ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Цели и задачи магистерской работы

Цель работы – разработка возможных мер по повышению безопасности выхода людей из зоны распространения пожарных газов при пожарах в наклонных выработках с нисходящим проветриванием, разработанных на основе использования виртуальной модели шахтной вентиляционной сети шахты им. М.И.Калинина. Сделать анализ распределения воздуха и схемы вентиляции. Разработать компьютерную модель шахты с помощью программы «IRS Вентиляция – ПЛА».

1. Актуальность работы

Полученные результаты позволяют прогнозировать условия спасения людей при авариях и разрабатывать мероприятия по повышению безопасности труда горнорабочих.

На практике, оценка устойчивости вентиляционных потоков производится только для выработок с нисходящим проветриванием и в тех случаях, когда проветривание не устойчиво, включают эти выработки в зону обще шахтного реверсирование вентиляционных потоков. В современных условиях на некоторых шахтах Украины зона реверсирования распространяется в выемочных участков.

Анализ условий применения общешахтного реверсирования при подземных пожарах показывает, что в некоторых случаях существует угроза опрокидывания вентиляционных потоков и в реверсивном режиме проветривания. Расчеты устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в горных наклонных выработках, проводяться на всех угольных шахтах при подготовке планов ликвидации аварий. Основу этих расчетов составляет определение тепловой депрессии пожара и моделирования ее действия в шахтной вентиляционной сети.

2. Предпологаемая научная новизна

Впервые проведена оценка устойчивости с использованием четырех различных методик определения сопротивления пути закорачивания:

На основании полученных в ходе магистерской работы результатов будет проведено сравнение и сделан вывод о том, какой из вышеперечисленных методов является наиболее точным.

3. Краткое изложение результатов магистерской работы

3.1 Краткая характеристика шахты


Шахта им. М.И. Калинина ГП "ДУЭК" расположена на территории Донецко – Макеевского района Донецкой области Украины и находится в Калининском районе г. Донецка. Размеры шахтного поля:

  1. по простиранию – 7200 м.
  2. по падению – 1680 м.

В настоящее время шахтой разрабатывается пласт – h10.

Шахтное поле вскрыто пятью вертикальными стволами (клетевыми № 1, № 2, № 3, скиповым и вентиляционным), а также капитальными квершлагами на горизонты 229 м, 758 м и 1070 м.

Способ проветривания шахты – всасывающий. Схема проветривания – комбинированная. Проветривание шахты осуществляется двумя вентиляторными установками главного проветривания: ВЦД-47у на восточном вентиляционном стволе, ВЦ-5 на скиповом стволе.

Свежий воздух в шахту поступает по клетевому стволу № 1 , клетевому стволу № 2, клетевому стволу № 3. Исходящая струя воздуха по восточному вентиляционному стволу и скиповому стволу выдается на поверхность.

3.2 Разработка компьютерной модели шахтной вентиляционои сети


Технология решения задач рудничной вентиляции с применением программного комплекса IRS Вентиляция – ПЛА, является определенной последовательностью действий, включающий этап подготовки исходной информации. На этом, начальном этапе, необходимо подготовить схему вентиляции шахты до ввода ее в компьютер. Особенностью такой подготовки является подача схемы вентиляции в виде определенной последовательности (сети) связанных, между собой, веток. Каждый узел сети связывает между собою две или более выработки (ветви) или части выработки, как правило, кодирование схем вентиляции проводится при подготовке шахты к депрессионной съемке. При этом каждому узлу и ветви на схеме, присваивается определенный номер (рис. 1).

Рисунок 1

Рисунок 1 – Упрощенная схема уклонного поля
(1 – воздухоподающий штрек; 2 – верхняя сбойка; 3 – ходок; 4 – уклон)

Такая нумерация позволяет идентифицировать все выработки шахты или их части и определять фактическое направление движения воздуха в них. При подготовке схемы вентиляции шахты, для представления ее в электронном виде, недопустимо ее упрощения. Под упрощением подразумевается объединение нескольких узлов вентиляционной сети в один или представление на схеме вентиляции, последовательного соединения нескольких выработок одной ветвью (рис. 2).

