Реверсирование воздушной струи согласно ПБ должно быть произведено не более чем за 10 мин, при этом подача воздуха в шахту должна составлять не менее 60 % его подачи при нормальном направлении вентиляционной струи.
В главной установке с осевым вентилятором реверсирование вентиляционной струи производится изменением направления вращения ротора и поворота лопаток промежуточного направляющего и спрямляющего аппаратов на угол 180°.
В центробежном вентиляторе при изменении направления вращения его рабочего колеса поток воздуха не изменяет направления движения и потому реверсирование в этом случае сложнее (рис. 5).
Рис.5. Схема реверсирования венти-ляционной струи посредством обводного канала.
Реверс воздушного потока при продольной вентиляции и дымоудалении подземных и крытых автостоянок
А. П. Волков, канд. техн. наук, эксперт по системам вентиляции подземных сооружений «Flakt Woods Россия»
А. В. Свердлов, генеральный директор «Flakt Woods Россия», alexander.sverdlov@flaktwoods.com
В настоящее время наиболее актуальной задачей по внедрению струйных систем вентиляции на проектируемых в России многоуровневых подземных и крытых автостоянках является развитие отечественной нормативной базы. Несмотря на богатый практический опыт по использованию таких систем на больших автостоянках, их практическое внедрение затруднено вследствие отсутствия отечественного стандарта по правилам проектирования и монтажа струйных систем вентиляции автостоянок. В статье анализируется европейский опыт проектирования продольных систем вентиляции с использованием струйных вентиляторов, установленных на потолочных перекрытиях уже построенных объектов. Отличие предложенного подхода от отечественных норм является элементом новизны, который должен быть интересен читателям. Цель статьи – показать целесообразность применения продольных струйных систем вентиляции с реверсированием воздушного потока в крытых и подземных автостоянках.
Стремление к повышению эффективности использования подземного и надземного пространства в крупных мегаполисах обусловлено прежде всего запредельно высокой стоимостью земли и высокими затратами на строительство зданий и подземных сооружений. Современные подземные и крытые автостоянки строят с увеличенной этажностью. Увеличение количества парковочных мест достигается за счет укрупнения пожарных отсеков и уменьшенной высоты потолочных перекрытий.
Исследования с использованием компьютерной симуляции пожара на многоэтажной подземной парковке при высоте потолочных перекрытий около 2,5 м [1] показали необходимость пересмотра норм по пожарной нагрузке в сторону увеличения с 2…4 МВт до 8,5 МВт. Отмечается, что зачастую принимаются откровенно «безобидные» параметры расчетной пожарной нагрузки, которые могут привести к фатальным результатам, если система дымоудаления не справится со своими задачами.
Приоритет безопасности человека при нахождении на закрытых автостоянках стал основной причиной внедрения продольных систем вентиляции и дымоудаления, когда распространение дыма при пожаре сдерживается продольными (горизонтальными) потоками воздуха от струйных (Jet) вентиляторов, размещенных в подпотолочном пространстве, и от вентиляторов противодымной вентиляции. В этом случае высота потолочных перекрытий не является фактором риска, т. к. граница распространения дыма обеспечивается по всей высоте автостоянки, как это показано на рис. 1. Такие вентиляционные системы стали типовыми для закрытых автостоянок в Европе, Китае, Японии и Корее [1].
Продольная схема дымоудаления при пожаре на автостоянке, оборудованной струйными вентиляторами
Режим дымоудаления требует максимальной нагрузки на струйную вентиляционную систему автостоянки, поэтому выбор типа струйных вентиляторов, их количество и размещение должны прежде всего обеспечить защиту путей эвакуации людей во время пожара [3]. Штатный режим работы предполагает частичную нагрузку на струйные вентиляторы.
В рассматриваемом случае часть автостоянки оказывается защищенной от распространения дыма, что позволяет надежно обеспечить безопасную эвакуацию людей при пожаре, особенно на автостоянках с высотой потолочного перекрытия до 2,5–3,0 м, улучшается видимость очага горения и условия тушения пожара [2].
В работе [4] показано, что ограничение распространения дыма за пределы виртуальной границы (рис. 1) достигается за счет воздушного потока со стороны приточной системы противодымной вентиляции [5], обеспечивающей компенсацию объема воздуха, удаляемого вентиляторами дымоудаления. Показано, что в условиях пожара на автостоянке скорость воздушного потока ν1, направленного в сторону очага горения, должна быть не менее критического значения νкр, составляющего обычно ок. 1 м/с при проектной пожарной нагрузке 4–8 МВт [6].
