Розробка способу скорочення надходження повітря в ізольовані пожежні ділянки при безціликовій виїмці вугілля і порушених бічних породах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧІЙ УНІВЕРСИТЕТ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРОБКА СПОСОБУ СКОРОЧЕННЯ НАДХОДЖЕННЯ ПОВІТРЯ В ІЗОЛЬОВАНІ ПОЖЕЖНІ ДІЛЯНКИ ПРИ БЕЗЦІЛИКОВІЙ ВИЇМЦІ ВУГІЛЛЯ І ПОРУШЕНИХ БІЧНИХ ПОРОДАХ

Спеціальність - 05.26.01 - охорона праці

Кукоба Леонід Іванович

Дніпропетровськ - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у відділі аварійних вентиляційних режимів та удосконалення технології ліквідації аварій Науково-дослідного інституту гірничорятувальної справи НВО “Респіратор” (НДІГРС) Міністерства палива та енергетики України (м.Донецьк).

Науковий керівник: кандидат технічних наук Смоланов Сергій Миколайович, начальник Державної воєнізованої гірничорятувальної служби (ДВГРС) Міністерства палива та енергетики України (м.Донецьк).

Офіційні опоненти: Бобров А.І., доктор технічних наук, професор, заступник директора Донецького експертно-технічного центру Держнаглядохоронпраці;

Трофімов В.А., кандидат технічних наук, доцент кафедри охорони праці й аерології Донецького національного технічного університету.

Провідна організація: Макіївський науково-дослідний інститут з безпеки робіт у гірничій промисловості Міністерства палива та енергетики України, відділ рудничної аерології.

Захист відбудеться “_5_”__червня__2003 р. у _12_ годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 у Національному гірничому університеті за адресою: 49027, м.Дніпропетровськ, пр.К.Маркса, 19 (тел.47-24-11).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного гірничого університету (49027, м.Дніпропетровськ, пр.К.Маркса, 19)

Автореферат розісланий “5” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 доктор техн. наук, проф. В.Т.Заїка

АНОТАЦІЯ

Кукоба Л.І. Розробка способу скорочення надходження повітря в ізольовані пожежні ділянки при безціликовій виїмці вугілля і порушених бічних породах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.26.01 - охорона праці. - Державний гірничій університет, м. Дніпропетровськ, 2003.

У дисертації дане науково обґрунтоване рішення наступних питань: нейтралізації витоків повітря через ізольовану пожежну ділянку в умовах порушених бічних порід або безціликовій виїмці вугілля шляхом застосування компенсаційного способу вентиляційного впливу на осередок пожежі; забезпечення безпеки робіт у період подачі компенсаційного потоку, що полягає в створенні камери, що демпфірує, і отворів (шпурів) в ізолюючій перемичці, що не порушують її стійкість до вибуху; нейтралізації теплової депресії пожежі і метанового напору за допомогою додаткової виробки (або трубопроводу), що утворює замкнутий контур. Результати роботи використані при розробці двох нормативно-методичних документів.

Ключові слова: гасіння підземних пожеж, ізоляція пожеж, витрати повітря, компенсаційний потік, теплова депресія.

АННОТАЦИЯ

Кукоба Л.И. Разработка способа сокращения поступления воздуха в изолированные пожарные участки при бесцеликовой выемке угля и нарушенных боковых породах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.26.01 - охрана труда. - Национальный горный университет, г.Днепропетровск, 2003.

Диссертация посвящена разработке компенсационного способа сокращения утечек воздуха через изолированные пожарные участки и обоснованию безопасных методов поддержания и контроля указанных параметров в аварийных условиях.

В работе представлен обзор существующих и разрабатываемых способов вентиляционных методов воздействия на очаг пожара при изоляции пожарного участка и сделан вывод, что данные методы борьбы с утечками воздуха через изолированные пожарные участки малоэффективны при бесцеликовой выемке угля или при нарушенных боковых породах. Показано, что существенно снизить утечки воздуха в таких условиях можно с помощью компенсационного метода.

