Відповідно з «Правилами безпеки у вугільних шахтах» [1] і «Рекомендаціями по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях» [2] на шахтах Україна при підготовці плана ліквідації аварії повинні проводиться оцінка стійкості низхідного провітрювання гірничих виробок при екзогенних пожежах. Така оцінка проводиться два рази на рік при підготовці нового плану ліквідації аварії.

Оцінка стійкості провітрювання при пожежах в похилих виробках

Згідно з [2,3] при визначенні стійкості провітрювання шахти проводиться розрахунок величини теплової депресії пожежі та моделювання її дії в шахтній вентиляційній мережі.

Залежно від конкретних умов теплова депресія може бути визначена замірним або розрахунковим шляхом. Перший спосіб дає найбільш достовірні результати.

Розглянемо вимірний спосіб визначення теплової депресії. Похила або вертикальна виробка, в якій виникла пожежа, може провітрюватися низхідним або висхідним потоком повітря. Якщо дія теплової депресії протилежно напряму депресії, що створюється вентилятором головного провітрювання, то зростають витрати енергії на переміщення повітря, що призводять до збільшення перепаду тиску між кінцями аварійної виробки. У тому випадку, коли теплова депресія діє в тому ж напрямі, що й депресія вентилятора головного провітрювання, затрати енергії на переміщення повітря зменшуються, тому різниця тиску між кінцями виробки також знижується. Для визначення теплової депресії, що виникає при пожежі в похилій виробці, з низхідним рухом повітря, необхідно виконати наступні виміри:

різниці тиску між кінцями аварійної виробки (визначають за допомогою мікроманометра або приладів барометричного типу; для прокладки гумової трубки використовують паралельні виробки);

витрати повітря в аварійній виробці, які виміряють вище за вогнище пожежі.

Величину теплової депресії підраховують за формулою :

h_т=h_а.з + h_а.р

Дослідження стійкість провітрювання гірничихх виробок шахти «Трудівська» при пожежах в нормальному і реверсивному режимах провітрювання

У даній магістерській роботі буде досліджено стійкість вентиляційних потоків при пожежах в похилих виробках з низхідним і висхідним провітрюванням. Дослідження стійкості будуть проведені з використанням програмного комплексу «IRS Вентиляція шахт-ЕПЛА».

Перший етап роботи включає в себе створення комп'ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі та її тестування [5,6]. Другий етап буде присвячений моделюванню дії пожежі в похилих виробках та аналізу результатів моделювання. При виконанні третього етапу будуть розроблені заходи з підвищення стійкості провітрювання. Дослідження включають в себе пошук місць встановлення вентиляційних регуляторів для підвищення стійкості вентиляційних потоків, визначення їх аеродинамічних опорів та перевірку ефективності пропонованих заходів на комп'ютерній моделі.

Особливістю даної роботи буде моделювання пожеж у похилих виробках, що включені в зону загальношахтного реверсування вентиляції. На шахтах України визначення стійкості вентиляційних потоків в реверсивному режимі провітрювання не передбачається. Однак, аналіз можливих наслідків дозволяє припустити, що при пожежі у виробці з низхідним потоком повітря і подальшому реверсуванні можливе порушення стійкості провітрювання. У цих випадках виникає додаткова загроза для життя шахтарів та гірничорятувальників.

Моделювання реверсивного режиму провітрювання буде проводиться за спеціальною методикою розробленою на кафедрі «Охорона праці та аерологія» ДонНТУ [4,7].

Розроблена методика

В програмному комплексі «IRS Вентиляція шахт - ЕПЛА» дія максимальної теплової депресії передбачена, а для моделюваня реверсивного режиму з максимальнии витратами повітря достатньо поставити знак мінус (-) перед коефіціентом А (дод. депресія) в моделі кожного вентилятора головного провітрювання. В реальності для загальношахтного ревесування вентиляції необхідно увімкнути декілька лебідок для пересування металевих дверей (ляд), зупинити діючий(-чі) вентилятор(-и) головного провітрювання і увімкнути резервний вентилятор(-ри). Таким чином скрипт рельності (події вмикання-пересування на реальному фізичному об’єкті) замінюємо на концепт моделювання (одна подія ? поява знака мінус перед числом яке визначає «дод. депресію» в комп’ютерній програмі).