Таким образом, должно выполняться условие:
Аналогичный подход к проектированию продольной системы дымоудаления используется в автодорожных тоннелях [7]. Проектная пожарная нагрузка в тоннеле назначается исходя из возможности пожара топливной автоцистерны и принимается равной 100 МВт. В этом случае критическая скорость воздушного потока, создаваемого струйными вентиляторами, νкр достигает значений 3,5–4,0 м/с и обычно является предельным значением для вентиляционной системы тоннеля. В вентиляционных системах автодорожных тоннелей используют реверсивные струйные вентиляторы. Направление вентиляционного потока при пожаре в тоннеле выбирают в зависимости от местоположения очага возгорания и ближайшего портала или вентиляционной шахты системы дымоудаления.
Похожая ситуация возникает при пожаре в автостоянке. Предположим, что очаг возгорания, изображенный на рис. 1, будет находиться в защищенной от дыма зоне. В этом случае большая часть пожарного отсека будет задымлена, что станет серьезным аргументом не в пользу продольной системы дымоудаления. Решить данную проблему, как и в автодорожном тоннеле, можно за счет применения реверса воздушного потока.
На рис. 2 приведена схема пожарного отсека, условно разделенного на две зоны.
Продольная схема дымоудаления при возникновении пожара в зоне 2 пожарного отсека автостоянки
При возникновении пожара в зоне 2 воздушный поток направлен в сторону ближайших клапанов дымоудаления. Очевидно, что при возникновении пожара в зоне 1 возникает опасность задымления большей части пожарного отсека, и в этом случае применяют реверс вентиляционного воздушного потока, как показано на рис. 3.
Продольная схема дымоудаления при реверсе вентиляционного воздушного потока (возникновение пожара в зоне 1)
Важной особенностью помещения автостоянки, наряду с низкими потолочными перекрытиями, является сложная конфигурация ограждающих конструкций, вызывающих сужение и расширение вентиляционного потока воздуха. Габарит помещения, ограничивающий ширину воздушного потока, принято называть шириной или секцией управления пожаром (Width or fire control section) и обозначать В.
Влияние ширины В на значение критической скорости представлено на графике рис. 4 [4].
График зависимости критической скорости νкр от ширины В при различных конвективных мощностях очага горения Qкр
Производительность вентиляторов дымоудаления при продольной вентиляции автостоянки Vвх, м 3 /ч, определяется с учетом температуры продуктов сгорания Tm, К, и поперечного сечения помещения, соответствующего ширине В, в соответствии с [4, 8]:
(2)
где T0 – температура наружного воздуха, К; Y – высота нижней границы дымовых газов при затекании в сторону притока воздуха, м.
На рис. 5 представлена зависимость производительности вентиляторов дымоудаления от ширины В, рассчитанная в соответствии с (2).
График зависимости производительности вентиляторов дымоудаления от ширины В при различных конвективных мощностях очага горения QK
Как показано на рис. 2 и 3, локализация распространения дыма происходит при различных значениях ширины В1 и В2, что, естественно, требует подбора вентиляторов дымоудаления по расчетным значениям расхода воздуха. Кроме того, в исходном режиме и при реверсе вентиляторы дымоудаления также должны работать в реверсном режиме, желательно без снижения КПД.
Струйные вентиляторы в реверсном режиме также должны работать без снижения КПД.
Добиться уменьшения расчетной производительности вентиляторов дымоудаления возможно за счет уменьшения ширины В. Однако следует учитывать, что при этом будет возрастать температура продуктов сгорания Tm, как это показано на рис. 6 [4].
График зависимости температуры продуктов сгорания Tm от ширины В при различных конвективных мощностях очага горения QK
Использование реверсивных вентиляторов дымоудаления и реверсивных струйных вентиляторов позволяет оптимизировать схему продольной вентиляции применительно к закрытым автостоянкам со сложной конфигурацией вентилируемого помещения.
Анализ проектных решений, включая CFD-моделирование наиболее сложных объектов, позволил сформулировать ряд рекомендаций по проектированию струйных реверсивных систем вентиляции закрытых автостоянок.
Литература
Поделиться статьей в социальных сетях:
Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.
