В соответствии «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 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 конкретных условий тепловая депрессия может быть определена замерным или расчетным способами. Первый способ дает наиболее достоверные результаты.

Рассмотрим замерный способ определения тепловой депрессии. Наклонная или вертикальная выработка, в которой произошел пожар, может проветриваться нисходящими или восходящими потоками воздуха. 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, что 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:

h_т=h_а.з + h_а.р

Исследование устойчивость проветривания горных выработок шахты «Трудовская» 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] .

Разработанная методика

В программном комплексе «IRS Вентиляция шахт - ЕПЛА» действие максимальной тепловой депрессии предусмотрена, а для моделирования реверсивного режима с максимальными расходами воздуха достаточно поставить знак минус (-) перед коэффициентом А (доп. депрессия) в модели каждого вентилятора главного проветривания. В реальности для общешахтного реверсирования вентиляции необходимо включить несколько лебедок для передвижения металлических дверей (ляд), остановить действующий (-ие) вентилятор (ы) главного проветривания и включить резервный вентилятор (-ры). Таким образом скрипт рельности (события включения-передвижение на реальном физическом объекте) заменяем на концепт моделирования (одно событие - появление знака минус перед числом которое определяет «доп. депрессию» в компьютерной программе).

Дальнейшее «развертывания» сценария моделирования зависит от последствий моделирования. Если, в первом варианте моделирования устойчивость воздуха не сохраняется, то дальнейшие исследования теряют смысл - результат получен. При сохранении устойчивости моделируем следующий вариант распределения воздуха. В этом случае обеспечиваем нормированные расхода воздуха (60%) в реверсивном режиме без изменения сопротивлений вентиляционных сооружений. Для этого достаточно уменьшить дополнительную депрессию в ветке моделирующей вентилятор в 2,77 раза.

При сохранении устойчивости вентиляционных потоков делаем третий вариант моделирования. Он предусматривает нормированные изменения аэродинамических сопротивлений вентиляционных сооружений в каналах вентиляторов и в горных выработках [1].

Последний вариант моделирования общешахтного реверсивного режима вентиляции выполняем если во время предыдущего планового реверсирования вентиляции были определены аэродинамические сопротивления всех вентиляционных каналов и горных выработок с вентиляционными сооружениями. Для моделирования достаточно изменить (там где необходимо) аэродинамические сопротивления соответствующих ветвей шахтной вентиляционной сети.

Обязательным условием моделирования является учет действия естественной тяги в вертикальных и наклонных выработках шахты.

Во всех случаях когда моделирование общешахтного реверсивного режима вентиляции указывает на возможность нарушения устойчивости проветривания при пожаре в наклонной выработке, необходимо предусматривать специальные меры для безопасного спасения шахтеров и ликвидации аварии.

Моделирование реверсивного режима вентиляции на действующих шахтах Украины показало, что нарушение устойчивости вентиляционных потоков (при пожарах в наклонных выработках в пределах зоны реверсирования) возможно в 40% случаев.

Впервые проведено исследование устойчивости проветривания при пожаре в наклонных выработках после общещахтного реверсировании вентиляции в условиях шахты "Трудовская". В ходе специальных исследований проведены:
- моделирование общещахтного реверсирования вентиляции;
- определение мест установки вентиляционных регуляторов;
- определение величины аэродинамических сопротивлений регуляторов;
- проверка эффективности разработанных мероприятий.

Краткое изложение результатов магистерской работы:

В магистерской работе на компьютерной модели шахты "Трудовская" произведена оценка устойчивости вентиляционных потоков в выработках с нисходящим и восходящим проветриванием для нормального и реверсивного режимов проветривания.

В ходе выполнения работы была разработана компьютерная модель шахты "Трудовская". Модель состоит из 262 ветвей и 226 узлов. В базу данных модели было введено 4679 показателей характеризующих геометрические размеры и аэродинамические параметры горных выработок и вентилятора главного проветривания.

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

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.

Примеры моделирования пожаров

,

Рис.1 Моделирование пожара в выработке с нисходящим проветриванием

Красный цвет — аварийная выработка.
Жёлтый — зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи.
Голубой — зона распространения пожарных газов после опрокидывания вентиляционной струи

,

Рис.2 Моделирование пожара в выработке с восходящим проветриванием

,

Анимация 1. Моделирование пожара в выработке с восходящим проветриванием при общещахтном реверсировании вентиляции

Заключение:

В данный момент в магистерской работе проведены исследования устойчивости проветривания выработок с нисходящим и восходящим проветриванием при пожарах и разработаны мероприятия по повышению устойчивости. В дальнейшем будет проведено моделирование общещахтного реверсирования вентиляции и исследование устойчивости проветривания в этом аварийном вентиляционном режиме.

Литература:

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.,— 204с.

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.