WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

При использовании обоих методов основным параметром, вводимым в расчёты, является температура. Температура воздуха в выработках зависит от многих факторов: температуры пород, влагосодержания насыщенного воздуха, теплоусвоения, теплоотдачи, геотермического градиента и т.д.

Большинство из этих факторов учитываются в методиках расчёта температур воздуха.

Для подтверждения достоверности используемых в вентиляционных расчётах аналитических зависимостей по определению температур выполнены расчёты и результаты сравнены с фактическими замерами температуры горизонтальной выработки в железнорудной шахте. Расчёты проводились по разным формулам и дали отклонения от замеренных температур от 3,4 до 14 %.

В реальных условиях зачастую возникают постоянно (сезонно) повторяющиеся ситуации взаимодействия многочисленных естественных тяг. Например, при вскрытии месторождения группой стволов в центре, наличии сбоек на горизонтах между стволами возникают локальные (контурные) тяги, обусловленные разными температурами в стволах. При определённых условиях естественные тяги могут вызвать изменение направления движения воздуха и даже «опрокидывание» струи в одном или нескольких стволах. Изменение направления движения воздуха на обратное в период нормальной работы шахты приводит к нарушениям всей аэродинамической обстановки в шахте. В холодный период года наблюдается быстрое обледенение устьев стволов, что нарушает работу подъёма. Подобная ситуация имела место на шахте «Магнетитовая». Связь горных работ с поверхностью осуществляется через четыре ствола. Дополнительно стволы связаны ещё с обрушением. Стволы и обрушения в нормальном режиме вентиляции находятся в зоне действия нагнетательного вентилятора и выдают шахтный воздух. При определённых условиях движение воздуха меняется на обратное.

Для получения достоверной картины распределения температур и точных величин естественных тяг выполнены тепловые съёмки для различных периодов года (ежемесячно с июля по декабрь). Замеренные температуры вводились в расчётные формулы естественных тяг, определялись их величины и взаимодействие между стволами и обрушением. Они же являлись условием определения направления движения воздуха в стволах (включая момент «опрокидывания») струи в одном или нескольких стволах.

В повседневной практике для контроля устойчивости движения воздуха в стволах использование расчётных величин естественных тяг как показателя «опрокидывания» затруднительно. Удобнее в этой ситуации оперировать температурами в околоствольных дворах эксплуатируемых горизонтов или температурами потоков, исходящих из стволов. Для стволов шахты предвестником «опрокидывания» в зимний период (декабрь) является температура в руддворе нижнего горизонта ствола, где произойдёт изменение движения в первую очередь. Для условий шахты она составляет 8,28,5 оС. В устье этого же ствола температура исходящего потока 0,5 оС. Критические температурные условия являются основанием для подачи к стволам большого количества шахтного воздуха и предупреждения этого негативного явления.

3.Исследование теплового режима в шахте при подземных пожарах

К основным причинам подземных пожаров следует отнести большую насыщенность горных выработок горючими материалами, несоблюдение правил безопасности ведения сварочных и буровзрывных работ, эксплуатации электрооборудования, неудовлетворительную противопожарную защиту выработок и камер, организационную неподготовленность части рудников к ликвидации аварий такого рода.

Сложность борьбы с пожарами заключается в том, что каждому из них свойственны те или иные специфические особенности, зависящие от местных условий его возникновения и развития.

Высокая температура в очаге пожара приводит к нагреву воздуха и, как следствие, к появлению естественных тяг с большими значениями. Они, в свою очередь, изменяют количество движущихся потоков воздуха, что может вызвать нарушение вентиляции.

Величины естественных тяг не будут постоянными. В каждом отдельном случае для установления заданного вентиляционного режима требуется выполнение расчетов перераспределения воздуха под действием возникшей естественной тяги.

Естественная тяга будет зависеть от температуры движущегося газовоздушного потока и изменения её по мере удаления от очага пожара.
Имеющиеся в настоящее время методики определения температуры в запожаренном объёме в большей степени базируются на практических и экспериментальных данных и позволяют получить точные результаты для каких-то конкретных условий.

Для любых ситуаций может быть принята модель распределения температуры после пожара по времени и длине выработки при использовании одномерного процесса диффузии тепла в движущемся потоке с заданными постоянными граничными условиями и с учётом потерь на теплообмен со стенками выработки (рис. 1).