Инструкция по реверсированию вентиляционной струи и проверке действия реверсивных устройств вентиляционных установок
приказ Государственного комитета
Украины по надзору за охраной труда
от 01.01.2001 г. № 000
НПАОП 10.0-5.21-04
ПО РЕВЕРСИРОВАНИЮ ВЕНТИЛЯЦИОННОЙ
СТРУИ И ПРОВЕРКЕ ДЕЙСТВИЯ РЕВЕРСИВНЫХ УСТРОЙСТВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК
К п. 3.3.4 Правил безопасности в угольных шахтах
1. Реверсирование вентиляционной струи
1.1. Реверсирование вентиляционной струи с пропуском ее по выработкам по схемам, предусмотренным планом ликвидации аварий, должно производиться на всех шахтах не реже двух раз в год (летом и зимой), а также в случаях изменения схемы проветривания шахты, крыла, горизонта или замены вентилятора. При реверсировании производится также проверка исправности действия реверсивных и герметизирующих устройств вентиляционных установок.
1.2. Продолжительность реверсирования вентиляционной струи должна быть не менее времени, необходимого для выхода людей из наиболее удаленной выработки на свежую струю или на поверхность.
Необходимо установить время, в течение которого концентрация метана в реверсивной струе достигнет 2%. Этот срок должен учитываться при составлении плана ликвидации аварий для установления предельного времени для вывода всех людей из опасной зоны на поверхность при реверсировании вентиляционной струи. Контроль за содержанием метана при реверсировании осуществляется в вентиляционных струях выемочных участков и в общей исходящей струе шахты. В указанных выработках производятся замеры концентрации метана и расходы воздуха переносными приборами через каждые 10 мин., начиная с момента опрокидывания вентиляционной струи в выработке и до достижения концентрации метана 2% или до окончания режима реверсирования, если концентрация метана не достигнет 2%. Замеры концентрации метана производятся в верхней части выработок.
1.3. При реверсировании необходимо вести наблюдения за состоянием электродвигателей вентиляторов, чтобы не допускать их перегрузки.
На время реверсирования вентиляционной струи электроэнергия в шахте и надшахтных зданиях (за исключением подъема, вентиляционных установок и водоотлива) должна быть отключена.
1.4. Число людей, необходимых для проведения реверсирования, и их местонахождение в шахте устанавливаются главным инженером шахты в соответствии с разработанным планом проведения реверсирования.
1.5. Проверка реверсирования вентиляционной струи проводится под руководством главного инженера шахты начальником участка ВТБ и главным механиком шахты при участии работников местного органа Госнадзорохрантруда и ГАСС /ГВГСС/ и оформляется актом (приложение).
При наличии на шахте не списанных изолированных пожаров необходимо производить замеры окиси углерода у изолирующих их перемычек и в выработках, в которые могут поступать продукты горения. В акте отображается содержание и места обнаружения окиси углерода.
Замеры расхода воздуха и содержания метана, а также проверка состава воздуха проводятся работниками ГАСС /ГВГСС/ и участка ВТБ шахты.
1.6. После восстановления нормального режима проветривания по завершению общешахтного реверса, но не ранее чем через 30 минут, работники участка ВТБ должны проверить содержание метана и диоксида углерода (углекислого газа) в выработках. Если содержание этих газов окажется в пределах допустимых норм, то подается напряжение на проверенные подстанции и распредпункты, питающие вентиляторы местного проветривания, и производится разгазирование тупиковых выработок в соответствии с Инструкцией по разгазированию горных выработок, расследованию, учету и предупреждению загазирований.
После разгазирования тупиковых выработок и их проверки разрешается производство работ.
1.7. Акты проверки реверсирования вентиляционной струи должны направляться местному органу Госнадзорохрантруда и командиру подразделения ГАСС /ГВГСС/, обслуживающего данную шахту, и сохраняться не менее 1 года в плане ликвидации аварий.
1.8. По результатам замеров составляется схема проветривания шахты в реверсивном режиме, которая хранится на участке ВТБ в течение года.
2. Проверка исправности реверсивных, переключающих и герметизирующих устройств
2.1. Проверка исправности реверсивных, переключающих и герметизирующих устройств проводится при остановленных вентиляторах без пуска их на реверсивный режим с переходом с одного вентилятора на другой.
2.2. Ответственность за состояние реверсивных и герметизирующих устройств несет главный механик шахты.
Акт проверки реверсирования вентиляционной струи и действия реверсивных, переключающих и герметизирующих устройств вентиляционных установок
“____”___________ 200_ г. Организация, в состав которой входит предприятие ____
Комиссия в составе: главного инженера шахты ___________________________, (фамилия, и., о.)
_____________ главного механика шахты ________________________________,
_____________начальника участка ВТБ шахты ____________________________
в присутствии государственного инспектора Госнадзорохрантруда ___________
и командира взвода ___________________________________________________
(наименование взвода и отряда ГАСС /ГВГСС/, фамилия, и., о.)
