Пашковский П.С., Кравченко Н.М., Кравченко М.В. - Комплексное решение проблем вентиляции шахт в нормальных и аварийных условиях

Аннотация

Пашковский П.С., Кравченко Н.М., Кравченко М.В. Комплексное решение проблем вентиляции шахт в нормальных и аварийных условиях. Рассматриваются возможности современного комплекса программ «Вентиляция шахт», предназначенного для моделирования вентиляционных сетей шахт на ПЭВМ, оперативного решения задач проветривания и разработки планов ликвидации аварий.

Текст статьи

Безопасность труда на рудниках, шахтах, метрополитенах (в дальнейшем шахт) зависит, прежде всего, от обеспечения объектов проветривания необходимым расходом воздуха и устойчивость вентиляционных потоков по величине и направлению. Непосредственно от выбора вентиляционного режима в ходе ликвидации аварии, например в случае пожара, зависит жизнь рабочих и спасателей, находящихся под землей, а также оперативность тушения очага загорания.

Необходимо заранее оценивать последствия вероятных аварийных ситуаций, с помощью методов математического моделирования физических процессов. Результаты таких прогнозов должны дополнять интуицию и опыт специалистов в условиях чрезвычайных ситуаций

Для решения на ПЭВМ широкого круга задач проветривания подземных объектов в нормальных и аварийных условиях разработан программный комплекс «Вентиляция шахт» [1, 2] для операционных систем Windows. Его назначение – разработка математических моделей вентиляционных сетей шахт и решение на таких моделях задач:

проектирования систем вентиляции;

предупреждения аварийных ситуаций и обеспечения безопасных условий труда в шахтах и рудниках;

разработки планов ликвидации аварий (ПЛА), моделирования потенциально опасных ситуаций, расчета аварийных вентиляционных режимов, поддержания компьютерного варианта ПЛА.

В комплексе «Вентиляция шахт» реализованы многочисленные процедуры для работы с изображениями схем вентиляции шахт – разработан оригинальный графический редактор, ориентированный на задачи рудничной вентиляции. С его помощью вводится исходная информация, непосредственно на схеме выполняются последующие корректировки. Для большей наглядности на схеме вентиляции отображаются результаты решения сетевых задач. Схема вентиляции шахты (рудника) или фрагмент схемы постоянно отображается в главном окне программы (рис. 1). Перед использованием в задачах подготовленная информация тестируется и исправляется. После создания графического образа объекта и его математической модели можно переходить к решению задач нормального и аварийного проветривания. Работа с программой сводится к вводу данных в диалоговые окна на экране, дальнейшим расчетам по заданным алгоритмам и анализу результатов, представленных в графическом и табличном виде.

Базовой задачей является расчет распределения воздуха в сети определенной топологии по известным аэродинамическим сопротивлениям горных выработок и параметрам источников тяги. Направления и величины потоков воздуха в каждой ветви, определенные для нормальных условий, используются практически во всех задачах.

Рисунок 1 – Схема вентиляции шахты «Краснолиманская» в главном окне программы

Основные задачи, которые можно решать с помощью комплекса программ «Вентиляция шахт»:

расчет воздухораспределения в сети горных выработок;

проверка обеспеченности объектов проветривания необходимым расходом воздуха, оценка качества вентиляционных сооружений, расчет общешахтного баланса воздуха и генерация соответствующего отчета;

построение депрессиограмм и генерация соответствующего отчета;

расчет воздухораспределения в сети горных выработок с возможностью задания фиксированных параметров потока;

регулирование распределения воздуха в сети для обеспечения объектов проветривания необходимым расходом и расчет параметров регуляторов и источников тяги (вентиляторов);

проверка устойчивости проветривания;

прогноз распределения газообразных примесей (от заданных источников), в вентиляционной сети, определение выработок, где содержание вредных газов может превысить ПДК;

анализ взрывоопасности атмосферы;

определение максимальной депрессии и других параметров пожара в зависимости от горючей нагрузки аварийной выработки;

оценка устойчивости вентиляционных струй при пожарах в наклонных горных выработках с нисходящим и восходящим проветриванием;

расчет параметров конвективных потоков (рис. 2);

Рисунок 2 – Окно на экране дисплея для ввода исходных данных и просмотра результатов при расчете параметров конвективных потоков в горных выработках шахт

моделирование мероприятий для повышения устойчивости проветривания наклонных выработок в случае пожара;

построение зоны пожарных газов, определение возможных мест опрокидывания вентиляционных струй при пожаре;

расчеты аварийных режимов проветривания;

определение кратчайших путей вывода горнорабочих из аварийных участков, расчет времени выхода;

определение оптимальных маршрутов и времени движения горноспасателей в зависимости от вида выполняемой работы;

поддержание компьютерной версии плана ликвидации аварий, создание графических приложений к ПЛА (рис. 3), печать схем вентиляции шахт с выделением позиций на принтерах и плоттерах;

Рисунок 3 – Работа с планом ликвидации аварий

Важнейшие отличия комплекса «Вентиляция шахт» от известных программ аналогичного назначения [3, 4]:

высокая эффективность системы: широкий класс решаемых задач и представление результатов в графическом и табличном виде в сочетании с очень скромными требованиями к техническим средствам. Необходимый объем свободной памяти – порядка 5 Мб (три дискеты); требуется ПЭВМ с процессором типа Pentium-200 и оперативной памятью 32 Мб;

в состав системы входят оригинальный графический редактор, включающий все необходимые функции для работы со схемами вентиляции и их печати, и генератор отчетов для разработки и печати табличных документов. Графический редактор, специально ориентированный на решение задач рудничной вентиляции, обеспечивает представление результатов решения задач непосредственно на схемах (рис. 4). В каждой выработке направлению движения воздуха соответствует стрелка: красная для свежей струи и синяя для исходящей, величине расхода воздуха – число рядом со стрелкой. Таким образом, можно быстро оценить объем и качество (свежие или исходящие) поступающих в любой узел воздушных потоков;

не требуются дополнительные дорогостоящие программные средства типа AUTOCAD, FASTREPORT;

включены оригинальные задачи для моделирования аварийных ситуаций и проектирования вентиляционных систем;

очень просто организован диалог пользователя с программой, поэтому программа легко осваивается специалистами шахт и горноспасательных служб.

Комплекс «Вентиляция шахт» с 2000 года используется на предприятиях Украины и России [5]:

в аварийно-спасательных частях Кривого Рога;

в военизированных горноспасательных частях (ВГСЧ) Юга и Центра (г. Губкин, Россия), обслуживающих рудники Курской магнитной аномалии;

в ВГСЧ Ростовской области;

в проектных и научно-исследовательских институтах;

на шахтах Украины и России (свыше 50 шахт).

«Вентиляция шахт» применялась при проектировании и разработке аварийных вентиляционных режимов для Днепропетровского метрополитена.

Рисунок 4 – Фрагмент схемы вентиляции шахты «Белореченская» на экране монитора с результатами расчета воздухораспределения

По отзывам пользователей, комплекс программ «Вентиляция шахт» удобен и надежен в работе. Его эффективность и быстродействие были проверены в аварийных условиях, когда компьютерное моделирование помогло принять правильные решения при выборе вентиляционных режимов.

Программный комплекс применялся в ходе тушения пожаров на шахте им. А.Ф. Засядько и на шахтах Ростовской области («Южная», «Майская», «Аютинская», «Дальняя», «им. 50-летия Октября», «Юбилейная», «Западная»). Расчеты, оперативно выполненные службой ВДС ОВГСО Ростовской области при ликвидации аварии из-за прорыва воды на шахте «Западная» (г. Новошахтинск, 2003 г.), позволили верно оценить развитие ситуации и спасти 46 горняков, находившихся в затапливаемых горных выработках. Программное обеспечение для моделирования аварийных ситуаций и работы с ПЛА интегрировано в унифицированную телекоммуникационную систему диспетчерского контроля и автоматизированного управления горными машинами и технологическими комплексами (УТАС), разработанную и внедряемую на шахтах Украины Петровским заводом угольного машиностроения.

Годовой экономический эффект от применения этой компьютерной системы для оптимизации проветривания в нормальных условиях составил: на шахте им. А.Ф. Засядько 511 тыс. грн, на шахте «Комсомолец Донбасса» 389 тыс. грн, в ОВГСО Ростовской области 630–655 тыс. руб, в ВГСЧ Юга и Центра 525,330 тыс. руб.

Наибольшую пользу от применения комплекса «Вентиляция шахт» следует ожидать на шахтах и рудниках, проветриваемых несколькими вентиляторами, где добыча полезных ископаемых ведется на больших глубинах, на нескольких пластах одновременно.

В целом, широкое внедрение компьютерного моделирования вентиляционных сетей с помощью комплекса «Вентиляция шахт» способствует повышению уровня квалификации и профессионализма горных инженеров, переходу от интуитивного принятия решений к научно обоснованному. А это, в свою очередь, обеспечивает безопасность работ в подземных условиях.

Список использованной литературы

1. Кравченко М.В., Кравченко Н.М. Решение задач вентиляции шахт на ПЭВМ // Состояние и перспективы развития Восточного Донбасса: Сб. научных трудов. – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2001. – С. 70–72.
2. Комплекс программ для решения задач проветривания шахт в нормальных и аварийных условиях / Пашковский П.С., Кравченко М.В., Кравченко Н.М., Бокий Б.В. // 10-я сессия Международного Бюро по Горной Теплофизике (14–18 февраля 2005 г.). – Гливице, Польша, 2005. – С. 565–574.
3. Жуков В.Д., Фищук А.В., Трофимов В.А. «Электронный план ликвидации аварий на шахте «Щегловская-Глубокая» // Уголь Украины. – 2007. – № 3. – С. 36–38.
4. Руководство по эксплуатации программной системы РЕВОД. Версия 4.2. – Донецк: Академия горных наук Украины, Донбасский научный центр, 1999. – 71 с.
5. Кравченко М.В., Кравченко Н.М. Опыт внедрения программного комплекса «Вентиляция шахт» // Уголь Украины. – 2003. – № 2. – С. 26–28.