Уточнена физическая сущность и впервые разработана математическая модель взаимодействия основного и компенсационного потоков в изолированном пожарном участке. Создание компенсационного воздушного потока приводит к аэродинамическому переходному процессу, продолжительность которого составляет от 40 минут до 15 часов. Исследован этот процесс и получена зависимость длительности переходного процесса от объема изолированного участка, утечек воздуха через него, распределение депрессий и величины компенсационного потока. Для создания компенсационного потока в некоторых случаях требуется уменьшение аэродинамического сопротивления одной из изолирующих перемычек. Показано, что взрывозащитные свойства перемычек существенно не уменьшаются, если диаметр шпуров не превышает 0,1 м.

Исследованы закономерности распределения тепловой депрессии в изолированном пожарном участке. Показано, что применение дополнительной выработки, образующих замкнутый контур с горными выработками пожарного участка, нейтрализует влияние тепловой депрессии в изолированном пожарном участке, что приводит к снижению утечек воздуха в 1,5…3 раза.

Показано, что результаты математического моделирования изолированных пожарных участков на ПЭВМ и шахтные эксперименты согласуются с результатами теоретических исследований. Установлено, что все изолированные пожарные участки можно разделить на две группы. В участках первой группы подача вспомогательного вентилятора устанавливается по нулевой депрессии индикаторной перемычки, в участках второй группы - по расчетной депрессии, определенной путем математического моделирования. Описано применение компенсационного метода при ликвидации затяжных развитых пожаров на пяти шахтах Украины. Разработана методика расчета параметров компенсационного способа сокращения утечек воздуха через изолированные пожарные участки и выбора источника тяги, используемого для создания компенсационного потока.

Разработанный способ уменьшения утечек воздуха через изолированные пожарные участки вошел в ГНАОТ 1.1.30-4.01 “Устав ГВГСС по организации и ведению горноспасательных работ” (стр.173-177) и отраслевой стандарт “Изоляция пожарных участков при нарушенных боковых породах. Методика расчета” (ГСТУ 45.3.04675545.006-2002).

Ключевые слова: тушение подземных пожаров, изоляция пожаров, утечки воздуха, компенсационный поток, тепловая депрессия, демпфирующая камера.

SUMMARY

Kukoba L.I. Detelopment of the method of reduction of air delivery into the isolated fire districts by the pillarless coal winning and the shaken-up adjoining rocks. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.26.01 - labour protection. -National mining university of Ukraine, Dniepropetrovsk, 2003.

The scientifically grounded solution of the following problems is given in the thesis: neutralization of air losses through the isolated fire district under circumstances of the shaken-up adjoining rocks or the pillarless coal winning with the use of the compensating method of influence of ventilation on the fire place; guaranteeing the safe operation in the period of delivery of the compensating flow consisting in creation of the damping chamber and orifices (holes) in the isolating stopping that don't disturb its explosion stability; neutralization of the fire heat depression and the methane pressure by means of the supplementary working (or the pipe-line) that forms the closed circuit. The results of the work are used by development of two normative and methodical documents.

Keywords: fighting the underground fires, isolation of fires, air losses, compensating flow, heat depression, damping chamber.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Щорічно в Україні методом ізоляції гасяться пожежі на 4...8 шахтах. Тривалість ліквідації пожежі цим методом залежить від кількості повітря, що надходить до осередку пожежі. При значних витоках повітря пожежа може тривати роками. Так, наприклад, пожежа на шахті “Бутівка-Донецька” триває 8 років, на шахтах “Молодогвардійська”та ім.50-річчя СРСР - 7 років, на шахті ім.Баракова - 14 років, тощо. Ізольована пожежна ділянка є джерелом отрутних продуктів, що можуть потрапити в місця роботи людей. Особливо важке положення складається, якщо пожежна ділянка обмежена порушеними тріщинуватими породами.

Проблема боротьби з витоками повітря здобуває особливу гостроту в зв'язку зі збільшенням глибини вугільних шахт і зміною технології вуглевидобутку. В даний час на 70 % шахт застосовується безціликова виїмка вугілля. Це пов'язано з тим, що, по-перше, цілики є концентратами напруг у товщі вміщаючих порід, по-друге, цілики шириною 15…20 м руйнуються, а залишення ціликів шириною більш 100…120 м недоцільно через збільшення втрат вугілля. Це змушує шукати нові нетрадиційні шляхи боротьби з витоками повітря через ізольовані пожежні ділянки.

Зв'язок роботи з науковими програмами і темами. Гасіння підземних пожеж методом їхньої ізоляції є одним з основних наукових напрямків НДІГРС. Дисертація підготовлена в рамках виконаної роботи № 1920110049 (№ держрегістрації 0101U003183) “Розробити способи ізоляції пожежних ділянок в умовах порушених бічних порід, у тому числі при безціликовій виїмці вугілля”.

