Реферат за темою випускної роботи

Ціль і задачі магістерської роботи

Мета роботи – розробка можливих заходів з підвищення безпеки виходу людей із зони розповсюдження пожежних газів при пожежах в похилих виробках з висхідним провітрюванням, розроблених на основі використання віртуальної моделі шахтної вентиляційної мережі шахти ім. М.І. Калініна.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: провести аналіз схеми вентиляції, розподілу повітря, розробити комп'ютерну модель шахти за допомогою програми «IRS Вентиляція – ПЛА»; провести оцінку стійкості провітрювання при пожежах в похилих виробках шахти, та розробити заходи з підвищення стійкості провітрювання; дослідити зони розповсюдження пожежних газів при пожежах в похилих виробках і досліджувати маршрути виходу гірників із зони загазування.

1. Актуальність роботи

Аналіз аварійності вугільних шахт показує, що підземні пожежі є одним з найбільш поширених видів аварій. Пожежі в похилих виробках характеризуються швидким поширенням полум'я, і гасіння їх пов'язане з набагато більшими труднощами, ніж в інших виробках.

Найбільш простим і ефективним способом підвищенням стійкості провітрювання мережі при пожежі у виробленні з висхідним рухом повітря є закриття пожежної двері перед осередком пожежі, що не тільки підвищує стійкість провітрювання, але одночасно знижує інтенсивність розвитку пожежі. Тому в планах ліквідації аварій доцільно передбачати закривання пожежної двері нижче вогнища пожежі і в тих випадках, коли не потрібно підвищувати стійкість провітрювання. Однак, якщо пожежа виникла в гілці без пожежної двері, закривання пожежної двері (наприклад, вгорі чи внизу ухилу) може призвести до порушення (погіршення) стійкості провітрювання інших виробок [1].

Дія теплової депресії пожежі у виробленні з висхідним провітрюванням збігається за напрямком з депресією вентилятора головного провітрювання. В результаті, повітряний потік в інших виробках (як правило в довколишніх в пожежної гілки) може змінити напрям (перекинутися). Перекидання вентиляційного струменя призводить до розширення   зони загазування, створює загрозу появи пожежних газів на маршрутах евакуації людей, що може призвести до більшій кількості постраждалих [2]. Тому, місця перекидання вентиляційного потоку потрібно знати заздалегідь і передбачити заходи щодо забезпечення стійкості провітрювання цих виробок, а такий розрахунок можливий лише при використанні спеціалізованого програмного комплексу.

Таким чином, актуальним завданням є розробка можливих заходів з підвищення стійкості провітрювання гірських виробок при пожежах в похилих виробок з висхідним провітрюванням, розроблених на основі використання віртуальної моделі шахтної вентиляційної мережі шахти ім. М.І. Калініна.

2. Передбачувана наукова новизна

Вперше проведена оцінка стійкості провітрювання гірничих виробок при пожежах в похилих виробках з висхідним провітрюванням, з використанням комп'ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі шахти ім. М.І. Калініна.

3. Короткий виклад результатів магістерської роботи

3.1 Коротка характеристика шахти

Шахта ім. М.І. Калініна ДП ДВЕК розташована на території Донецько – Макіївського району Донецької області Україна і знаходиться в Калінінському районі м. Донецька. Розміри шахтного поля по простяганню – 7200 м, по падіння – 1680 м. В даний час шахтою розробляється пласт h₁₀.

Шахтне поле розкрите п'ятьма вертикальними стволами: клітьового № 1, № 2, № 3, скіповим і вентиляційним, а також капітальними квершлагами на обрії 229 м, 758 м і 1070 м. Спосіб провітрювання шахти– всмоктуючий. Схема провітрювання–комбінована. Провітрювання шахти здійснюється двома вентиляторними установками головного провітрювання: ВЦД – 47У на східному вентиляційному стовбурі і ВЦ – 5 на скиповом стовбурі. Свіже повітря у шахту надходить по клітьовому стволу № 1, клітьовому стволу № 2 і клітьовому стволу № 3. Вихідний струмінь повітря по східному вентиляційному стовбурі й скіпового стволу видається на поверхню.

