ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Цели и задачи магистерской работы

Целью магистерской работы является исследование устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в наклонных выработках с нисходящим и восходящим проветриванием в условиях шахты им. Е.Т. Абакумова. В данной работе решаются следующие задачи:

2. Актуальность темы

В соответствии с Правилами безопасности в угольных шахтах [1] и Рекомендациями по выбору эффективных режимов проветривания шахт при авариях [2] на шахтах Украины при подготовке плана ликвидации аварий должна проводиться оценка устойчивости нисходящего проветривания горных выработок при экзогенных пожарах. Такая оценка проводится два раза в год при подготовке нового плана ликвидации аварии.

Оценка устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках

Согласно [2, 3] при определении устойчивости проветривания шахты производится расчет величины тепловой депрессии пожара и моделирование ее действия в шахтной вентиляционной сети. В зависимости от условий, тепловая депрессия может быть определена двумя способами: замерным и расчетным. Первый способ дает наиболее достоверные результаты.

Рассмотрим замерный способ определения тепловой депрессии. Наклонная или вертикальная выработка, в которой произошел пожар, может проветриваться нисходящим или восходящим проветриванием. Если действие тепловой депрессии противоположно направлению депрессии, что создается вентилятором главного проветривания, то возрастают потери энергии на перемещение воздуха, что приводит к увеличению перепада давления между концами аварийной выработки. В том случае, когда тепловая депрессия действует в том же направлении, что и депрессия вентилятора главного проветривания, затраты энергии на перемещение воздуха уменьшаются, поэтому разница давлений между концами выработки также снижается. Для определения тепловой депрессии, которая возникает при пожарах в наклонной выработке с нисходящим движением воздуха, необходимо произвести следующие измерения:

Разницы давления между концами аварийной выработки (определяют с помощью микроманометра или приборов барометрического типа; для прокладки резиновой трубки используют параллельные выработки); Расходы воздуха в аварийной выработке, которые измеряются выше за очаг пожара. Величину тепловой депрессии рассчитывают по формуле:

hт =hа.з - hа.р.,

где hа.з. и hа.р. - депрессия аварийной выработки, полученная соответственно в результате измерений и расчетов, Па. Исследование устойчивость проветривания горных выработок шахты им. Е.Т. Абакумова при пожарах в нормальном и реверсивном режимах проветривания В данной магистерской работе будет проведено исследование устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в наклонных выработках с нисходящим и восходящим проветриванием. Исследования устойчивости будут проведены с использованием программного комплекса «IRS Вентиляция шахт - ЭПЛА» (Рис.1).

Рис.1 - Компьютерная модель шахты в программном комплексе IRS Вентиляция шахт - ЭПЛА

Первый этап работы включает в себя создание компьютерной модели шахтной вентиляционной сети и ее тестирование [5,6] (Рис.2). Второй этап будет посвящен моделированию действия пожара в наклонных выработках и анализу результатов моделирования. В рамках второго этапа будет проводится расчет тепловой депрессии пожара:

hт =hа.з - hа.р.,

где hа.з. и hа.р. - депрессия аварийной выработки, полученная соответственно в результате измерений и расчетов, Па. Третий этап включает в себя разработку мероприятий по повышению устойчивости проветривания. Исследования включают в себя поиск мест установки вентиляционных регуляторов для повышения устойчивости вентиляционных потоков, определение их аэродинамических сопротивлений и проверку эффективности предлагаемых мероприятий на компьютерной модели.

Рис.2 - Компьютерная модель шахты им. Е.Т.Абакумова

Особенностью данной работы будет моделирование пожаров в наклонных выработках, с использованием новой методики определения устойчивости проветривания.

3. Научная новизна

В данной магистерской работе предлагается новая методика определения тепловой депрессии пожара в наклонных горных выработках.

Рис.3 - Схема уклонного поля с двумя наклонными выработками.