Подальше «розгортання» сценарія моделювання залежить від наслідків моделювання. Якщо, в першому варіанті моделювання стійкість повітря не зберігається, то подальші дослідження втрачають сенс – результат отримано. При збереженні стійкості моделюємо наступний вариант розподілу повітря. В цьому випадку забезпечуємо нормовані витрати повітря (60%) в реверсивному режимі без зміни опорів вентиляційних споруд. Для цього достатньо зменшити додаткову депресію в гілці яка моделює вентилятор в 2,77 рази.

При збереженні стійкості вентиляційних потоків робимо третій варіант моделювання. Він передбачає нормовані зміни аеродинамічних опорів вентиляційних споруд в каналах вентиляторов і в гірничих виробках [1].

Останній варіант моделювання загальношахтного реверсивного режиму вентиляції виконуємо якщо під час попереднього планового ревесування вентиляції було визначено аеродинамічні опори усіх вентиляційних каналів і гірничих виробок з вентиляційними спорудами. Для моделювання достатньо змінити (там де треба) аеродинамічні опори відповідних гілок шахтної вентиляційної мережі.

Обов’язковою умовою моделювання є врахування дії природної тяги в вертикальних і похилих виробках шахти.

В усіх випадках коли моделювання загальношахтного реверсивного режиму вентиляції вказує на можливість порушення стійкості провітрювання при пожежі в похилій виробці, необхідно передбачати спеціальні заходи для безпечного рятування шахтарів і ліквідації аварії.

Моделювання реверсивного режиму вентиляції на діючих шахтах України показало, що порушення стійкості вентиляційних потоків (при пожежах у похилих виробках в межах зони реверсування) можливо в 40% випадків.

Короткий виклад результатів магістерської роботи:

У магістерській роботі на комп'ютерній моделі шахти "Трудівська" зроблена оцінка стійкості вентиляційних потоків у виробках з низхідним і висхідним провітрюванням для нормального і реверсивного режимів провітрювання.

Під час виконання роботи була розроблена комп'ютерна модель шахти "Трудівська". Модель складається з 262 гілок і 226 вузлів. У базу даних моделі було введено 4679 показників, які характеризують геометричні розміри та аеродинамічні параметри гірських виробок і вентилятора головного провітрювання.

Визначено зони розповсюдження пожежних газів в нормальному і реверсивному режимах провітрювання.

Визначено виробки в яких сталося перекидання вентиляційного струменя та проведено аналіз умов при яких відбулися ці перекидання.

Проведено дослідження і зроблено вибір місць встановлення вентиляційних регуляторів. Визначено необхідні аеродинамічні параметри вентиляційних регуляторів.

Проведена перевірка ефективності розроблених заходів.

Приклади моделювання пожеж

,

Рис.1 Моделювання пожежі у виробках з низхідним провітрюванням

Червоний — аварійна виробка
Жовтий — зона розповсюдження пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя
Блакитний — зона розповсюдження пожежних газів після перекидання вентиляційного струменя

,

Рис.2 Моделювання пожежі у виробках з визхідним провітрюванням

,

Анімація 1. Моделювання пожежі у виробці з висхідним провітрюванням при загальношахтному реверсуванні вентиляції

Висновок:

На даний момент в магістерській роботі проведені дослідження стійкості провітрювання виробок з низхідним і висхідним провітрюванням при пожежах і розроблені заходи щодо підвищення стійкості. У подальшому буде проведено моделювання загальношахтного реверсування вентиляції та дослідження стійкості провітрювання в цьому аварійному вентиляційному режимі.

Література:

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.