Анотація до роботи:

Білоножко О.В. Контроль вибухонебезпечності газових сумішей при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - “Охорона праці” – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2009.

У дисертаційній роботі виконано аналіз процесу формування вибухонебезпечних газових сумішей при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт та можливості використання за цих умов існуючих способів і засобів контролю вибухонебезпечності. Виявлені причини відмов і нестабільної роботи існуючих термокаталітичних датчиків метану при аварійних загазуваннях шахт. Встановлені закономірності процесу окислення суміші горючих газів в термокаталітичних датчиках метану та зміни характеристик цих датчиків за тривалої експлуатації в шахтних умовах. Обґрунтовані способи контролю вибухонебезпечності газових сумішей, що полягають в використанні різних теплових режимів чутливих елементів датчиків та роздільного управління дифузійними потоками контрольованого середовища до елементів датчика, на основі яких розроблені засоби контролю метану, які забезпечують працездатність аналізаторів метану при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт.

Виконані в дисертаційній роботі теоретичні та експериментальні дослідження були використані при дослідно-конструкторській розробці переносних аналізаторів метану, кисню, токсичних газів та температури «Сигнал 9», які успішно пройшли приймальні випробування і прийняті до серійного виробництва.

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, наведене рішення актуальної наукової задачі підвищення надійності контролю вибухонебезпечності газових сумішей при аварійних загазуваннях, що полягає у встановленні закономірностей процесу окислення суміші горючих газів в термокаталітичних датчиках метану та закономірностей зміни характеристик їх чутливих елементів за тривалої експлуатації в шахтних умовах, на базі яких розроблені способи та засоби контролю вибухонебезпечності газових сумішей, засновані на використанні різних теплових режимів чутливих елементів датчиків і роздільного управління дифузійними потоками контрольованого середовища до цих елементів та обґрунтовані параметри розроблених термокаталітичних датчиків метану, що забезпечують працездатність газоаналізаторів при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт.

Найбільш важливі наукові та прикладні результати, висновки й рекомендації полягають у наступному:

1. Установлено, що основною причиною, що спричиняє відмови існуючих засобів газового захисту при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт, є збої в роботі термокаталітичних датчиків при високих концентраціях метану, що виникають внаслідок окислювання горючих газів на порівняльному елементі датчика.

2. Виявлено, що активація порівняльного елемента існуючих термокаталітичних датчиків аналізаторів метану обумовлюється нагромадженням на поверхні порівняльного елемента продуктів термічної деструкції вуглеводнів, а також додатковим розігрівом порівняльного елемента в результаті окислення на ньому вищих гомологів метану, водню та оксиду вуглецю, присутніх у рудниковому газі.

3. Установлені закономірності процесу нагромадження продуктів термічної деструкції вуглеводнів на поверхні чутливих елементів термокаталітичних датчиків при нормальній роботі аналізаторів метану та при аварійних загазуваннях гірничих виробок. Показано, що для запобігання карбонізації чутливих елементів необхідно вибирати температуру попереднього нагріву робочого елемента більше 410 С, а температуру попереднього нагріву порівняльного елемента знижувати до 300 С.

4. Показано, що в аварійних умовах (при вибухах, пожежах, раптових викидах вугілля, породи й газу), коли крім метану в атмосфері гірничих виробок можуть у значних кількостях бути присутні водень, оксид вуглецю та вищі гомологи метану, наявні термокаталітичні датчики не забезпечують необхідної точності контролю вибухонебезпечності газової суміші.

5. Запропоновані, теоретично та експериментально обґрунтовані способи вимірювання концентрації метану, що забезпечують працездатність аналізаторів метану при аварійних загазуваннях гірничих виробок шахт, у тому числі:

- спосіб, що полягає в використанні різних теплових режимів чутливих елементів термокаталітичних датчиків;

- спосіб, що полягає в роздільному управлінні дифузійними потоками контрольованого середовища до елементів датчика, що можливе при застосуванні двокамерних датчиків з дифузійною провідністю фільтра камери, у якій установлений порівняльний елемент, значно меншою дифузійної провідності фільтра камери з робочим елементом.

6. Теоретично обґрунтовані параметри датчиків та режими роботи аналізаторів метану, що забезпечують температурну стабільність вимірювального моста при різних варіантах виконання термокаталітичних датчиків з різними тепловими режимами елементів. Обґрунтовано конструкцію, параметри та режими роботи термоелементів у двокамерних термокаталітичних датчиках.