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є розробка ефективних способів скорочення надходження свіжого повітря до осередків пожеж, розташованих в ізольованих просторах і обмежених порушеними бічними породами.

Поставлена мета визначила необхідність вирішення таких задач:

1) виконати аналіз існуючих методів скорочення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки;

2) дослідити вплив допоміжного вентилятора, за допомогою якого формується компенсаційний потік, на аеродинамічні процеси в ізольованому просторі, включаючи перехідні процеси;

3) дослідити і розробити спосіб нейтралізації негативного впливу теплової депресії, що виникла в ізольованому просторі;

4) розробити критерій оцінки впливу допоміжного вентилятора на витрати повітря у осередку пожежі, що розташована в ізольованому просторі;

5) розробити методику розрахунку параметрів технологічного процесу, що забезпечує скорочення надходження свіжого повітря до осередку пожежі, що розташована в ізольованому просторі.

Об'єкт досліджень - ізольовані пожежні ділянки вугільних шахт, обмежені порушеними бічними породами.

Предмет досліджень - аеродинамічні процеси в ізольованих гірничих виробках і виробленому просторі вугільних шахт, що визначають ступінь герметичності пожежних ділянок.

Методи досліджень. При виконанні дисертаційної роботи використані наступні методи: аналіз і узагальнення літературних джерел щодо методів і способів запобігання надходження свіжого повітря в ізольовані пожежні ділянки вугільних шахт - при виборі й обґрунтуванні напрямку досліджень; методи математичного моделювання, чисельного моделювання аеродинамічних процесів і натурні спостереження за аеродинамічними і газовими процесами в аварійних ділянках; елементи класичної теорії аэро- і газодинаміки, депресійні зйомки ізольованих ділянок, матеріали оперативних аварійних журналів - для обґрунтування оптимальних режимів вентиляції і техніки безпеки; методи економічного аналізу - при оцінці ефективності запропонованих рішень.

Ідея роботи полягає в розкритті особливостей формування і взаємодії зустрічних аеродинамічних потоків в ізольованій ділянці, що дозволяє вибором оптимальних параметрів компенсаційного потоку зменшити надходження повітря до осередку пожежі й одночасно запобігти утворенню вибухонебезпечних ситуацій, тобто створити безпечні умови для роботи гірничорятувальників, і розробці на цій основі ефективного способу зниження надходження повітря до осередку пожежі, і, як наслідок, у скороченні термінів гасіння пожеж методом їхньої ізоляції.

Основні наукові положення і їх новизна.

Наукові положення:

Застосування компенсаційного методу при гасінні пожеж методом ізоляції в умовах порушених бічних порід і безціликовій виїмці вугілля забезпечує зниження надходження повітря до осередку пожежі в 4...5 разів. Оптимальна величина компенсаційного потоку визначається перепадами тисків повітря (депресій) на ізолюючих перемичках і еквівалентним аеродинамічним опором аварійної ділянки.

Створення компенсаційного повітряного потоку приводить до аеродинамічного перехідного процесу, тривалість якого складає від 40 хвилин до 15 годин. Тривалість цього процесу залежить від обсягу і рівня герметичності ізольованого простору, ступеня зміни в ньому тиску повітря і величини компенсаційного потоку.

Застосування додаткової виробки (або трубопроводу), що утворює замкнутий контур з гірничими виробками пожежної ділянки, нейтралізує вплив теплової депресії в ізольованій пожежній ділянці, що приводить до зниження витоків повітря в них в 1,5...3 рази.

Наукові результати і їх новизна:

1. Уточнена фізична сутність і вперше розроблена математична модель взаємодії основного і компенсаційного потоків в ізольованій пожежній ділянці.

2. Досліджений перехідний аеродинамічний процес в ізольованому просторі при застосуванні компенсаційного способу зниження витоків повітря. Вперше отримана залежність тривалості перехідного процесу від обсягу ізольованої ділянки, витоків повітря через неї, розподілу депресій і величини компенсаційного потоку.

3. Досліджені закономірності розподілу теплової депресії в ізольованій пожежній ділянці. Вперше встановлена можливість нейтралізації негативного впливу теплової депресії шляхом створення в ізольованій ділянці замкнутого контуру.

Достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій дисертаційної роботи підтверджена обґрунтованістю прийнятих вхідних передумов, гіпотез і методів досліджень, що спираються на фундаментальні закони математичної фізики і сучасні уявлення щодо природи аеродинамічних явищ при підземних пожежах, задовільною збіжністю теоретичних і дослідних даних, широкою перевіркою наукових і практичних результатів у ході ліквідації складних підземних пожеж.

Практичне значення роботи полягає в розробці методики розрахунку параметрів компенсаційного способу скорочення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки, обґрунтуванні безпечних методів підтримки і контролю зазначених параметрів в аварійних умовах; обґрунтуванні принципу забезпечення безпеки робіт у період подачі компенсаційного потоку, яка включає створення демпфіруючої камери і отворів (шпурів) в ізолюючій перемичці, що не порушують її вибухобезпечність; у скороченні термінів гасіння підземних пожеж методом ізоляції і зменшенні збитків від них.

Результати дисертаційної роботи впроваджені при ліквідації затяжних розвинених пожеж на шахтах №3-біс (м.Торез), “Бутовська” (м.Макіївка), “Булавинська” (м.Єнакієве), “Краснолиманська” (м.Родинське), “Єнакіївська”. За допомогою компенсаційного методу були істотно знижені витоки повітря через ізольовані пожежні ділянки і скорочені терміни їхньої ізоляції. За допомогою замкнутого контуру, створеного у середині ізольованої ділянки, удалося значно нейтралізувати теплову депресію пожежі. У ході ліквідації підземних пожеж відпрацьовані основні елементи нової технології скорочення витоків повітря через ізольовані ділянки.

Особистий внесок здобувача. Автором сформульовані мета і задачі досліджень, ідея роботи, основні наукові положення, отримані аналітичні залежності, проведене математичне моделювання, виконана дослідно-промислова перевірка результатів роботи безпосередньо в аварійних умовах.

Особистий внесок дисертанта в роботах, опублікованих у співавторстві, складається в постановці задачі для досліджень 1,2, в організації проведення натурних спостережень 3, у постановці і рішенні задачі по вибухозахисту 5, у розробці методики розрахунків6,8.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Дисертаційна робота в цілому й окремі її положення доповідалися й одержали позитивну оцінку на Науково-технічній раді Центрального штабу ДВГРС України, Ученій раді НДІГРС (1999-2002 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Технології й устаткування для видобутку вугілля підземним способом” (Донецьк, 2002 р.) і Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми пожежної безпеки. Ліквідація аварій та їхніх наслідків” (Донецьк, 2002 р.)

Публікації. За темою дисертації опубліковано дев'ять робіт, у тому числі 6 у фахових виданнях, 1 - галузевий стандарт, 2 - матеріали конференцій.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Розроблений спосіб зменшення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки ввійшов у ДНАОП 1.1.30-4.01 “Статут ДВГРС по організації і веденню гірничорятувальних робіт” (стор.173-177), на базі результатів досліджень розроблений галузевий стандарт “Ізоляція пожежних ділянок при порушених бічних породах. Методика розрахунку” (ДСТУ 45.3.04675545.006-2002).

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти розділів, висновку, списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації складає 153 сторінки, у тому числі 149 сторінок основної частини, 21 рисунок, 20 таблиць, 115 найменувань літературних джерел.

пожежний ділянка повітря вугілля

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ дисертації присвячений аналізу актуальної проблеми ліквідації складних розвинених підземних пожеж на вугільних шахтах і літературних джерел, відображуючих стан досліджень за темою дисертації.

Питома вага складних розвинених пожеж, що гасяться методом їхньої ізоляції або комбінованим методом, складає приблизно 10 %, однак ці пожежі дають до 95 % усіх збитків від аварій (через утрату гірничих виробок і вуглевидобувної техніки, консервації запасів вугілля, зниження видобутку вугілля тощо). Тому проблема підвищення ефективності гасіння підземних пожеж зводиться, в першу чергу, до підвищення ефективності гасіння складних розвинених пожеж. Основна причина низької ефективності гасіння пожеж ізоляцією - надходження свіжого повітря до осередку горіння.