3.2 Розробка комп'ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі

Технологія вирішення задач рудникової вентиляції із застосуванням програмного комплексу «IRS Вентиляція – ПЛА»,   є певною послідовністю дій, що включає етап підготовки вихідної інформації. На цьому, початковому етапі, необхідно підготувати схему вентиляції шахти до введення її в комп'ютер. Особливістю такої підготовки є представлення схеми вентиляції у вигляді певної послідовності (мережі) пов'язаних, між собою, гілок. Кожен вузол мережі пов'язує між собою дві або більше виробітку (гілки) або частини виробки. Як правило, кодування схем вентиляції проводиться при підготовці шахти до депресійної зйомці, кожному вузлу і гілки на схемою, присвоюється певний номер (мал. 1).

Малюнок 1 – Спрощена схема ухильного поля
(1 – воздухоподающий штрек; 2 – верхня збійка; 3 – ходок; 4 – ухил)

Стійкість вентиляційного струменя в гірничих виробках при пожежі оцінюється після введення в похилу вироблення джерела тяги, моделює теплову депресію пожежі. Порушення стійкості провітрювання при пожежу можливо в тих виробках, де після введення теплової депресії зупиняється або змінюється напрям руху вентиляційного струменя.

Така нумерація дозволяє ідентифікувати всі виробки шахти або їх частини і визначати фактичне напрямок руху повітря в них. При підготовці схеми вентиляції шахти, для представлення її в електронному вигляді, неприпустимо її спрощення. Під спрощенням мається на увазі об'єднання декількох вузлів вентиляційної мережі в один або подання на схемі вентиляції, послідовного з'єднання декількох виробок однією гілкою (мал. 2).

Малюнок 2 – Спрощена схема шляхів зовнішніх витоків і установки вентилятора

Необхідність такого детального представлення схеми вентиляції в комп'ютері пояснюється тим, що в послідовному з'єднанні виробок можуть бути ділянки з різними кутами нахилу і геометричними параметрами, які формують різні умови розвитку пожежі і пересування людей. При спрощення схеми вентиляції можливі помилки у побудові зони розповсюдження пожежних газів та моделюванні впливу теплових джерел тяги.

За допомогою моделі можна вирішувати завдання вентиляції, коли витрати повітря в основних об'єктах провітрювання будуть відрізнятися від фактичних не більше ніж на 10% [3].

3.3 Дослідження стійкості вентиляційних потоків при пожежах в похилих виробках

Комп'ютерна модель ш. ім. М.І. Калініна (мал. 3) характеризується наступними параметрами: кількість вузлів – 312, кількість гілок – 436.

Малюнок 3 – Комп'ютерна модель шахти ім. М.І. Калініна

Були проведені дослідження стійкості вентиляційних потоків в 46 виробках з висхідним провітрюванням. При моделюванні пожежі в 24 випадках не відбувається перекидання вентиляційного струменя, а в 22 – перекидання вентиляційного струменя, можливо [4].

При дослідженні стійкості провітрювання при пожежах в похилих виробках з висхідним провітрюванням, не було виявлено порушень стійкості вентиляційного струменя при пожежах в наступних виробках: вентиляційний ходок ЦУ пл. h₁₀ (9), центральний ухил пласта h₈ (11), вентиляційний ходок пл. h₇ (12), ходок з докорінної східній лаві пл. h₈ (22), ходок з докорінної східній лаві пл. h₈ (27), ходок з докорінної східній лаві пл. h₈ (46), ПКУ пл. h₇ (106), вентиляційний ходок східній розвантажувальної лави ВПУ пл. h₁₀ (131), ходок по 2 – й східній лаві пл. h₈ (132), вентиляційний ходок № 3 1 – ї східної лави ВПУ пл. h₁₀ (160), ходок по 4 – й східній лаві пл. h₁₀ (162), ходок по 3–й східній лаві пл. h₁₀ (172), польовий капітальний ходок (174), людський ходок пл. h₈ (196), людський ходок пл. h₈ (202), людський ходок пл. h8 (206), ходок провітрювання електровозного гаража р. 1070 м (237), ХМД пл. h₇ (249), ХМД пл. h₇ (255), вентиляційний ходок пл. h₇ (257), вентиляційний ходок пл. h₇ (268), вентиляційний ходок пл. h₇ (276), ПКУ пл. h₇ (396), вентиляційний ходок східній розвантажувальної лави ВПУ h₁₀ (405).