Виконані в дисертаційній роботі теоретичні та експериментальні дослідження були використані при дослідно-конструкторській розробці переносних аналізаторів метану, кисню, токсичних газів (CO, H₂S, NH₃, NO₂) та температури «Сигнал 9». Дослідні зразки розробленого аналізатора успішно пройшли приймальні випробування, за результатами яких аналізатор метану переносний «Сигнал 9» був рекомендований до серійного виробництва, що почато в 2008 році на НВО «Червоний металіст».

Основні положення і результати дисертації опубліковані у роботах:

1. Голинько В.И. Исследование работоспособности термокаталитических датчиков метана после их длительной эксплуатации / В.И. Голинько, А.В. Белоножко // Науковий вісник НГУ. – 2006. – №10. – С. 72-75.

2. Голинько В.И. Совершенствование термокаталитического метода контроля содержания метана в рудничной атмосфере / В.И. Голинько, А.В. Белоножко // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-техн. зб. – 2006. – Вип.77. – С. 81-87.

3. Голинько В.И. Повышение надежности контроля взрывоопасности многокомпонентных газовых смесей термокаталитическими датчиками / В.И. Голинько, А.В. Белоножко // Разработка рудных месторождений: Научн.-техн. сб. – 2007. Вып. 91. – С. 242-245.

4. Голинько В.И. Совершенствование стационарных средств контроля взрывоопасности газовых смесей / В.И. Голинько, А.К. Котляров, А.В. Белоножко // Разработка рудных месторождений: Научн.-техн. сб. – 2008. Вып. 92. – С. 222-225.

5. Голинько В.И. Исследование процессов накопления продуктов термической деструкции углеводородов на поверхности термоэлементов / В.И. Голинько, А.В. Белоножко // Науковий вісник НГУ. – 2008. – №7. – С. 60-65.

6. Белоножко А.В. Экспериментальное обоснование конструктивных и технологических параметров датчиков метана / Белоножко А.В. // Гірнича електромеханіка та автоматика: Наук.-техн. зб. – 2008. – Вип.80. – С. 94-101.

7. Пат. 76648 Україна, МПК E21F 17/18, G01F 15/00. Спосіб підвищення механічної стійкості термокаталітичного датчика горючих газів / О.К. Котляров, В.І. Голінько О.В. Білоножко, В.В. Білоножко (Україна) - № а 2005 00131; заявл. 05.01.05; опубл. 15.08.06. Бюл. №8.

8. Пат. 79969 Україна, МПК E21F 17/18, G01N 25/22. Аналізатор горючих газів / О.К. Котляров, В.І. Голінько, О.В. Білоножко, В.В. Білоножко (Україна) - № а 2005 00128 заявл. 05.01.05; опубл. 10.08.07. Бюл. №12.

9. Пат. 82781 Україна, МПК G01N 25/22. Спосіб вимірювання вмісту горючих газів та пристрій для його реалізації / В.І. Голінько О.В. Білоножко, О.К. Котляров, В.Є. Фрундін (Україна) - № а 2006 12098; заявл.17.11.08; опубл. 12.05.08. Бюл. №9.

10. Белоножко А.В. Оптимизация параметров чувствительных элементов термокаталитических датчиков метана // Матер. міжн. конф. «Форум гірників-2006». – Національний гірничий університет, НГУ, 2006. – С. 134-139.

11. Белоножко А.В. К вопросу о надежности контроля взрывоопасности горных выработок термокаталитическими газоанализаторами / Белоножко А.В. // Матер. міжн. конф. «Форум гірників-2007». – Д.: Національний гірничий університет, 2007. – С. 262-267.

12. Голинько В.И. Разработка методов контроля метана, обеспечивающих работоспособность анализаторов при аварийных загазированиях горных выработок шахт / В.И. Голинько, А.К. Котляров, А.В. Белоножко // Матер. міжн. конф. «Форум гірників-2008». – Д.: Національний гірничий університет, 2008. – С. 33-43.

13. Белоножко А.В. Исследование работоспособности термокаталитических датчиков метана при аварийных загазированиях шахт / А.В. Белоножко, В.Е. Фрундин // Матер. межд. науч.-практ. конф. «Школа подземной разработки». – Д.: Национальный горный университет, 2008. – С. 225-229.

Особистий внесок дисертанта в роботах, опублікованих у співавторстві, полягає в постановці й проведенні досліджень термокаталітичних датчиків [1], обґрунтуванні способу вимірювання з використанням двокамерного термокаталітичного датчика [2, 3], дослідженні причин нестабільної роботи термокаталітичних датчиків [4, 5], у розробці ознак винаходів [7, 8, 9], обґрунтуванні способу контролю датчиками з різним тепловим режимом елементів [12], проведенні досліджень аналізаторів в багатокомпонентних газових сумішах [13].