Управління вентиляцією при ліквідації аварій в магістральних виробітках вугільних шахт

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

УПРАВЛІННЯ ВЕНТИЛЯЦІЄЮ ПРИ ЛІКВІДАЦІЇ АВАРІЙ В МАГІСТРАЛЬНИХ ВИРОБІТКАХ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ

СМОЛАНОВ Сергій Миколайович

УДК 622.82:622.454.2

Спеціальність 05.26.01 - Охорона праці

Дніпропетровськ - 1999Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національній гірничій академії України Міністерства освіти України.

Науковий керівник

доктор технічних наук,

старший науковий співробітник

ГОЛІНЬКО Василь Іванович

Національна гірнича академія України,

завідувач кафедри аерології та охорони праці

Офiцiйнi опоненти:

доктор технічних наук, професор

ГРЯДУЩИЙ Борис Абрамович,

Експертно-аналітичний центр сприяння

технічному переозброєнню галузі,

директор центру

кандидат технічних наук, професор

долінський Віталій Андрійович

Національна гірнича академія України,

професор кафедри екології

Провідна установа - Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості, відділ вентиляції і газу, Міністерство вугільної промисловості України, (м. Макіївка).

Захист дисертацiї вiдбудеться " 10 " березня 2000р. о 14 годинi на засiданнi спеціалізованої вченої ради Д.08.080.07 при Національній гірничій академії України за адресою: 49027, м. Днiпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

З дисертацiєю можна ознайомитись в бiблiотецi Національної гірничої академії України за адресою: 49027, м. Днiпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

Автореферат розiсланий " 8 " лютого 2000 р.

Вчений секретар спецiалiзованої вченої ради В.Т. ЗаїкаЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

аварійний вентиляційний шахта пожежа

Актуальність теми. Сьогодні і на далеку перспективу вугільна промисловість України є і буде основною галуззю, яка забезпечує країну енергоносіями. Кризовий стан, в якому знаходиться ця галузь в наш час, обумовлений багатьма причинами, в тому числі виснаженням запасів корисних копалин, моральним та фізичним зношенням обладнання, погіршенням якості виробничих сил.

Гірничо-геологічні умови вугільних родовищ України характеризуються значною складністю, в зв'язку з чим умови праці на вугільних шахтах характеризуються значною кількістю небезпечних і шкідливих виробничих факторів, які суттєво впливають на життя і здоров'я працюючих, що обумовлює значну аварійність, високий рівень травматизму та профзахворювань в галузі. Вказані фактори суттєво знижують економічні показники роботи галузі. Тільки аварій на вугледобувних підприємствах України щорічно виникає понад 100. В більшості випадків аварії супроводжуються гибеллю та травмуванням працюючих, що приводить до значного матеріального збитку і в цілому спричиняє підвищення собівартості вуглевидобутку на 15 і більше відсотків.

На вугільних шахтах до найбільш небезпечних видів аварій, які супроводжуються багаточисельними жертвами і спричиняють значні матеріальні збитки, відносяться підземні пожежі. Значне їх число виникає в магістральних гірничих виробітках шахт, де швидкість руху повітря не рідко перевищує 4-5 м/с. Такі пожежі швидко розвиваються, переміщуються на великі відстані і спричиняють значні збитки.

Успіх спасіння людей, захоплених в шахті пожежею, ефективність дій гірничорятувальників по ліквідації пожежі і відповідно розмір матеріальних збитків спричинених пожежею, в значній мірі залежить від вірного вибору та своєчасного використання аварійного вентиляційного режиму. Відсутність нині науково обгрунтованих рекомендацій по вибору аварійного вентиляційного режиму при пожежах в магістральних гірничих виробітках і методики розрахунку його параметрів значно ускладнює боротьбу з такими пожежами, і часто приводить до збільшення часу гасіння пожеж і матеріального збитку, обумовленого ними. Тому проведення досліджень в галузі управління вентиляцією при гасінні пожеж в магістральних гірничих виробітках шахт є актуальною задачею.

Рішенню цієї актуальної задачі і присвячена дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертація виконана у відповідності з Національною програмою поліпшення охорони праці на 1996 - 2000 рр., прийнятою Кабінетом Міністрів України від 02.11.96 г. за № 1345.

Мета і задачі досліджень.

Метою дисертаційної роботи є обгрунтування параметрів аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт, які забезпечують підвищення ефективності гасіння підземних пожеж.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- виявити та дослідити фактори, що впливають на вибір аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт;

- дослідити процеси, які протікають в виробітках при пожежах і їх вплив на параметри аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт;

- провести дослідження стійкості провітрювання при використані запропонованих аварійних вентиляційних режимів;

- розробити методику розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів та прогнозування їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі;

- дати економічну оцінку ефективності використання запропонованих рішень.

Ідея роботи полягає в тому, що підвищення ефективності гасіння підземних пожеж в магістральних гірничих виробітках вугільних шахт може бути досягнуто шляхом зупинки вентилятора головного провітрювання і використання в під час ліквідації аварії так званого "нульового" режиму провітрювання, що полягає в зупинці вентиляторів головного провітрювання.

