Реферат по теме выпускной работы

Цели и задачи магистерской работы

Целью магистерской работы является исследование особенностей местного реверсирования вентиляции при пожарах в выработках в условиях шахты Южнодонбасская № 1.

В данной работе решаются следующие задачи:

разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети;
расчет нормального и аварийного воздухораспределения;
определение мест возможного опрокидывания вентиляционной струи (изменение направления движения воздуха в выработке);
выделение зоны загазирования и рассмотрение очередности закрывания, открывания дверей и пути движения людей;
производится оценка устойчивости нисходящего и восходящего проветривания вентиляционных выработок при пожарах;
разработка мероприятий по повышению устойчивости проветривания выработок;
определение мест, где наиболее эффективно применение местного реверсирования.

Актуальность работы

В соответствии с Правилами безопасности в угольных шахтах [1] на шахтах Украины предусматривается применение местного реверсирования при пожарах в отдельных выработках шахт.

Цель местного реверсирования – кратчайшим путем отвести пожарные газы из горящей выработки в исходящую струю, не нарушая режима проветривания других участков шахты; создать условия горнорабочим для выхода из аварийных выработок, а горноспасателям для разведки; не допустить распространения пожара по горным выработкам путем установления водных завес, возведение перемычек и т. п.; обеспечить возможность подхода горноспасателей к очагу пожара и создать условия для эффективного применения различных средств пожаротушения.

Местное реверсирование вентиляционных струй предлагается применять в планах ликвидации аварий для создания наиболее благоприятных условий выхода людей, застигнутых в шахте пожаром и для ликвидации пожаров [2].

Порядок определения возможности местного реверсирования вентиляционных струй

Для определения возможности местного реверсирования вентиляционной струи необходимо:

выявить, является ли ветвь (участок выработки между двумя узлами сети), в которой произошел пожар, или ветви, в которые поступают продукты горения, диагоналями (выработки, по которым воздух при изменении сопротивлений определенных ветвей сети может изменять направление движения на противоположное);
определить ветви, сопротивление которых нужно изменить;
установить минимально необходимый расход воздуха в выработках (если есть такая необходимость по условиям безопасности);
рассчитать, насколько следует изменить сопротивления ветвей, чтобы обеспечить опрокидывание струи воздуха с необходимым расходом;
установить последовательность изменения сопротивлений ветвей сети, обеспечивающую безопасность людей, выполняющих вентиляционный маневр;
проверить экспериментально в шахтных условиях намеченный вентиляционный режим.

Определение принципиальной возможности местного реверсирования

Местное реверсирование возможно при наличии в шахтной сети диагоналей. При их нахождении рекомендуется руководствоваться следующим правилом: если при движении от начала сети до ее конца можно пройти по какой-либо ветви, не заходя дважды в один и тот же узел, в направлении, противоположном движению воздуха, то такая выработка будет диагональю. Например, от начала сети (точка 1, см. рис.1) до конца (точка 6) можно пройти по маршруту 1–2–3–4–5–6. В первом случае движение осуществляется в направлении, противоположном движению воздуха, по ветвям 4–5 и 2–4, не заходя дважды в один и тот же узел, в другом случае – по ветви 4–3. Тогда ветви 2–4, 4–5 и 4–2 являются диагоналями. Таким образом, представленная на рис.1 схема позволяет осуществить местное реверсирование вентиляционных струй только в трех ветвях: 2–4, 4–5 и 4–3.

Рис.1. Схема выемочного участка: 1–6 – номера узлов схемы

Наибольшее влияние на направление движения воздуха в рассматриваемой диагонали, например, 4–5, оказывают ветви, образующие вместе с ней два контура (рис.1). Контур первый образует вместе с диагональю 4–5 ветви 1–2, 2–4, 1–5, второй – ветви 4–3, 3–6, 5–6. Оба контура составляют диагональное соединение. Точка 1 является начальной точкой соединения, точка 6 – конечной.

Для измерения направления движения воздуха в диагонали 4–5 необходимо, чтобы вентиляционное давление в точке 5 стало больше, чем в точке 4. Депрессия диагонали 4–5 равна при этом

где h₀ – общая депрессия диагонального соединения, Па;
h₁ – депрессия ветви 1–5, входящие в контур один, Па;
h₂– депрессия ветвей 4–3 и 3–6, входящие в контур два, Па.