Відповідно до діючих нормативних і методичних документів при виборі місця установки ізоляційних перемичок повинні дотримуватися наступні умови:

периметр ізольованої пожежної ділянки повинний бути мінімальним;

ізольована пожежна ділянка повинна бути обмеженою непорушеним гірничим масивом.

Виконати зазначені вимоги досить складно тому, що цілики вугілля концентрують напругу у товщі порід та мають розгалужену мережу тріщин, а також через широке застосування безціликової виїмки вугілля. Аналіз планів гірничих робіт шахт Донбасу показав, що безціликова виїмка застосовується приблизно на 70 % шахт.

Питанню скорочення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки присвячені роботи дослідників багатьох країн із розвинутою вугільною промисловістю. Найбільш перспективним методом зменшення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки з порушеними бічними породами є компенсаційний. Однак у даний час він не застосовується на практиці за наступними причинами: при формуванні в ізольованому просторі компенсаційного потоку, спрямованого зустрічно до основного, існує імовірність перекидання струменя в районі осередка пожежі (перекомпенсації витоків повітря). При цьому свіже повітря від допоміжного вентилятора починає надходити до осередку пожежі, сприяючи його активізації. На газових шахтах перекомпенсація може привести до вибуху метану. Крім того, не досліджені перехідні аеродинамічні процеси, що відбуваються в ізольованому просторі після включення допоміжного вентилятора. Для запобігання вибуху метану протягом перехідного процесу подача ВМП повинна змінюватися по визначеному закону, однак у літературних джерелах відсутні будь-які дані щодо цієї проблеми.

В ізольованому просторі формується теплова депресія пожежі, під дією якої до осередка горіння надходить свіже повітря. Відсутність надійних методів визначення теплової депресії в недоступних місцях та ефективних методів її нейтралізації негативно позначається на процесі гасіння пожеж методом ізоляції.

Установлюючи подачу допоміжного вентилятора при компенсаційному методі зниження витоків повітря необхідно користуватися критеріями, що прямо або побічно свідчили б про процеси, що відбуваються в районі пожежі. Відсутність таких критеріїв, а також відсутність методики розрахунку параметрів технологічного процесу унеможливлюють застосування зазначеного методу на практиці.

У зв'язку з тим, що в даний час 90 % ізольованих пожежних ділянок обмежені порушеними породами, а також через широке розповсюдження безціликової виїмки вугілля, потрібно дослідити компенсаційний метод зниження надходження повітря до осередку пожежі і вивчити особливості його застосування в різних гірничо-технічних умовах.

В другому розділі розглянуті особливості формування компенсаційного потоку в окремій виробці й у вентиляційній мережі. Через вплив допоміжного вентилятора тиск повітря в ізольованому просторі змінюється. При цьому в ізольований простір надходить (або виходить) додатковий обєм повітря, рівний

Від моменту включення допоміжного вентилятора до моменту вирівнювання тисків на кінцях аварійної виробки проходить деякий час (перехідний аеродинамічний процес). Через те, що обсяги ізольованих пожежних ділянок досить значні (до кількох сотень тисяч м³), а витоки повітря порівняно невеликі і зменшуються по мірі зміни тиску повітря в ізольованому просторі, тривалість перехідних процесів може бути досить значна.

При дослідженні перехідних аеродинамічних процесів використовувалася спрощена модель ізольованої пожежної ділянки і класичні рівняння гідро- і аеродинаміки (рівняння руху Навье-Стокса для стисненого газу і нестисненої рідини, рівняння нерозривності, рівняння стану ідеального газу, рівняння сили аеродинамічного тертя для ламінарного режиму руху газу). Для спрощення задачі рух повітря (газу) розглядали тільки уздовж осі Х.

У результаті перетворень отримане диференціальне рівняння другого порядку для тиску

,

p₀ - тиск в ізольованій ділянці до включення допоміжного вентилятора, Па;

p₁ - тиск в ізольованій ділянці після включення допоміжного вентилятора в стаціонарному режимі, Па;

с₀ - щільності повітря в нормальних умовах, кг/м³;

L - еквівалентна довжина виробки, м.

Рівняння вирішено методом поділу перемінних, у результаті отримане рішення

Результати обробки рішень даного рівняння показали, що в неізольованому обсязі стрибок тиску на границі може приводити до хвильових процесів посередині виробки, причому тиск спочатку досягає максимального значення, а потім наближається до свого стаціонарного розподілу. У той же час в ізольованому обємі з великими аеродинамічними опорами стрибок тиску на границі не приводить до хвильових процесів. У цьому випадку зміна тиску носить інерційний характер. Деякий період часу він не змінюється, а потім монотонно починає наближатися до свого стаціонарного стану з великим запізнюванням у часі.

