ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Цели и задачи

Цель магистерской работы – исследование устойчивости потоков воздуха в наклонных выработках при условии формирования тепловой депрессии пожара одновременно в нескольких вентиляционных контурах в условиях шахты Добропольская.

В данной работе рассматриваются следующие задачи:

• разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети;

• определение вентиляционных контуров, где формируется тепловая депрессия пожара;

• определение максимальной тепловой депрессии пожара в каждой отдельной части (отдельном вентиляционном контуре) наклонной выработки;

• моделирование одновременного действия максимальной тепловой депрессии пожара во всех определенных ветвях (контурах);

• анализ результатов моделирования;

• разработка мероприятий по повышению устойчивости проветривания в наклонных выработках при пожарах.

2. Актуальность темы

В соответствии с Правилами безопасности в угольных шахтах [1] на шахтах Украины при подготовке плана ликвидаций аварий должна проводиться оценка устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках.

Действующая методика определения тепловой депрессии пожара в наклонной выработке [2] при подготовке плана ликвидации аварии, позволяет рассчитать ее только для отдельной выработки или части выработки (между двумя ближайшими сопряжениями). В тоже время, в тех случаях, когда наклонная выработка состоит из нескольких участков, возникает опасность формирования тепловой депрессии сразу в нескольких вентиляционных контурах. В аварийной ситуации это может привести к неожиданному опрокидыванию потока воздуха, дезорганизации проветривания и гибели людей. Предупреждение нарушения устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках представляет собой актуальную научно ‐ практическую задачу.

3. Краткое изложение результатов магистерской работы

В магистерской работе разработана компьютерная модель вентиляционной сети шахты Добропольская, исследованы условия сохранения устойчивого проветривания наклонных выработок при пожарах и разработаны мероприятия по обеспечению устойчивого движения потоков воздуха в аварийных условиях.

Компьютерная модель шахты <q>Добропольская</q>в программном комплексе

Рис.1 – Компьютерная модель шахты Добропольскаяв программном комплексе IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА

В процессе составления модели были созданы виртуальные изображения 424 вентиляционных узлов и 613 ветвей. В таблицу ветвей (Правка > Таблица ветвей) введены длина выработки, сечение, угол наклона, высота, и, где необходимо, число людей на ветви. Желтым цветом обозначены номера узлов, а голубым – номера ветвей.

Компьютерная модель шахты <q>Добропольская</q>в программном комплексе IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА(с вынесением номеров узлов)

Рис.2 – Компьютерная модель шахты Добропольская в программном комплексе IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА (с вынесением номеров узлов)

Компьютерная модель шахты <q>Добропольская</q>в программном комплексе IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА(с вынесением номеров ветвей)

Рис.3 – Компьютерная модель шахты Добропольскаяв программном комплексе IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА (с вынесением номеров ветвей)

4. Научно ‐ техническая новизна работы

В специальной части магистерской работы будет использована методика определения тепловой депрессии пожара сразу в нескольких вентиляционных контурах. В условиях шахты Добропольская такой расчет производится впервые.

Рассмотрим условия формирования тепловой депрессии пожара на примере параллельно ‐ последовательного соединения двух наклонных выработок (рис.4)

Схема уклонного поля с двумя наклонными выработками

Рис.4 – Схема уклонного поля с двумя наклонными выработками

Предположим, что в наклонной выработке 1–2–3–4 с нисходящем движением воздуха, пожар возник в верхний части (1–2) возле узла 1. Пожарные газы, двигаясь вдоль наклонной выработки, повысят температуру воздуха и в трех вентиляционных контурах (1–2–7–8–1, 2–3–6–7–2, 3–4–5–6–3) возникнут контурные тепловые депрессии пожара – ht1, ht2, ht3 (направление действия контурных депрессии показывают фигурные стрелки). Эти источники тяги противодействуют нисходящему движению воздуха и их совместное действие может привести к опрокидыванию потока, как на отдельных участках, так и на всем протяжении наклонной выработки.

