ДонНТУ   Портал магістрів

Каплун Анастасія Юріївна

Інститут гірничої справи та геології

Кафедра охорони праці та аерології

Спеціальність Безпека трудової діяльності

Дослідження стійкості потоків повітря в похілих виробках за умови формування теплової депрессії пожежі одночасно в декільках вентиляційних контурах в умовах шахти Добропільська

Науковий керівник: к.т.н., доц. Трофімов Віталій Олександрович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• 1. Мета і завдання
• 2. Актуальність
• 3. Короткий виклад результатів магістерської роботи
• 4. Науково ‐ технічна новизна роботи
• 5. Висновки
• 6. Перелік джерел

  1. Мета і завдання

  Мета магістерської роботи – дослідження стійкості потоків повітря в похилих виробках за умови формування теплової депресії пожежі одночасно в декількох вентиляційних контурах в умовах шахти Добропільська.

  В даній роботі розглядаються наступні завдання:

  • розробка комп'ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі;

  • визначення вентиляційних контурів, де формується теплова депресія пожежі;

  • визначення максимальної теплової депресії пожежі в кожної окремої частини (окремому вентиляційному контурі) похилої виробки;

  • моделювання одночасної дії максимальної теплової депресії пожежі в усіх певних галузях (контурах);

  • аналіз результатів моделювання;

  • розробка заходів щодо підвищення стійкості провітрювання в похилих виробках при пожежах.

  2. Актуальність

  У відповідності з Правилами безпеки у вугільних шахтах [1] на шахтах України при підготовці плану ліквідації аварій повинна проводитися оцінка стійкості провітрювання при пожежах у похилих виробках.

  Діюча методика визначення теплової депресії пожежі в похилій виробці [2] при підготовці плану ліквідації аварії, дозволяє розрахувати її тільки для окремої виробки або частини виробки (між двома найближчими сполученнями). У теж час, в тих випадках, коли похила виробка складається з декількох ділянок, виникає небезпека формування теплової депресії відразу в декількох вентиляційних контурах. В аварійній ситуації це може привести до несподіваного перекидання потоку повітря, дезорганізації провітрювання і загибелі людей. Попередження порушення стійкості провітрювання при пожежах у похилих виробках являє собою актуальну науково ‐ практичну задачу.

  3. Короткий виклад результатів магістерської роботи

  У магістерській роботі розроблена комп'ютерна модель вентиляційної мережі шахти Добропільська, досліджено умови збереження стійкого провітрювання похилих виробок при пожежах і розроблені заходи по забезпеченню стійкого руху потоків повітря в аварійних умовах.

  

  Рис.1 – Комп'ютерна модель шахти Добропільська у програмному комплексі IRS Вентиляція шахт – ЭПЛА

  У процесі складання моделі були створені віртуальні зображення 424 вентиляційних вузлів і 613 гілок. У таблицю гілок (Правка > Таблиця гілок) введені довжина вироблення, перетин, кут нахилу, висота, і, де необхідно, число людей на гілки. Жовтим кольором позначені номери вузлів, а блакитним – номери гілок.

  

  Рис.2 – Комп'ютерна модель шахти Добропільська у програмному комплексі IRS Вентиляція шахт – ЭПЛА (з винесенням номерів вузлів)

  

  Рис.3 – Комп'ютерна модель шахти Добропільська у програмному комплексі IRS Вентиляція шахт – ЭПЛА (з винесенням номерів гілок)

  4. Науково ‐ технічна новизна роботи

  У спеціальній частині магістерської роботи буде використана методика визначення теплової депресії пожежі відразу в декількох вентиляційних контурах. В умовах шахти Добропільська такий розрахунок проводиться вперше.

  Розглянемо умови формування теплової депресії пожежі на прикладі паралельно ‐ послідовного з'єднання двох похилих виробок (рис.4):

  

  Рис.4 – Схема уклонного поля з двома похилими виробками

  Припустимо, що в похилій виробці 1–2–3–4 з низхідному рухом повітря, пожежа виникла у верхній частині (1–2) біля вузла 1. Пожежні гази, рухаючись вздовж похилої виробки, підвищать температуру повітря у трьох вентиляційних контурах (1–2–7–8–1, 2–3–6–7–2, 3–4–5–6–3) виникнуть контурні теплові депресії пожежі – ht1, ht2, ht3 (напрям дії контурних депресії показують фігурні стрілки). Ці джерела тяги протидіють низхідного руху повітря і їх спільна дія може призвести до перекидання потоку, як на окремих ділянках, так і на всьому протязі похилої виробки

  Існуюча методика оцінки стійкості провітрювання не ВРАХОВУЄ дії теплової депресії відразу в декількох контурах. Передбачено моделювати її дію тільки в одному контурі – там, де розташований осередок пожежі [2, 3].

  Аналіз досліджень присвячених умовам розповсюдження пожежних газів і формування температури за осередком пожежі [4] показав, що вже на відстані 400 метрів від вогнища (по ходу руху вентиляційного потоку) температура повітря зменшується до 400°С. Тобто, стає близькою до природної температури повітря у вугільній шахті. На цій підставі можна припустити, що визначення і моделювання теплової депресії пожежі (одночасно в декількох контурах) необхідно робити тільки для тих вентиляційних контурів, які пов'язані з аварійною ділянкою виробки протягом 400 метрів за осередком пожежі (по ходу руху потоку повітря). Так, наприклад, якщо довжина вироблення 1–2–3–4 дорівнює 400 метрів, то дія теплової депресії потрібно моделювати одночасно в трьох контурах, а якщо довжина ділянки 1–2–3 становить 400 метрів, то спочатку одночасно в двох контурах (1–2–7–8–1 і 2–3–6–7–2), а потім одночасно у двох інших контурах (2–3–6–7–2 і 3–4–5–6–3).