Основні наукові положення та результати, їх новизна.

Положення. 1. Небезпека виникнення рециркуляції повітряних потоків після зупинки вентиляторів головного провітрювання і переводу шахти на природне провітрювання обумовлюється дією контурних природних тяг та дестабілізацією провітрювання, яка спричиняється змінами опору та депресії гірничих виробіток при наявності в них осередку пожежі.

2. Збільшення опору та депресії горизонтальних гірничих виробіток при виникненні пожежі обумовлено сумісною дією циркуляції повітряних мас в зоні горіння та нагріванням вентиляційного потоку, причому величина змін залежить від температури газів в зоні горіння та її довжини.

3. Умовою використання “нульового” режиму провітрювання при ліквідації пожеж в магістральних горизонтальних гірничих виробітках є є відсутність рециркуляції повітряних потоків при переведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості вентиляційного струменю в пожежних виробітках не нижче допустимої межі, яка визначається можливістю перевертання струменю внаслідок конвекційного руху повітряних потоків, що виникає при пожежі.

Наукові результати.

1. Виявлені та досліджені фактори, що впливають на вибір аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт. Вперше показано за яких умов можливе використання "нульового" режиму провітрювання під час гасіння пожеж у вказаних виробітках.

2. Досліджені процеси, які протікають в горизонтальних виробітках при пожежах та їх вплив на параметри аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт. Вперше виконані дослідження температурних умов при пожежах і їх вплив на вентиляційні параметри в виробітках при використані "нульового" режиму провітрювання.

3. Досліджена стійкість запропонованих аварійних вентиляційних режимів. Вперше обгрунтовані можливі шляхи підвищення стійкості провітрювання шахт в аварійних умовах при "нульовому" режимі, які полягають в зміні аеродинамічного опору окремих дільниць вентиляційної мережі.

4. Розроблена методика розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів та прогнозу їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі, яка враховує динаміку теплових параметрів пожежі та вимоги забезпечення стійкості провітрювання виробіток шахт.

5. Запропонована методика визначення економічної ефективності впровадження нових способів боротьби з підземними пожежами. Дана економічна оцінка ефективності використання запропонованих аварійних вентиляційних режимів.

Практичне значення отриманих результатів.

Основні результати роботи можуть бути використані як методична основа при виборі аварійного режиму провітрювання гірничих виробок шахт і розрахунковім обгрунтуванні параметрів вентиляції в цих режимах.

Розроблені на основі виконаних досліджень методика прогнозу впливу режиму провітрювання на теплові параметри пожежі, методика прогнозу стійкості провітрювання виробок та програмне забезпечення для виконання розрахунків по прогнозуванню параметрів вентиляції і розвитку пожежі на ПЕОМ, дозволяють підвищити оперативність і якість прийнятих рішень за складних аварійних обставин, скоротити час гасіння пожежі, знизити економічний збиток від пожежі та витрати на його ліквідацію.

Реалізація запропонованих рішень здійснена шляхом їх використання підрозділами державних воєнізованих гірничорятувальних частин при гасіння пожеж в магістральних горизонтальних виробітках вугільних шахт.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці задач досліджень, в дослідженні особливостей розвитку пожеж в магістральних гірничих виробітках шахт, розробці нового підходу до вибору вентиляційних режимів в аварійних умовах, дослідженні теплових умов в гірничих виробітках при "нульовому" режимі провітрювання, стійкості запропонованих вентиляційних режимів та розробці методики розрахунку параметрів вентиляційних режимів і визначення ефективності їх використання.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародному симпозіумі "Mine Planning and Equipment Selection 1999 & Mine Environmental and Economical Issues 1999" (м. Дніпропетровськ), науково-практичній конференції "Шляхи розвитку гірничорятувальної справи" (м. Донецьк, 1997 р.), науково-технічних семінарах ДВГРС Мінвуглепрому України (м. Донецьк, 1997, 1998 рр.).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 7 друкованих робіт, в тому числі одна монографія, одна брошура, три статті у наукових фахових виданнях та доклад на міжнародному симпозіумі.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновків, переліку літературних джерел із 89 назв та додатку, має 130 сторінок машинописного тексту, 18 рисунків на 13 сторінках, 24 таблиці на 10 сторінках. Загальний обсяг - 153 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність досліджень, сформульовані мета і завдання досліджень, приведені основні наукові положення та результати, винесені на захист, а також відомості про практичне значення результатів роботи, їх апробацію і публікації матеріалів дослідження.