Рисунок 2

Рисунок 2 – Упрощенная схема путей внешних утечек и установки вентилятора

Необходимость такого детального представления схемы вентиляции в компьютере объясняется тем, что в последовательном соединении выработок могут быть участки с разными углами наклона и геометрическими параметрами, которые формируют различные условия развития пожара и передвижения людей. При упрощении схемы вентиляции, когда несколько узлов, которые являются местами сопряжения (соединения) горных выработок, заменяются одним (стягиваются в один), также возможны ошибки в построении зоны распространения пожарных газов, оптимальных маршрутов движения людей и моделировании воздействия тепловых источников тяги (естественная тяга, тепловая депрессия пожара).

3.3 Исследование устойчивости вентиляционных потоков при пожарах в наклонных выработках


Компьютерная модель ш. им. М.И. Калинина (рис. 3) характеризуется следующими параметрами: количество узлов – 312, количество ветвей – 413 [1].

Рисунок 3

Рисунок 3 – Компьютерная модель шахты им. М.И. Калинина

В рамках данной работы были проведены исследования устойчивости вентиляционных потоков в 24 выработках с нисходящим проветриванием. При возникновении пожара в 11 из них не происходит опрокидывание вентиляционной сети а в 13 из них возможно опрокидывание вентиляционной струи, которое приводит к нарушению устойчивости проветривания [2].

Во время исследования устойчивости при нисходящем проветривании в следующих выработках не было выявлено нарушений устойчивости вентиляционной струи: полевой конвейерный уклон пл. h10 (108), заезд с конвейерного уклона пл. h10 на 1-й полевой откаточный штрек пл. h10 (110), людской ходок ЦПУ пл. h10 (125), грузо-людской уклон (138), центральный полевой уклон пл. h10 (191), центральный уклон пл. h8 (207), центральный уклон пл. h8 (210), полевой вспомогательный уклон пл. h7 (266).

Попытки усилить проветривание в ветвях: грузо-людской ходок (16), людской ходок ЦПУ пл. h10 (121), центральный полевой уклон пл. h10 (127) не привели к желаемому результату т.е. при пожаре в данных ветвях направление движения воздуха не сохраняется, однако уменьшается число ветвей попадающих в зону загазирования [3].

Установка регулятора для ветвей: полевой вспомогательный уклон пл. h7 (241) и полевой вспомогательный уклон пл. h7 (254) в предлагаемых программой ветвях приводит к опрокидыванию струи воздуха в исследовании при нормальных условиях.

Выработки, в которых вентиляционная струя опрокинулась под действием тепловой депрессии пожара, сведены в табл. 1 [4]. В ней указаны номера ветвей, в которых моделировались пожары, количество выработок попавших в зону загазирования до опрокидывания вентиляционной струи (зона 1) и после опрокидывания вентиляционной струи (зона 2).


Таблица 1. Анализ зон загазирования при моделировании пожара


Номер пожарной ветви Количество выработок № ветви в которой устанавлвив. регул.
Зона загазирования 1 Зона загазирования 2 Зона после усиления проветривания
Полевой конвейерный уклон пл. h10 (108) 41 134 41 № 94
Заезд с конвейерного уклона пл. h10 на 1-й полевой откаточный штрек пл.h10 (110) 63 69 84 № 125
Людской ходок ЦПУ пл. h10 (125) 63 91 25 № 112
№ 97
Грузо-людской уклон (138) 55 60 56 № 143
Центральный полевой уклон пл. h10 (191) 24 26 62 № 108
Центральный уклон пл. h8 (207) 17 23 25 № 218
Центральный уклон пл. h8 (210) 17 26 23 № 218
Полевой вспомогательный уклон пл. h7 (266) 38 48 64 № 280
Грузо-людской ходок (16) 44 55 30 № 139

Для усиления проветривания пользуемся функцией «Усиление проветривания». При этом программа перебирает места возможной установки регулятора расхода воздуха и предлагает два варианта с наиболее значимым результатом. После применения мероприятий по усилению проветривания снова моделируем пожар в исследуемой выработке и если усиление привело к положительному результату, то зона 2 должна исчезнуть [6–9].

Так, например, при пожаре в ветви 108 возможно через 17 минут после начала пламенного горения, произойдет опрокидывание вентиляционной струи (рис. 4) при тепловой депрессии пожара 39,21 даПа. До пожара ветвь характеризовалась такими параметрами: расход воздуха 18,82 м3/с, депрессия 5,97 мм.в.ст. [9].