составила настоящий акт проверки работы реверсивных, переключающих и герметизирующих устройств и пропуска реверсивной струи воздуха через все выработки шахты в соответствии с п. 3.3.4 Правил, в результате чего установлено:
1. Характеристика работы вентиляционных установок в нормальном и реверсивном режимах проветривания
Институт горного дела и геологии Специальность: Безопасность трудовой деятельности
Тема выпускной работы:
Исследование эффективности общешахтного реверсирования вентиляционных струй на шахте «Южная» ГП «Дзержинскуголь»
Научный руководитель: Кавера Алексей Леонидович
Реферат по теме выпускной работы
Введение
Актуальность темы магистерской работы
Главной задачей охраны труда на шахтах при возникновении аварийной ситуации является обеспечение безопасного выхода людей на свежую струю и на поверхность как можно быстрее.
Действующие шахты в большинстве случаев добывают уголь на больших глубинах, на значительном удалении от главного воздухопадающего ствола, разрабатывают пласты на крутом падении. Ликвидация аварий на шахтах с крутым падением осложнена тем, что такие шахты характеризуются повышенной температурой на выходе из лавы, что ведет к росту естественной тяги, которая делает невозможным опрокидывание воздушного потока при проведение общешахтного реверсирования. Эта проблема довольно актуальна в угольной промышленности. Результаты данной работы, полученные на примере исследования шахты «Южная», разрабатывающей пласты на крутом падении, послужат рекомендациями к решению этой проблемы.
Научная новизна работы
– впервые разработана действующая модель шахты «Южная» ГП «Дзержинскуголь» для программного обеспечения «IRS Вентиляция – ПЛА». Это позволило исследовать проветривание шахты при общешахтном реверсивном режиме и выявить выработки, в которых из-за значительной по величине естественной тяги не произошло опрокидывание. Для обеспечения выполнения требований ПБ к реверсированию общешахтной струи были разработаны мероприятия по снижению величины естественной тяги до значения, достаточного для обеспечения реверса.
Пользуясь программой «IRS Вентиляция – ПЛА», работники службы ВТБ могут моделировать аварийные вентиляционные режимы и на основании полученных данных проводить мероприятия по улучшению вентиляции. Внося коррективы в шахтную модель, они имеют возможность проследить за изменением проветривания, проанализировать его и найти наиболее рациональный подход к решению задач по повышению безопасности выхода людей из шахты в аварийных ситуациях.
Практическая ценность работы заключается в разработке мероприятий по снижению величины естественной тяги воздуха и проведению общешахтного реверсирования вентиляционных струй. Цели и задачи работы
Сделать анализ существующей схемы вентиляции горных выработок и воздухораспределения по выработкам шахты «Южная» ГП «Дзержинскуголь». Создать компьютерную модель шахты с помощью программного обеспечения «IRS Вентиляция – ПЛА». Промоделировать шахтную вентиляционную сеть с учетом естественной тяги до и после проведения общешахтного реверсирования. Разработать рекомендации по снижению естественной тяги и обеспечению общешахтного реверсирования.
Текущие и планируемые результаты по теме исследований Основной перспективой исследований является возможность использования результатов работы на предприятиях угольной промышленности Украины.
Результаты магистерской работы будут служить рекомендациями по обеспечению реверсирования вентиляционных струй на участках, разрабатывающих крутопадающие пласты.
Общая характеристика шахты
Производственная мощность шахты с 01.01.1991 года составляет 120 тыс. т. в год.
Шахта отрабатывает угольные пласты с углом падения от 5 до 62 град.
Среднединамическая мощность пластов – 0,72 м.
Шахтное поле вскрыто 2 вертикальными центрально-расположенными стволами №1 и №1-бис и наклонным фланговым стволом, а также этажными квершлагами на гор. 148м, 267м.
Гор.360м и 490м недействующие. Гор.360м находится в стадии погашения. На гор.490м, в околоствольном дворе расположены: склад ВМ, главный водоотлив, ЦПП, чистка зумпфа ств. №1.
В 2009 году в отработке находятся пласты: К 4 1-Н – Андреевский, К 4 – Рудный и Н 10 – Бабаковский, не опасные по внезапным выбросам угля и газа и не склонные к самовозгоранию угля.
Способ отработки пластов – прямой, от ствола к границам шахтного поля.
По состоянию на 01.01.2009г. промышленные запасы угля по шахте составляют 1,9 млн.т.
Проведение выработок на откаточном и вентиляционном горизонтах осуществляется буровзрывным способом. Крепление выработок производится металлоарочной крепью АП-9,2, в том числе повторного использования.
