Удивительное зрелище — оранжевый купол парашюта в подземных помещениях шахт, «выработках», как их называют горняки. Для чего он здесь понадобился? Оказывается, группа изобретателей «научила» парашют новой профессии — укротителя подземных взрывов. Кроме того, как рассказал один из авторов этой разработки, кандидат технических наук Анатолий Абинов, парашютные купола можно использовать при борьбе с пожарами и для очистки шахтного воздуха от пыли и дыма.
Стена из капрона
Тот, кто берется достать из недр «солнечный камень» — уголь, знает, что добыче препятствует множество преград. Подземная стихия угрожает горнякам обвалами, взрывами газа и угольной пыли, подземными пожарами и другими неожиданностями. Поэтому изобретатели ищут новые способы защиты шахтеров.
В свое время Горным бюро США была запатентована оригинальная шахтная перемычка, в основу которой был положен принцип действия обычного парашюта. Временная стена предназначалась для перераспределения воздуха в подземных выработках, а также для защиты горняков от воздействия вредных газов при пожарах и взрывах. Заявка на изобретение была подана инженером Горного бюро Фредом Кисселом в октябре 1975 года, а патент получен им в августе 1976 года.
Однако первыми разработчиками «подземных парашютов» были советские инженеры. Еще в 1973 году группа карагандинских ученых во главе с Владимиром Плотниковым разработала и испытала парашютную перемычку, предназначенную для гашения взрывной волны в шахтах. К сожалению, экспертиза усмотрела в разработке новизну и полезность лишь после того, как пришло известие о патенте Киссела.
Подземный парашют состоит из купола и строп, сходящихся в одной точке примерно так же, как и на обычном парашюте. Только здесь концы строп крепятся не к подвесной системе парашютиста, а к анкерным болтам в кровле выработки. Воздушный поток надувает купол, и сечение подземной выработки оказывается перекрытым.
Для удержания перемычки в рабочем состоянии достаточен расход воздуха всего лишь 0,04 кубометра за секунду при избыточном давлении примерно в 100 паскалей. Правда, при этом необходимо, чтобы периметр перемычки был в полтора раза больше поперечного сечения выработки, в которой она устанавливается.
Стропы прикрепляются к куполу перемычки таким образом, чтобы по его краю оставалась свободно свисающая «юбка» шириной 0,6 метра. Эта «юбка» обеспечивает дополнительное уплотнение между перемычкой и станками выработки. Для прохода людей через такую стену в ней устраивают проем, закрывающийся застежкой «молния».
Как показывает практика использования таких перемычек на рудниках и в шахтах, монтаж их в выработках арочной формы с бетонной крепью длится всего 5 минут. Но главное даже не в этой быстроте. Парашютные перемычки еще хороши тем, что активно противодействуют распространению ударных волн при взрывах метана и способствуют удалению пыли из воздуха.
Укротитель взрывов
При вскрытии угольных пластов происходит выделение метана. Он смешивается с воздухом и угольной пылью и может взорваться от случайной малейшей искры. Взрывы метана и угольной пыли — давние враги горняков.
Во время ликвидации аварии в подземных выработках для предотвращения дальнейших взрывов, как правило, устанавливают перемычки. Обычно их делают из брезента, бетона, гипса, металла или древесины. Основной недостаток таких перемычек в том, что все они требуют для своего возведения больших затрат труда и материалов. Достаточно сказать, что самую простую стену — брезентовую — пятеро горняков собирают целую смену. Нужны же такие перемычки только на время ликвидации аварии. Затем их приходится разбирать, поскольку они мешают проходу людей, затрудняют вентиляцию подземных выработок.
Очевидно, что наилучшей была бы перемычка, которая приводилась бы в действие самой силой взрыва, а в остальное время оставалась бы в сложенном состоянии, не мешая работе. После рассмотрения многих вариантов выяснилось, что всем этим требованиям удовлетворяет парашютная перемычка.
Однако первые эксперименты, проведенные карагандинскими инженерами в начале 70-х годов, показали, что в стесненных условиях подземной выработки обычный парашют не может раскрываться столь же свободно, как в небе: купол «прилипает» к стене, охлопывается, рвутся стропы. Словом, необходимо создавать особый, «подземный», парашют.
В традиционную конструкцию были внесены существенные изменения, которые коснулись купола, строп, элементов крепления. В купол, например, вмонтировали специальный пневмокаркас, который обеспечил его жесткость и устойчивую работу. Подобрали инженеры и материал для строп — теперь каждая из них могла выдерживать нагрузку до 2000 кг и не боялась огня. Продумали их крепление. Для большей надежности парашютную перемычку сделали в виде нескольких последовательно установленных куполов.
Парашют крепится в подземной выработке любого сечения к элементам крепи или к специальной опоре. При этом растяжки удерживают купол парашюта полураскрытым. Так и «дремлет» он до нужного момента. Проходу людей не мешает и вентиляцию не нарушает: относительно слабый поток воздуха свободно обтекает парашют, не раскрывая его. Это может сделать только взрывная волна. Но раскрыв купол, она попадает в него, как в сеть, гася свою энергию.
После укрощения взрывной волны парашют при помощи резиновых растяжек принимает компактный вид и снова готов к работе. В тех случаях, когда для повышения надежности перемычка выполняется в виде нескольких последовательно расположенных куполов, расстояние между ними составляет как раз длину строп. А чтобы пневмокаркас парашютной перемычки не рвался, ударяясь во время раскрытия об острые углы камней, выступающих из свода, поверхность горной выработки в нужных местах прикрывают слоем бумажной крошки с текстильными нитями. Слой этот затем прессуется самим раздувающимся пневмокаркасом.
Вот так и работает парашютная перемычка — ловушка для взрывной волны.