Із залежності (4) після деяких допущень і перетворень знайдена залежність для визначення часу перехідного процесу:

.

Зроблені шахтні виміри показали, що мінімальна повітропроникність гіпсових стійких до вибуху перемичок досягає значень 1…1,5 м³/хв. В таких умовах тривалість перехідного режиму складає в середньому 2...3 год, що варто враховувати на практиці.

При застосуванні компенсаційного методу зниження витоків повітря через ізольовані ділянки може виникнути необхідність у зменшенні аеродинамічного опору ізоляційних перемичок. Практично це здійснюється бурінням шпурів діаметром 0,05...0,10 м у гіпсових перемичках, товщина яких складає звичайно 1,8...2,5 м. Щоб оцінити вплив таких шпурів на вибухозахисні властивості ізолюючих перемичок, розглядали взаємодію ударної повітряної хвилі зі стійкою до вибуху гіпсовою перемичкою, що має у своєму тілі шпур заданої довжини і заданого діаметра.

Проведені дослідження показали, що при діаметрі шпура 0,05 м надлишковий тиск за ізолюючою перемичкою не перевищує 2,8 кПа, а при діаметрі шпура 0,10 м - 9 кПа. В другому випадку величина надлишкового тиску перевищує припустиме значення 6 кПа. Однак, проведений аналіз показав, що наявність у стійкій до вибуху перемичці шпура діаметром до 0,1м не приведе до травмування людей при самому могутньому вибуху в ізольованій ділянці за умови, що люди будуть знаходитися за перемичкою на відстані не менш трьох - п'яти діаметрів гірничої виробки.

Для підвищення стійкості до вибуху самої ізолюючої перемички можна використовувати податливий матеріал як демпфер. При цьому зменшується надлишковий тиск за перемичкою, що дозволяє (при необхідності) пробурити другий шпур діаметром 0,05...0,10 м, за умови рознесення вісей шпурів на відстань, рівну 8...12 діаметрам шпурів.

При дослідженні впливу теплової депресії пожежі на витоки повітря використовувався метод напірних характеристик. Напірна характеристика розглянутої ділянки являє собою характеристику умовного вентилятора, що працює на цю ділянку, як і реальний вентилятор головного провітрювання, установлений на поверхні. Через напірну характеристику враховується вплив частини вентиляційної мережі, що виключається, і поверхневого вентилятора. У результаті складна схема може бути спрощена і приведена до роботи одного вентилятора на просту мережу виробок.

На практиці депресію h_в можна регулювати в широких межах. Можливості впливу на теплову депресію h_т досить обмежені, тому що вона знаходиться в недоступному місці.

Нейтралізувати дію теплової депресії можливо, створивши в ізольованому просторі замкнутий контур.

Як видно з останньої формули, величина витоків повітря через ізольовану пожежну ділянку залежить від аеродинамічного опору додаткової виробки 3-4. Якщо величина останнього незначна, то вираз r_вQ_д² наближається до нуля, тобто за допомогою додаткової виробки можна нейтралізувати вплив теплової депресії пожежі та знизити величину витоків повітря через ізольовану пожежну ділянку.

З останнього виразу випливає, що ступінь нейтралізації теплової депресії пожежі визначається не абсолютним аеродинамічним опором додаткової виробки, а її часткою у загальному опорі контуру.

Практично створити замкнутий контур в ізольованому просторі можнливо такими способами:

закорочуванням вентиляційних струменів усередині ізольованого простору перед закриттям отворів в ізольованих перемичках;

з'єднанням вхідного струменя (район перемички А,) з вихідним (район перемички В) струменем трубопроводом, прокладеним поза ізольованою ділянкою.

У третьому розділі дисертаційної роботи розглянуті результати математичного моделювання на ПЭВМ ізольованих пожежних ділянок.