Схема проветривания шахты – комбинированная, способ проветривания всасывающий. Проветривание осуществляется вентиляторной установкой главного проветривания, оборудованной двумя вентиляторами типа ВЦ-31,5. Проветривание выемочных участков: по пл. К 4 и К 4 1-Н – возвратноточное, восходящее; по пл. Н 10 – возвратноточное, нисходящее.
План ликвидации аварий
Основным содержанием ПЛА является его оперативная часть, состоящая из позиций – совокупности выработок аварийного участка и возможной в этих выработках аварии.
При определении позиций главным является правильное разделение сети горных выработок на аварийные участки. В идеальном варианте к аварийному участку следует относить выработку, часть выработки или несколько сопряженных выработок проветриваемых неразветвленной струей. В этом случае для аварии в любом месте аварийного участка можно однозначно определить пути выхода людей, маршруты движения отделений ГВГСС и др. Вместе с тем такой подход имеет недостатки, одним из которых является существенное увеличение числа позиций, осложняющих пользование ПЛА.
Позиции оперативной части должны составляться в зависимости от вида аварии на следующие выработки и объекты шахты:
— пожар – на все выработки шахты, надшахтные здания, сооружения и примыкающие к ним обогатительные фабрики (установки), при пожаре в которых продукты горения могут попасть в шахту, а также на здания подъемных машин, компрессорной и вакуумнасосной (в отдельных случаях допускается не включать в позицию выработки водосборника);
— внезапный выброс – на все очистные и подготовительные забои на пластах, опасных по внезапным выбросам угля, породы и газа;
— прорыв воды (пульпы) и затопление – на все выработки и зоны, опасные по прорыву воды (пульпы);
— обрушение угля (породы) – на все выработки шахты составляется одна общая позиция;
— аварийные ситуации (загазирование, остановка ВГП, застревание клети или обрыв каната, общее отключение электроэнергии) – для каждой аварийной ситуации составляется одна общая позиция.
При составлении позиций в соответствии с указаниями «Инструкции…» основополагающим является правильный выбор аварийного вентиляционного режима проветривания шахты и аварийного участка.
В планах ликвидации аварий могут предусматриваться следующие вентиляционные режимы:
— сохранение нормального режима проветривания;
— общешахное реверсирование вентиляционных струй;
— комбинированный режим работы вентиляторов главного проветривания (например, остановка одного вентилятора и реверсирование остальных);
— местное реверсирование вентиляционной струи;
— закорачивание вентиляционной струи;
— повышение устойчивости проветривания горных выработок.
В зависимости от вида и ожидаемого места возникновения аварии применяются следующие вентиляционные режимы.
При взрывах газа или угольной пыли, внезапных выбросах сохраняется существующее до аварии направление вентиляционной струи, предусматриваются способы увеличения подачи воздуха на аварийные участки.
При пожарах в надшахтных зданиях, стволах, околоствольных дворах, по которым поступает свежий воздух, предусматривается реверсирование вентиляционной струи. Расширение зоны реверсирования на другие главные выработки шахты с подающей струей воздуха должно решаться при разработке плана с учетом конкретных горнотехнических условий.
При пожарах выше канала вентилятора в стволе с исходящей струей воздуха, надшахтных зданиях этих стволов (при всасывающем проветривании) необходимо сохранить нормальную работу вентилятора главного проветривания аварийного ствола, реверсировать остальные вентиляторы для обеспечения устойчивого движения воздуха по аварийному стволу.
При пожарах в зданиях и каналах вентиляторов (при всасывающем проветривании) следует реверсировать неаварийные вентиляторы (при их наличии), после чего остановить аварийный вентилятор, закрыть шибер в канале вентилятора, открыть шлюзовые двери в надшахтном здании; при нагнетательном способе проветривания останавливается аварийный вентилятор, а остальные работают нормально.
Для наклонных выработок с восходящим проветриванием, с целью предотвращения нарушения проветривания в параллельных или вышележащих выработках и предотвращения проникновения продуктов горения в свежие струи, следует предусматривать увеличение сопротивления аварийных выработок ниже очага пожара (закрытие пожарных дверей, установка перемычек и т.п.).
При пожаре в газообильном тупиковом забое необходимо сохранять нормальный режим проветривания.
В зависимости от места возникновения аварии, уровня газовыделения и др. может предусматриваться увеличение или уменьшение расхода воздуха, остановка вентиляторов, закорачивание и местное реверсирование вентиляционной струи с пожарными газами. В некоторых случаях возможны нестандартные ситуации, связанные со схемами вскрытия и отработки отдельных выемочных полей или наличием вентиляционных связей с соседними шахтами. Эти нестандартные решения должны разрабатываться сотрудниками участка ВТБ с привлечением специалистов НИИГД и ГВГСС.
