автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Управление вентиляцией при ликвидации аварий в магистральных выработках угольных шахт

~ АІ1Р 2000

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНА ГІРНИЧА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ

СМОЛАНОВ Сергій Миколайович

УДК 622.82:622.454.

УПРАВЛІННЯ ВЕНТИЛЯЦІЄЮ ПРИ ЛІКВІДАЦІЇ АВАРІЙ В МАГІСТРАЛЬНИХ ВИРОБКАХ ВУГІЛЬНИХ ШАХТ

Спеціальність 05.26.01 - Охорона праці

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Дніпропетровськ - 2000

Дисертацією 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

Офіційні 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 дисертації відбудеться " ^¿ 2000р. о годині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.07 при Національній гірничій академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національної гірничої академії України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. К.Маркса, 19

Автореферат розісланий " 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

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 копілин, 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 виробках 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 виробках 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 виробках 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, які забезпечують підвищення ефективності гасіння

підземних пожене в магістральних виробках вугільних шахт.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішиш наступні задачі:

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

- дослідити процеси, які протікають в виробках при пожежах і їх вплив на параметри аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробках 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.

Ідей роботи полягає у тому, що підвищення ефективності гасіння підземних пожеж в магістральних гірничих виробках вугільних шахт може бути досягнуто шляхом зупинки вентилятора головного провітрювання і використання в під час ліквідації аварії так званого "нульового" режиму 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 виробок при наявності в них осередку пожежі.

2. Збільшення опору та депресії горизонтальних гірничих виробок 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 провітрювавшу при

ліквідації пожеж в магістральних горизонтальних гірничих виробках, є

відсутність рециркуляції повітряних потоків при переведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості вентиляційного струменю в пожежних виробках 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

веіггщіяшіших режимів в магістральних виробках вугільних шахт. Вперше показано за яких умов можливе використання "нульового" режиму

провітрювання під час гасіння пожеж у вказаних виробках.

2. Досліджені процеси, які протікають в горизонтальних виробках при

пожежах та їх вплив на параметри аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробках вугільних шахт. Вперше виконані дослідження

з

температурних умов при пожежах і їх вплив на вентиляційні параметри в шробках при використані "нульового" режиму провітрювання.

3. Досліджена стійкість запропонованих аварійних вентиляційних режимів. Вперше обгрунтовані можливі шляхи підвищення стійкості іровітрювання шахт в аварійних умовах при "нульовому" режимі, які полягають 5 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 іраховує динаміку теплових параметрів пожежі та вимоги забезпечення ;тійкості провітрювання виробок шахт.

5. Запропонована методика визначення економічної ефективності іпровадження нових способів боротьби з підземними пожежами. Дана :кономічна оцінка ефективності використання запропонованих аварійних 5ЄНТИЛЯЦІЙНИХ режимів.

Практичне значення отриманих результатів.

Основні результати роботи можуть бути використані як методична основа три виборі аварійного режиму провітрюваїшя 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 ггійкості провітрювання виробок та програмне забезпечення для виконання >озрахунків по прогнозуванню параметрів вентиляції і розвитку пожежі на ІЕОМ, дозволяють підвищити оперативність і якість прийнятих рішень за :кладних аварійних обставин, скоротити час гасіння пожежі, знизити їкономічний збиток від пожежі та витрати на його ліквідацію.

Реалізація запропонованих рішень здійснена шляхом їх використання іідрозділами державних воєнізованих гірничорятувальних частин при гасіння южеж в магістральних горизонтальних виробках вугільних шахт.

Особистий внесок здобувана полягає в постановці задач досліджень, в іослідженні особливостей розвитку пожеж в магістральних гірничих виробках пахт, розробці нового підходу до вибору вентиляційних режимів в аварійних 'мовах, дослідженні теплових умов в гірничих виробках при "нульовому" режимі провітрювання, стійкості запропонованих вентиляційних режимів та розробці методики розрахунку параметрів вентиляційних режимів і визначення іфективносгі їх використання. '

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідались на міжнародному :импозіумі "Mine Planning and Equipment Selection 1999 & Mine Environmental ind Economical Issues 1999" (м. Дніпропетровськ), науково-практичній ;онференції "Шляхи розвитку гірничорятувальної справи" (м. Донецьк, 1997 p.), іауково-технічних семінарах ДВГРС Мінвуглепрому України (м. Донецьк, 1997, 998 рр.).

