WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

В п. 3.1 исследовалось влияние расстояния между сопряжением и местом установки взрывозащитных перемычек парашютного типа (ВЗПП) (рис.1). Давление в подошедшей к сопряжению УВ 3.05 атм, Купол парашюта перекрывает сечение выработки на 70 %, т.е. коэффициент перфорации = 0.3. В таблице приведены значения расстояния L от сопряжения, на котором установлена ВЗПП, давление Р2 в УВ в выработке 2 и в выработке 3 (Р3) за перемычкой. P3таб - давление, рассчитанное через известные коэффициенты затухания УВ.

Таблица 1.

L, м P2, атм P3, атм P3таб, атм ВЗПП не 1 1.50 2.75 2.установлена 2 4.0 2.15 1.93 1.2 3 10.0 2.00 1.4 20.0 1.80 1.Рис. 1 - Т-образное сопряжение вырабо5 40.0 1.60 1.ток: давление перед сопряжением 3.6 100.0 1.50 1.75 1.атм, коэффициент перфорации = 0.Видно, что с установкой ВЗПП давление в выработке 2 резко увеличивается (строка 2 табл. 1), а в выработке 3 позади перемычки уменьшается. С увеличением L давления в выработке 2 и в выработке 3 позади перемычки уменьшаются, и на расстоянии 100 м давление в выработке 2 становится равным давлению в УВ, когда перемычка на сопряжении не установлена (см. строки 1 и 6 табл. 1).

Аналогичное исследование других типов сопряжений показало, что 100 м является критическим расстоянием, на котором взаимодействие УВ с парашютной перемычкой не влияет на параметры УВ в зоне сопряжения.

Расчёты, проведённые в п. 3.2, показали, что управление затуханием УВ с помощью последовательного использования нескольких ВЗПП позволяет снизить перепад давления в УВ на значительную величину.

При опасности сильного взрыва на пути УВ часто устраивают завал или загромождение выработки. Эффективность одного и двух последовательно расположенных завалов с коэффициентом перфорации = 0.2 исследована в п. 3.3.

5.Взрыв метановоздушной смеси моделиP, атм P (at) ровался в тупике на длине 30 м с давлеа) 4.нием 16 атм. Кривые давления на рис. построены с интервалом 0.5 с.

3.При отсутствии завалов УВ через м имеет давление 0,3 атм. Если в выра2.ботке на расстоянии 200 м от тупика ус4 тановлен завал, то за завал выходит волна 5 7 меньшей интенсивности. Энергия УВ 1.поддерживается высоким давлением в обx (100 m) х, 102 м ласти между завалом и тупиком, поэтому 0.0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.ее интенсивность с пройденным расстоя4.P (at) нием практически не меняется (см. рис.

P, атм б) 2а). Тем не менее интенсивность УВ после прохождения ею расстояния 2100 м 3.0,12 атм, что значительно ниже, чем при отсутствии завала. При переносе завала 2.на 600 м от тупика давление УВ на расстоянии 2100 м от места взрыва составля7 ет 0,115 атм (см. рис. 2б). Два завала, ус1.тановленные на расстоянии 200 и 600 м от тупика, более эффективно снижают х, 102 м x (100 m) давление в УВ, чем один. УВ на расстоя0.0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.нии 2100 м имеет уже безопасное для че5.ловека давление 0,08 атм (см. рис. 2в).

P, атм P (at) в) Если давление в УВ может превысить 4.давление, на которое рассчитана взрывоустойчивая перемычка, перед ней можно 3.создать завал, который частично отразит набегающую УВ. В п. 3.4 исследован та2.кой способ управления распространением УВ, результаты которого приведены на 5 67 8 1.рис. 3. Видно, что если перед завалом максимальное давление торможения равx (100 m) х, 102 м 0.но 6,81 атм, то после завала – 5,02 атм, а 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.на перемычке, расположенной в 100 м от Рис. 2 - Завалы на расстоянии:

завала, - 4,66 атм. Поскольку после проа) 200 м; б) 600 м; в) 200 и 600 м; = 0.хождения завала давление в УВ падает медленно, то располагать его можно на любом расстоянии перед перемычкой.

По результатам расчётов был построен график (рис. 4), с помощью которого можно по интенсивности набегающей УВ при различных значениях доли проходного сечения выработки найти величину коэффициента затухания К0, а затем, используя следующее соотношение быстро определить давление позади завала PK = PH -1 K0 +1, (27) ( ) где РК - давление торможения в УВ после прохождения завала, атм; РН - давление торможения в УВ перед завалом, атм; К0 - коэффициент затухания УВ при прохождении завала. Учитывая, что давление на перемычку можно считать таким же, пренебрегая падением давления при прохождении волной небольшого расстояния от границы завала до перемычки. Используя рис. 4 и соотношение (27), можно в аварийной ситуации, не прибегая к численным расчётам, сделать быструю оценку взрывоустойчивости перемычки. Ошибка не превышает 6 %.

