Многовековой опыт эксплуатации подземных объектов показывает, что, несмотря на принятые меры безопасности, все же имеют место аварии и пожары. Их ликвидация всегда связана со многими трудностями и опасностями, поскольку у должностных лиц и персонала, принимающего участие в ликвидации последствий пожара или аварии, во многих случаях возникает дефицит информации по разным причинам, связанным с характеристикой объекта и сложившейся обстановкой.
         На сегодняшний день, из-за разработки запасов угля на больших глубина и в сложных горно-геологических условиях, на шахтах сформировалась сложная схема горных выработок. В аварийных ситуациях необходимо быстро и, главное, правильно определить безопасные маршруты выхода шахтеров, а также маршруты передвижения спасателей. Ибо от этого будет зависеть жизнь человека.

Цели и задачи работы

         Сделать анализ существующей схемы вентиляции горных выработок и воздухораспределения по выработкам шахты «Абакумова». Создать компьютерную модель шахты с помощью программного обеспечения «IRS Вентиляция - ПЛА». Промоделировать шахтную вентиляционную сеть в аварийных условиях, выявив при этом пути выхода шахтеров из зоны распространения пожарных газов. Повысить безопасность выхода людей из аварийной зоны.

Общая характеристика шахты

         Шахта им. Е. Т. Абакумова производственной мощностью 350 тыс. тонн угля в год сдана в эксплуатацию в 1945 году. (В последние годы шахта добывает 178 тыс. тонн угля в год). В 1959 году была введена вторая очередь - горизонт 561м. Производственная мощность шахты составляла 1500 тыс. тонн в год, с 1982 года снижена до 1200 тыс. тонн в год в связи с уходом горных работ на глубину, ухудшением горно-геологических условий отработки пластов, уменьшением их средне динамической мощности. Расположена по адресу г. Донецк, поселок им. Е. Т. Абакумова, ул.Кирова-292.
          Шахтное поле вскрыто четырьмя вертикальными стволами: скиповым, вентиляционным и двумя клетевыми. В пределах шахтного поля отрабатывается пласт m₃, мощностью 1.0-1.1м с углом наклона 8-12 градусов. Марка добываемого уголя - ДГ. На шахте принята панельная схема подготовки и отработки пластов. Система отработки угольного пласта - столбовая.
         Система проветривания - центрально-отнесеная, способ проветривания - всасывающий. Шахта отнесена к сверхкатегорной по газу и опасной по взрывчатости угольной пыли. Режим работы - четырёхсменный. Первая смена - ремонтно-подготовительная, остальные - добычные.
          Транспортировка людей по основным магистральным выработкам осуществляется в человеческих вагонетки ВП-18 электровозами АМ-8Д. Для доставки угля и людей по наклонным выработкам используются ленточные конвейера 3л-100У, 1л-100У. На участковых конвейерных штреках используются конвейеры 1л-80 и 1ЛТ-80. Для выдачи породы, спуска материалов и оборудования по вспомогательным уклонам и ходкам - концевая откатка подъемными машинами Ц3 * 2.2 и лебедками ЛВ-25.
          Очистные забои оснащаются высокопроизводительными механизированными комплексами КД-80, 1МКД-90. Комбайны работают в лаве по челноковой схеме.

Аварийная вентиляция

         Анализ аварийности на предприятиях угольной промышленности показывает, что с ростом глубины разработки, мощности и энергообеспеченности шахт потенциальная опасность возникновения аварий остается достаточно высокой.
         Практикой ведения горноспасательных работ установлено, что успех спасения горняков, которые находились в шахте во время аварии, эффективность действия спасателей по ее ликвидации и, наконец, размер материального ущерба во многом зависит от правильного выбора и своевременного применения аварийного вентиляционного режима.
         Наибольшую опасность несут в себе аварии, при возникновении которых в шахтной сети генерируются мощные внутренние источники тяги, способные преодолеть напор вентилятора в выработках аварийного участка, перебросить воздушный поток и тем самым дезорганизовать проветривание шахты.
          Существующие методы оценки устойчивости вентиляционных струй при появлении аварийных источников тяги и способы стабилизации воздушных потоков несовершенны, поэтому выбранные вентиляционные режимы не всегда эффективны.
         Вопросы аварийной вентиляции касаются всех подземных сооружений, имеющих искусственную или естественную вентиляцию. К аварийным вентиляционным режимам относят специальные режимы вентиляции сооружений, которые необходимо реализовывать в случае возникновения аварии. Наиболее распространенной и опасной для людей аварией считается пожар. Опасными последствиями пожара является выделение большого количества тепла и отравление воздуха. Высокотемпературное пламя разрушает сооружение и дезорганизовывает вентиляцию, а выделение оксида углерода и других отравляющих примесей делает воздух непригодным для дыхания людей. Причиной пожара может быть внезапный выход из строя механического или электрического оборудования, действие природных факторов или небрежность людей.
          Внезапный отказ механического или электрического оборудования, действие природных факторов или небрежности могут вызвать пожар. Для решения вопросов аварийной вентиляции используются компьютерные модели вентиляционных сетей подземных сооружений. Такие модели позволяют моделировать действие аварийных факторов в подземной сооружении и разрабатывать аварийные режимы, которые обеспечивают как безопасную эвакуацию людей, так и действие специальных служб которые ликвидируют аварию или ее последствия.
         Аварийные вентиляционни режимы используют при возникновении пожара в угольных шахтах, рудниках, метрополитенах, автомобильных и железнодорожных туннелях.