Рисунок 4

Рисунок 4 – Моделирование пожара в ветви 108 (полевой конвейерный уклон пл. h10 (108))

До опрокидывания вентиляционной струи в зону 1 попали следующие выработки: 145, 108, 119, 117, 327, 15, 409, 93, 89, 169, 167, 165, 170, 172, 174, 173, 175, 176, 177, 178, 308, 356, 45, 44, 118, 413, 318, 325, 11, 344, 137, 102, 358, 357, 359, 166, 355, 412, 410, 135, 411. На модели эта зона показана желтым цветом. В результате в зоне загазирования 1 окажется 41 ветвь.

В результате опрокидывания вентиляционной струи в зону загазирования 2 дополнительно попадет 134 выработок. Зона загазирования пожарными газами после опрокидывания дополнительно распространилась на ветви: 3, 47, 58, 18, 361, 19, 59, 21, 24, 68, 343, 90, 146, 25, 36, 71, 74, 79, 76, 365, 111, 82, 85, 114, 87, 100, 128, 124, 116, 301, 95, 94, 83, 96, 86, 99, 84, 98, 113, 109, 108, 107, 125, 110, 126, 115, 127, 130, 103, 326, 120, 121, 122, 129, 191, 123, 133, 404, 70, 134, 106, 132, 57, 147, 148, 149, 230, 229, 81, 248, 238, 88, 231, 253, 298, 292, 293, 278, 273, 399, 261, 5, 309, 342, 72, 360, 20, 362, 363, 112, 364, 97, 78, 228, 396. На модели эта зона показана голубым цветом [10].

Для обеспечения устойчивости проветривания необходимо установить регулятор с сопротивлением 1,0 кМюрг в ветвь 18 (2-ой восточный откаточный штрек горизонта 1200 м). После установки регулятора опрокидывание не происходит (рис. 5). На рис. 6 продемонстрирована ситуация возникновения пожара в модели шахты им. М.И. Калинина.

Рисунок 5

Рисунок 5 – Зона загазирования после усиления проветривания

Рисунок 6

Рисунок 6 – Моделирование пожара в ветви № 125 компьютерной модели шахты им. М.И. Калинина
(анимация: 6 кадров, 6 циклов повторения, 65 килобайт)
(cиний цвет – исходное состояние; желтый цвет – зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи; голубой цвет – зона распространения пожарных газов после опрокидывания вентиляционной струи; красный цвет – ветвь, в которой происходит пожар)

Выводы

Современное состояние угольных шахт Украины характеризуется сложными экономическими и горно-геологическими условиями. Повышается глубина ведения горных работ, что приводит к повышению температуры воздуха, ухудшению условий проведения и поддержания горных выработок. Безопасность схем вентиляции уменьшается вследствие повышения длины горных выработок. В этих условиях вопрос вентиляции угольных шахт приобретают особый вес. Они имеют прямую связь с охраной труда и их решения на современном уровне является залогом повышения безопасности труда.

В последние двадцать лет получило распространение использование программного обеспечения для моделирования вентиляционных сетей угольных шахт. Эти программные комплексы позволяют автоматизировать ряд вопросов связанных с прогнозированием и регулированием распределения воздуха в шахтных вентиляционных сетях, а также подготовку и поддержание планов ликвидации аварий.

Список источников

  1. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт — Киев. — 1994.
  2. Правила безопасности в угольных шахтах. — М.: Недра, 1986. — 387с.
  3. Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах — М.: Недра, 1992. — 204с
  4. Трофимов В.О., Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж. — Донецьк, 2009. — 87 с.
  5. Лебедев В.И. Исследование вентиляционных режимов при пожарах в уклонних полях шахт Донбасса: Автореф. дис. канд. техн. наук — Донецк, 1974. — 19 с.
  6. Рекомендації по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях // НДИІД. — Донецьк. — 1995. — 165 с.
  7. Каледіна І.О., Романченко С.Б., Трофимов В.О. Комп’ютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. — М.: Видавництво МГГУ. — 2004. — 72 с.
  8. 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.
  9. Перемычки шахтные. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.sp-ufa.ru/catalog17.htm.
  10. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт — Алчевск: ДонГТУ, 2004. — 614 с.