Существующая методика оценки устойчивости проветривания не УЧИТЫВАЕТ возможность действия тепловой депрессии сразу в нескольких контурах. Предусмотрено моделировать ее действие только в одном контуре – там, где расположен очаг пожара [2, 3].

Анализ исследований посвященных условиям распространения пожарных газов и формирование температуры за очагом пожара [4] показал, что уже на расстоянии 400 метров от очага (по ходу движения вентиляционного потока) температура воздуха уменьшается до 400°С. Т.е., становится близкой к естественной температуре воздуха в угольной шахте. На этом основании можно предположить, что определение и моделирование тепловой депрессии пожара (одновременно в нескольких контурах) необходимо делать только для тех вентиляционных контуров, которые связаны с аварийным участком выработки на протяжении 400 метров за очагом пожара (по ходу движения потока воздуха). Так, например, если длина выработки 1–2–3–4 равняется 400 метров, то действие тепловой депрессии нужно моделировать одновременно в трех контурах, а если длина участка 1–2–3 составляет 400 метров, то сначала одновременно в двух контурах (1–2–7–8–1 и 2–3–6–7–2), а затем одновременно в двух других контурах (2–3–6–7–2 и 3–4–5–6–3).

Особенность определения устойчивости потока воздуха при одновременном действии тепловой депрессии пожара в нескольких контурах заключается в том, что при этом необходимо учитывать увеличение сопротивления аварийной выработки за счет расширения воздуха в очаге пожара. При этом сопротивление аварийной выработки максимально может увеличится втрое [5]. Иначе говоря, действие пожара в одном контуре уменьшает критическую депрессию других контуров с наклонными выработками. Так, если пожар возникнет на участке 1–2, то кроме введения в эту ветвь тепловой депрессии (–ht1) необходимо одновременно повысить сопротивление этой ветви. При увеличении сопротивления ветви с очагом пожара уменьшается критическая депрессия нижележащих ветвей [6].

С учетом вышеизложенного необходимо использовать новый сценарий определения устойчивости проветривания наклонных выработок с нисходящим движением воздуха. Его нужно использовать только в том случае, когда расчеты показали, что по существующей методике проветривание наклонных выработок при пожаре будет устойчивым. Предлагается следующая последовательность действий:

  1. Определяем вентиляционные контуры, где формируется тепловая депрессия пожара (в наклонной выработке на протяжении 400м за очагом пожара).
  2. Определяем максимальную тепловую депрессию пожара в каждой отдельной части (отдельном вентиляционном контуре) наклонной выработки по существующей методике.
  3. Рассчитываем аварийное сопротивление ветви с очагом пожара.
  4. Моделируем одновременное действие максимальной тепловой депрессии пожара во всех определенных ветвях (контурах).
  5. Выполняем анализ результата моделирования и, если проветривания осталось устойчивым, прекращаем дальнейшие исследования.

Этот вариант определения устойчивости проветривания позволяет сразу ответить на вопрос о необходимости проведения дальнейших расчетов и моделирования различных вариантов формирования тепловой депрессии пожара. Если моделирование этого варианта покажет, что проветривание неустойчиво, то тогда необходимо перейти к второму этапу расчетов и учесть закономерности охлаждения пожарных газов вдоль наклонной выработки. Для этого нужно рассчитать максимальную температуру воздуха в очаге пожара (Тмах) и температуру в конце каждого участка наклонной выработки (Тк.). Например, принимая, что очаг пожара возник в начале первого участка (возле узла 1) и максимальная температура в очаге горения равна 1000°С, вычисляем температуру воздуха возле узлов 3 и 4.

Зная конечные температуры на всех участков наклонной выработки, в зависимости от места возникновения пожара, и длины выработок, можно определить суммарную тепловую депрессии на всю длину и для отдельных участков. При расчетах температур и тепловой депрессии площадь сечения всей выработки (1–2–3–4) и угол ее наклона определяем как средневзвешенные.

