 |
Пимачёва Алла ГригорьевнаФакультет:
"Геотехнологий и управления производством" |
Задачи, связанные с выбором аварийных вентиляционных режимов (АВР) решаются на стадии подготовки планов ликвидации аварий (ПЛА) и в ходе тушения пожаров. Однако при этом не всегда учитывается особенности аварийных выработок и влияние средств пожаротушения на аэродинамические параметры этих выработок. В этой связи изучение особенностей выбора аварийных вентиляционных режимов при пожарах в угольных шахтах является достаточно актуальной научной задачей.
Анализ факторов, которые необходимо учитывать при выборе аварийного вентиляционного режима показывает, что методические основы этого выбора при разработке планов ликвидации аварий и в ходе самой ликвидации значительно отличаются [1,2,3,4]. Это относится как к определению параметров пожара, так и к оценке его влияния на воздухораспределение в сети горных выработок.
При подготовке планов ликвидации аварий расчет величины тепловой депрессии пожара производится исходя из следующих условий: очаг пожар расположен в начале наклонной выработки (при нисходящем проветривании в верхней, а при восходящем – в нижней части наклонной выработки), время формирования тепловой депрессии равно 150 мин., а горючая загрузка выработки представлена только деревянной крепью. Кроме того, если наклонная выработки по всей длине имеет сопряжения с другими выработками, то расчет устойчивости проветривания проводится последовательно для каждого отдельного участка наклонной выработки между сопряжениями. При этом не учитывается опасность распространения нагретых пожарных газов в другие участки наклонных выработок или возможность их выхода из горизонтальных выработок в наклонные, а также влияние режимов работы автоматических средств пожаротушения на распределение расхода воздуха в выработках аварийного участка.
Вышеприведенные условия приняты на основании предположения о том, что они позволяют определить максимально возможную тепловую депрессию пожара (самый тяжелый или худший вариант развития пожара). Основным недостаткам такого подхода является опасность неправильного выбора аварийного вентиляционного режима для плана ликвидации аварий (ПЛА). Так, если фактическая горючая нагрузка выработки значительно меньше принятой к расчету, то величина фактической тепловой депрессии пожара будет меньше критической депрессии выработки (при нисходящем проветривании), а угроза нарушения устойчивости проветривания отсутствует. Тогда, предусмотренные в плане ликвидации аварии общешахтное реверсирование или повышение устойчивости проветривания не нужны. Их применение может усложнить (ухудшить) условия спасения людей и ликвидации пожара. С другой стороны, не учитывая такой фактор, как распространение нагретых пожарных газов по наклонной выработке, состоящей из нескольких участков, мы не учитываем в полном объеме влияние тепловой депрессии пожара на воздухораспределение аварийного участка (выемочного поля).
Особое внимание следует уделять оценке устойчивости проветривания при общешахтном реверсировании вентиляции. В этом случае, методика расчета тепловой депрессии пожара должна учитывать время, прошедшее с момента возникновения пожара до начала реверсирования [4]. Однако, при подготовке ПЛА, когда место возникновения пожара неизвестно, возникает противоречие между требованием об определении величины максимальной тепловой депрессии и выбором предполагаемого места возникновения пожара. Так, при нисходяшем проветривании наклонной выработки (нормальный режим проветривания) максимальную тепловую депрессию пожара необходимо рассчитывать исходя из условия, что пожар возник в начале (верхней части) выработки, а после реверсирования, когда проветривание наклонной выработки становиться восходящим, максимальная величина тепловой депрессии может сформироваться, только если очаг горения возник в нижней части выработки. Эти вопросы до настоящего времени не имеют однозначного решения. Необходимы дальнейшие исследования, позволяющие однозначно определить качественные или количественные показатели эффективности общешахтного реверсирования вентиляции при пожаре в наклонной выработке.
В аварийных условиях, кроме оценки устойчивости проветривания выработок аварийного участка рассчитываются параметры пожара [3]. На основании этих расчетов прогнозируются возможные последствия развития аварии, выбираются способы и средства ее ликвидации.
Анализ известной методики расчета параметров пожара [3] показал, что ее основу составляют зависимости связывающие скорость развития пожара, скорость воздуха в аварийной выработке до пожара и величину горючей загрузки.
Особое внимание необходимо обращать на расчеты скорости движения пожара и прогноза дальности распространения очага горения в горных выработках связанных с шахтной вентиляционной сетью в нескольких местах. В этих случаях, возникают вопросы прогнозирования динамики изменения температур и расходов воздуха в отдельных ветвях вентиляционной сети, составляющих рассматриваемую выработку. Существующая база экспериментальных наблюдений не позволяет однозначно прогнозировать динамику развития пожара при перемещении очага горения через сопряжение горных выработок. Другими словами, решение задач связанных с динамикой горения в выработке, имеющей сопряжения с другими выработками, должно основываться не на качественных, а на количественных показателях учитывающих специфику схемы вентиляции аварийного участка (выработки).