У першому розділі виконано аналіз літературних джерел та архівних матеріалів стосовно управління аварійними вентиляційними режимами та практики гасіння підземних пожеж в магістральних виробітках, який показав, що ефективність гасіння пожеж в магістральних виробітках вугільних шахт значною мірою залежить від вірного вибору аварійного вентиляційного режиму. Для зменшення швидкості розповсюдження пожежі в цих виробітках необхідно суттєво знижувати швидкість руху повітря в аварійних режимах, при збереженні стійкості провітрювання. Закорочування вентиляційного струменю, встановлення перемичок парашутного типу в пожежних виробітках, зниження подачі вентилятора головного провітрювання, не забезпечує необхідного зниження швидкості руху повітря в магістральних виробітках при аварійних режимах. Необхідне зниження швидкості руху повітря в магістральних виробітках при аварійних режимах досягається в випадку зупинки вентиляторів головного провітрювання - “нульовім” режимі провітрювання, але в літературних джерелах відсутні обгрунтовані рекомендації стосовно використання цього режиму, прості та надійні методи розрахунку стійкості провітрювання при "нульовому" режимі, не зустрічається він і в планах ліквідації аварій. В минулому використання “нульового” режиму часто супроводжувалось виникненням рециркуляції продуктів горіння і ускладненням гірничорятувальних робіт. Відомі методи розрахунку температурних умов в магістральних виробітках при пожежах не дають змоги здійснювати розрахунок параметрів аварійних вентиляційних режимів, прогнозувати їх вплив на процеси розвитку і гасіння пожежі та стійкість провітрювання виробіток шахт.

У другому розділі приведені результати досліджень температурних умов що виникають в магістральних горизонтальних пожежних виробітках. При пожежах в таких виробітках крім примусової конвекції, обумовленої зовнішніми силами (депресія ВГП), під впливом гравітаційного поля масових сил виникає циркуляція повітряних мас в зоні горіння (природна конвекція), яка постійно зв'язана з полями температури (рис.1). Для визначення вентиляційних і температурних параметрів виробіток в розділі послідовно розглянуті умови що виникають у випадку відсутності примусової конвекції, у випадку значної переваги примусової конвекції над природною та при їх спільній дії.

Оцінка величини депресії природного конвекційного руху повітряних потоків, здійснена нами для розвиненої пожежі за умови відсутності примусової конвекції, показала, що між зоною горіння і сусідніми перетинами виробітки, розміщеними за зоною горіння на достатньо значній відстані (де температура і густина повітря така ж як до виникнення пожежі) виникає депресія нагрітих і холодних потоків повітря, що циркулюють біля осередку пожежі

, (1)

де і - температура і густина газів до осередку пожежі К і кг/м3 відповідно; - середньо об'ємна температура газів в осередку пожежі, К; - висота виробітки, м.

У випадку, коли примусова депресія значно перевищує депресію нагрітих і холодних потоків повітря в зоні горіння, перенесення тепла і повітряних мас визначається рішенням системи рівнянь

; (2)

; (3)

; . (4)

де - тиск, густина і швидкість руху повітря (середні по перетину потоку повітря); - швидкість руху повітря на такій відстані від осередку пожежі, де ; - коефіцієнт теплопровідності, Вт/мК; - безрозмірний коефіцієнт тертя; - гідравлічний діаметр потоку, перетином S і периметром П, м; - температура стінок виробітки, К; - газова постійна, Дж/кгК; - теплоємність повітря, Дж/кгК.

З похибкою не більше 3% приймемо та введемо безрозмірні перемінні

(5)

де - довжина виробітки, м; - витрати повітря до виникнення пожежі, м3/с; - витрати повітря, що поступає в виробітку, під час пожежі, м3/с; - температура в осередку горіння, К.

З урахуванням цього, нехтуючи дифузійним переносом тепла, отримані вирази для розрахунку температури та витрат повітря в магістральній горизонтальній виробці, при наявності в ній осередку пожежі

чи ; (6)

(7)

де ;

- відносна величина тиску; - аеродинамічний опір виробітки, кг/м7; - примусова депресія, прикладена до виробітки, Па; - середня температура повітря виробітки; - число Стентона; - температуропровідність повітря, м2/с.

Величина середньої температури складається з її середнього значення в зоні горіння ІІ та - в зоні охолодження ІІІ (див. рис.1).

; ; . (8)

Графіки залежності від середньої температури в виробітках та розподілу температури вподовж неї для типових значень Т0=300°К; TГ=I200°K; Lr =20 м; L=100 м приведені на рис. 2 та 3.

Розрахунки показали, що температура повітря за осередком пожежі в більшій мірі залежить від співвідношення між числом St та q, ніж від q.

В результаті виникнення пожежі опір горизонтальної гірничої виробітки, згідно (6) збільшується на

(9)

Рішення (7) отримане нами за умови нехтування дифузійним переносом тепла. Але при значному зменшенні витрат повітря при "нульовому" режимі провітрювання цей вид теплообміну може стати домінуючим. Для вияснення характеру цього впливу на теплові та вентиляційні параметри магістральних виробіток при пожежах було знайдене загальне рішення системи рівнянь (2 - 4) яке в абсолютних значеннях температури остаточно має вигляд

(10)

де - максимальна температура в зоні горіння, К; n - коефіцієнт, що визначається співвідношенням коефіцієнтів теплообміну в зоні горіння до відповідного коефіцієнту в інших зонах виробітки (при практичних розрахунках прийнятий n=10); .