Публікації. За матеріалами досліджень опубліковано 9 друкованих робіт,

в тому числі одна монографія, дві брошури, 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 виробках, який показав, що ефективність гасіння пожеж в магістральних виробках вугільних шахт значною мірою залежить від вірного вибору аварійного вентиляційного режиму. Для зменшення швидкості розповсюдження пожежі в цих виробках необхідно суттєво знижувати швидкість руху повітря в аварійних режимах, при збереженні стійкості провітрювання. Закорочування вентиляційного струменю, встановлення перемичок парашутного типу в пожежних виробках, зниження подачі вентилятора головного провітрювання, не забезпечує необхідного зниження швидкості руху повітря в магістральних виробках при аварійних режимах. Необхідне зниження швидкості руху повітря в магістральних виробках 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 метода 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 виробках при пожежах не дають змоги здійснювати розрахунок параметрів аварійних вентиляційних режимів, прогнозувати їх вплив на процеси розвитку і гасіння пожежі та стійкість провітрювання виробок шахт.

У другому розділі приведені результати досліджень температурних умов що виникають в магістральних горизонтальних пожежних виробках. При пожежах в таких виробках 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 температурній параметрів виробок 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.

І _ \ ,E ■ Ш ■

1 І 4 .

Гі\ і [1-Х« x-Qi /" Qb I h ХІЛ -** ЛЛ

Qt \ 0 ' J mJ^VT

LAlJ • I - J-J —

Рис. 1. Схема розміщення осередку пожежі в виробці

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 виробки, розміщеними за зоною горіння ка достатньо значній відстані (де температура і

густина повітря така ж як до виникнення пожежі) виникає депресія нагрітих

І ХОЛОДНІГХ потоків повітря, що циркулюють біля осередку пожежі

1 . ./. г/

К А = ±~4Ро§Н

1-^-- 7V

(1)

де Т0 і р0 - температура і густина газів до осередку пожежі К і кг/м відповідно;

Тг- середньо об'ємна температура газів в осередку пожежі, К; Н - висота виробки, 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

dP _ , ри‘

dx 2d '

dT J2?

С?ри^ = Л^ + а(Тс-Т)1

(2)

(3)

pv = p0VB = const; P = pRrT. (4)

де P,p,0 - тиск, густина і швидкість руху повітря (середні по перетину потоку

повітря); Чі - швидкість руху повітря на такій відстані від осередку пожежі, де Т ~ Т0\ X- коефіцієнт теплопровідності, Вт/м-К; Я - безрозмірний коефіцієнт тертя; d = 4S / П - гідравлічний діаметр потоку з перетином 5 і периметром П, м; Тс . температура стінок виробки, К; Яг - газова постійна, Дж/кг-К; Ср -теплоємність повітря, Дж/кг-К.

З похибкою не більше 3% приймемо рТ = р0Т0 - const та введемо безрозмірні перемінні

£ = —;q = t = , (5)

і Qn Тг-т0

де L- довжина виробки, м; Ои - витрати повітря до виникнення пожежі, м3/с;

Qb ~ «V? - витрати повітря, що поступає в виробку, під час пожежі, м3/с; Тг

- 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

— - І ЛР

АР = (l + tr-t)q2 чи 4 = ~; (6)

у і “Г t р * t

о,

tL-exp(-~St(g-I) де[і,і3],

(7)

де ^~х3/£;^-1-е 4 ;/ = Іг/Ь;і} =(ь-є 4 ;

Р -- Р(Р-0"н ) - відносна величина тиску; Я - аеродинамічний опір виробки,

кг/м'; ЛР = Р(С;)- Р(£>!) - примусова депресія, прикладена до виробки, Па;

- ^ о аПЬ

і = ¡і( - середня температура повітря виробки; р С () ' число

-у і ^

Стентона; а = —■ — - температуропровідність повітря, м2/с.