Анимированный рисунок - Опрокидывание воздушной струи
Количество кадров - 9
Количество повторов - 8

         Все подземные сооружения оборудованы системой искусственной вентиляции, которая обеспечивает движение воздуха в нормальных и аварийных условиях (в железнодорожных туннелях искусственная вентиляция может использоваться только в случае аварии). Вентиляционная система подземного сооружения представляет из себя совокупность вентиляторов, горных выработок (туннелей), соединений выработок, вентиляционного оборудования и сооружений для регулирования распределения воздуха между выработками (тоннелями). Наиболее простыми являются системы вентиляции железнодорожных и автомобильных тоннелей. В общем случае эти системы (или ее отдельные части) состоят из одного или нескольких параллельных (2-3) транспортных тоннелей и вертикальных горных выработок (стволы, шурфы), оборудованных вентиляторами. В горной местности отработанный воздух удаляется из туннелей на поверхность земли по вертикальным выработкам. Из подводных туннелей вентиляторы удаляют воздух по специальным вентиляционным каналам, расположенным параллельно тоннелям.
         Короткие автомобильные тоннели проветриваются осевымы вентиляторами местного проветривания, которые устанавливают вдоль туннелей под кровлей (каскадная схема). Вентиляторы устанавливают группами по два-три рядом. Расстояние между вентиляторами определяют с учетом пути движения свободной струи воздуха под кровлей туннеля.
         На шахтах и рудниках используется всасывающий, нагнетательный и комбинированный способ вентиляции. На шахтах и рудниках Украины используется всасывающий способ проветривания. В шахту воздух попадает по вертикальным и наклонным стволах. Возле ствола, по которому воздух уходит из шахты, устанавливают вентиляторы главного проветривания. Вентиляторы соединяют со стволами специальными каналами. Вентилятор вместе с каналом называют вентиляционной установкой. На большинстве угольных шахт действуют несколько (более чем две) вентиляционных установок. Шахты отличаются количеством стволов, по которым воздух поступает в шахты и выдается из них.
         Схемы вентиляции некоторых угольных шахт и рудников (например, сланцевых) очень сложные. Схемы вентиляционных соединений (схемы вентиляционной сети) подземной части таких предприятий могут вмещать более 600 ветвей. Ветвью называют изображение выработки (туннеля) или ее части в виде линии между двумя узлами. Узел - это изображение соединения нескольких выработок в виде маленького круга.
         В компьютерной (виртуальной) модели вентиляционной сети шахты (рудника) математические аналоги выработок (частей выработок) называют «ветка-выработка», а соединения - «узлы-соединения». Вентилятор главного или местного проветривания моделирует ветка-вентилятор. В виртуальной сети метрополитена узел-соединение моделирует станции метрополитена, соединения туннелей с вентиляционными ходками и переходами между тоннелями. Ветки-выработки моделируют тоннели, вентиляционные шурфы, входы-выходы станций, вентиляторы. Узел-соединение, что моделирует место выхода подземной выработки на поверхность земли имеет личную метку.
         Программное обеспечение «Вентиляция - ПЛА» предназначено для решения задач противоаварийной защиты, подготовки к ликвидации аварий, обеспечения безопасных условий труда в угольных шахтах по фактору вентиляции и информационного обеспечения руководителей шахты.
         Программное обеспечение включает в себя комплекс сервисных задач, которые позволяют обновлять и поддерживать информацию о шахтной вентиляционной сети на основании измерений службы ВТБ, то есть без проведения дополнительных общешахтних воздушно-депрессионних съемок.
         Расчетные задачи противоаварийной защиты позволяют прогнозировать последствия нарушений безопасного режима проветривания горных выработок в процессе эксплуатации шахты.
          Задачи, связанные с подготовкой ПЛА, обеспечивают решение вопросов подготовки шахт к спасению людей и ликвидации аварий.
         - Оценка опасности «закорачивания» вентиляционных струй для выемочных участков и подготовительных забоев;
         - Контроль соответствия скорости воздуха в горных выработках требованиям «Правил безопасности ...» ;
         - Построение зоны распространения пожарных газов при пожарах и перечень рабочих мест, которые попадают в эту зону;
         - Определение оптимальных маршрутов выхода горнорабочим из зоны распространения пожарных газов;
         - Построение маршрутов движения подразделений ГВГСС и ВГК к месту аварии;
         - Автоматизированный расчет устойчивости вентиляционных струй при пожарах в наклонных выработках;
         - Прогноз времени обнаружения пожара. Расчетные задачи программного комплекса позволяют прогнозировать обеспеченность шахты (выемочного поля, участка) воздухом на перспективу, проводить анализ и оценивать эффективность реконструкции шахтной вентиляционной сети.
         - Распределение воздуха по горным выработкам (прогноз эффективности регулирования воздухораспредиления);
         - Выбор и замена вентиляторов главного проветривания;
         - Расчет сопротивления горных выработок и поддержка базы данных этих сопротивлений, в промежутках между депрессионными съемками;
         - Автоматизированное построение депрессиограмм.

Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах

         Аварийные вентиляционные режимы (АВР) - это режимы проветривания шахты, группы выработок или отдельной выработки, предпринимаемые после возникновения аварии.
         При выборе аварийного вентиляционного режима необходимо учитывать следующие факторы: место возникновения аварии, местонахождение людей захваченных аварией, состояние вентиляционных сооружений и горных выработок, возможность образования взрывоопасной концентрации метана, состояние морозильных устройств, величину и направление действия тепловых источников тяги (естественная тяга, тепловая депрессия пожара ), число и расположение вентиляторов главного проветривания.
         Вентиляционные режимы, применяемые в ходе ликвидации аварий, должны обеспечивать безопасность шахтеров и спасателей. В планах ликвидации аварий и в ходе ликвидации аварии могут применятся следующие вентиляционные режимы:
         - Что существуют до возникновения аварии, без изменения направления движения вентиляционных потоков и режимов работы вентиляторов главного проветривания;
         - Что существуют до возникновения аварии с увеличением или уменьшением расхода воздуха в выработках аварийного участка;
         - Общешахтное реверсирование вентиляционных потоков;
         - Остановка вентиляторов главного проветривания;
         - Комбинированные режимы, при которых сочетаются отдельные аварийные вентиляционные режимы или их элементы;
         - Местное реверсирование вентиляции;
         - Закорачивание вентиляционных потоков для увеличения или уменьшения расхода воздуха в выработках аварийного участка;
         - Изоляция аварийного участка для предотвращения поступления воздуха к очагу горения.
         При возникновении аварий в угольных шахтах зачастую применяются общешахтное реверсирование вентиляции, закорачивание и местное реверсирование вентиляционных потоков, увеличение или уменьшение расхода воздуха в отдельных горных выработках или частях шахты с помощью стационарных и переносных регуляторов (пожарные и вентиляционные двери, переносные быстровозводимые перемычки).
          В зависимости от места возникновения пожара (канал вентилятора, вентилятор) применяются комбинированные режимы проветривания шахты (реверсирование или остановка одного из вентиляторов) или последовательно (один за другим) осуществляются несколько аварийных режимов. Например, местное реверсирование или закорачивание вентиляционного потока, может быть проведена после общешахного реверсирования вентиляции. Кроме того, после выполнения всех мероприятий предусмотренных в позиции ПЛА, можно перейти к «нормальному» (существовавшему до аварии) режиму проветривания шахты и так далее.
         При тушении пожаров в изолированных участках шахты могут применяться специальные аварийные вентиляционные режимы (рециркуляция и многократное реверсирование вентиляционного потока) и различные способы снижения утечек воздуха через изолированные участки.

Заключение

         В ходе работы был проведен анализ основных видов аварий на предприятиях угольной промышленности, а также были проанализированы аварийные вентиляционные режимы. Из вышеприведенного материала видно, что создание виртуальной модели шахты с помощью программного обеспечения, моделирования и дальнейшее проведение мероприятий смогут в значительной степени повысить безопасность выхода шахтеров из аварийной зоны.