| RUS | UKR | ENG | ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ |
Цели и задачи магистерской работы
Предпологаемая научная новизна
Краткое изложение результатов магистерской работы
Целью магистерской работы является исследование устойчивости вентиляционных потоков в выработках с нисходящим и восходящим проветриванием в условиях шахты Щегловская — Глубокая.
В данной работе решаются следующие задачи:
— расчет нормального и аварийного воздухораспределения;
— определение мест возможного опрокидывания вентиляционной струи (изменение направления движения воздуха в выработке);
— выделения всех выработок в которые попадают пожарные газы (зона загазирования);
— производится оценка устойчивости проветривания выработок при пожарах;
— разработка мероприятий по повышению устойчивости проветривания выработок.
В соответствии с «Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт» [1] и «Правилами безопасности в угольных шахтах» [2] на шахтах Украины должны проводится оценка и обеспечение устойчивости проветривания горных выработок. Согласно [1] определение устойчивости проветривания шахты производится:
— на заключительной стадии проектирования проектными организациями после принятия конкретной схемы проветривания, расчета ее параметров, установки регуляторов и расчета воздухораспределения;
— на основании детального расчета воздухораспределения подразделениями ГВГСС по производству депрессионных и газовых съемок совместно с участками вентиляции и техники безопасности (ВТБ) при разработки мероприятий по обеспечению нормального проветривания шахт на все характерные периоды развития, включая ввод каждой новой лавы, до следующей съемки;
— опытным путем участками ВТБ при вводе новых лав в работу и после внесения существенных изменений в семы вентиляции по сравнению с положением, принятом при расчете ГВГСС. При этом производится оценка устойчивости в основном только той части схемы, в которой произошло изменение, а также ветвей, устойчивости которых из-за указанных изменений снижается.
По степени устойчивости схемы проветривания угольных шахт делятся на три категории:
Первая. Схемы с высокой степенью устойчивости. Сюда относятся сети, в которых изменение расхода воздуха в очистных забоях на выемочных участках не превышает 20%, а у всаса вентилятора местного проветривания (ВМП) — 10% от расчетного, вентиляционные сети без диагоналей, а также сети с диагоналями, опрокидывание вентиляционных струй в которых практически маловероятно даже в аварийных режимах.
Вторая. Схемы со средней степень устойчивости. К данной категории относится вентиляционные сети, изменения расхода воздуха в которых находится в пределах: для лав и выемочных участков 20-25%, у всаса ВМП —10-30% от расчетного, сети с диагоналями, изменение направления движения воздуха в которых возможно в аварийных режимах.
Третья. Схемы с низкой степенью устойчивости. Имеют место изменение расхода воздуха в лавах и выемочных участках более 50%, у всаса ВМП — более 30% от расчетного. Опрокидывание вентиляционной струи возможно при нормальной работе шахты.
Схемы проветривания шахт должны иметь степень устойчивости не ниже 2-й категории.
Исходными данными для расчета устойчивости являются вентиляционные соединения, аэродинамическое сопротивление, расходы воздуха и их направление в ветвях, параметры источников тяги.
Базой для получения исходных данных служит депрессионная съемка. В тех случаях, когда отсутствуют данные по отдельным выработкам, они могут быть получены расчетным путем по зависимостям в соответствии с [1].
Анализ устойчивости достаточно производить для одной определяющей ветви, оказывающей наибольшее влияние на устойчивость струи в выработки – диагонали и имеющий большой диапазон изменения аэродинамического сопротивления. Определяющими ветвями является утечки воздуха через шлюзы, а при отсутствии последних- ветвь, опасная при увеличении аэродинамического сопротивления и непосредственно примыкающая к выработке-диагонали на исходящей струе ( за разветвлением).
Детальный расчет устойчивости осуществляется на электронно-вычислительной машине (ЭВМ). Программа расчета устойчивости предусматривает определение показателей устойчивости КR путем расчета распределения воздуха в сети при нулевом расходе в рассматриваемой диагонали, достигаемом за счет автоматического изменения сопротивления определяющей ветви. Рассчитанное по этому сопротивлению значение КR сравнивается со значением максимально возможного изменения аэродинамического сопротивления этой ветвей. Если значение показателя устойчивости (КR) больше максимально возможного изменения сопротивления определяющей ветви, то опрокидывание струи в диагонали считается практически невозможным и наоборот.
Для повышения устойчивости проветривания рекомендуются следующие основные меры:
— применение схемы проветривания шахт с минимальным числом сооружений и диагоналей (характеризуются схемы проветривания выемочных участков, отрабатываемых столбами по восстанию (падению). При отработке выемочных участков по простиранию и панельной подготовке снижение числа сооружений и диагоналей достигается при применении прямоточных схем проветривания выемочных участков с выдачей исходящей струи по фланговым выработкам;
— сокращать число дополнительных выработок между свежей и исходящей струями ( сбоек, печей, просеков и т.д.) и вентиляционных сооружений (кроссингов, шлюзов, дверей);
— устанавливать регуляторы расхода воздуха непосредственно на объектах регулирования до слияния исходящей из забоя струй с другими воздушными струями;
— вместо кроссингов проводить обходные выработки;
— стремится к тому, чтобы выработки, в которых располагаются шлюзы, проводились минимальным сечением и т. д.