РоС-р

Величина середньої температури І складається з її середнього значення

в зоні горіння II та 13 - в зоні охолодження Ш (див. рис. 1).

Ґ = + = . (8)

Графіки залежності д від середньої температури в виробках та розподілу температури вподовж неї для типових значень 70=ЗОО°К; Гг=І200°К; Ьг =20 м; 1=100 м приведені на рис. 2 та 3.

Рис.2. Залежності витрат повітря від його середньої температури

Рис.З. Розподіл температури вподовж виробок при й=0,5

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

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

ЛЯ = tj.tR = ктЯ (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 виробок при пожежах було знайдене загальне рішення системи рівнянь (2 - 4) яке в абсолютних значеннях температури остаточно має вигляд

т0, х<0\ Тг-іїг-Т'У-"*, 0<х<Ьг■

х>Ьг, (10)

ІЄ = Шг) - максимальна температура в зоні горіння, К; п - коефіцієнт, що

іизначається співвідношенням коефіцієнтів теплообміну в зоні горіння до

Т(х) =

відповідного коефіцієнту в інших зонах виробки (при практичних розрахунках прийнятий п=10); Р ~ І Рь^ рО-н .

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

кт = 1 + -

Ьг

0,9~ + 0,1

Т0 Т0 ’

— 1

(П)

де ТК = Т(х}) - температура вентиляційного потоку в кінці виробки, К.

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

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

а'Р /2(х,| а'РІх, І

Я2 =—---------кД = 4- 1

(5/2)3 ' 53

а' ■ Р ■ х.

К}=4-

К1-к1Я2, Яі-к1іЯг; де

Рис.4. Еквівалентна схема провітрювання

к і — / 4" Ір * / /

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

ВО: + РгО] +кіКг0,] = Иір +/?, + /г3;

Я.О; +^/?2б,2 =2Л,;

я,О; + кхя&1=гь„ (12)

Яг = 85 + 2і = 65 + бз •

Можливість виникнення природної конвекції появляється при 0\ = Оі = 0. З рівнянь (10) слідує, що <2і>0 і 0з>0 і примусова депресія буде відвертати природну конвекцію у випадку коли

«О 7

де

'IB + R-, + k.R

4 3

К1-'/

Остаточно умова можливого перевертання вентиляційного потоку отримана в вигляді

/

_ Я

Vb<sU-r’

0,5 +Т3ср/ Т0 де 2,94(1- Т0 / Т2 )

т = т ■

hep 1 г

TL-T0

Т3.СР - То +

(14)

TL-TK

п-/3-ьг' >-ср 0 Р-Ь}

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 частіша мережі) та природну тягу решти виробок шахтної вентиляційної мережі [верхня частина мережі). Величина останньої формується головним чином в :тволах і значно змінюється протягом року.

/

а

Рис. 5. Спрощена схема іровітрювання шахта

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 виробок вона відсутня. Депресія нижньої частини вентиляційної мережі (2-5-6-3) дорівнює

K=Kl-rcme(Q„+Qym)2.

, (15) іе heI - величина природної тяги в стволах, Па; rcms- величина загального зпору стволів 1-2 і 3-4, Па с2/мб; 0„ - витрати повітря в нижній частині шахти, *3/с; 0^ - величина втрат повітря, м3/с.

Витрати повітря в нижній частині залежать від її опору. При його зміні від 00 до 0, витрати змінюються від 0 до величини QK_ш„ = -jKi I rcm,, а депресія

від величини кптах = Ие1 - гств

<2

ут

доО.

Задаючись значеннями <2Н від 0 до тах за формулою (15) можна розрахувати значення депресій при відповідних витратах повітря. Ці значеній в координатах/2 - О визначають положення кривої 1 (рис. 6), яка представляє собою характеристику умовного вентилятора, що працює на нижню частину мережі шахти (2-5-6-3), режим прозітрювання якої визначається перетином її аеродинамічної характеристики (крива 2) з напірною характеристикою.