Основное отличие методики расчетов воздухораспределения в условиях реального пожара от расчетов при подготовке ПЛА состоит в том, что по результатам разведки можно установить место возникновения горения, оценить фактическую горючую нагрузку аварийной выработки, измерить температуру воздуха в выработке за очагом пожара и расход воздуха. При этом следует отметить, что в условиях реальной аварии расчеты могут включать в себя как оценку устойчивости проветривания (для уточнения показателей полученных при составлении ПЛА или при подготовке оперативных планов), так и определение режима проветривания выработки (при сохранении устойчивого проветривания). В отличии от расчетов проветривания на стадии подготовки ПЛА при оперативных расчетах следует учитывать действие всего комплекса факторов влияющих на проветривание аварийных выработок: формирование тепловой депрессии пожара в нескольких вентиляционных контурах (если наклонная выработка состоит из нескольких участков), возможность поступления нагретых пожарных газов из горизонтальной выработки в наклонную, влияние средств тушения на состояние горных выработок, аэротермодинамические характеристики горных выработок и способы их определения.
Анализ особенностей расчетов вентиляции шахт с использованием компьютерных технологий позволяет отметить, что до настоящего времени отсутствуют методики моделирования элементов шахтных вентиляционных сетей и аварийных вентиляционных режимов, учитывающих весь комплекс факторов влияющих на воздухораспределение в нормальных и аварийных условиях. Известные методики [2,4] не всегда достоверно учитывают (или вообще не учитывают) специфику формирования и действия локальных источников тяги в отдельных контурах шахтных вентиляционных сетей, а также влияние различных средств тушения (водяные и пенные) на аэродинамические параметры горных выработок. Кроме того, до настоящего момента времени не учитываются особенности определения и моделирования аэродинамических характеристик элементов вентиляционной сети с учетом различных средств тушения пожаров и природных факторов. При подготовке компьютерных моделей шахтных вентиляционных сетей, во многих случаях (при обработке материалов депрессионных съемок) используется метод эквивалентных сопротивлений, в соответствии с которым моделирование действия контурной естественной тяги заменяется изменением аэродинамического сопротивления модели выработки. Например, моделирование действия положительной естественной тяги в шахтных стволах заменяется «увеличением» аэродинамического сопротивления путей внешних утечек (подсосов) воздуха. Такой подход позволяет получить модель шахтной вентиляционной сети с «нормальным» воздухораспределением, однако, при моделировании аварийных вентиляционных режимов, связанных с изменением направления движения воздуха в горных выработках, могут возникнуть проблемы из-за деформированной исходной базы данных. Это в сою очередь не позволит полностью учесть влияние локальных источников тяги на проветривание горных выработок. Возникающие при этом погрешности расчетов соизмеримы с погрешностями измерения аэродинамических параметров горных выработок. Аналогичные погрешности расчетов могут возникнуть и в тех случаях, когда группа выработок или крыло шахты заменяются их аналогами с эквивалентными сопротивлениями, без учета особенностей формирования их аэродинамических характеристик в нормальных и аварийных условиях.
Выводы:
Проведен анализ особенностей выбора аварийных вентиляционных режимов при экзогенных пожарах в горных выработках современных угольных шахт.
Определены основные факторы, оказывающие влияние на точность расчетов аварийных вентиляционных режимов.
Показано, что существующие методики расчета аварийных вентиляционных режимов не учитывают особенности формирования аэродинамических характеристик элементов шахтных вентиляционных сетей с различными локальными источниками тяги и влияние средств пожаротушения на воздухораспределение в горных выработках.
Обоснована необходимость создания единой методики моделирования шахтных вентиляционных сетей и подготовки исходной информации по элементам моделей шахтных вентиляционных сетей.
Устав ГВГСС по организации и ведению горноспасательных работ. – К.: 1997.- 453 с.
Рекомендации по выбору эффективных режимов проветривания шахт при авариях. – Донецк: НИИГД,1995. – 168 с.
Руководство по определению параметров подземного пожара и выбору эффективных средств его тушения: Утв. Всесоюзным управлением ВГСЧ 9.09.85 // ВНИИГД. – Донецк, 1985. – 96 с.
Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. - М.: Недра, 1992. - 206 с.
Руководство по применению реверсирования вентияляции шахт в планах аварий ликвидации в зависимости от места возникновения пожара в горных выработках. – Донецк: ВНИИГД, 1988. – 28с.