Реферат по теме выпускной работы

Цели и задачи магистерской работы

Цель работы – разработка возможных мер по повышению безопасности выхода людей из зоны распространения пожарных газов при пожарах в наклонных выработках с восходящим проветриванием, разработанных на основе использования виртуальной модели шахтной вентиляционной сети шахты   им. М.И. Калинина.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ схемы вентиляции, распределения воздуха, разработать компьютерную модель шахты с помощью программы «IRS Вентиляция – ПЛА»; провести оценку устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках шахты, и разработать мероприятия по повышению устойчивости проветривания; исследовать зоны распространения пожарных газов при пожарах в наклонных выработках и исследовать маршруты выхода горнорабочих из зоны загазирования.

1. Актуальность работы

Анализ аварийности угольных шахт показывает, что подземные пожары являются одним из наиболее распространенных видов аварий. Пожары в наклонных выработках характеризуются быстрым распространением пламени, и тушение их связано с гораздо большими трудностями, чем в других выработках.

Наиболее простым и эффективным способом повышением устойчивости проветривания сети при пожаре в выработке с восходящим движением воздуха является закрытие пожарной двери перед очагом пожара, что не только повышает устойчивость проветривания, но одновременно снижает интенсивность развития пожара. Поэтому в планах ликвидации аварий целесообразно предусматривать закрывание пожарной двери ниже очага пожара и в тех случаях, когда не требуется повышать устойчивость проветривания. Однако, если пожар возник в ветви без пожарной двери, закрывание пожарной двери (например, вверху или внизу уклона) может привести к нарушению (ухудшению) устойчивости проветривания других выработок [1].

Действие тепловой депрессии пожара в выработке с восходящим проветриванием совпадает по направлению с депрессией вентилятора главного проветривания. В результате, воздушный поток в других выработках (как правило в близлежащих в пожарной ветви) может изменить направление (опрокинуться). Опрокидывание вентиляционной струи приводит к расширению зоны загазирования, создает угрозу появления пожарных газов на маршрутах эвакуации людей, что может привести к большему количеству пострадавших [2]. Поэтому, места опрокидывания вентиляционного потока нужно знать заранее и предусмотреть мероприятия по обеспечению устойчивости проветривания этих выработок, а такой расчет возможен лишь при использовании специализированного программного комплекса.

Таким образом, актуальной задачей является разработка возможных мер по повышению устойчивости проветривания горных выработок при пожарах в наклонных выработок с восходящим проветриванием, разработанных на основе использования виртуальной модели шахтной вентиляционной сети шахты   им. М.И. Калинина.

2. Предполагаемая научная новизна

Впервые проведена оценка устойчивости проветривания горных выработок при пожарах в наклонных выработках с восходящим проветриванием, с использованием компьютерной модели шахтной вентиляционной сети шахты им. М.И. Калинина.

3. Краткое изложение результатов магистерской работы

3.1 Краткая характеристика шахты

Шахта им. М.И. Калинина ГП ДУЭК расположена на территории Донецко – Макеевского района Донецкой области Украины и находится в Калининском районе г. Донецка. Размеры шахтного поля по простиранию – 7200 м, по падению – 1680 м. В настоящее время шахтой разрабатывается пласт h₁₀.

Шахтное поле вскрыто пятью вертикальными стволами: клетевыми № 1, № 2, № 3, скиповым и вентиляционным, а также капитальными квершлагами на горизонты 229 м, 758 м и 1070 м. Способ проветривания шахты – всасывающий. Схема проветривания – комбинированная. Проветривание шахты осуществляется двумя вентиляторными установками главного проветривания: ВЦД – 47У на восточном вентиляционном стволе и ВЦ – 5 на скиповом стволе. Свежий воздух в шахту поступает по клетевому стволу № 1, клетевому стволу № 2 и клетевому стволу № 3. Исходящая струя воздуха по восточному вентиляционному стволу и скиповому стволу выдается на поверхность.