При цьому аеродинамічний опір виробітки за рахунок нагрівання вентиляційного потоку збільшується в раз:

(11)

де - температура вентиляційного потоку в кінці виробітки, К.

Еквівалентна схема провітрювання горизонтальної виробітки при спільній дії примусової та природної конвекції, що обумовлена пожежею, приведена на рис.4. В цій схемі гілка 5 моделює умовний вентилятор з депресією hкр і опором, що дорівнює параметру В напірної характеристики. Рух повітря в зонах I та II прийнято двошаровим.

При симетрії природних конвекційних потоків відносно геометричної повздовжньої вісі опір гілок 1 - 4 можна визначити наступним чином

де

Значення розходів повітря можна визначити шляхом рішення рівнянь Кірхгофа для приведеної схеми

(12)

Можливість виникнення природної конвекції появляється при Q1 = Q3 = 0. З рівнянь (10) слідує, що Q10 і Q30 і примусова депресія буде відвертати природну конвекцію у випадку коли

де (13)

Остаточно умова можливого перевертання вентиляційного потоку отримана в вигляді

(14)

; ;

У третьому розділі приведені результати досліджень стійкості "нульового" режиму вентиляції.

При теоретичному аналізі стійкості природну тягу шахти умовно ділили на дві частини (рис. 5) - природну тягу окремого виїмкового поля (нижня частина мережі) та природну тягу решти виробіток шахтної вентиляційної мережі (верхня частина мережі). Величина останньої формується головним чином в стовбурах і значно змінюється протягом року. Виділені три характерних випадки провітрювання шахти при "нульовому" режимі вентиляції:

- природна тяга нижньої частини вентиляційної мережі шахти дорівнює нулю (характерний у випадку горизонтального залягання пластів);

- природні тяги верхньої і нижньої частини вентиляційної мережі шахти діють в одному напрямку;

- природні тяги частин шахти протилежної направленості.

В першому випадку природна тяга формується в стволах, в мережі підземних виробіток вона відсутня. Депресія нижньої частини вентиляційної мережі (2-5-6-3) дорівнює

, (15)

де - величина природної тяги в стовбурах, Па; - величина загального опору стовбурів 1-2 і 3-4, Па.с2/м6; - витрати повітря в нижній частині шахти, м3/с; - величина втрат повітря, м3/с.

Витрати повітря в нижній частині залежать від її опору. При його зміні від до 0, витрати змінюються від 0 до величини , а депресія від величини до 0.

Задаючись значеннями від 0 до за формулою (15) можна розрахувати значення депресій при відповідних витратах повітря. Ці значення в координатах визначають положення кривої 1 (рис. 6), яка представляє собою характеристику умовного вентилятора, що працює на нижню частину мережі шахти (2-5-6-3), режим провітрювання якої визначається перетином її аеродинамічної характеристики (крива 2) з напірною характеристикою. Координати точки А визначають витрати повітря і депресію виробіток (2-5-6-3). Втрати повітря через 2-3 направлені з свіжого струменя на вихідний

У другому випадку, для визначення режиму провітрювання нижньої частини шахти, відповідно з методом активованої мережі із аеродинамічної характеристики нижньої частини шахти (рис. 7а) віднімаємо характеристику її природної тяги (пряма 3). Перетин напірної характеристики з активованою характеристикою (крива 4), визначає режим провітрювання нижньої частини шахти.

При певній величині точка перетину може бути на осі абсцис (точка С, рис. 7б), чи нижче неї (точка D).

В останньому випадку частина повітря, що виходить з виробітки 6-3 через збійку 2-3 потрапляє в виробітки з свіжим повітрям, виникає рециркуляція повітря в контурі 2-5-6-3-2, що у випадку пожежі в одній із виробіток нижнього горизонту становить небезпеку для працюючих там людей.

Умова відсутності рециркуляції у другому випадку

, (16)

де - відповідно аеродинамічний опір верхньої та нижньої частини вентиляційної мережі шахти.

У третьому випадку, у випадку природних тяг протилежної направленості, при значній величині режим провітрювання виробіток нижньої частини шахти може переміститися в точку D (рис.8). В цьому випадку рух повітря в нижній частині припиняється, а при подальшому зростанні виникає рециркуляція в контурі 2-5-6-3-2.

Умова відсутності рециркуляції при цьому

. (17)

Підвищити стійкість провітрювання в другому випадку можна шляхом збільшення опору нижньої частини шахти чи зменшення опору верхньої частини шахти, а в останньому випадку - шляхом зменшення величини втрат повітря через збійку 2-3.

З метою перевірки залежностей були виконані розрахунки стійкості провітрювання шахт №43 ГХК "Торезантрацит" та шахти "Кондратівська" (м. Горлівка) при переході до "нульового" режиму провітрювання, а отримані результати потім були співставленні з результатами комп'ютерного моделювання цього режиму провітрювання. При моделюванні були використані матеріали депресійних зйомок, схеми вентиляції, плани гірничих робіт, вентиляційні журнали тощо. Природна тяга при моделюванні визначалась апробованим гідродинамічним методом, розробленим А.Ф. Воропаєвим, який є досить наглядним і дозволяє вірно визначити значення контурних природних тяг.