Расчетная формула для тепловой депрессии пожара (ht) имеет следующий вид [3]:

ht = 12 Z (0,766 + ln Tmax / Tk),

где Z – вертикальная высота зоны горения;

Разница величин тепловых депрессий для отдельных частей наклонной выработки определит величины контурних тепловых депрессий пожара. Например, величина тепловой депрессии (ht2) формирующейся в контуре 2–3–6–7–2 (очаг пожара на участке 1–2) определяется как разница между тепловой депрессии пожара посчитанной отдельно для участка 1–2–3 и участка 1–2

ht2 = h1–2–3–h1–2.

Проверка новой методики проводится с помощью компьютерной программы IRS Вентиляция шахт–ЭПЛА в условиях угольной шахты Добропольская.

Проведенные исследования подтверждают необходимость разработки и принятия новой методики оценки устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках подземных сооружений.

5. Заключение

Задача Моделирование пожара позволяет автоматически пересчитать величину тепловой депрессии пожара в горной выработке, рассчитать аварийное воздухораспределение, определить места возможного опрокидывания (изменения направления движения) воздуха, выделить все выработки в которые попадают пожарные газы (зона загазирования). Указывается номер аварийной выработки, получает из БД ее числовые характеристики. Результаты моделирования возникновения пожара выносятся на схему вентиляции (Рис.5). Аварийная выработка помечается красным цветом, а выработки в которые попадают продукты горения (зона загазирования) – желтым.

В отличие от естественной тяги тепловая депрессия, возникающая при пожаре в наклонной или вертикальной выработке, носит локальный характер, так как газы, которые образуются при пожаре, перемещаясь по выработке, интенсивно охлаждаются.

Моделирование пожара в горной выработке

Рис.5 – Моделирование пожара в горной выработке
(анимация: 6 кадров, 5 циклов повторения, 135 килобайт)

В настоящее время в магистерской работе разработана компьютерная модель шахтной вентиляционной сети в условиях шахты Добропольская. Подготовлена база данных состоящая из графической и числовой информации. В дальнейшем будут проводится исследование устойчивости потоков воздуха в наклонных выработках при условии формирования тепловой депрессии пожара одновременно в нескольких вентиляционных контурах.

6. Перечень использованных источников

  1. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.: Держохоронпраці. – 2005 г., – 398 с.
  2. Болбат И.Э., Лебедев В.И., Трофимо В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. – М.: Недра. – 1992. – 206 с.
  3. Рекомендации по выбору эффективных режимов проветривания шахт при авариях. – Донецк: НИИГД. – 1995. – 168 с.
  4. Осипов С.Н., Жадан В.М. Вентиляция шахт при подземных пожарах. – М.: Недра, 1973. – 156 с.
  5. Зинченко И.Н., Романченко С.Б., Ревякин А.В. Расчет на IBM PC температуры и депрессии вентиляционной струи при пожарах/ Горноспасательное дело: Cб.науч.тр. / НИИГД. – Донецк, 1986. – С. 52–59.
  6. Трофимов В.А., Кавера А.Л., Калинич Н.М., Негрей А.Г. Влияние увеличения сопротивления наклонной выработки на устойчивость ее проветривания при пожаре/ Сб. докл. Вентиляция подземных сооружений и промышленная безопасность в ХХІ столетии. – Донецк: ДонНТУ. – 2012. – С. 73–76.
  7. Трофимов В.А., Кавера А.Л., Каплун А.Ю., Принцева О.А. Исследование устойчивости проветривания в горных выработках шахты после увеличения сопротивления воздухоподающих стволов /Сб. докл. Вентиляция подземных сооружений и промышленная безопасность в ХХІ столетии. – Донецк: ДонНТУ. – 2013. – С. 45–48.
  8. Трофимов В.А., Кавера А.Л., Каплун А.Ю., Принцева О.А. Исследование взаимовлмяния вентиляторов и аэродинамических параметров вентмляционных сетей на шахтах с несколькими вентмляторами главного проветривания/Сб. докл. Вентиляция подземных сооружений и промышленная безопасность в ХХІ столетии. – Донецк: ДонНТУ. – 2013. – С. 50–53.