3.2 Разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети

Технология решения задач рудничной вентиляции с применением программного комплекса «IRS Вентиляция – ПЛА», является определенной последовательностью действий, включающий этап подготовки исходной информации. На этом, начальном этапе, необходимо подготовить схему вентиляции шахты до ввода ее в компьютер. Особенностью такой подготовки является представление схемы вентиляции в виде определенной последовательности (сети) связанных, между собой, ветвей. Каждый узел сети связывает между собой две или более выработки (ветви) или части выработки. Как правило, кодирование схем вентиляции производится при подготовке шахты к депрессионной съемке, каждому узлу и ветви на схеме, присваивается определенный номер (рис. 1).

Рисунок 1 – Упрощенная схема уклонного поля
(1 – воздухоподающий штрек; 2 – верхняя сбойка; 3 – ходок; 4 – уклон)

Устойчивость вентиляционной струи в горных выработках при пожаре оценивается после введения в наклонную выработку источника тяги, моделирующего тепловую депрессию пожара. Нарушение устойчивости проветривания при пожаре возможно в тех выработках, где после введения тепловой депрессии останавливается или изменяется направление движения вентиляционной струи.

Такая нумерация позволяет идентифицировать все выработки шахты или их части и определять фактическое направление движения воздуха в них. При подготовке схемы вентиляции шахты, для представления ее в электронном виде, недопустимо ее упрощения. Под упрощением подразумевается объединение нескольких узлов вентиляционной сети в один или представление на схеме вентиляции, последовательного соединения нескольких выработок одной ветвью (рис. 2).

Рисунок 2 – Упрощенная схема путей внешних утечек и установки вентилятора

Необходимость такого детального представления схемы вентиляции в компьютере объясняется тем, что в последовательном соединении выработок могут быть участки с разными углами наклона и геометрическими параметрами, которые формируют различные условия развития пожара и передвижения людей. При упрощении схемы вентиляции возможны ошибки в построении зоны распространения пожарных газов и моделировании воздействия тепловых источников тяги.

При помощи модели можно решать задачи вентиляции, когда расходы воздуха в основных объектах проветривания будут отличаться от фактических не более чем на 10 % [3].

3.3 Исследование устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в наклонных выработках

Компьютерная модель ш. им. М.И. Калинина (рис. 3) характеризуется следующими параметрами: количество узлов – 312, количество ветвей – 436.

Рисунок 3 – Компьютерная модель шахты им. М.И. Калинина

Были проведены исследования устойчивости вентиляционных потоков в 46 выработках с восходящим проветриванием. При моделировании пожара в 24 случаях не происходит опрокидывание вентиляционной струи, а в 22 – опрокидывание вентиляционной струи, возможно [4].

При исследовании устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках с восходящим проветриванием, не было выявлено нарушений устойчивости вентиляционной струи при пожарах в следующих выработках: вентиляционный ходок ЦУ пл. h₁₀ (9), центральный уклон пласта h₈ (11), вентиляционный ходок пл. h₇ (12), ходок по коренной восточной лаве пл. h₇ (22), ходок по коренной восточной лаве пл. h₈ (27), ходок по коренной восточной лаве пл. h₈ (46), ПКУ пл. h₇ (106), вентиляционный ходок восточной разгрузочной лавы ВПУ пл. h₁₀ (131), ходок по 2–й восточной лаве пл. h₈ (132), вентиляционный ходок №3 1–й восточной лавы ВПУ пл. h₁₀ (160), ходок по 4–й восточной лаве пл. h₁₀ (162), ходок по 3–й восточной лаве пл. h₁₀ (172), полевой капитальный ходок (174), людской ходок пл. h₈ (196), людской ходок пл. h₈ (202), людской ходок пл. h₈ (206), ходок проветривания электровозного гаража г. 1070 м (237), ХМД пл. h₇ (249), ХМД пл. h₇ (255), вентиляционный ходок пл. h₇ (257), вентиляционный ходок пл. h₇ (268), вентиляционный ходок пл. h₇ (276), ПКУ пл. h₇ (396), вентиляционный ходок восточной разгрузочной лавы ВПУ h₁₀ (405).