Математичне моделювання типових схем ізоляції підземних пожеж виконувалось з метою:

перевірки основних висновків, зроблених при проведенні теоретичних досліджень;

вивчення особливостей застосування компенсаційного методу зменшення подачі повітря до осередку пожежі в різних умовах;

вивчення впливу допоміжного вентилятора на розподіл повітря усередині ізольованої ділянки;

розробки методів визначення витрати повітря в аварійній виробці при застосуванні компенсаційного методу зниження витоків повітря;

оцінки ефективності розроблених заходів щодо нейтралізації теплової депресії при різних схемах ізоляції пожежі.

При моделюванні використовувалися стандартні програми природного розподілу повітря, що протягом багатьох років застосовуються для рішення задач вентиляції. Вхідною інформацію були матеріали депресіонних зйомок, схеми вентиляції шахт тощо. Робилися звичайні спрощення розрахункової схеми: поєднувалися послідовно і паралельно з'єднані виробки. З метою скорочення витрат часу на підготовку вхідної інформації і зручності аналізу отриманих результатів застосовували метод приведених характеристик.

При проведенні лабораторних досліджень враховувалося, що ітераційний процес рішення системи вузлових і контурних рівнянь на ПЭОМ закінчується при величині виправлення по витраті повітря 0,01 м³/с, а депресії - 1...2 Па. Тому параметри досліджуваних вентиляційних мереж вибиралися такими, щоб погрішність розрахунку не перевищувала 5 %.

На підставі проведених досліджень були зроблені наступні висновки:

основні теоретичні положення, наведені в розділі 2, погоджуються з результатами математичного моделювання на ПЭОМ;

аналіз результатів моделювання показав, що при розміщенні допоміжного вентилятора, за допомогою якого формується компенсаційний потік, з боку вихідного струменя вентиляційний тиск в ізольованому просторі підвищується, а при розміщенні з боку що надходить, навпаки, - зменшується;

схеми ізольованих пожежних ділянок можна поділити на два типи в залежності від кількості ізолюючих перемичок і характеру розподілу на них депресії;

величину індикаторної депресії, по якій настроюється подача допоміжного вентилятора, доцільно визначати методом математичного моделювання на ПЭОМ;

ступінь нейтралізації негативного впливу теплової депресії пожежі залежить від аеродинамічного опору замикаючої виробки (або трубопроводу);

наявність в ізольованому просторі контуру рециркуляції полегшує застосування компенсаційного методу зниження витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки.

У четвертому розділі розглядаються експериментальні дослідження аеродинаміки ізольованих пожежних ділянок, проведені в ході ліквідації пожеж на наступних шахтах: №3-біс (м.Торез), “Бутовська” (м.Макіївка), “Булавинська” (м.Єнакієве) “Краснолиманська” (м.Родинське), “Єнакіївська” та ін.

У процесі гасіння пожеж на зазначених шахтах підтвердилися основні положення, отримані при проведенні теоретичних досліджень, наведених у розділах 2 і 3. Визначилася область застосування розробленого компенсаційного методу зниження витоків повітря і підтвердилася його ефективність. Було встановлено, що за допомогою компенсаційного методу можна істотно (у 3...5 разів) знизити витоки повітря через ізольовані пожежні ділянки в порівнянні, наприклад, із застосовуваним методом вирівнювання тисків повітря.

У ході дослідно-промислового впровадження даного методу відпрацьовані основні елементи нової технології скорочення витоків повітря через ізольовані ділянки.

Установлено, що за допомогою замкнутого контуру, створеного усередині ізольованої ділянки, удавалося нейтралізувати в значній мірі (3...5 разів) теплову депресію пожежі.

У п'ятому розділі викладені результати розробки методів розрахунку параметрів ізольованої пожежної ділянки при застосуванні компенсаційного методу зниження витоків повітря. У ньому приведені:

методика визначення оптимальної величини компенсаційного потоку;

практичні рекомендації щодо вибору місць установки допоміжних вентиляторів, за допомогою яких формується компенсаційний потік і способам подачі повітря в ізольовану ділянку;

метод розрахунку параметрів допоміжних вентиляторів (у складних випадках виникає необхідність в установці декількох вентиляторів, як з боку вхідного струменя, так і з боку вихідного струменя. Кількість і місця установки допоміжних вентиляторів визначаються шляхом математичного моделювання аварійної ділянки на ПЕОМ);

метод розрахунку параметрів системи формування компенсаційного потоку за рахунок загальношахтної депресії;

методика розрахунку тривалості перехідного аеродинамічного процесу в ізольованій ділянці;

практичні рекомендації з контролю за процесами, що протікають в ізольованій ділянці при застосуванні компенсаційного методу зниження витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки;

методика оцінки ефективності впровадження нового способу скорочення витоків повітря через ізольовані пожежні ділянки.