Координата точки А визначають витрати повітря і депресію виробок (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 й точка перетину

може бути на осі абсцис (точка С, рис. 76), чи нижче неї (точка Б).

Рис. 6. Характеристика мережі та джерела тяги

Рис.7. Можливі режими провітрювання при однонаправленій дії природних тяг: а - умови збереження нормального напрямку руху повітря, б -умови нейтрального провітрювання та виникнення рециркуляції.

В останньому випадку частина повітря, що виходить з виробки 6-3 через збійку 2-3 потрапляє в виробки з свіжим повітрям, виникає рециркуляція

звітря в контурі 2-5-6-3-2, що у випадку пожежі в одній із виробок нижнього >ризонту становить небезпеку для працюючих там людей.

Умова відсутності рециркуляції у другому випадку

— , (16) К К

; - відповідно аеродинамічний опір верхньої та нижньої частини

:нтиляційної мережі шахти.

У третьому випадку, за умови наявності природних тяг протилежної шравленості, при значній величині режим провітрювання виробок нижньої істини шахти може переміститися в точку Б (рис.8). В цьому випадку рух звітря в нижній частині припиняється, шикає рециркуляція в контурі 2-5-6-3-2.

а при подальшому зростанні /г(

Умова відсутності рециркуляції при цьому

Іе1—Г1г2 ~^^ств

2

ут •

(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.

+<р 3 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

шичих робіт, вентиляційні журнали тощо. Природна тяга при моделюванні значалась апробованим гідродинамічним методом, розробленим А.Ф. зропаєвим, який є досить наглядним і дозволяє вірно визначити значення нтурних природних тяг.

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

Результати комп'ютерного моделювання по шахті №43 показали, що після пинки ВГП надходження повітря в шахту знизилось на 84%, виникає ревертання вентиляційного струменю в трьох виробках-зв'язках та втрат

Рис.8. Режими провітрювання випадку дії природних тяг ютилежної направленості

повітря між стволами, внаслідок чого додаткова кількість відпрацьованого повітря потрапляє на свіжий струмінь. У випадку пожежі в любім пункті шахта продукти горіння будуть потрапляти в виробки з свіжим повітрям, що ускладнить проведення гірничорятувальних робіт. На відміну від цього на шахті "Кондратівська" після зупинки ВГП в усіх виробках шахти зберігається нормальний напрямок руху повітря, надходження повітря в шахту знизилось на 55%, спостерігається перерозподіл повітря між виробками. Співставлення результатів моделювання з розрахунком стійкості виконаним експрес-методом показав їх повну тотожність.

З метою визначенім впливу на підвищення стійкості провітрювання при "нульовому" режимі гірничих виробок було виконане також моделювання природного провітрювання по шахті №43 при різних варіантах зміни опорів виробок 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 суггєво покращити показники стійкості: знизити кількість гілок з нестійким провітрюванням, підвищити депресію виробок-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 виробки був перекритий доступ гірничорятувальникам до осередку пожежі з боку свіжого струменю та 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 виробку 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 вентиляційного струменю 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 приведеш' 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 прогнозується їх вплив на стійкість провітрювання виробок.

Оцінка стійкості провітрювання шахти здійснюється у три етапи. На першому етапі складається розрахункова схема шахти та проводиться її спрощення так, щоб усі виробки 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 виробки і її динаміку, показник збільшення аеродинамічного опору за рахунок підвищення температури. Усі перераховані параметри визначаються в залежності від витрат повітря в виробках, що дозволяє прогнозувати результати впливу зміни режиму провітрювання на теплову збстановку.

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

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

У п'ятому розділі здійснена економічна оцінка ефективності ^користання "нульового" режиму вентиляції при гасінні пожеж в іагістральних гірничих виробках вугільних шахт. Ефективність того чи іншого аріанту тактичних рішень, які використовуються при гасінні пожеж, повинна іати чіткий економічний зміст. Економічна ефективність запропонованих ежимів вентиляції аварійних дільниць визначається величиною витрат на іквідацію пожежі та можливого збитку від пожежі при існуючому (базовому) і апропонованому 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.