Выработки, в которых вентиляционная струя опрокинулась под действием тепловой депрессии пожара, и в которых удалось обеспечить устойчивость проветривания, сведены в табл. 1. В ней указаны номера и названия ветвей, в которых моделировались пожары, места опрокидывания вентиляционной струи, места установки регуляторов, количество выработок попавших в зону загазирования до опрокидывания вентиляционной струи (зона 1), после опрокидывания вентиляционной струи (зона 2) и после усиления проветривания.

Таблица 1. Анализ зон загазирования при моделировании пожара

Для усиления проветривания пользуемся функцией «Усиление проветривания». При этом программа перебирает места возможной установки регулятора расхода воздуха и предлагает два варианта с наиболее значимым результатом. После применения мероприятий по усилению проветривания снова моделируем пожар в исследуемой выработке и если усиление привело к положительному результату, то зона после опрокидывания (зона 2) должна исчезнуть [6 – 8].

Так, например, при пожаре в ветви 261 (полевой конвейерный уклон пл. h₇), произойдет опрокидывание вентиляционной струи (рис.4), при тепловой депрессии пожара 9,28 даПа. До пожара ветвь характеризовалась такими параметрами: расход воздуха 2,90 м³/с и депрессия 0,03 мм в. ст. [8].

Рисунок 4 – Моделирование пожара в ветви 261
(полевой конвейерный   уклон пл. h₇)

До опрокидывания вентиляционной струи в зону загазирования попали следующие ветви: 3, 19, 24. 68, 146, 25, 36, 133, 134, 106, 176, 147, 148, 149, 177, 298, 292, 293, 278, 273, 178, 308, 5, 309, 342, 343, 72, 396. На рисунке эта зона показана желтым цветом. В результате в зоне загазирования окажется 28 ветвей.

В результате опрокидывания вентиляционной струи в зону загазирования дополнительно попадет 264 ветви. Зона загазирования пожарными газами после опрокидывания дополнительно распространилась на ветви: 7, 100, 76, 71, 287, 47, 58, 361, 360, 191, 59, 21, 116, 135, 199, 283, 213, 189, 27, 9, 75, 61, 74, 79, 8, 365, 111, 82, 85, 114, 2, 87, 128, 301, 95, 94, 83, 96, 86, 99, 84, 98, 109, 108, 107, 125, 110, 126, 115, 112, 124, 113,434, 103, 119, 117, 327, 15, 409, 359, 362, 121, 122,130, 127, 123, 326, 93, 412, 136, 89, 169, 143, 138, 151, 431, 157, 150, 406, 131, 208, 212, 139, 414, 153,154,156, 163, 164, 158, 160, 155, 167, 165, 162, 168, 193, 400, 320, 170, 172, 174, 173, 175, 132, 57, 246, 235, 245, 234, 231, 229, 232, 230, 81, 233, 248, 88, 250, 258, 256, 257, 252, 236, 255, 241, 251, 238, 77, 215, 211, 206, 202,200, 196, 190, 161, 66, 282, 284, 12, 264, 271, 275, 272, 269, 275, 254, 370, 253, 268, 263, 267, 315, 314, 317, 316, 313, 312, 171, 311, 141, 159, 310, 356, 45, 44, 118, 413, 152, 101, 182, 322, 324, 323, 328, 318, 325, 329, 145, 144, 90, 407, 421, 408, 140,415, 416, 420, 423, 419, 418, 424, 399, 432, 430, 429, 428, 427, 426, 425, 422, 142, 433, 435, 436, 319, 266, 262, 333, 247, 334, 335, 340, 341, 344, 137, 405, 102, 358, 357, 18, 20, 129, 363, 364, 97, 78, 228, 259, 260, 166, 355, 120, 410, 6, 411. На рисунке эта зона показана голубым цветом [9].

Для обеспечения устойчивости проветривания необходимо установить регуляторы с сопротивлением 1 кμ в ветвь 254 (полевой вспомогательный уклон пл. h₇) и в ветвь 287 (коренной западный вентиляционный штрек пл. h₇). После установки регуляторов опрокидывание не происходит (рис. 5).

Рис. 5 – Зона загазирования после усиления проветривания

На рис. 6 показан фрагмент схемы вентиляции, демонстрирующий зону распределения пожарных газов при пожаре в ветви 261.