Рис. 1. Расчётная модель распространения температуры в шахте:

- температура стенок выработок; Т – температура в очаге пожара; Tатм – температура воздуха на поверхности; L1 = l1 + l2 – длины выработок.

Распределение температуры после пожара по времени и длине выработки описывается одномерным уравнением процесса теплопереноса в движущемся потоке с учетом потерь на теплообмен со стенками шахты:

,,, (1)

где - коэффициент температуропроводности; - коэффициент теплопроводности среды (в данном случае воздуха шахты); с, - удельная теплоемкость и плотность массы воздуха; V - скорость вентиляционного потока; - коэффициент проницаемости тепла через стенки выработки, ; - коэффициент теплообмена между потоком среды и окружающими стенками; - периметр поперечного сечения выработки; - площадь поперечного сечения выработки.

Начальные и краевые условия процесса распределения температуры по длине шахты, описываемого уравнением (1), выражаются следующим образом. В точке возникновения пожара при температура среды равна температуре пожара:. На выходе из шахты при поддерживается температура, равная атмосферной:. В начальный момент времени при температура в шахте постоянна по всей ее длине:.

Решение краевой задачи представляется в виде суммы функций, описывающих стационарный режим распределения температуры по длине шахты и временные отклонения от него:

= + +, (2)

где,,, константы и удовлетворяют системе уравнений:

,,

а величины являются коэффициентами разложения функции начального условия в ряд Фурье по системе функций, на отрезке :

=,.

Следует отметить, что программная реализация точной модели распространения температуры в горизонтальных выработках после возникновения пожара весьма затруднительна и применение ее при оперативном управлении средствами по ликвидации пожара затруднительно. Вместе с тем достаточно точные оценки распространения температуры могут быть получены при рассмотрении установившихся режимов.

Если в исходной модели пренебречь диффузионной составляющей переноса температуры по сравнению с переносом тепла вместе с вентиляционным потоком, то установившийся режим распределения температуры после пожара по длине выработки описывается уравнением

, (3)

где параметры V,, имеют тот же смысл, что и в исходной модели.

В результате решения уравнения, описывающего стационарный режим распределения температуры (3), получена достаточно простая формула для расчета температуры в горизонтальной выработке после возникновения пожара:

,, (4)

где x - расстояние от первоначальной точки возникновения очага пожара; - скорость перемещения фронта пожара; - время пожара.

На рис. 2 показаны результаты расчетов распределения температуры по длине выработки в зависимости от скорости вентиляционного потока. Принято: с = 0,24 ккал/кг°С; = 1,22 кг/м3; Тп = 1000 °С; Тст = 20 °С, р = 10 м;
S = 10 м2;

, где V- скорость вентиляционного потока, м/с; - скорость перемещения фронта пожара, м/ч.

Методика расчета стационарного распределения температуры при возникновении эндогенного пожара в обрушении основывается на уравнении теплового баланса. В стационарном режиме поступление элементарного количества тепла из очага пожара в некоторый объём обрушенной среды равно потере тепла в окружающее пространство через ее внешнюю поверхность. Поскольку при потере тепла происходит уменьшение температуры, тепловой баланс запишем в виде:

= -, (5)

где - приведенный радиус шарообразного очага пожара; Т - температура среды на границе обрушения; - радиус шара, эквивалентного объёму обрушения; - температура стенок породы и воздуха в шахте до пожара; с , - удельная теплоемкость и плотность обрушенной породы; - коэффициент теплоотдачи среды.

Интегрирование дифференциального уравнения теплового баланса проводится с краевым условием на границе пожара: при температура Т равна заданной температуре пожара. В результате получена формула для упрощенного расчета температуры на границе условного шарового объёма обрушения после возникновения пожара в центре обрушения:

. (6)

Формулы (4) и (6) являются основополагающим параметром естественных тяг.

4.Разработка программного комплекса плана ликвидации аварий

Безопасность функционирования горного предприятия во многом определяется эффективностью противоаварийной системы защиты подземных работ.

Система слагается из многих факторов. Одним из них является надёжное проветривание, возможность регулирования и управления вентиляционными потоками в условиях аварий (в первую очередь, при подземных пожарах).

Основным документом системы, в котором присутствуют практически все элементы обеспечения безопасности, является ПЛА.

