W.Dziurzynski, J.Krawczyk & J.Kruczkowski
Институт механики Польской академии наук, Краков, Польша
Методология оценки устойчивости воздушных потоков
Исследования проводились на основе метода прогнозирования распространения горящих газов с помощью программного обеспечения VENTGRAPH. Это программное обеспечение позволяет произвести многовариантное моделирование развития и хода пожара в изменяющихся условиях.
Поток воздуха и газовой смеси в главном штреке описывается системой уравнений импульса, непрерывности и состояния. Эта система сочетает в себе установившиеся уравнения несжимаемых потоков воздуха и смеси газов с неустановившимися транспортными и энергетическими уравнениями (Джюжыньски В., Трач Дж., Трутвин В., 1992). Для проектирования пожара в главном штреке, уравнения описывают теплообмен через конвекцию и проводимость. Эти же уравнения используются для описания теплоотдачи из-за сложности процесса горения угля. Для всех выработок, через которые прошел горящий газ, учтен теплообмен со стенами штрека.
Процесс распространения газовой смеси длится часами, что оправдывает рассмотрение процесса как квазистатического.
Хотя поток рассматривается как несжимаемой, плотность смеси воздуха и горючих газов может измениться из-за изменения температуры и состава. Из-за изменений плотности, уравнения импульса и сохранения массы решаются для массовых потоков.
Применение численного моделирования требует определения переходного состояния, вызванного подземным пожаром, который может быть описан как:
• определение скорости движения воздушного потока и горючих газов для каждого участка вентиляции;
• определение температуры как функции от времени для каждого участка вентиляции;
• определение распространения дыма, концентрации конкретного газа как функции времени и положения.
Вышеуказанные свойства программного обеспечения позволяют прогнозировать результаты различных противопожарных действий, которые ведут к подавлению процессов горения и удаление дыма из выработок (Гиллис А.Д.С., Ву Х.В., Вала А.М. 2005). Алгоритм программного обеспечения содержит ряд возможностей, связанных с системой регулирования вентиляции (расчет сопротивления изолирующего слоя, регулятор или депрессия вспомогательного вентилятора) и планирование новых выработок.
Обновление вентиляционной базы данных - вентиляционные измерения
Вентиляционные измерения используются в численной модели шахты, и при расчете параметров характеристик для воздушного потока шахты во всех выработках. Одновременно с подземными измерениями мы также записываем значение атмосферного давления на поверхности в районе ствола шахты. Измерения осуществляются под землей в определенных местах и состоят из следующих параметров: давление и температура воздуха измеряется сухим и смоченного термометрами в области вентиляционных узлов, скорость движения воздуха необходимо для определения объема проточного воздуха.
Для вышеупомянутых измерений мы использовали: mBAR приборы для измерения атмосферного давления (Трутвин В., Миронович В., Василевский С. Кравчик Дж. 2005), диапазон: 800-1300 [гПа], деление 1 [Па], точность абсолютного давления ± 0,02% полной шкалы, то есть ± 10 [Па], рабочее время 12 часов. Скорость движения воздушного потока определяется при помощи AS3 анемометров. Измерения температуры осуществляются при помощи Ассман психрометров. Значение сечения оценивается на основе геометрических параметров выработки.
Обновление компьютерной базы данных параметров вентиляции по состоянию на день измерений требует обновления структуры вентиляции сети путем ликвидации и создания новых ветвей и редактирования поверхностных и подземных результатов. Окончательный результат редактирования данных состоит из параметров и пространственной картины вентиляционной сети шахты. Для проверки правильности заполнения базы данных и для оценки ее корреляции с результатами подземных измерений, мы запускаем расчеты воздушного потока в системе вентиляции шахты с использованием программного обеспечения GRAS. Сравнение измеренной и спрогнозированной скорости воздушного потока указывает на относительно небольшие отклонения: не более 10% от измеренных значений.
Включение в систему вентиляции наклонных выработок
Развитие данного проекта было основано на адаптации структуры выработок путем внесения наклонных выработок в существующую систему выработок. Наклонная выработка связывает поверхность с выработками на глубине 400 м. Общая протяженность наклонной выработки составляет 1900 м, а угол наклона равняется 12о. Наконец, наклонная выработка будет основным маршрутом выхода с глубины 400 м в восточной части шахты. Транспорт на поверхность в районе центрального ствола осуществляется прямо на участок механической переработки угля. На участке между наклонной выработкой и разрезом находится помещение камере с электрическими устройствами на глубине 200 м.
После присоединения наклонной выработки у шахты появится дополнительные пути между поверхностью и подземными выработками.
Расчет распределения воздуха в шахте с учетом доставки воздуха с поверхности до уровня в 400 м
Прогнозы распределения воздуха были сделаны на основе компьютерной базы данных вентиляции для обновленных состояний проекта, с учетом планируемой транспортировки в наклонную выработку на уровне 400 м. Полученный расчеты позволили нам определить распределение воздуха в вентиляционной сети шахты для прогнозируемой системы вентиляции непосредственно от поверхности до уровня 400 м. Это приведет к убыванию потока воздуха в наклонной выработке. В завершение подготовки данных и прогнозирования можно считать, что:
• новое соединение между штреками с поверхностью посредством транспортных порталов, при условии системы вентиляции сети, позволяет получать воздух в штреке на уровне 48 м3/с на глубине 400 м;
• общий объем подаваемого воздуха в восточную часть шахты посредством кроссинга на глубине 400 м, и с помощью параллельных кроссингов на уровне 600 м должен возрасти до 23 м3/с.