Пути и время выхода людей являются основной частью позиции. Люди выводятся из аварийного и угрожаемых участков по разработанным маршрутам. В основу описания маршрутов выхода людей должны быть положены «Правила поведения работников шахты при авариях».
При описании маршрутов выхода людей из выработок, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, необходимо руководствоваться следующим.
Исходя из этих положений к выработкам аварийного участка, расположенным за очагом аварии, следует относить:
— при взрывах и – пожарах – все выработки участка;
— при выбросах – выработки участка, исключая воздухоподающую выработку;
— при прорывах воды – выработки участка, в которые возможен прорыв воды и по которым устремляется вода.
К выработкам аварийного участка, расположенных до очага аварии, относят;
— при выбросах – выработки участка, исключая вентиляционную выработку;
— при прорывах воды – выработки участка, расположенные выше возможного места прорыва воды.
Аварийная вентиляция
Практикой ведения горноспасательных работ установлено, что успех спасения горняков, которые находились в шахте во время аварии, эффективность действия спасателей по ее ликвидации и, наконец, размер материального ущерба во многом зависит от правильного выбора и своевременного применения аварийного вентиляционного режима.
Наибольшую опасность несут в себе аварии, при возникновении которых в шахтной сети генерируются мощные внутренние источники тяги, способные преодолеть напор вентилятора в выработках аварийного участка, перебросить воздушный поток и тем самым дезорганизовать проветривание шахты.
Существующие методы оценки устойчивости вентиляционных струй при появлении аварийных источников тяги и способы стабилизации воздушных потоков несовершенны, поэтому выбранные вентиляционные режимы не всегда эффективны.
Вопросы аварийной вентиляции касаются всех подземных сооружений, имеющих искусственную или естественную вентиляцию. К аварийным вентиляционным режимам относят специальные режимы вентиляции сооружений, которые необходимо реализовывать в случае возникновения аварии. Наиболее распространенной и опасной для людей аварией считается пожар. Опасными последствиями пожара является выделение большого количества тепла и отравление воздуха. Высокотемпературное пламя разрушает сооружение и дезорганизовывает вентиляцию, а выделение оксида углерода и других отравляющих примесей делает воздух непригодным для дыхания людей. Причиной пожара может быть внезапный выход из строя механического или электрического оборудования, действие природных факторов или небрежность людей.
Внезапный отказ механического или электрического оборудования, действие природных факторов или небрежности могут вызвать пожар. Для решения вопросов аварийной вентиляции используются компьютерные модели вентиляционных сетей подземных сооружений. Такие модели позволяют моделировать действие аварийных факторов в подземной сооружении и разрабатывать аварийные режимы, которые обеспечивают как безопасную эвакуацию людей, так и действие специальных служб которые ликвидируют аварию или ее последствия.
Аварийные вентиляционни режимы используют при возникновении пожара в угольных шахтах, рудниках, метрополитенах, автомобильных и железнодорожных туннелях.
Все подземные сооружения оборудованы системой искусственной вентиляции, которая обеспечивает движение воздуха в нормальных и аварийных условиях (в железнодорожных туннелях искусственная вентиляция может использоваться только в случае аварии). Вентиляционная система подземного сооружения представляет из себя совокупность вентиляторов, горных выработок (туннелей), соединений выработок, вентиляционного оборудования и сооружений для регулирования распределения воздуха между выработками (тоннелями). Наиболее простыми являются системы вентиляции железнодорожных и автомобильных тоннелей. В общем случае эти системы (или ее отдельные части) состоят из одного или нескольких параллельных (2–3) транспортных тоннелей и вертикальных горных выработок (стволы, шурфы), оборудованных вентиляторами. В горной местности отработанный воздух удаляется из туннелей на поверхность земли по вертикальным выработкам. Из подводных туннелей вентиляторы удаляют воздух по специальным вентиляционным каналам, расположенным параллельно тоннелям.
Короткие автомобильные тоннели проветриваются осевымы вентиляторами местного проветривания, которые устанавливают вдоль туннелей под кровлей (каскадная схема). Вентиляторы устанавливают группами по два-три рядом. Расстояние между вентиляторами определяют с учетом пути движения свободной струи воздуха под кровлей туннеля.