Рис. 6 – Моделирование пожара в ветви 261 компьютерной модели шахты им. М.И. Калинина
(анимация: 7 кадров, 5 циклов повторения, 102 килобайт)
(cиний цвет – исходное состояние; желтый цвет – зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи; голубой цвет – зона распространения пожарных газов после опрокидывания вентиляционной струи; красный цвет – ветвь, в которой происходит пожар)

При пожаре в ветвях: вентиляционный ходок разгрузочной лавы пл. h₁₀ (84), ХМД пл. h₇ (255), ХМД пл. h₇ (267), ходок ЦБ пл. h₈ (16) не удалось уменьшить дополнительную зону загазирования после опрокидывания вентиляционной струи.

При пожаре в восточном панельном уклоне пл. h₁₀ (141) опрокинулись 143, 151, 314 ветви и усилить проветривания в них путем установления регулятора не удалось, поэтому необходимо перевести вентилятор главного проветривания   ВЦД–47У (на восточном вентиляционном стволе) на вышележащую характеристику (с 70° на 0°), в этом случае зона загазирования распространяется на 51 выработку (5 из них составляют дополнительную зону загазирования). Если этого не делать, зона загазирования распространится на 64 выработки (18 из них составляют дополнительную зону загазирования).

При пожаре в вентиляционном ходке пл. h₈ (190), не удалось ликвидировать зону загазирования после опрокидывания воздуха в других ветвях, но удалось уменьшить число ветвей в этой зоне с 208 до 4. Для этого необходимо установить регулятор расхода воздуха в ветвях 188 и 72.

При пожаре в ХМД пл. h₇ (262) не удается добиться устойчивости проветривания, поскольку программа для усиления проветривания в вентиляционном ходке пл. h₇ (247) предлагает установить регулятор в ветви РПП ПКУ пл. h₇ (284). А при его установке ветвь 262 становится ветвью с нисходящим проветриванием.

При пожаре в полевом конвейерном уклоне пл. h₇ (273) происходит опрокидывание в 11 ветвях (в том числе в 197и 288), что приводит к дополнительной зоне загазирования, которая включает в себя 13 ветвей. Добиться устойчивости проветривания в 197 ветви не удалось, а для обеспечения устойчивости проветривания 288, необходимо установить регулятор в 278. В результате дополнительная зона загазирования уменьшится до 6 ветвей.

При пожаре в групповом вентиляционном ходке 1–й панельной лавы ЦПУ h₁₀ (410) опрокинется воздух в 135 ветви и только эта выработка попадет в дополнительную зону загазирования, но, если добиться устойчивости проветривания в 135 ветви, то дополнительная зона загазирования распространится на 33 выработки. Таким образом, нет смысла добиваться устойчивости проветривания в ветви 135.

Выводы

В ходе выполнения магистерской работы, был проведен анализ схемы вентиляции, распределения воздуха, разработана компьютерная модель шахты с помощью программы «IRS Вентиляция – ПЛА». Обеспечение устойчивости проветривания горных выработок при пожарах в наклонных выработках, уменьшает зону загазирования, что исключает возможность появления пожарных газов на маршрутах эвакуации людей и уменьшает число выработок попавших в зону загазирования, снижая вероятность попадания людей в эту зону.

Список используемой литературы

1. Трофимов В.А., Кавера А.Л., Калинич Н.М., Негрей А.Г. Влияние увеличения сопротивления наклонной выработки на устойчивость ее проветривания при пожаре ⁄⁄ Материалы Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и вентиляция подземных сооружений в XXI столетии» – Донецьк. – 2012. – С. 16-18.
2. Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. – М.: Недра, 1992. – 206 с.
3. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.О., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж – Донецьк, ДонНТУ. – 2009. – 88 с.
4. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт – Киев. – 1994.
5. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.– 2010. – 422 с.
6. Рекомендації по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях ⁄⁄ НДИІД. – Донецьк.–1995. – 165 с.
7. Каледіна І.О., Романченко С.Б., Трофимов В.О. Комп’ютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. – М.: Видавництво МГГУ. – 2004. – 72 с.
8. 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. – Частина 1. – 45 с.
9. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт – Алчевск: ДонГТУ, 2004. – 614 с.