  Особливість визначення стійкості потоку повітря при одночасній дії теплової депресії пожежі в декількох контурах полягає в тому, що при цьому необхідно враховувати збільшення опору аварійної виробки за рахунок розширення повітря в осередку пожежі. При цьому опір аварійної виробки максимально може збільшиться втричі [5]. Інакше кажучи, дія пожежі в одному контурі зменшує критичну депресію інших контурів з похилими виробками. Так, якщо пожежа виникне на ділянці 1–2, то крім введення в цю гілку теплової депресії (–ht1) необхідно одночасно підвищити опір цієї гілки. При збільшенні опору гілки з осередком пожежі зменшується критична депресія нижніх гілок [6].

  З урахуванням вищевикладеного необхідно використовувати новий сценарій визначення стійкості провітрювання похилих виробок з низхідним рухом повітря. Його потрібно використовувати тільки в тому випадку, коли розрахунки показали, що за існуючою методикою провітрювання похилих виробок при пожежі буде стійким.

  Пропонується наступна послідовність дій:

  1. Визначаємо вентиляційні контури, де формується теплова депресія пожежі (в похилій виробці на протязі 400м за осередком пожежі).
  2. Визначаємо максимальну теплову депресію пожежі в кожної окремої частини (окремому вентиляційному контурі) похилої виробки за існуючою методикою.
  3. Розраховуємо аварійне опір гілки з осередком пожежі.
  4. Моделюємо одночасно дію максимальної теплової депресії пожежі в усіх певних галузях (контурах).
  5. Виконуємо аналіз результату моделювання і, якщо провітрювання залишилося стійким, припиняємо подальші дослідження.

  Цей варіант визначення стійкості провітрювання дозволяє відразу відповісти на питання про необхідність проведення подальших розрахунків та моделювання різних варіантів формування теплової депресії пожежі. Якщо моделювання цього варіанту покаже, що провітрювання хитливо, то тоді необхідно перейти до другого етапу розрахунків і врахувати закономірності охолодження пожежних газів уздовж похилої виробки. Для цього потрібно розрахувати максимальну температуру повітря в осередку пожежі (Тмах) і температуру в кінці кожної ділянки похилої виробки (Тк.). Наприклад, приймаючи, що осередок пожежі виник на початку першої ділянки (біля вузла 1) і максимальна температура в осередку горіння дорівнює 1000°С, обчислюємо температуру повітря біля вузлів 3 і 4.

  Знаючи кінцеві температури на всіх ділянок похилої виробки, в залежності від місця виникнення пожежі, і довжини виробок, можна визначити сумарну теплову депресії на всю довжину і для окремих ділянок. При розрахунках температур і теплової депресії площа перерізу всієї вироблення (1–2–3–4) і кут її нахилу визначаємо як середньозважені. Розрахункова формула для теплової депресії пожежі (ht) має наступний вигляд [3]:

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

  де Z – вертикальна висота зони горіння;

  Різниця величин теплових депресій для окремих частин похилої виробки визначить величини контурних теплових депресій пожежі. Наприклад, величина теплової депресії (ht2) формується в контурі 2–3–6–7–2 (вогнище пожежі на ділянці 1–2) визначається як різниця між теплової депресії пожежі порахованою окремо для ділянки 1–2–3 ділянки 1–2

  ht2 = h1–2–3– h1–2.

  Перевірка нової методики проводиться за допомогою комп'ютерної програми IRS Вентиляція шахт – ЭПЛА в умовах вугільної шахти Добропільська. Проведені дослідження підтверджують необхідність розробки і прийняття нової методики оцінки стійкості провітрювання при пожежах у похилих виробках підземних споруд.

  5. Висновки

  Завдання Моделювання пожежі дозволяє автоматично перерахувати величину теплової депресії пожежі в гірничій виробці, розрахувати аварійне повітрерозподілення, визначити місця можливого перекидання (зміни напряму руху) повітря, виділити всі вироблення в які потрапляють пожежні гази (зона загазування). Вказується номер аварійної виробки, отримує з БД її числові характеристики. Результати моделювання виникнення пожежі виносяться на схему вентиляції (рис.5). Аварийна виробка позначена червоним кольором, а вироблення в які потрапляють продукти горіння (зона загазування) – жовтим.

  На відміну від природної тяги теплова депресія, що виникає при пожежі в похилій або вертикальныї виробці, носить локальний характер, так як гази, які утворюються при пожежі, переміщаючись по виробленню, інтенсивно охолоджуються.

  

  Рис. 5 – Моделювання пожежі в гірничій виробці
  (анімація: 6 кадрів, 5 циклів повторення, 135 кілобайт)
  

  В даний час в магістерській роботі розроблена комп'ютерна модель шахтної вентиляційної мережі в умовах шахти Добропільська. Підготовлена база даних складається з графічної та числової інформації. Надалі будуть проводиться дослідження стійкості потоків повітря в похилих виробках за умови формування теплової депресії пожежі одночасно в декількох вентиляційних контурах.

  6. Перелік джерел

  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.
  Резюме Біографія