Підвищення стійкості провітрювання похилих виробок при пожежах у виробках з висхідним провітрюванням в умовах шахти Холодна Балка

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 Холодна Балка.

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 Холодна Балка.

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 Холодна Балка.

3. Короткий виклад результатів магістерської роботи

3.1 Коротка характеристика шахти

Територіально шахта розташована в Гірницькому районі м.Макіївки . У промисловому відношенні шахта підпорядкована ДП Макіїввугілля. Найближчі до шахти районний центр – м Макіївка, обласний центр – м Донецьк. До складу шахти Холодна Балка в даний час входять шахти № 3, 10 і Південна. Всі вищеперелічені шахти об'єднані в єдину вентиляційну систему. Запаси вугілля в межах технічних меж шахт № 10 і Південна вироблені. Тому, стовбури і деякі виробки шахт № 10 і Південна використовуються тільки для провітрювання погашаються виробок. Шахта № 3 розташована в 7 км на південь від м Макіївки Донецької області та знаходиться в межах Гірницького району м.Макіївки. З найближчими селищами і містом Макіївкою шахта пов'язана асфальтованими автодорогами. Електроенергією шахта забезпечується від районної підстанції Холодна Балка - 35 Нова енергосистеми Донбасенерго.

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).

Рисунок 1 – Спрощена схема ухильного поля
(1 – повітроподавальний штрек; 2 – верхня збійка; 3 – ходок; 4 – уклон)

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.

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 (рис. 2) характеризується наступними параметрами: кількість вузлів – 374, кількість гілок – 578.

Рисунок 2 – Комп'ютерна модель шахти

Були проведені дослідження стійкості вентиляційних потоків в 12 виробках з висхідним провітрюванням. При моделюванні пожежі в 11 випадках не відбувається перекидання вентиляційного струменя, а в 1 – перекидання вентиляційного струменя, можливо(рис. 3) [4].

Рисунок 3 – Моделювання пожежі в 333-ій гілці. Червоний колір– вироблення, в якій змодельована пожежа Жовтий колір– зона поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя (зона загазування 1); Бірюзовий колір–зона поширення пожежних газів після перекидання вентиляційного струменя (зона загазування 2)

В 1 зону загазування, тобто в зону поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя, потрапили гілок: 1, 19, 20, 3, 335, 336, 337, 347, 403, 450, 451, 345, 346, 348, 352, 339, 360, 361, 363, 365, 366, 370, 372, 373, 384, 390, 394, 397, 400, 411, 407, 421, 408, 140,415, 416, 420, 423, 419, 418, 424, 399, 432, 430, 429, 428, 427, 426, 425, 422, 142, 433, 435, 436, 440,444 , 500, 511, 522, 533, 540, 546, 550, 566, 570 [9]. Після перекидання зона загазування додатково поширюється ще на 6 гілок: 323, 332, 341, 343, 342, 401. Для того щоб позбутися від додаткової зони загазування необхідно забезпечити стійкість провітрювання 333 гілки, використовуючи функцію Посилення провітрювання, це завдання дублюється у вікні гілки. Клацнувши курсором на будь-якої гілки (об'єкт регулювання), можна визначити вироблення (гілка-регулятор), установка регулятора в якій, забезпечить максимальне збільшення витрати повітря в об'єкті регулювання. Якщо, за яким-то причин, в першій гілки установка регулятора неможлива, пропонується інша гілка. Завдання подвійного призначення - для швидкого пошуку місця встановлення регулятора, в аварійних умовах, і для вирішення завдань регулювання розподілу повітря, що забезпечують технологічні процеси [6 – 8] .

До пожежі гілка характеризувалася такими параметрами: витрата повітря 1,54 м³/, аеродинамічний опір 0,01530 кМюрг.Вибираємо перший запропонований варіант гілка 333 [8].

У 333 гілки збільшуємо опір на 1 кМюрг (було 0,01530 кМюрг, стало 1,01530 кМюрг). Це не дало очікуваного результату (рис. 4), тому потрібно повторити команду «Посилення провітрювання», місцем установки другого регулятора є 335 гілка (ходок груп. Конв. Кв-га К5 (вкв. - 11 вост.к/ш К3)) .

Рисунок 4. Зона загазування після установки регулятора в 229-ій гілки Червоний колір– вироблення, в якій змодельовано пожежа; Жовтий колір– зона поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя (зона загазування 1); Бірюзовий колір–поширення пожежних газів після перекидання вентиляційного струменя (зона загазування 2 );

Аеродинамічний опір гілки 319 складало 0,00540 кМюрг кМюрг, після збільшення на 1 кМюрг, воно склало 1,00540 кМюрг. Після цього повторюємо моделювання пожежі в гілці 333. Як видно з рис.5, перекидання вентиляційного струменя не відбувається і тому зона поширення пожежних газів після перекидання вентиляційного струменя відсутня.

Рисунок 5. Зона загазування після посилення провітрювання. Червоний колір– вироблення, в якій змодельовано пожежа; Жовтий колір– зона поширення пожежних газів до перекидання вентиляційного струменя (зона загазування 1).

Рисунок 6 – Моделювання пожежі в гілки № 333 комп’ютерної моделі шахти
(анімація: 2 кадра, 5 циклів повторення, 65 кілобайт)
(Синій 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)

Таким чином, вдалося домогтися підвищення стійкості похилої виробки з низхідному провітрюванні при пожежі в ній.

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.