На шахтах и рудниках используется всасывающий, нагнетательный и комбинированный способ вентиляции. На шахтах и рудниках Украины используется всасывающий способ проветривания. В шахту воздух попадает по вертикальным и наклонным стволах. Возле ствола, по которому воздух уходит из шахты, устанавливают вентиляторы главного проветривания. Вентиляторы соединяют со стволами специальными каналами. Вентилятор вместе с каналом называют вентиляционной установкой. На большинстве угольных шахт действуют несколько (более чем две) вентиляционных установок. Шахты отличаются количеством стволов, по которым воздух поступает в шахты и выдается из них.
В компьютерной (виртуальной) модели вентиляционной сети шахты (рудника) математические аналоги выработок (частей выработок) называют «ветка-выработка», а соединения – «узлы-соединения». Вентилятор главного или местного проветривания моделирует ветка-вентилятор. В виртуальной сети метрополитена узел-соединение моделирует станции метрополитена, соединения туннелей с вентиляционными ходками и переходами между тоннелями. Ветки-выработки моделируют тоннели, вентиляционные шурфы, входы-выходы станций, вентиляторы. Узел-соединение, что моделирует место выхода подземной выработки на поверхность земли имеет личную метку.
Программное обеспечение включает в себя комплекс сервисных задач, которые позволяют обновлять и поддерживать информацию о шахтной вентиляционной сети на основании измерений службы ВТБ, то есть без проведения дополнительных общешахтних воздушно-депрессионних съемок.
Расчетные задачи противоаварийной защиты позволяют прогнозировать последствия нарушений безопасного режима проветривания горных выработок в процессе эксплуатации шахты.
Задачи, связанные с подготовкой ПЛА, обеспечивают решение вопросов подготовки шахт к спасению людей и ликвидации аварий.
— оценка опасности «закорачивания» вентиляционных струй для выемочных участков и подготовительных забоев;
— построение зоны распространения пожарных газов при пожарах и перечень рабочих мест, которые попадают в эту зону;
— определение оптимальных маршрутов выхода горнорабочим из зоны распространения пожарных газов;
— построение маршрутов движения подразделений ГВГСС и ВГК к месту аварии;
— автоматизированный расчет устойчивости вентиляционных струй при пожарах в наклонных выработках;
— прогноз времени обнаружения пожара. Расчетные задачи программного комплекса позволяют прогнозировать обеспеченность шахты (выемочного поля, участка) воздухом на перспективу, проводить анализ и оценивать эффективность реконструкции шахтной вентиляционной сети.
— распределение воздуха по горным выработкам (прогноз эффективности регулирования воздухораспредиления);
— выбор и замена вентиляторов главного проветривания;
— расчет сопротивления горных выработок и поддержка базы данных этих сопротивлений, в промежутках между депрессионными съемками;
— автоматизированное построение депрессиограмм. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах.
Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах
При выборе аварийного вентиляционного режима необходимо учитывать следующие факторы: место возникновения аварии, местонахождение людей захваченных аварией, состояние вентиляционных сооружений и горных выработок, возможность образования взрывоопасной концентрации метана, состояние морозильных устройств, величину и направление действия тепловых источников тяги (естественная тяга, тепловая депрессия пожара ), число и расположение вентиляторов главного проветривания.
Вентиляционные режимы, применяемые в ходе ликвидации аварий, должны обеспечивать безопасность шахтеров и спасателей. В планах ликвидации аварий и в ходе ликвидации аварии могут применятся следующие вентиляционные режимы:
— что существуют до возникновения аварии, без изменения направления движения вентиляционных потоков и режимов работы вентиляторов главного проветривания;
— что существуют до возникновения аварии с увеличением или уменьшением расхода воздуха в выработках аварийного участка;
— комбинированные режимы, при которых сочетаются отдельные аварийные вентиляционные режимы или их элементы;
— местное реверсирование вентиляции;
— закорачивание вентиляционных потоков для увеличения или уменьшения расхода воздуха в выработках аварийного участка;
— изоляция аварийного участка для предотвращения поступления воздуха к очагу горения.
При возникновении аварий в угольных шахтах зачастую применяются общешахтное реверсирование вентиляции, закорачивание и местное реверсирование вентиляционных потоков, увеличение или уменьшение расхода воздуха в отдельных горных выработках или частях шахты с помощью стационарных и переносных регуляторов (пожарные и вентиляционные двери, переносные быстровозводимые перемычки).
В зависимости от места возникновения пожара (канал вентилятора, вентилятор) применяются комбинированные режимы проветривания шахты (реверсирование или остановка одного из вентиляторов) или последовательно (один за другим) осуществляются несколько аварийных режимов. Например, местное реверсирование или закорачивание вентиляционного потока, может быть проведена после общешахного реверсирования вентиляции. Кроме того, после выполнения всех мероприятий предусмотренных в позиции ПЛА, можно перейти к «нормальному» (существовавшему до аварии) режиму проветривания шахты и так далее.
