Цілі і завдання магістерської роботи

Метою магістерської роботи є дослідження особливостей місцевого реверсування вентиляції при пожежах у виробках в умовах шахти Південнодонбаська № 1.

В даній роботі вирішуються наступні завдання:

• розробка комп'ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі;
• розрахунок нормального і аварійного розподілення повітря;
• визначення місць можливого перекидання вентиляційного струменя (зміна напрямку руху повітря у виробленні);
• виділення зони загазування і розгляд черговості закривання, відкривання дверей і шляхи руху людей;
• проводиться оцінка стійкості спадного і висхідного провітрювання вентиляційних виробок при пожежах розробка заходів по підвищенню стійкості провітрювання гірничих виробок;
• визначення місць, де найбільш ефективне застосування місцевого реверсування.

Актуальність роботи

Відповідно до Правил безпеки у вугільних шахтах [1] на шахтах України передбачається застосування місцевого реверсування при пожежах в окремих виробках шахт.

Мета місцевого реверсування – найкоротшим шляхом відвести пожежні гази з палаючої вироблення у вихідну струмінь, не порушуючи режиму провітрювання інших ділянок шахти; створити умови гірником для виходу з аварійних виробок, а рятувальникам для розвідки; не допустити розповсюдження пожежі по гірських виробленнях шляхом встановлення водних завіс, зведення перемичок і т. п.; забезпечити можливість підходу рятувальників до осередку пожежі і створити умови для ефективного застосування різних засобів пожежогасіння.

Місцеве реверсування вентиляційного струменя пропонується застосовувати в плани ліквідації аварій для створення найбільш сприятливих умов виходу людей, захоплених в шахті пожежею і для ліквідації пожеж [2].

Порядок визначення можливості місцевого реверсування вентиляційного струменя

Для визначення можливості місцевого реверсування вентиляційного струменя необхідно:

• виявити, чи є гілку (ділянка вироблення між двома вузлами мережі), у якому сталася пожежа, або гілки, які надходять продукти горіння, діагоналями (виробітку, за яким повітря при зміні опору певних гілок мережі може змінювати напрямок руху на протилежне);
• визначити гілки, опір яких потрібно змінити;
• встановити мінімально необхідний витрата повітря у виробках (якщо є така необхідність за умовами безпеки);
• розрахувати, наскільки слід змінити опору гілок, щоб забезпечити перекидання струменя повітря з необхідним витратою;
• встановити послідовність зміни опору гілок мережі, що забезпечує безпеку людей, які виконують вентиляційний маневр;
• перевірити експериментально в шахтних умовах намічений вентиляційний режим.

Визначення принципової можливості місцевого реверсування

Місцеве реверсування можливо при наявності в шахтній мережі діагоналей. При знаходженні рекомендується керуватися таким правилом: якщо при русі від початку мережі до її кінця можна пройти за будь-якої гілки, не заходячи двічі в один і той же вузол, в напрямку, протилежному руху повітря, то така вироблення буде діагоналлю. Наприклад, від початку мережі (точка 1, див. рис.1) до кінця (пункт 6) можна пройти по маршруту 1–2–3–4–5–6. У першому випадку рух здійснюється в напрямку, протилежному руху повітря, по гілках 4-5 та 2–4, не заходячи двічі в один і той же вузол, в іншому випадку – за гілки 4-3. Тоді гілки 2–4, 4–5 і 4–2 є діагоналями. Таким чином, представлена на рис.1 схема дозволяє здійснити місцеве реверсування вентиляційного струменя тільки в трьох гілках: 2–4, 4–5 і 4v3.

Рис.1. Схема виїмкової дільниці: 1–6 – номери вузлів схеми

Найбільший вплив на напрямок руху повітря в розглянутій діагоналі, наприклад, 4–5, надають гілки, що утворюють разом з нею два контури (рис.1). Контур перший утворює разом з діагоналлю 4–5 гілки 1–2, 2–4, 1–5, другий – гілки 4–3, 3–6, 5–6. Обидва контуру складають діагональне з'єднання. Точка 1 є початковою точкою з'єднання, точка 6 – кінцевої.

Для вимірювання напрямку руху повітря в діагоналі 4–5 необхідно, щоб вентиляційне тиск у пункті 5 стало більше, ніж у пункті 4. Депресія діагоналі 4–5 дорівнює при цьому

де h₀ – загальна депресія діагонального з'єднання, Па;
h₁ – депресія гілки 1–5, що входять в один контур, Па;
h₂ – депресія гілок 4–3 і 3–6, що входять в контур два, Па.

Здійснення місцевого реверсу може перешкоджати природна тяга або теплова депресія пожежі. Тому необхідно прагнути до того, щоб депресія діагоналі була максимальною, що досягається зниженням значень h₁ і h₂. Депресія h₁ визначається з рівняння:

де R_1-5 – опір гілки 1–5, Н*с2/м8;
, – витрата повітря відповідно до діагоналі 4–5 і в гілки 5–6, м3/c.

