Моделювання закорочування вентиляційного потоку
Автори: Трофимов В.О., к.т.н., доц., Кавєра О.Л., к.т.н., доц., Бєлоумцева Д.С., ст. гр. ОПГ-10м, Белой О.І. ст. гр. СП-О8б (ДонНТУ).
Анотація
В статті розглядаються особливості моделювання закорочування вентиляційного потоку за допомогою компьютерної моделі шахтної вентиляційної мережі.
Необхідність моделювання закорочування вентиляційного потоку виникає в усіх випадках коли визначається стійкість провітрювання гірничих виробок. В нормальних умовах роботи шахти це робиться у відповідності до вимог «Руководства по проектуванню вугільних шахт» [1]. Раптове закорочування як наслідок руйнування вентиляційних шлюзів або порушення умов їх експлуатації може призвести до порушення стійкості провітрювання і загазування гірничих виробок. В аварійних умовах (при виникненні пожежі), кероване закорочування вентиляційного потоку розглядається як аварійний вентиляційний режим [2]. Цей аварійний режим використовують для зменшення активності горіння або керованого перекидання вентиляціного потоку в аварійних гілках-диагоналях. Різниця між методиками моделювання закорочування полягає у різних підходах до визначення аеродинамічних опорів шляхів закорочування. Для моделювання закорочування необхідно заздалегідь визначити аеродинамічний опір виробок з відкритими вентиляційними дверима.
Моделювання закорочування вентиляційного потоку в компьютерній моделі відбувається за простим сценарієм. Перший крок – зменшення аеродинамічного опіру гілки-виробки з вентиляційними дверями. Другий – моделювання нового розподілу повітря (в програмному комплексі «IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА» результати моделювання потрапляють на екран монітору після натискання клавіши F2). Подальше кроки пов’язані з аналізом результатів моделювання.
Отже, реальні фізичні дії (відчинення вентиляційних дверей в гірничий виробці) імітують зменшенням числа, яке визначає аеродинамічний опір гілки-виробки в комп’ютерній моделі шахтної вентиляційної мережі. У відповідності до [1] для визначення опору шляху закорочування необхідно зменшити нормальний опір гілки в сто разів. Для моделювання закорочування як аварійного вентиляційного режиму використовують результати вимірів або розраховують опір в залежності від розміру прорізу відкритих дверей [2]. Середня величина опору прорізу для відкритих дверей складає 0,069 Па • с2/м6 [2]. В програмному комплексі «IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА» аеродинамічний опір прорізів визначають як опір вентиляційного вікна. Розглянемо можливі наслідки закорочування на прикладі спрощеноі схеми частини шахти (рис. 1) з двома паралельними виробками (1–2–3–4 і 5–6–7–8).
Рисунок 1 – Спрощена схема частини шахти
Припустимо. що пожежа виникла на ділянці 2–3. Для зменшення швикості розповсюдження пожежі передбачається закорочування вентиляційного потоку через вентиляційний шлюз у виробці 2–7. Зменшення опору сбойки 2–7 призведе до значного збільшення витрати повітря в цій виробці, зменшенню витрати повятря на ділянці 2–3 (за місцем закорочування по ходу вентиляційного потоку) і незначного збільшення (не більше ніж у 1,35 рази) витрати повітря на ділянці 1–2 (до місця закорочування). Витрати повітря через відкриті вентиляційні двері можуть збільшуватися, в середньому, в 13,2 рази (максимальне збільшення – в 103 рази). Такі зміни витрат повітря типові для всіх випадків закорочування (окрім випадків опрокидування потоку повітря за місцем закорочування).
В деяких випадках закорочування може призвести до опрокидування вентиляційного потоку у виробці за місцем закорочування (по ходу вентиляційного потоку). Так, наприклад, після відкривання дверей в гілці-виробці № 176 (рис. 2) вентиляційний потік в гілці № 178 змінює напрямок руху.
У випадку, коли закорочування вентиляційного потоку зроблено для зменшення швидкості розповсюдження пожежі в аварійній виробці, опрокидування може ускладнити ліквідацію пожежі.
Рисунок 1 – Схема частини шахтної вентиляційної мережі в комп’ютерній моделі
Для зменьшення впливу закорочення на розподіл повітря в реальних умовах слід передбачати підвищення опору виробки з відкритими дверима. Наприклад, відчинити двері частково або встановити між перемичками шлюза додаткові прорізи.
Список літератури
1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. – К. «Основа», 1994. – 312 с.
2. Болбат И.Э., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. – М.: Недра. – 1992. – 206 с.
3. Трофимов В.О., Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж / Монографія. Норд-Прес, Донецьк. – 2009. – 87 с.