Розрахунок стійкості провітрювання виробіток-зв'язок шахт здійснювався експрес-методом з використанням нерівності (16), та матеріалів депресійної зйомки шахт при нормальних умовах провітрювання.

Результати комп'ютерного моделювання по шахті №43 показали, що після зупинки ВГП надходження повітря в шахту знизилось на 84%, виникає перевертання вентиляційного струменю в трьох виробітках-зв'язках та втрат повітря між стовбурами, внаслідок чого додаткова кількість відпрацьованого повітря потрапляє на свіжий струмінь. У випадку пожежі в любім пункті шахти продукти горіння будуть потрапляти в виробітки з свіжим повітрям, що ускладнить проведення гірничорятувальних робіт. На відміну від цього на шахті "Кондратівська" після зупинки ВГП в усіх виробітках шахти зберігається нормальний напрямок руху повітря, надходження повітря в шахту знизилось на 55%, спостерігається перерозподіл повітря між виробітками. Співставлення результатів моделювання з розрахунком стійкості виконаним експрес-методом показав їх повну тотожність.

З метою визначення впливу на підвищення стійкості провітрювання при "нульовому" режимі гірничих виробіток було виконане також моделювання природного провітрювання по шахті №43 при різних варіантах зміни опорів виробіток шахти шляхом встановлення стабілізуючих перемичок та відповідна оцінка змін стійкості провітрювання при цьому експрес-методом. В результаті було встановлено, що шляхом встановлення стабілізуючих перемичок можна суттєво покращити показники стійкості: знизити кількість гілок з нестійким провітрюванням, підвищити депресію виробіток-зв'язок, знизити кількість повітря, яке втягується в рециркуляцію, та його долю в загальній кількості повітря, що подається в шахту. Вибір конкретного місця встановлення стабілізуючої перемички в аварійних умовах повинен здійснюватись з врахуванням місця виникнення пожежі та шляху руху працюючих.

Результати досліджень з питань стійкості провітрювання були використані в ході гасіння пожежі на шахті ім. Межинського (м. Первомайськ), яка виникла на південному польовому штреку гор. 845 м де в результаті завалення пожежної виробітки був перекритий доступ гірничорятувальникам до осередку пожежі з боку свіжого струменю і неможливо було проникнути до осередку пожежі з протилежного боку. Незважаючи на встановлення перемичок та зниження депресії ВГП швидкість руху в пожежній виробці становила 1,4 м/с, пожежа інтенсивно розвивалась, що обумовлювало загрозу втягування в процес горіння вугільного пласта. Виникла необхідність в додатковому суттєвому зниженні подачі повітря до осередку пожежі. Це можна було зробити тільки шляхом зупинки ВГП. Аналіз ситуації показав, що використання "нульового" режиму можливе лише в тому випадку коли в польовому штреку гор. 845 м залишиться існуючий напрямок руху повітря, бо перевертання вентиляційного струменю примусить гірничорятувальників покинути указану виробітку і припинити роботи по ліквідації завалу та гасінню пожежі.

Для оцінки стійкості провітрювання штреку був використаний запропонований експрес метод з використанням залежності (16). Розрахунок показав, що умови збереження стійкості провітрювання зберігаються і було прийняте рішення про зупинку ВГП. Заміри, проведені після зупинки ВГП, показали, що в районі осередку пожежі зберігся попередній напрямок руху повітря а швидкість його руху знизилась в 2,4 рази і становила 0,55 м/с. Це суттєво знизило інтенсивність горіння і дозволило уникнути розповсюдження зони горіння на вугільний пласт і успішно ліквідувати пожежу.

У четвертому розділі приведені основні положення розробленої на основі виконаних досліджень методики розрахунку параметрів "нульового" режиму провітрювання. Згідно якої перед переведення шахти на природне провітрювання оцінюється стійкість її провітрювання, визначаються заходи по підвищенню стійкості провітрювання при наявності небезпеки перевертання повітряних потоків, прогнозуються результати впливу зміну режиму вентиляції на процес горіння, визначаються теплові параметри пожежі і їх прогнозується їх вплив на стійкість провітрювання виробіток.

Оцінка стійкості провітрювання шахти здійснюється у три етапи. На першому етапі складається розрахункова схема шахти та проводиться її спрощення так, щоб усі виробітки небезпечні по перевертанню вентиляційного струменю зберігались. На другому етапі визначаються значення контурних природних тяг. На третьому етапі проводиться розрахунок стійкості провітрювання шляхом комп'ютерного моделювання чи аналітично, з використанням запропонованого експрес-методу.