Вироблення, в яких вентиляційна струмінь перекинулася під дією теплової депресії пожежі, і в яких вдалося забезпечити стійкість провітрювання, зведені в табл. 1. У ній вказано номери та назви гілок, в яких моделювалися пожежі, місця перекидання вентиляційного струменя, місця встановлення регуляторів, кількість виробок що потрапили в зону загазування до перекидання вентиляційного струменя (зона 1), після перекидання вентиляційного струменя (зона 2) і після підсилення провітрювання.

Таблиця 1. Аналіз зон загазування при моделюванні пожежі

Для посилення провітрювання користуємося функцією «Посилення провітрювання». При цьому програма перебирає місця можливого встановлення регулятора витрати повітря і пропонує два варіанти з найбільш значущим результатом. Після застосування заходів щодо посилення провітрювання знову моделюємо пожежа в досліджуваній виробленні і якщо посилення призвело до позитивного результату, то зона після перекидання (зона 2) повинна зникнути [6–8].

Так, наприклад, при пожежі в гілці 261 (польовий конвеєрний ухил пл. H₇), відбудеться перекидання вентиляційної струменя (рис. 4), при теплової депресії пожежі 9,28 даПа. До пожежі гілка характеризувалася такими параметрами: витрата повітря 2,90 м³/ с і депресія 0,03 мм в. ст.[8].

Малюнок 4 – Моделювання пожежі в гілці 261
(польовий конвеєрний ухил пл. h₇)

До перекидання вентиляційного струменя у зону загазування потрапили такі гілки: 3, 19, 24. 68, 146, 25, 36, 133, 134, 106, 176, 147, 148, 149, 177, 298, 292, 293, 278, 273, 178, 308, 5, 309, 342, 343, 72, 396. на малюнку ця зона показана жовтим кольором. У результаті в зоні загазування виявиться 28 гілок.

У результаті перекидання вентиляційного струменя у зону загазування додатково потрапить 264 гілки. Зона загазування пожежними газами після перекидання додатково поширилася на гілки: 7, 100, 76, 71, 287, 47, 58, 361, 360, 191, 59, 21, 116, 135, 199, 283, 213, 189, 27, 9, 75, 61, 74, 79, 8, 365, 111, 82, 85, 114, 2, 87, 128, 301, 95, 94, 83, 96, 86, 99, 84, 98, 109, 108, 107, 125, 110, 126, 115, 112, 124, 113,434, 103, 119, 117,   327, 15, 409, 359, 362, 121, 122,130, 127, 123, 326, 93, 412, 136, 89, 169, 143, 138, 151, 431, 157, 150, 406, 131, 208, 212, 139, 414, 153,154,156, 163, 164, 158, 160, 155, 167, 165, 162, 168, 193, 400, 320, 170, 172, 174, 173, 175, 132, 57, 246, 235, 245, 234, 231, 229, 232, 230, 81, 233, 248, 88, 250, 258, 256, 257, 252, 236, 255,   241, 251, 238, 77, 215, 211, 206, 202,200, 196, 190, 161, 66, 282, 284, 12, 264, 271, 275, 272, 269, 275, 254, 370, 253, 268, 263, 267, 315, 314, 317, 316, 313, 312, 171, 311, 141, 159, 310, 356, 45, 44, 118, 413, 152, 101,   182, 322, 324, 323, 328, 318, 325, 329, 145, 144, 90, 407, 421, 408, 140,415, 416, 420, 423, 419, 418, 424, 399,   432, 430, 429, 428, 427, 426, 425, 422, 142, 433, 435, 436, 319, 266, 262, 333, 247, 334, 335, 340, 341, 344, 137, 405, 102, 358, 357, 18, 20, 129, 363, 364, 97, 78, 228, 259, 260, 166, 355, 120, 410, 6, 411. на малюнку   ця зона показана блакитним кольором [9].

Для забезпечення стійкості провітрювання необхідно встановити регулятори з опором 1 кμ в гілку 254 (польовий допоміжний ухил пл. h₇) і в гілку 287 (корінний західний вентиляційний штрек пл. h₇). Після установки регуляторів перекидання не відбувається (мал. 5).

