17) где U_п - объем пены, м³;

Up - объем разрушенной пены, м³; но не менее 0,2; t - время разрушения части объема пены, с;

Аналогично определяется устойчивость пены по времени стекания из нее жидкости:

(18) где - полный объем жидкости в пене, м³;

- объем выделившейся жидкости, м³; но не менее 50% от пол­ного объема (или массы) жидкости;

t - время стекания жидкости из пены, с; На устойчивость пены влияют следующие основные факторы: процентное содержание пенообразователя в водном растворе. Для существующих пенообразователей отечественного производства оптимальное про­центное содержание его в воде составляет от 2% до 4% (+0,5%). Дальнейшее увеличение процентного содержания пенообразователя незначительно повышает устойчивость пены и приводит к неоправданному расходу уменьшение или увеличение содержание пенообразователя рекомендуется в качестве тактического приема для повышения пожаротушащих, охлаждающих или изолирующих свойств пены. Так, при тушении пожаров в камере, тупиковой выработке или куполе объемом до 0,5-1,5

86

тыс. м³ целесообразно подавать пену средней кратности с минимальной устойчивостью. Для этого необходимо уменьшить содержание пенообразователя до минимума, обеспечивая устойчивость пены, которая разрушается, достигнув зоны горения. При этом жидкость из пены, обладающая высокой смачивающей способностью, будет успешно охлаждать зону горения и тушить очаг пожара.

При тушении пожара в наклонных или вертикальных выработках большого объема (V=40-50 тыс. м³) для быстрого заполнения их пеной следует увеличивать содержание пенообразователя до максимума и подавать пену при наибольшей производительности пеногенератора. Температура боковых стенок выработки в очаге пожара оказывает значительное влияние на устойчивость пены за счет испарения жидкой фазы и ускорения процесса разрушения пены.

В результате этого при ее подаче по горизонтальным и наклонным вы­работкам движение фронта потока пены перед очагом пожара замедляется. По мере охлаждения зоны горения поток пены постепенно продвигается по горящей выработке, эффективно охлаждая ее боковую поверхность и почву.

Кратность пены оказывает влияние на устойчивость. Пена низкой и средней кратности содержит больше жидкости, которая под собственным весом быстрее стекает вниз, приводя к обезвоживанию и разрушению пены. Пена высокой кратности содержит меньше жидкости, в результате чего устойчивость пены повышается.

Жесткость воды оказывает существенное влияние на процесс пеногенерации и устойчивость пены. Условно грунтовые воды шахт разделены по жесткости на три группы:

а) от 0 до 20 мг-эвк/л - практически не оказывают влияние на устойчивость пены;

б) от 20 до 40 мг-эвк/л - заметно ухудшают процесс пеногенерации, снижают производительность пеногенераторных установок и умень­шают устойчивость пены по объему и жидкости;

87

в) более 40 мг-эвк/л - в несколько раз снижают устойчивость пены и резко ухудшают процесс пеногенерации. Использовать такую воду для получения пены не рекомендуется.

Скорость движения вентиляционной струи оказывает влияние на устойчивость пены, так с увеличением скорости происходит более интенсивное разрушение пены и выделение жидкости. Поэтому при скорости воздуха более 4 м/с следует учитывать снижение устойчивости пены.

Местные сопротивления и уменьшения площади поперечного сечения выработки приводит к интенсивному разрушению пены. Так подача пены по вентиляционным трубам на расстояние более 50 м без применения пеногенераторов специальной конструкции нецелесообразно. Поэтому для подачи пе­ны по вентиляционным трубам на расстояние до 300 м разработаны пеногенераторы для заполнения забоев тупиковых выработок высокократной пеной при ведении взрывных работ. Кроме того, для снижения сопротивления трубопроводов целесообразно применять полихлорвиниловые трубы, позволяющие подавать пену на расстоянии до 150 - 200 м.