Так як запропоновані нововведення не потребують капітальних витрат, а можливість реалізації пошкодженого пожежею обладнання практично відсутня, то очікуваний економічний ефект від використання запропонованого аварійного режиму вентиляції, при гасінні пожеж в магістральних гірничих виро б кіл (без урахування економії на витратах виробництва) визначається величиною поточних і капітальних витрат, пов'язаних з ліквідацією пожежі та аварійно-відновлювапьними роботами. В розрахунку на одну аварію

я,, = £ и,т <18)

де М,(и) - середня очікувана величина зниження збитку від однієї пожежі на і-м об'єкті шахти, тис. грн; п - кількість об'єктів.

З урахуванням економічної оцінки пожежної небезпеки гірничої виробки

М,(и) = р,Ш[и(Т)-и(Ти)}, (19)

де Р, ( Л,) - імовірність виникнення пожежі; II (Т'),и (7'„) - очікуваний

збиток до впровадження і після впровадження заходу; Т ,Т * - середня для

даного місця тривалість ліквідації пожежі до і після впровадження заходу, год.

З урахуванням відомої статистичної залежності величини збитку при пожежах в магістральних виробках від тривалості ліквідації пожеж, та питомої пожежної небезпеки таких виробок, економічна ефективність від впровадження заходу становить

з =лї(4.)4>+б(г -О, (20)

де р?л(Л.в)- питома пожежна небезпечність магістральних гірничих виробок, км'1; А-- сумарна довжина магістральних гірничих виробок, км; а і Ь -емпіричні коефіцієнти (а=266,88 тис. грн. Ь~ 1,58 тис. грн./год.)

Розрахунки за наведеною формулою показують, що при скороченні середнього часу ліквідації пожеж в магістральних гірничих виробках шахт в два рази, по Мінвуглепрому очікується економічний ефект 3 = 388,2 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 виробках 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 виробках вугільних шахт, та способів оперативного зниження витрат повітря в районі осередку пожежі. Виявлені фактори, що впливають на вибір аварійних вентиляційних режимів в магістральних виробках вугільних шахт. Показано, що необхідне зниження швидкості руху повітря в магістральних виробках при аварійних режимах досягається у випадку зупинки вентиляторів головного провітрювання - “нульовім” режимі проитрювання. Встановлені причини, що заважають використанню “нульового” режиму провітрювання під час гасіння пожеж, які виникають в магістральних гірничих виробках.

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

- досліджені температурні умови в пожежних виробках при використанні "нульового" режиму провітрювання та їх вплив на вентиляційні параметри виробок, вперше установлено, що при виникненні пожежі в горизонтальних гірничих виробках 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 гірітчих виробках 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 виробках 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.

3. Розроблено 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 виробок шахт, що дозволяє підвищити оперативність і якість прийнятих рішень в складних іварійних обставинах, скоротити час гасіння пожежі, знизити економічні збитки зід пожежі і витрати на її ліквідацію. За указаними методиками, для розрахунку та ПЕОМ теплових параметрів пожежі, прогнозу стійкості, параметрів вентиляційних режимів та їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі, розроблено програмне забезпечення, що дозволяє оперативно вирішувати іитання, пов'язані з використанням цього аварійного вентиляційного режиму.

4. Дана економічна оцінка ефективності використання запропонованих іварійних вентиляційних режимів. При скороченні середнього часу ліквідації

пожеж в магістральних гірничих виробках шахт в два рази, очікуваний економічний ефект по Мінвуглепрому складає 388,2 тис. грн.

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 вентіляційних режимів та прогнозування їх впливу на процеси розвитку і гасіння пожежі використовується підрозділами ДВГРС при гасінні пожеж в магістральних виробках вугільних шахт.

Основні положення і результати дисертації опубліковані у роботах:

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

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

3. Руководство по выбору оптимальных вентиляционных режимов при

тушении пожаров в выработках, оборудованных ленточными конвейерами // Болбат Н.Е., Лебедев ВИ., Смоланов С.Н., Ревякин A.B. - Донецк: НИИГД, 1999.-20 с. ‘

4.Болбат Е.И., Смоланов C.H., Ревякин A.B. Исследование температурных условий в пожарной выработке при нулевом режиме проветривания // Известия Донецкого горного института, №2(4). - Донецк: 1996. - С. 22 - 26.