Мал. 5 – Зона загазування після посилення провітрювання

На мал. 6 показаний фрагмент схеми вентиляції, що демонструє зону розподілу пожежних газів при пожежі в гілці 261.

Мал. 6 – Моделювання пожежі в гілці 261 комп'ютерної моделі шахти ім. М.І. Калініна
(анімація: 7 кадрів, 5 циклів повторення, 102 кілобайт)
(cиний колір – початковий стан; жовтий колір – зона поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя; блакитний колір – зона поширення пожежних газів після перекидання вентиляційного струменя; червоний колір – гілка, в якій відбувається пожежа)

При пожежі в гілках: вентиляційний ходок розвантажувальної лави пл. h₁₀ (84), ХМД пл. h₇ (255), ХМД пл. h₇ (267), ходок ЦБ пл. h₈ (16) не вдалося зменшити додаткову зону загазування після перекидання вентиляційного струменя.

При пожежі в східному панельному ухилі пл. h₁₀ (141) перекинулися 143, 151, 314 гілки і посилити провітрювання в них шляхом встановлення регулятора не вдалося, тому необхідно перевести вентилятор головного провітрювання ВЦД–47У (на східному вентиляційному стовбурі) на вищерозміщених характеристику (з 70° на 0°), в цьому випадку зона загазування поширюється на 51 вироблення (5 з них складають додаткову зону загазування). Якщо цього не робити, зона загазування пошириться на 64 виробітку (18 з них складають додаткову зону загазування).

При пожежі у вентиляційному ходку пл. h₈ (190), не вдалося ліквідувати зону загазування після перекидання повітря в інших гілках, але вдалося зменшити число гілок в цій зоні з 208 до 4. Для цього необхідно встановити регулятор витрати повітря в гілках 188 та 72.

При пожежі в ХМД пл. h₇ (262) не вдається домогтися стійкості провітрювання, оскільки програма для посилення провітрювання у вентиляційному ходку пл. h₇ (247) пропонує встановити регулятор у гілці РПП ПКУ пл. h₇ (284). А при його установці гілка 262 стає гілкою з низхідним провітрюванням.

При пожежі в польовому конвеєрному ухилі пл. h₇ (273) відбувається перекидання в 11 гілках (у тому числі в 197 і 288),   що призводить до додаткової зоні загазування, яка включає в себе 13 гілок. домогтися стійкості провітрювання в 197 гілки не вдалося, а для забезпечення стійкості провітрювання 288, необхідно встановити регулятор в 278. В результаті додаткова зона загазування зменшиться до 6 гілок.

При пожежі в груповому вентиляційному ходку 1–й панельної лави ЦПУ h₁₀ (410) перекинеться повітря в 135 гілки і тільки ця вироблення потрапить в додаткову зону загазування, але, якщо домогтися стійкості провітрювання в 135 гілки, то додаткова зона загазування пошириться на 33 виробки. Таким чином, немає сенсу домагатися стійкості провітрювання в гілці 135.

Висновки

У ході виконання магістерської роботи,був проведений аналіз схеми вентиляції, розподілу повітря, розроблена комп'ютерна модель шахти за допомогою програми «IRS Вентиляція – ПЛА». Забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок при пожежах в похилих виробках, зменшує зону загазування, що виключає можливість появи пожежних газів на маршрутах евакуації людей і зменшує число виробок потрапили в зону загазування, знижуючи ймовірність потрапляння людей у цю зону.

Список використаної літератури

1. Трофимов В.А., Кавера А.Л., Калинич Н.М., Негрей А.Г. Влияние увеличения сопротивления наклонной выработки на устойчивость ее проветривания при пожаре ⁄⁄ Материалы Международной научно-практической конференции «Промышленная безопасность и вентиляция подземных сооружений в XXI столетии» – Донецьк. – 2012. – С. 16-18.
2. Болбат И.Е., Лебедев В.И., Трофимов В.А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах. – М.: Недра, 1992. – 206 с.
3. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.О., Кавєра О.Л., Харьковий М.В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж – Донецьк, ДонНТУ. – 2009. – 88 с.
4. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт – Киев. – 1994.
5. Правила безопасности в угольных шахтах. – К.– 2010. – 422 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. Борзых А.Ф. Содержание, ремонт и ликвидация выработок угольных шахт – Алчевск: ДонГТУ, 2004. – 614 с.