З рівняння видно, що для зменшення депресії слід максимально зменшити аеродинамічний опір гілки 1–5 і витрата повітря в гілки 5–6. Зниження опору досягається, як правило, відкриванням вентиляційних дверей, зменшення витрат повітря – установкою перемичок або закриванням пожежних дверей.

Аналогічно аналізуються чинники, що визначають депресію h₂. Щоб зменшити її величину, слід знизити опір гілок 4–3 і 3–6, а також витрата повітря в них. Останнє досягається установкою перемичок в гілках 2–4 і 2–3.

З формули визначення h_д видно, що депресія діагоналі не може бути більше депресії діагонального з'єднання. Тому у всіх випадках слід прагнути до збільшення останньої. Це досягається підвищенням депресії вентилятора головного провітрювання або обмеженням подачі повітря на інші панелі.

При проведенні місцевого реверсування вентиляційного струменя слід враховувати також величину і напрямок природної тяги і теплової депресії пожежі, а також метанообильности виробок.

• для попередження короткого замикання вентиляційних струменів і забезпечення реверсування повинні встановлюватися шлюзи і глухі перемички. Конструкція шлюзів не повинна допускати одночасного відкриття дверей.
• шлюзи, встановлений у виробках, що з'єднує стовбури, а також призначені для запобігання закорочення вентиляційних струменів, що надходять на крило, панель, групу виїмкових ділянок, повинні споруджуватися з негорючих матеріалів. Допускається на крилі, панелі, ділянках споруди дерев'яних дверей, які мають огнезащитное покриття.
• перемички з вікнами для регулювання витрати повітря можуть бути дощатими. При зведенні перемичок, призначених для ізоляції вентиляційних струменів, слід проводити оббирання відшарувалася породи.
• при депресії шлюзів 50 даПа і більш вентиляційні двері повинні бути обладнані пристроєм, що полегшують їх відкриття.
• всі вентиляційні дверей (у тому числі і реверсивні) повинні бути самозачиняючими і постійно закритими (рис.2). У виробках з інтенсивної откаткой (шість і більше складів у зміну) вони повинні відкриватися і закриватися автоматично або дистанційно.
• забороняється установка вентиляційних дверей на ділянках похилих виробок, обладнаних рейковим транспортом, а також монорейковими і підвісними канатними дорогами. Вентиляційні двері, встановлені нижче ділянок виробок, за якими проводиться відкочування, повинні бути захищені бар'єрами.

Рис. 2. Самозачиняючі вентиляційні двері

Передбачувана наукова новизна

Вперше для плану ліквідації аварії буде проведена попередня оцінка можливості здійснення місцевого аварійного вентиляційного режиму в масштабі усієї шахти. Заздалегідь будуть визначені всі можливі місця, де можна перекинути вентиляційний потік і місця установки необхідних вентиляційних регуляторів. Дослідження будуть проведені для умов шахти Південнодонбаська № 1.

Короткий виклад результатів магістерської роботи

Магістерська робота заснована на комп'ютерної моделі, створеної в програмі IRS Вентиляція ЭПЛА (план ліквідації аварії) (мал.3). Для проведення досліджень у комп'ютерній схемі шахтної вентиляційної мережі була створена база даних, що складається з 444 вузлів і 677 гілок і було введено 9780 одиниць данних.

Рис. 3. Комп'ютерна модель ДП Шахтоуправління Південнодонбаська № 1

А також було здійснено моделювання пожежі і визначені зони поширення пожежних газів (рис.4) і вироблення, в яких відбулося перекидання вентиляційного струменя.

Рис. 4. Моделювання пожежі на комп'ютерної моделі

Червоний колір – аварійна вироблення. Жовтий – зона поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя.

Анімація 1. Зона реверсування на комп'ютерній моделі

Висновок

В даний час в магістерської роботи розроблена комп'ютерна модель шахтної вентиляційної мережі, підготовлена база даних і проводитися дослідження стійкості провітрювання виробок з нижнім і верхнім провітрюванням при пожежах. Надалі буде проведено моделювання місцевого реверсування вентиляції та дослідження стійкості провітрювання в цьому аварійному вентиляційному режимі.

Література

1. Правила безпеки у вугільних шахтах. – М.: Надра, 1986, – 387 с.
2. Болбат І.Є., Лебедєв В.І., Трофімов В.А. Аварійні вентиляційні режими у вугільних шахтах – М.: Надра, 1992 р., – 204 с.
3. Керівництво щодо проектування вентиляції вугільних шахт м. Київ, 1994 р.
4. Трофімов В.О., Булгаков Ю.Ф., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж. – Донецьк, 2009, – 87 с.
5. Лебедєв В.І. Дослідження вентиляційних режимів при пожежах у уклонних полях шахт Донбасу: Автореф. дис. канд. техн. наук – Донецьк, 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., Трофімов В.О. Комп'ютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. – М.: Видавництво МДГУ. 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 – Часть 1. – 45 c.