Осуществлению местного реверса может препятствовать естественная тяга или тепловая депрессия пожара. Поэтому необходимо стремиться к тому, чтобы депрессия диагонали была максимальной, что достигается снижением значений h₁ и h₂. Депрессия h₁ определяется из уравнения:

где R_1–5 – сопротивление ветви 1–5, Н*с2/м8;
, – расход воздуха соответственно в диагонали 4–5 и в ветви 5–6, м3/c.

Из уравнения видно, что для уменьшения депрессии следует максимально уменьшить аэродинамическое сопротивление ветви 1–5 и расход воздуха в ветви 5–6. Снижение сопротивления достигается, как правило, открыванием вентиляционных дверей, уменьшение расхода воздуха – установкой перемычек или закрыванием пожарных дверей.

Аналогично анализируются факторы, определяющие депрессию h₂. Чтобы уменьшить её величину, следует снизить сопротивление ветвей 4–3 и 3–6, а также расход воздуха в них. Последнее достигается установкой перемычек в ветвях 2–4 и 2–3.

Из формулы определения h_д видно, что депрессия диагонали не может быть больше депрессии диагонального соединения. Поэтому во всех случаях следует стремиться к увеличению последней. Это достигается повышением депрессии вентилятора главного проветривания или ограничением подачи воздуха на другие панели.

При проведении местного реверсирования вентиляционных струй следует учитывать также величину и направление естественной тяги и тепловой депрессии пожара, а также метанообильности выработок.

Требования Правил Безопасности (ПБ) к вентиляционным устройствам

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 (рис.2). 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.

Рис.2. Самозакрывающаяся вентиляционная дверь

Предполагаемая научная новизна

Впервые для плана ликвидации аварии будет проведена предварительная оценка возможности осуществления местного аварийного вентиляционного режима в масштабе всей шахты. Заранее будут определены все возможные места, где можно опрокинуть вентиляционный поток и места установки необходимых вентиляционных регуляторов. Исследования будут проведены для условий шахты Южнодонбасская № 1.

Краткое изложение результатов магистерской работы

Магистерская работа основана на компьютерной модели, созданной в программе IRS Вентиляция ЭПЛА (план ликвидации аварии) (рис.3). Для проведения исследований в компьютерной схеме шахтной вентиляционной сети была создана база данных, состоящая из 444 узлов и 677 ветвей, и было введено 9780 единиц данных.

Рис. 3. Компьютерная модель ГП Шахтоуправления Южнодонбасская № 1

А также было произведено моделирование пожара и определены зоны распространения пожарных газов (рис.4) и выработки, в которых произошло опрокидывание вентиляционной струи.

Рис. 4. Моделирование пожара на компьютерной модели

Красный цвет – аварийная выработка. Желтый – зона распространения пожарных газов до опрокидывания вентиляционной струи.

Анимация 1. Зона реверсирования на компьютерной модели

Заключение

В настоящее время в магистерской работе разработана компьютерная модель шахтной вентиляционной сети, подготовлена база данных и проводиться исследование устойчивости проветривания выработок с нисходящим и восходящим проветриванием при пожарах. В дальнейшем будет проведено моделирование местного реверсирования вентиляции и исследование устойчивости проветривания в этом аварийном вентиляционном режиме.

Литература

Правила безопасности в угольных шахтах. – М.: Недра, 1986, – 387 с.
Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах – М.: Недра, 1992 г., – 204 с.
Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт г. Киев 1994 г.
Трофимов В.А., Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аэрология шахтных вентиляционных сетей. – Донецк, 2009. – 87 с.
Лебедев В.И. Исследование вентиляционных режимов при пожарах в уклонних полях шахт Донбасса: Автореф. дис. канд. техн. наук – Донецк, 1974.– 19 с.
Рекомендации по выбору эффективных режимов проветривания шахт при авариях// НДИІД. – Донецк. – 1995. – 165 с.
Каледина И.А., Романченко С.Б., Трофимов В.А. Компьютерное моделирование шахтных вентиляционных сетей: Методические указания. – М.: Издательство МГГУ. 2004 72 с.
Каледина И.А., Романченко С.Б., Трофимов В.А., Горбатов В.А. Компьютерное моделирование задач противоаварийной защиты шахт: Методические указания. – М.: Издательство МГГУ. 2004 – Часть 1. – 45 с.