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

6. Смоланов С.Н. Экспресс-метод определения устойчивости проестриБания после остановки вентилятора главного проветривания // Горноспасательное дело: Сб. научных тр. НИИГД. - 1999. -С. 19 - 21.

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

8. 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. -DüCpropetrowsk, 1999. - С. 439-441.

9. Смоланов C.H., Дузь Л.Е., Крупка A.A. Система учета и анализа аварий и аварийности на предприятиях угольной промышленности // Труды научнопрактической конференции "Пути развития горноспасательного дела". - Донецк, 1997.-С. 33 - 35.

Особистий внесок автора у роботах, опублікованих у співавторстві

полягає у наступному: в дослідженні методів та засобів гасіння підземних пожеж активним способом та ізоляцією гірничих виробок, а також факторів, що впливають на пожежну небезпеку шахт [1], впливу природної тяги на розвиток

аварійних явищ в шахті [2], обгрунтуванні вибору "нульового" режиму провітрювання при пожежі [3], дослідженні процесів конвекційного теплового обміну в горизонтальних виробках при "нульовому" режимі провітрювання [¿|], дослідженні стійкості провітрювання виробок-зв'язок при аварійних режимах [5] га постановці задачі досліджень [9].

АНОТАЦІЯ

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

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

У дисертації подано теоретичне обгрунтування можливості зупинки зентиляторів головного провітрювання при гасінні пожеж в магістральних 'ірішчих виробках вугільних шахт. Показано, що умовою використання такого режиму вентиляції є відсутність рециркуляції повітряних потоків при тереведенні шахти на природне провітрювання та зниження швидкості ¡ентнляційного струменю в пожежних виробках не нижче допустимої границі, іка визначається можливістю його перевертання внаслідок конвекційного руху ювітряних потоків, що виникає при пожежі. Розроблена методика розрахунку іараметрів аварійних вентиляційних режимів та прогнозу їх впливу на процеси розвитку та гасіння пожежі, яка враховує динаміку теплових параметрів пожежі ■а вимоги забезпечення стійкості провітрювання виробок шахт і дозволлє іідвгацити оперативність та якість прийнятих рішень в складних аварійних ібставинах, скоротити час гасіння пожежі, знизити економічні збитки від южежі і витрати на її ліквідацію.

Ключові слова: вентиляція, аварія, магістральні гірничі виробки, вугільна пахта, стійкість провітрювання, параметри, пожежа.

АННОТАЦИЯ

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

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

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

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

1. 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 пожаров, возникающих в магистральных горных выработках.

2. Исследованы процессы, протекающие в выработках при пожарах и их слияние 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 увеличение ее сопротивления и депрессии обусловлено совместным действием циркуляции воздушных масс в зоне горения и нагреванием вентиляционного потока, причем величина изменений 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. .

3. 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. Дана экономическая оценка эффективности использования предложенных аварийных вентиляционных режимов. При сокращении среднего времени ликвидации пожаров в магистральных горных выработках шахт в два раза, ожидаемый экономический эффект по Минуглепрому составляет 388,2 тыс. грн.

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 .miversity of Ukraine, Dnepropetrovsk, 2000.

In the dissertation the theoretical substantiation of an opportunity stop a fans of the nain airing is given at suppression of fires in main workings of coal mines. Is shown, hat a condition of use of this mode of ventilation is the absence recirculation of air lows at translation of mine on natural airing and decrease of speed of a ventilating low in fire workings of below allowable size, which is defined by an opportunity of its )vcrtuming 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 or processes of development and clearing of fires taking into account dynamics of hermal parameters of a fire and requirement of maintenance of stability of airing of vorkings of mine is developed which allows to raise efficiency and quality of the iccepted decisions in difficult emergency conditions, to reduce time of clearing of a ire, to lower economic damage from a fire and charges on its liquidation.

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