При тушении пожаров в изолированных участках шахты могут применяться специальные аварийные вентиляционные режимы (рециркуляция и многократное реверсирование вентиляционного потока) и различные способы снижения утечек воздуха через изолированные участки.
Общешахтный реверсивный режим
Воздухопадающие выработки, в которых возможно реверсирование струи при возникновении пожара, делятся на 4 основные группы: стволы (включая надшахтные здания)и околоствольные дворы; главные выработки, по которым подается воздух на проветривание нескольких панелей, пластов, крыла шахты; выработки выемочных полей; выработки выемочных участков.
Выработки выемочных участков включаются в зону реверсирования в исключительных случаях, когда для выхода людей по исходящей струе надо устраивать более одного пункта переключения в резервные самоспасатели. Разумеется, расчетным и опытным путем следует подтвердить, что в этом случае реверс получится.
Анимированное изображение. Схема движения воздуха в вентиляционной установке при реверсировании вентиляционной струи
Параметры анимации: gif-анимация, число кадров – 13, число циклов – бесконечно, размер 26,2 кБ. GIF Animator. Проанализируем достоинства и недостатки общешахтного реверсивного режима. К достоинствам относится следующее: — люди из шахты выводятся навстречу свежей струе в условиях нормальной видимости; — исключается загазирование выработок на большой протяженности и попадание в выработки, где сосредоточены люди, пожарных газов; — сокращается зона поражения и интенсивность развития пожара.
Наряду с достоинствами реверсивный режим проветривания имеет достаточно много серьезных недостатков. Они заключаются в следующем:
— в реверсивном режиме резко возрастают внешние утечки (подсосы) воздуха из-за плохой герметизации шлюзов надшахтного здания, неплотностей в герметизации дверей для навески скипов, отсутствия «подушки» горной массы в бункерах копра, использования несамоуплотняющихся ляд, неисправности или отсутствие стопоров на лядах, неплотного закрывания ляд из-за загрязнения или обмерзания – особенно в обводных каналах, внешние утечки в нормальном режиме проветривания составляют 9,6-49%, а в реверсивном – 14-75%;
— существенно уменьшается аэродинамическое сопротивление путей внешних утечек, в среднем – в 7 раз;
— при реверсировании с помощью обводных каналов резко возрастают потери депрессии на элементах вентиляторной установки (в основном – в канале и всасывающей будке), суммарные потери на вентиляторной установке в среднем составляют 60% депрессии вентилятора;
— в реверсивном режиме сильно возрастают внутренние утечки воздуха (20-30% расхода воздуха, поступающего в шахту), так как депрессия вентиляционных дверей уменьшается в 2,5-3 раза; при этом расходы воздуха в выработках уменьшаются на 20-60%, а депрессия – в 2-8 раз;
— в первоначальный момент реверсирования естественная тяга, как правило, противодействует реверсированию (от 15 мин. до 2 ч), что совпадает со временем вывода людей из шахты, в результате большого уменьшения расхода воздуха на участках возможно загазирование до взрывчатых концентраций, запаздывание опрокидывания вентиляционной струи в удаленных от ствола выработках составляет 15-30 минут и более, а иногда она и вообще может не опрокинуться (такие случаи встречались на исследуемой шахте «Южная»).
Реверсирование согласно Инструкции (к НПАОП 10.01.01-05-ПБ в угольных шахтах п.3.3.4) должно осуществляться не реже двух раз в год(летом и зимой) с проверкой исправности действия реверсивных и герметизирующих устройств.
Продолжительность реверсирования вентиляционной струи должна быть равна времени, необходимому для выхода людей из наиболее удаленной выработки на свежую струю и на поверхность.
Необходимо также установить время, в течении которого концентрация метана в реверсивной струе в местах предполагаемых очагов пожара достигнет 2%. Этот срок должен учитываться при составлении ПЛА для установления времени вывода людей из опасной зоны.
Требования ПБ к реверсивному режиму проветривания.
Учитывая высокую ответственность реверсивного режима, ПБ предъявляет к нему ряд непременных требований:
Примечание: возможность реверсирования вентиляционной струи в горных выработках шахт, где имеются изолированные неописанные пожары, определяются техническим директором(главным инженером ГХК, ПО или самостоятельных шахт) по согласованию с органом Госпромгорнадзора, Центральным штабом ГВГСС и НИИГД. Это положение не распространяется на случаи аварийного реверсирования, предусмотренные планами ликвидации аварий.
(2)