Для прогнозу розвитку аварійної ситуації розроблена методика теплових розрахунків яка дозволяє визначити теплові параметри пожежі: теплову потужність, швидкість розповсюдження фронту полум'я, дальність розповсюдження (довжину вигорілої дільниці), довжину зони горіння, максимальну температуру в зоні горіння; розподіл температури повітряного потоку вподовж виробітки і її динаміку, показник збільшення аеродинамічного опору за рахунок підвищення температури. Усі перераховані параметри визначаються в залежності від витрат повітря в виробітках, що дозволяє прогнозувати результати впливу зміни режиму провітрювання на теплову обстановку.

Отримані результати в свою чергу використовуються для визначення реакції шахтної вентиляційної мережі на нову теплову обстановку. Для чого розраховуються середні значення температур на дільницях пожежної виробітки та визначаються умови можливого перевертання вентиляційного потоку (14).

На основі указаних методик, розроблене програмне забезпечення моделі пожежі (ПОМОП) та створена відповідна база даних, які призначені для розрахунку на ПЕОМ теплових параметрів пожежі, прогнозу стійкості, параметрів вентиляційних режимів та їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі, що дозволяє оперативно вирішувати питання, пов'язані з використанням цього аварійного вентиляційного режиму.

У п'ятому розділі здійснена економічна оцінка ефективності використання "нульового" режиму вентиляції при гасінні пожеж в магістральних гірничих виробітках вугільних шахт. Ефективність того чи іншого варіанту тактичних рішень, які використовуються при гасінні пожеж, повинна мати чіткий економічний зміст. Економічна ефективність запропонованих режимів вентиляції аварійних дільниць визначається величиною витрат на ліквідацію пожежі та можливого збитку від пожежі при існуючому (базовому) і запропонованому способі ліквідації пожежі. Оскільки виникнення пожежі носить імовірний характер, то економічна оцінка цього явища повинна враховувати очікуваний економічний збиток при виникненні пожеж і імовірну природу їх виникнення.

У відповідності з діючими в галузі нормативними документами ефект від нововведення визначається на конкретному підприємстві. Так як запропоновані нововведення не потребують капітальних витрат, і практично відсутня можливість реалізації пошкодженого пожежею обладнання, то очікуваний економічний ефект від використання запропонованого аварійного режиму вентиляції, при гасінні пожеж в магістральних гірничих виробітках (без урахування економії на витратах виробництва) визначається величиною поточних і капітальних витрат, пов'язаних з ліквідацією пожежі та аварійно-відновлювальними роботами. В розрахунку на одну аварію

(18)

де Mi(U) - середня очікувана величина зниження збитку від однієї пожежі на i-м об'єкті шахти, тис. грн; n - кількість об'єктів.

З врахуванням економічної оцінки пожежної небезпеки гірничої виробітки

, (19)

де - імовірність виникнення пожежі; - очікуваний збиток до впровадження і після впровадження заходу; , - середня для даного місця тривалість ліквідації пожежі до і після впровадження заходу.

З врахуванням відомих регресивних моделей залежності величини збитку при пожежах в магістральних виробітках від тривалості ліквідації пожеж, та питомої пожежної небезпеки таких виробіток, економічна ефективність від впровадження заходу становить

, (20)

де - питома пожежна небезпечність магістральних гірничих виробіток, , км-1; - сумарна довжина магістральних гірничих виробіток, км.

Розрахунки за наведеною формулою показують, що при скороченні середнього часу ліквідації пожеж в магістральних гірничих виробітках шахт в два рази, по Мінвуглепрому очікується економічний ефект тис. грн.

ВИСНОВКИ

В дисертації, яка є закінченою науковою роботою, поставлена та вирішена актуальна науково-технічна задача підвищення ефективності гасіння підземних пожеж в магістральних гірничих виробітках шахт.

Найбільш важливі наукові та практичні результати, висновки і рекомендації полягають в наступному:

1. Виконаний аналіз аварійних вентиляційних режимів, які використовуються при гасінні пожеж в магістральних гірничих виробітках вугільних шахт, та способів оперативного зниження витрат повітря в районі осередку пожежі. Виявлені фактори, що впливають на вибір аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт. Показано, що необхідне зниження швидкості руху повітря в магістральних виробітках при аварійних режимах досягається у випадку зупинки вентиляторів головного провітрювання - “нульовім” режимі провітрювання. Встановлені причини, що заважають використанню “нульового” режиму провітрювання під час гасіння пожеж, які виникають в магістральних гірничих виробітках.

Досліджені процеси, які протікають в виробітках при пожежах та їх вплив на параметри аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробітках вугільних шахт, у тому числі:

- досліджені температурні умови в пожежних виробітках при використанні "нульового" режиму провітрювання та їх вплив на вентиляційні параметри виробіток, вперше установлено, що при виникненні пожежі в горизонтальних гірничих виробітках збільшення їх опору та депресії обумовлено сумісною дією циркуляції повітряних мас в зоні горіння та нагріванням вентиляційного потоку, причому величина змін залежить від температури газів в зоні горіння та її довжини. Встановлені фізичні залежності, що дозволяють моделювати температурне поле газоповітряного середовища в горизонтальних гірничих виробітках при пожежах;

- досліджена стійкість запропонованих аварійних вентиляційних режимів, установлено, що умовою використання “нульового” режиму провітрювання є відсутність рециркуляції повітряних потоків при переведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості вентиляційного струменю в пожежних виробітках не нижче допустимої границі, яка визначається можливістю його перевертання, обгрунтовані можливі шляхи підвищення стійкості провітрювання шахт в аварійних умовах при "нульовому" режимі, шляхом зміни величини аеродинамічних опорів окремих елементів вентиляційної мережі.