На шахтах III категории устойчивости в первую очередь необходимо:
Кроме этого необходимо, если это возможно, выполнять следующие правила:
— располагать горные выработки так, чтобы установка вентиляционных сооружений не приводила к изменению направления движения воздуха в выработках по сравнению с естественным распределением без сооружений;
— производить подачу и отвод воздуха по рядом расположенным наклонным выработкам следует так, чтобы все выработки со свежей струей и все выработки с исходящей струями располагались рядом, а не чередовались между собой, образовывая не более одной пары свежей и исходящих струй;
— изменение аэродинамического сопротивления элементов сети с целью повышения устойчивости проветривания должно включать уменьшение аэродинамического сопротивления выработок с исходящей струей (за счет увеличения поперечного сечения, уменьшения шероховатости). А также увеличения аэродинамического сопротивления выработок со шлюзами за счет изменения, если возможно, маршрута закорачивания или установки в них дополнительного сопротивления (дополнительная вентиляционная дверь, установленная в выработке со шлюзом на возможно большем расстоянии от него или дверные проемы).
В данной магистерской работе будет исследовано влияние закорачивания (замыкание вентиляционной струи накоротко) струи на устойчивость проветривания с помощью четырех методов определения пути закорачивания:
— моделирование закорачивания в соответствии с "Руководством по проектированию вентиляции угольных шахт". При этом сопротивление ветвей соответствующих типов уменьшается в 100 раз. Если сопротивления путей закорачивания неизвестны, но в базу данных введены длины и сечения выработок, по умолчанию, рассчитывается сопротивление выработки (без дверей и регуляторов) с коэффициентом сопротивления 0,025. Сопротивление пути закорачивания принимается равным одной сотой разности между фактическим и расчетным сопротивлениями.
— моделирование закорачивания, согласно монографии «Аварийные вентиляционные режимам в угольных шахтах»[3]. При этом сопротивление пути закорачивания определяются из выражения
где Rв- аэродинамическое сопротивление выработки без учета двери;
Rд- аэродинамическое сопротивление открытой двери или шлюза.
— определение закоричивания согласно [3] используя при этом величину среднего сопротивления пути закорачивания, которое составляет 0,69 Па с2/м6.
— сопротивления путей закорачивания определяются как сопротивления вентиляционного окна.
Цель спецчасти работы – произвести оценку точности методики расчета сопротивления путей закорачивания.
Требования Правил Безопасности (ПБ) к вентиляционным устройствам:
— для предупреждения короткого замыкания вентиляционных струй и обеспечения реверсирования должны устанавливаться шлюзы и глухие перемычки. Конструкция шлюзов не должна допускать одновременного открывания дверей.
— шлюзы, устанавливаемый в выработках, соединяющий стволы, а также предназначенные для предотвращения закорачивания вентиляционных струй, поступающих на крыло, панель, группу выемочных участков, должны сооружаться из негорючих материалов. Допускается на крыле, панели, участках сооружения деревянных дверей, имеющих огнезащитное покрытие.
— перемычки с окнами для регулирования расхода воздуха могут быть дощатыми. При возведении перемычек, предназначенных для изоляции вентиляционных струй, следует производить оборку отслоившейся породы.
— при депрессии шлюзов 50 даПа и более вентиляционные двери должны быть снабжены устройством, облегчающих их открывание.
— все вентиляционные двери (в том числе и реверсивные) должны быть самозакрывающимися и постоянно закрытыми. В выработках с интенсивной откаткой ( шесть и более составов в смену ) они должны открываться и закрываться автоматически или дистанционно.
— запрещается установка вентиляционных дверей на участках наклонных выработок, оборудованных рельсовым транспортом, а также монорельсовыми и подвесными канатными дорогами. Вентиляционные двери, установленные ниже участков выработок, по которым производится откатка, должны быть защищены барьерами.
Впервые проведена оценка устойчивости с использованием четырех различных методик определения сопротивления пути закорачивания:
— уменьшение сопротивление ветвей соответствующих типов в 100 раз;
— определение сопротивления пути закорачивания как суммы сопротивления выработки и сопротивления дверного проема;
— использовать величину среднего сопротивления пути закорачивания, которое составляет 0,69;
— расчет сопротивления путей закорачивания, по формуле для вентиляционного окна.
На основании полученных в ходе магистерской работы результатов будет проведено сравнение и сделан вывод о том, какой из вышеперечисленных методов является наиболее точным.
В магистерской работе на компьютерной модели шахты Щегловская-Глубокая произведена оценка устойчивости вентиляционных потоков в выработках с нисходящим и восходящим проветриванием для нормальных и аварийных условий (задачи>аварийные условия>оценка устойчивости нисходящее-восходящее проветривание). Были определены выработки в которых произошло опрокидывание вентиляционной струи и приняты меры по повышению устойчивости проветривания в этих выработках с помощью вентиляционных регуляторов.
Красный — аварийная выработка
Жёлтый — зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи
Голубой — зона распространения пожарных газов после опрокидывания вентиляционной струи
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 будут построены маршруты вывода людей из лавы и будет исследовано влияние закорачивания струи на устойчивость проветривания используя четыре метода определения пути закорачивания
Красный — выработка, в которой произошел пожар
Желтый — зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи
Малиновый — маршрут вывода горнорабочих из зоны загазирования