Горный факультет   Охрана труда и аэрология
ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Цель и задачи магистерской работы

Целью данной работы является исследование устойчивости проветривания горных выработок при пожарах в нормальном и реверсивном режимах работы шахты им. А.А. Скочинского.

Задачами магистерской работы являются:

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 аварии должна проводится оценка устойчивости проветривания горных выработок при экзогенных пожарах. Такая оценка проводится два раза в год при подготовке нового плана ликвидации аварии.

3. Научная новизна

Проведено исследование устойчивости проветривания при пожаре в наклонных выработках после общещахтного реверсировании вентиляции в условиях шахты им. А.А. Скочинского. В ходе специальных исследований выполнены:

4. 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. Для выполнения прогноза устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках, необходимы следующие исходные данные:

Q – расход воздуха в выработке до возникновения в ней пожара, м3/с;

S – средняя площадь поперечного сечения этой выработки, м2;

a – угол наклона выработки, град.;

Х – расстояние от предполагаемого места возникновения пожара до устья наклонной выработки по направлению движения воздушной струи, м;

t – время с момента возникновения пожара, мин.

Расчет выполняется в следующем порядке:

  1. Определяется длина зоны горения L, м
    L = t(0,28 + 0,07Q/S).

    Если с момента возникновения пожара прошло более 150 мин, то t принимается равным 150 мин.
  2. Рассчитывается тепловая депрессия, развиваемая пожаром в наклонной выработке, Па.


    ht = 12Z(0,766 + ln Tmax/ TK),

    где Z = L sin а – вертикальная высота зоны горения, м.

    При а < 30°


    Z = 0,017aL.

  3. Максимальная температура воздуха в зоне горения, К
    Tmax = 1273 - 975e-10/А.

    В предыдущей формуле:
    A = 100a/(1,51S/Q + 1,21);

    a = S1/2/L.

  4. Температура воздуха в конце выработки, К
    TK = 298 + (Tmax-298)e-(X-1)/А,

    где X = x/L.

    В соответствии с Уставом ГВГСС тепловая депрессия может определяться по номограмме (рис. 1) с использованием значений величин Q, S, Z, X, в направлении ключа А, В, С, D, Е, F.
    номограмма

    Рисунок 1 – Номограмма для определения тепловой депрессии в наклонной выработке

    Вентиляционная струя в выработке устойчива при тепловой депрессии ht меньше значения критической hкр в этой выработке, т.е. должно соблюдаться условие:

    h < hкр.

5. Параметры зоны поражения при пожарах

Определение зоны поражения производится для экзогенных и эндогенных пожаров отдельно. При этом оценивается пожарная опасность отдельных выработок и выемочных участков, определяются скорость и дальность распространения пожара за принятый отрезок времени. К параметрам развития экзогенного пожара относятся скорость и дальность его распространения. На их показатели оказывают влияние вид основных горючих материалов и их количество на единицу протяженности выработки (т. н. “пожарная загрузка”) (кг/м), характеристика источника первоначального воспламенения, скорость вентиляционной струи в выработке, содержания кислорода в воздухе, достаточное для поддержания горения (более 10...12 %). Основными горючими материалами в горных выработках являются деревянные элементы крепи, трапы, конвейерные ленты, силовые и телефонные кабели, прорезиненные вентиляционные трубы, разрыхленный уголь и угольная пыль. Для выработок, закрепленных металлической арочной крепью с деревянной затяжкой, при площадях поперечного сечения в свету 5,2...13,1 м2 с периметром затягиваемой поверхности 7,9...11,6 м при толщине затяжки не менее 0,04 м горючая загрузка составляет 174... 255 кг/м и для ее полного выгорания потребуется 695...1025 м3 воздуха на 1 м выработки.

Источник первоначального воспламенения оказывает влияние на размеры площади горения в начальный период развития пожара. По интенсивности воздействия на горючие материалы источники воспламенения условно разделяются на три категории: высокая, средняя и низкая. Источники высокой категории могут вызывать загорания на площади более 10 м2, средней - от 1 до 10 м2, низкой - не менее 1 м2. К высокой категории относятся воспламенение метана от искры вследствие фрикционного трения на машинах и механизмах, от раскаленных частиц ВВ и продуктов взрыва, а также загорание минерального масла или его паров в маслонаполненном оборудовании. К источникам средней категории относятся тепловые импульсы при длительном трении конвейерной ленты из-за пробуксовки на приводном барабане и при длительно действующем коротком замыкании между токоведущими жилами бронированных и гибких кабелей. В низкую категорию включены кратковременные тепловые импульсы, например вследствие трения конвейерной ленты о неисправные ролики или элементы крепи выработки, попадания на горючие материалы раскаленного металла, пламени и искр при огневых работах, применения открытого огня в шахте, выгорания или выброса раскаленных частиц ВВ.

При составлении ПЛА начальная площадь пожара обычно не определяется, а рассматриваются возможные источники возникновения пожара в каждой выработке, включенные в одну позицию.