Особенность определения устойчивости потока воздуха при одновременном действии тепловой депрессии пожара в нескольких контурах заключается в том, что при этом необходимо учитывать рост сопротивления аварийной выработки за счет расширения воздуха в очаге пожара [4] . При этом сопротивление аварийной выработки максимально может повыситься втрое [7] . Иначе говоря, действие пожара в одном контуре уменьшает критическую депрессию других контуров с наклонными выработками. Если пожар возникнет на участке 1-2 (Рис.3), то кроме введения в эту выработку тепловой депрессии (-ht1) необходимо одновременно повысить сопротивление этой ветви. В действующей методике это явление не учитывается потому, что устойчивость потока воздуха определяется только в одной ветви-выработке, а сопротивление аварийной выработки (участки) не влияет на ее устойчивость. При одновременном моделировании действия тепловой депрессии на нескольких участках наклонной выработки, повышения сопротивления аварийного участка, с очагом пожара, уменьшает критическую депрессию всех других ветвей, которые составляют наклонную выработку. При этом следует учитывать, что расходы воздуха почти не влияют на величину тепловой депрессии пожара. Подводя итог, можно предложить новый сценарий определения устойчивости проветривания наклонных выработок. Его нужно использовать в том случае, когда расчеты показали, что по существующей методике проветривания наклонных выработок - проветривание устойчивое. Предлагается следующая последовательность действий:

Этот вариант определения устойчивости проветривания не учитывает явление охлаждения пожарных газов вдоль аварийной выработки, но он достаточно простой и позволяет отделить выработки, в которых проветривание будет устойчивым во всех возможных случаях кроме тех, когда в очаге пожара уже состоялось обрушение пород. Если моделирование покажет, что проветривание неустойчиво, то необходимо перейти ко второму этапу расчетов и учесть закономерности охлаждения пожарных газов вдоль наклонной выработки. Для этого нужно рассчитать максимальную температуру воздуха в очаге пожара (Тmax) и температуру в конце этого участка наклонной выработки (Тк.о.). На следующем участке температура воздуха в начале принимается такой, которая была в конце предыдущего участка (в направлении движения воздуха). Такое предположение возможно для выработки с нисходящим проветриванием (1-2-3-4) потому, что в каждый ее узел воздуха приходит по одной ветви, а уходит по двум ветвям. Для выработки с восходящим потоком воздуха начальную температуру в ветвях за очагом пожара следует считать как средне взвешенную, учитывая все потоки воздух, что соединяются в узле. Зная начальные и конечные температуры на всех участках наклонной выработки, можно посчитать тепловую депрессию пожара в каждом контуре. Количество одновременно действующих тепловых источников нужно определять, как и при нисходящем проветривании, то есть с учетом критической длины охлаждения пожарных газов (400м). После этого нужно одновременно ввести в компьютерную модель вентиляционной сети все тепловые депрессии (для двух соседних контуров), аварийное сопротивление ветви с очагом пожара и выполнить моделирование. Если результаты моделирования покажут, что проветривание не устойчивое, нужно разрабатывать мероприятия по его повышению.

4. Заключение

Анимация - Моделирование пожара в горной выработке

Количество повторений - 5, кадров - 7, размер анимации - 84 КБ

Красный - аварийная выработка

Желтый - зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи

Голубой - зона распространения пожарных газов после опракидывания вентиляционной струи

В настоящее время в магистерской работе разработана методика определения тепловой депрессии пожара, разработана компьютерная модель шахты им. Е.Т. Абакумова, подготовлена база данных состоящая из графической и числовой информации (введены 3400 единиц информации). В дальнейшем будут проведены исследования устойчивости проветривания выработок с нисходящим и восходящим проветриванием при пожарах, с использованием новой методики определения тепловой депрессии пожара и оценка по результатам моделирования.

Литература

  1. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Держохоронпраці. – 2005 г., – 398 с.
  2. Рекомендації по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях// НДIГРС. — Донецьк. — 1995 г., — 165 с.
  3. Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах — М.: Недра, 1992 г.,— 204с.
  4. Осипов С.Н., Жадан В.М. Вентиляция шахт при подземных пожарах. -М.: Недра, 1973
  5. Каледіна І.О., Романченко С.Б., Трофимов В.О. Комп'ютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. — М.: Видавництво МГГУ. 2004 г., — 72 с.
  6. Каледіна І.О., Романченко С.Б., Трофімов В.О., Горбатов В.А. Комп'ютерне моделювання задач протиаварійного захисту шахт: Методичні вказівки. — М.: Видавництво МДГУ. 2004 г., — Частина 1. — 45 с.
  7. Зинченко И.Н., Романченко С.Б., Ревякин А.В. Расчет на IBM PC температуры и депрессии вентиляционной струи при пожарах/ Горноспасательное дело: Cб.науч.тр. / НИИГД. – Донецк, 1986