ВИСНОВКИ

У роботі дане рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає в розкритті фізико-технічних особливостей впливу допоміжного вентилятора на ізольовану пожежну ділянку для розробки ефективних способів боротьби з витоками повітря через нього при безціликовій виїмці вугілля та порушених бічних породах.

Основні наукові і прикладні результати, висновки і рекомендації полягають у наступному:

Установлено, що існуючі методи боротьби з витоками повітря через ізольовані пожежні ділянки малоефективні при безціликовій виїмці вугілля або при порушених бічних породах. Істотно знизити витоку повітря в таких умовах можна за допомогою компенсаційного методу.

Після включення допоміжного (компенсаційного) вентилятора спостерігається перехідний аеродинамічний процес, тривалість якого залежить від обєму ізольованої ділянки, зміни в ньому вентиляційного тиску й опору ізолюючих перемичок.

Для створення компенсаційного потоку в деяких випадках потрібне зменшення аеродинамічного опору однієї з ізолюючих перемичок. Доказано, що стійкість до вибуху перемичок істотно не зменшується, якщо діаметр шпурів не перевищує 0,1 м.

Установлено, що зменшити негативний вплив теплової депресії пожежі, що сформувалася в ізольованій ділянці, можна шляхом створення в ньому замкнутого контуру.

Установлено, що всі ізольовані пожежні ділянки можна розділити на дві групи. У ділянках першої групи подача допоміжного вентилятора встановлюється по нульовій депресії індикаторної перемички, у ділянках другої групи - по розрахунковій депресії, визначеної шляхом математичного моделювання.

Результати математичного моделювання ізольованих пожежних ділянок і шахтних експериментів погодяться з результатами теоретичних досліджень.

Розроблена методика вибору джерела тяги, використовуваного для створення компенсаційного потоку.

Розроблено практичні рекомендації з реалізації розробленого методу зниження витоків повітря в умовах безціликової виїмки вугілля і при порушених бічних породах.

На основі результатів даної роботи розроблений і затверджений у встановленому порядку галузевий стандарт “Ізоляція пожежних ділянок при порушених бічних породах. Методи розрахунку”, розрахований на інженерно-технічних працівників вугільних шахт і командний склад ДВГРС.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ

1. Кукоба Л.И., Смоланов С.Н., Михайловский В.Д. Производственные работы в горноспасательной службе. //Уголь Украины, 2000-№12, с.39-42.

2. Кукоба Л.И., Лебедев В.И. Сокращение утечек воздуха через изолированные участки //Горноспасательное дело: Сб.научн.тр./НИИГД - Донецк, 2001, с.88-93.

3. Кукоба Л.И., Лебедев В.И. Снижение утечек воздуха через изолированные пожарные участки. - “Уголь Украины”, 2002-№2-3, с.61-63.

4. Кукоба Л.И. Переходные процессы при применении компенсационного метода снижения утечек воздуха через изолированные пожарные участки //Науковий вісник НГАУ, - Дніпропетровськ, 2002-№2, с.77-79.

5. Кукоба Л.И., Левашев А.А., Васильева Л.Н. Влияние перфорации на взрывозащитные свойства изолирующих перемычек //Горноспасательное дело: Сб.научн.тр./НИИГД - Донецк, 2002, с.114-118.

6. Ізоляція пожежних ділянок при порушних бокових породах. Методи розрахунку. - Київ, Мінпаливенерго України, 2002, - 22с.

7. Кукоба Л.И. Практика применения компенсационного способа сокращения утечек воздуха через изолированный пожарный участок //Науковий вісник УкрНДІПБ - Київ, 2002, с.63-65.

8. Кукоба Л.И., Лебедев В.И. Ускорение тушения подземных пожаров //Тезисы докладов на международной научно-практической конференции “Технологии и оборудование для добычи угля подземным способом” - Донецк, 2002, с.43-44.

9. Кукоба Л.И. Тушение изолированных пожаров при нарушенных боковых породах // Тезисы докладов на международной научно-практической конференции “Проблемы пожарной безопасности. Ликвидация аварий и их последствий” - Донецк, 2002, с.88-89.

Размещено на Allbest.ru

...