6. Краткое изложение результатов магистерской работы

Исследование устойчивости проветривания горных выработок шахты им. А.А. Скочинского 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.

Первый этап работы включает в себя создание компьютерной модели шахтной вентиляционной сети и ее тестирование [5, 6]. Второй этап будет посвящен моделированию действия пожара в наклонных выработках и анализу результатов моделирования. При выполнении третьего этапа будут разработаны 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.

Особенностью данной работы будет моделирование пожаров в наклонных выработках, включенных в зону общешахтного реверсирования вентиляции. На шахтах Украины определение устойчивости вентиляционных потоков в реверсивном режиме проветривания не предусматривается. Однако, анализ возможных последствий позволяет предположить, что при пожаре в выработке с нисходящим потоком воздуха и последующем реверсировании возможно нарушение устойчивости проветривания. В этих случаях возникает дополнительная угроза для жизни шахтеров и горноспасателей. Моделирование реверсивного режима проветривания будет проводится по специальной методике разработанной на кафедре Охрана труда и аэрология ДонНТУ [4, 7].

В магистерской работе на компьютерной модели шахты им. А.А. Скочинского произведена оценка устойчивости вентиляционных потоков в выработках для нормального и реверсивного режимов проветривания.

Основным источником первичной информации об аэродинамических параметрах горных выработок являются материалы депрессионных съемок. Они проводятся на шахтах, в соответствии с действующими Правилами безопасности, один раз в три года. Такая периодичность проведения съемок, требует от службы вентиляции шахты проведения периодических измерений деп рессии и расходов воздуха, позволяющих корректировать информацию о топологии и аэродинамических параметрах горных выработок, т.е. поддерживать базу данных о шахте в период между депрессионными съемками. Депрессионные съемки проводятся подразделениями ГВГСС.

В ходе выполнения работы была разработана компьютерная модель шахты им. А.А. Скочинского (рис.2). В процессе составления модели были введены: 491 вентиляционный узел, 733 ветви.

компьютерная модель

Рисунок 2 – Компьютерная модель шахты им. А.А. Скочинского

Определены зоны распространения пожарных газов в нормальном и реверсивном режимах проветривания.

Задача «Моделирование пожара» позволяет автоматически пересчитать величину тепловой депрессии пожара в горной выработке, рассчитать аварийное воздухораспределение, определить места возможного опрокидывания (изменения направления движения) воздуха, выделить все выработки в которые попадают пожарные газы (зона загазирования). Пользователь указывает номер аварийной выработки, получает из БД ее числовые характеристики. Результаты моделирования возникновения пожара приводятся в табличном варианте или выносятся на схему вентиляции. При этом аварийная выработка помечается красным цветом, а выработки в которые попадают продукты горения (зона загазирования) – желтым (рис. 3).

Примеры моделирования пожара:

пожар

Рисунок 3 – Схема вентиляции с аварийной выработкой

Выработки с пожаром

Рисунок 4 – Моделирование пожара в горной выработке
(анимация – 7 кадров, 5 циклов повторения, 140 килобайт)

На рисунке 4 следующими цветами обозначено: красный – аварийная выработка, желтый – зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи, голубой – зона распространения пожарных газов после опрокидывания вентиляционной струи.

Определены выработки в которых произошло опрокидывание вентиляционной струи и проведен анализ условий при которых произошли эти опрокидывания. Проведены исследования и сделан выбор мест установки вентиляционных регуляторов. Определены необходимые аэродинамические параметры вентиляционных регуляторов. Проведена проверка эффективности разработанных мероприятий.

7. Заключение

В настоящее время в магистерской работе разработана методика определения тепловой депрессии пожара, разработана компьютерная модель шахты им. А.А. Скочинского, подготовлена база данных, состоящая из графической и числовой информации. В дальнейшем будут проведены исследования устойчивости проветривания выработок с нисходящим и восходящим проветриванием и оценка по результатам моделирования.

Список литературы

  1. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Держохоронпраці. – 2005. – 398 с.
  2. Рекомендації по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях// НДIГРС. – Донецьк. – 1995. – 165 с.
  3. Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах – М.: Недра, 1992 г.,– 204 с.
  4. Трофимов В.О., Л.В. Незамова. Компьютерне моделювання аварійних вентиляційних режимів. Вісті Донецького гірничого інституту: Всеукраїнський науково-технічний журнал гірничого профілю/ Донецьк: ДонНТУ, 2009. – № 2 – С. 97–100.
  5. Каледіна І.О., Романченко С.Б., Трофимов В.О. Комп'ютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. – М.: Видавництво МГГУ. 2004. – 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 – Частина 1. – 45 с.
  7. Трофимов В.О., Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж. – Донецьк, 2009. – 87 с.
  8. Матеріали III міжнародної науково-практичної конференції. Вентиляція підземних споруд та промислова безпека у ХХІ столітті. – Донецьк: Доннту. – 2013 – С. 50–53.