В ПЛА особо следует выделить необходимость проработки оперативной части, в позициях которых отражается вентиляционный режим.

Основой этих позиций являются результаты воздушно-депрессионных съемок (ВДС).

Использование результатов съемок дает возможность рассмотрения большого количества аварийных режимов вентиляции.

Очевидно, задача управления вентиляцией в аварийных режимах усложняется при появлении в системе вентиляции дополнительных побудителей движения воздуха в виде естественных тяг, особенно при подземных пожарах.

Здесь важно закладывать в расчеты вентиляционных сетей обоснованные и достоверные данные об аэродинамических параметрах этих побудителей.

В настоящее время решение задач воздухораспределения практически невозможно без использования специализированного программного обеспечения для ЭВМ. Решение задач воздухораспределения обычно базируется на первоначально вложенном в алгоритм стационарном воздухораспределении (по результатам ВДС) с использованием программ моделирования сетей.

Задачи воздухораспределения являются только частью оперативной составляющей ПЛА.

В то же время современная организационно-вычислительная техника позволяет в полном объеме компьютеризировать весь ПЛА.

Наличие компьютерной разработки ПЛА и ее использование при аварии позволит повысить оперативность решения большинства вопросов, связанных с ликвидацией аварий на рудных шахтах.

В работе выполнен и успешно реализуется на практике программный комплекс ПЛА, включающий в себя три самостоятельных программных модуля:

  • «План ликвидации аварий»;
  • «Фиксирование всех мероприятий и команд на командном пункте ликвидации аварии»;
  • «Вентиляционная модель шахты с программой возможного оперативного расчета воздухораспределения при изменении условий проветривания для нормального и аварийных режимов.

Модуль «План ликвидации аварий» включает в себя «бумажную» форму ПЛА со всеми позициями аварий, планом мероприятий по их ликвидации, пути и время выхода людей из шахты, маршруты и задания горноспасателям. Реализация модуля производится с помощью программы «PLA 2.1». Алгоритм реализации представлен на рис. 3.

Рис. 3. Алгоритм реализации программного модуля «План ликвидации аварий»

Программный модуль «Фиксирование мероприятий по ликвидации аварий состоит из текстового редактора и программы записи звука (Sound PLA – цифровой диктофон) с помощью звуковой карты компьютера, с внесением данных в журнал записи команд. Алгоритм реализации этого модуля показан на рис. 4.

Рис. 4. Алгоритм реализации программного модуля ПЛА

«Фиксирование мероприятий по ликвидации аварии»

Моделирование процессов воздухораспределения в электронной разработке ПЛА выполняется в рамках модуля «Вентиляционная модель». Расчёты основываются на модели вентиляционной системы. Программа реализации модуля включает в себя создание расчётной схемы, сортировку аэродинамических сопротивлений ветвей схемы, построение независимых контуров, определение искомого потокораспределения, проверку полученных решений. Модуль реализуется с помощью программы «Vent 2». Алгоритм программы модуля показан на рис. 5.

Рис. 5. Алгоритм реализации программного модуля

«Вентиляционная модель»

Методика расчёта естественной тяги при подземном пожаре и воздухораспределении в сети выработок заключается в следующем:

- определяется тепловая нагрузка от пожара м3 /мин

где Q – расход воздуха в выработке с пожаром, м3 /с; q – количество горючих материалов на 1 м выработки, м3;

- в зависимости от тепловой нагрузки находится температура в очаге горения:

, 0 С

- рассчитывается скорость распространения пожара, м/ч;

- определяется температура воздуха на любом удалении от очага пожара формула (4). Для расчётной схемы вентиляции температура определяется в узлах на концах выработки (в формуле 4 значение «х»).
Для расчётов естественной тяги принимается средняя температура ветви (среднеарифметическая величина).
Для учёта высоты столба воздуха с поверхности до геодезической отметки ветви определяется приведённое давление в ветви.
По средней температуре и приведённому давлению определяется тепловая депрессия как дополнительный побудитель движения воздуха.

Заключение

В диссертации дано решение актуальной научно-практической задачи - совершенствование систем управления проветриванием рудных шахт на основе учёта распределения температур и появляющихся естественных тяг при подземных пожарах, имеющее существенное значение для повышения эффективности работ по ликвидации аварий.

Основные результаты диссертации состоят в следующем.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»