Розроблений експрес-метод розрахунку стійкості провітрювання при використані "нульового" режиму провітрювання, а також методику розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів і прогнозу їх впливу на процеси розвитку та гасіння пожежі, які враховують динаміку теплових параметрів пожежі та вимоги забезпечення стійкості провітрювання виробіток шахт, що дозволяє підвищити оперативність і якість прийнятих рішень в складних аварійних обставинах, скоротити час гасіння пожежі, знизити економічні збитки від пожежі і витрати на її ліквідацію. За указаними методиками, для розрахунку на ПЕОМ теплових параметрів пожежі, прогнозу стійкості, параметрів вентиляційних режимів та їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі, розроблене програмне забезпечення, що дозволяє оперативно вирішувати питання, пов'язані з використанням цього аварійного вентиляційного режиму.

4. Розроблена методика визначення економічної ефективності впровадження нових способів боротьби з підземними пожежами. Дана економічна оцінка ефективності використання запропонованих аварійних вентиляційних режимів.

Дослідне використання результатів виконаних досліджень, яке було здійснене в ході гасіння пожежі на шахті ім. Менжинського (м. Первомайськ), підтвердило обгрунтованість результатів і показало високу ефективність використання "нульового" режиму провітрювання при ліквідації пожежі в південному польовому штреку гор. 845 м.

Результати дисертаційної роботи, розроблені метод розрахунку стійкості провітрювання при використані "нульового" режиму провітрювання, методика розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів та прогнозування їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі використовується підрозділами ДВГРС при гасінні пожеж в магістральних виробітках вугільних шахт.

Основні положення і результати дисертації опубліковані у наступних роботах:

Ликвидация аварий в угольных шахтах // В.В. Радченко, С.Н. Смоланов, Г.М. Алейникова и др. - К.: Техніка, 1999. - 320 с.

Энергосберегающая технология проветривания угольных шахт // Болбат И.Е., Карнаух Н.В., Смоланов С.Н. и др. - Донецк: Донбасс, 1997. - 31с.

Болбат Е.И., Смоланов С.Н., Ревякин А.В. Исследование температурных условий в пожарной выработке при нулевом режиме проветривания // Известия Донецкого горного института, №2(4). - Донецк: 1996. - С. 23 - 29.

Болбат Е.И., Смоланов С.Н., Лебедев В.И. Устойчивость естественной вентиляции шахт // Уголь Украины. - 1997, №8 - С. 26 - 27.

Смоланов С.Н. Наш долг - увековечить память о погибших на боевом посту горноспасателях // Уголь Украины. - 1997, №9 - С.24 - 25.

Smolanov S.N. Prognosis of dimensions of spreading zone of fire in the workings of the taking out sections of the mines // Mine Planning and Equipment Selection 1999 & Mine Environmental and Economical Issues 1999. - Dnepropetrowsk, 1999. - С.439-441.

Смоланов С.Н., Дузь Л.Е., Крупка А.А. Система учета и анализа аварий и аварийности на предприятиях угольной промышленности // Труды научно-практической конференции "Пути развития горноспасательного дела". - Донецк, 1997. - С. 76 - 78.

АНОТАЦIЯ

Смоланов С.М. Управління вентиляцією при ліквідації аварій в магістральних виробітках вугільних шахт - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.26.01 - “Охорона праці” - Національна гірнича академія України, Дніпропетровськ, 2000.

У дисертацiї подано теоретичне обгрунтування можливості зупинки вентиляторів головного провітрювання при гасінні пожеж в магістральних гірничих виробітках вугільних шахт. Показано, що умовою використання такого режиму вентиляції є відсутність рециркуляції повітряних потоків при переведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості вентиляційного струменю в пожежних виробітках не нижче допустимої границі, яка визначається можливістю його перевертання внаслідок конвекційного руху повітряних потоків, що виникає при пожежі. Розроблена методика розрахунку параметрів аварійних вентиляційних режимів та прогнозу їх впливу на процеси розвитку та гасіння пожежі, яка враховує динаміку теплових параметрів пожежі та вимоги забезпечення стійкості провітрювання виробіток шахт і дозволяє підвищити оперативність та якість прийнятих рішень в складних аварійних обставинах, скоротити час гасіння пожежі, знизити економічні збитки від пожежі і витрати на її ліквідацію.

Ключовi слова: вентиляція, аварія, магістральні гірничі виробітки, вугільна шахта, стійкість провітрювання, параметри, пожежа.

АННОТАЦИЯ

Смоланов С.Н. Управление вентиляцией при ликвидации аварий в магистральных выработках угольных шахт - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - “Охрана труда” - Национальная горная академия Украины, Днепропетровск, 2000.

В диссертации приведено теоретическое обоснование возможности остановки вентиляторов головного проветривания при тушении пожаров в магистральных горных выработках угольных шахт.

Содержание выполненных исследований, основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

Выполнен анализ аварийных вентиляционных режимов, применяемых при тушении пожаров в магистральных горных выработках угольных шахт, и способов оперативного снижения расхода воздуха в районе очага пожара. Выявлены факторы, влияющие на выбор аварийных вентиляционных режимов в магистральных выработках угольных шахт. Показано, что требуемое снижение скорости движения воздуха в магистральных выработках при аварийных режимах достигается в случае остановки вентиляторов главного проветривания - “нулевом” режиме проветривания. Установлены причины препятствующие применению “нулевого” режима проветривания в ходе тушения возникающих пожаров.

Исследованы процессы, протекающие в выработках при пожарах и их влияние на параметры аварийных вентиляционных режимов в магистральных выработках угольных шахт, в том числе:

- исследованы температурные условия в пожарной выработке при применении "нулевого" режима проветривания и их влияние на вентиляционные параметры выработок, впервые установлено, что при возникновении пожара в горизонтальной горной выработке ее сопротивление и депрессия увеличиваются, величина депрессии естественной конвекции численно изменяется в диапазоне от нуля до трехкратной высоты выработки в поперечном сечении и зависит от температуры газов в зоне горения и ее длины, установлены физические зависимости, позволяющие моделировать температурное поле газовоздушной среды в горизонтальной горной выработке при пожарах;

- исследована устойчивость предложенных аварийных вентиляционных режимов, установлено, что условием применения “нулевого” режима проветривания является отсутствие рециркуляции воздушных потоков при переведении шахты на естественное проветривание и снижение скорости вентиляционной струи в выработке не ниже допустимого предела, который определяется возможностью ее опрокидывания, обоснованы возможные пути повышения устойчивости проветривания шахт в аварийных условиях при "нулевом" режиме, путем изменения аэродинамических сопротивлений отдельных элементов вентиляционной сети.

Разработаны экспресс-метод расчета устойчивости проветривания при применении "нулевого" режима проветривания, а также методика расчета параметров аварийных вентиляционных режимов и прогноза их воздействия на процессы развития и тушения пожара, учитывающая динамику тепловых параметров пожара и требования обеспечения устойчивости проветривания выработок шахт, которые позволяют повысить оперативность и качество принятых решений в сложной аварийной обстановке, сократить время тушения пожара, снизить экономический ущерб от пожара и затраты на его ликвидацию. По указанным методикам, для расчета на ПЭВМ тепловых параметров пожара, прогноза устойчивости, параметров вентиляционных режимов и их воздействия на процессы развития и тушения пожара, разработано программное обеспечение, что позволяет оперативно решать вопросы, связанные с применением этого аварийного вентиляционного режима.

4. Разработана методика определения экономической эффективности внедрения новых способов борьбы с подземными пожарами. Дана экономическая оценка эффективности использования предложенных аварийных вентиляционных режимов.

Опытное применение результатов выполненных исследований подтвердило обоснованность результатов и показало высокую эффективность применения "нулевого" режима проветривания при ликвидации пожара.

Результаты диссертационной работы, разработанные метод расчета устойчивости проветривания при применении "нулевого" режима проветривания, методика расчета параметров аварийных вентиляционных режимов и прогноза их воздействия на процессы развития и тушения пожара используются подразделениями ГВГСС при тушении пожаров в магистральных выработках угольных шахт.

Ключевые слова: вентиляция, авария, магистральные горные выработки, угольная шахта, стойкость проветривания, параметры, пожар.

ANNOTATION

Smolanov S.N. Ventilation control on liquidation of accidents in main workings of coal mines. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.26.01 - " Protection of work " - National mining university of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

In the dissertation the theoretical substantiation of an opportunity stop a fans of the main airing is given at suppression of fires in main workings of coal mines. Is shown, that a condition of use of this mode of ventilation is the absence recirculation of air flows at translation of mine on natural airing and decrease of speed of a ventilating flow in fire workings of below allowable size, which is defined by an opportunity of its overturning owing to convective motion of air flows, which arises at a fire. The design procedure of parameters emergency ventilating modes and forecast of their influence for processes of development and clearing of fires taking into account dynamics of thermal parameters of a fire and requirement of maintenance of stability of airing of workings of mine is developed which allows to raise efficiency and quality of the accepted decisions in difficult emergency conditions, to reduce time of clearing of a fire, to lower economic damage from a fire and charges on its liquidation.

Key words: ventilation, accident, main workings coal mines, main mountain, colliery, stability of airing, parameters, fire.

Размещено на Allbest.ru

...