Р, атм P, (0.1 MPa) 8.1.6.0.=0.4.0.=0.2.0.=0.t, c t, c PH, (атм) 0.0.0.0 0.4 0.8 1.2 1.0.00 4.00 8.00 12.Рис. 3 – Давление торможения в УВ: Рис. 4 - Значения коэффициента зату1 - перед завалом; 2 - после завала; хания УВ при прохождении завала от 3 - на перемычке интенсивности УВ при различных В п. 3.5 рассмотрен способ управления распространением УВ, когда вместо завала перед взрывоустойчивой перемычкой установлен водяной заслон или водоналивная перемычка. В этом случае вместо ожидаемого понижения давления на перемычку, можно получить его увеличение, по сравнению со случаем, когда водяного заслона нет (рис. 5). Это происходит из-за инерционности газокапельной зоны, которая после прохождения через нее УВ движется вслед за ней и может сжать воздух перед перемычкой до высоких давлений. С увеличением расстояния между водяным заслоном и пере0.P, МПа P, MPa мычкой (100 м) максимальное давление на неё падает, и, начиная с некоторого 0.расстояния, давление выходит на посто0.3 янное значение. Рекомендуемое расстояние, на котором возникает эффект суще0.ственного уменьшения давления – 300-м. Аналогичный результат получен и для 0.водоналивной перемычки.

На основании расчётов, проведённых t, с t, c 0.в широком диапазоне изменения началь0 1 2 3 4 ных параметров, предложен приближенРис. 5 - Зависимость давления на переный способ расчета максимального давлемычку от времени: 1 – заслона нет; 2 – ния на перемычку, когда перед ней распозаслон (длина 30 м, 30 кг/м3) на расложен водяной заслон. Расхождение с рестоянии 35 м от перемычки; 3 – на расстоянии 270м; 4 – на расстоянии 400м зультатами расчётов составляет 12-14%.

Оно обусловлено поджатием газа в объеме между перемычкой и движущейся газокапельной «пробкой», которое не учитывается в приближенном расчете.

Взрывозащитные парашютные перемычки (ВЗПП) выдерживают перепады давления в УВ, не более 2,5-3 атм. Тем не менее, можно подобрать параметры водяного заслона так, чтобы УВ, прошедшая через него, не сорвала ВЗПП с крепления. Для этой ситуации в п. 3.6 на основе зависимостей коэффициентов затухания от интенсивности набегающей УВ при различных значениях массы воды в заслоне на единицу площади поперечного сечения выработки и доли проходного сечения выработки в месте установки ВЗПП, разработан приближённый способ расчета максимального давления на парашютную перемычку.

В п. 3.7 исследована эффективность использования пористых перемычек и определены параметры их структуры, обеспечивающие наибольшее гашение энергии УВ. Перемычки толщиной L, пористости, с характерным размером структурных элементов Dekv. установлены на расстоянии L от тупика. Толщина перемычек L, пористость, характерный размер структурных элементов Dekv.

Рассмотрено два варианта, когда перемычка полностью перекрывает сечение выработки (рис. 6.а) и когда она состоит из двух одинаковых половинок, перекрывающих просвет сечения выраL L ботки, но поставленных со смещениа) ем L, обеспечивающим проход персонала шахты (рис. 6.б).

x0 Lk Движение газа в выработке после L L L взрыва моделировалось уравнениями б) газовой динамики в двухмерном приближении. Взаимодействие газа с поx0 Lk ристым слоем учитывалось силой трения в правых частях уравнений Рисунок 6 - Типы пористой перемычки движения формулой Эргуна.

u v + + = 0, (1) t x y u ( u2 + p) uv ++ = -Fx, (2) t x y v vu (v2 + p) + + = -Fy, (3) t x y E (Eu + pu) (Ev + pv) ++= 0, (4) t x y P = RT, (5) Fx = 150 u 1-2 3Dekv +1,75 u u 1- 3Dekv, (6) ( ) Fy = 150 v 1-2 3Dekv +1,75 v v 1- 3Dekv, (7) ( ) u 0,y,t = 0 u Lk,y,t = 0 x,0,t = 0 x,h,t = Граничные условия: ( ), ( ), ( ), ( ). (8) Начальные условия: (x, y,0) = н, u(x, y,0) = 0, (x, y,0) = 0. (9) 1, x < Lk - L - L P 0 < x < x 1, p(x, y,0) =,, (10) P, x0 < x < Lk (x, y) =, Lk - L - L < x < Lk - L H 1, x > Lk - L здесь t – время, x, y – декартовы координаты, – плотность, p –давление, u, v – скорости, T – температура, R – газовая постоянная, Lk –длина выработки, h – ширина выработки, Fx, Fy – силы трения, –пористость, – вязкость газа, Dekv – характерный размер структурных элементов пористого слоя, E – энергия единицы массы газа.

Система уравнений (1)-(10) решалась методом С.К. Годунова. В расчетах варьировались величины толщины пористого слоя L, пористости, Dekv. При взаимодействии с такой перемычкой УВ частично отражается и частично проходит через неё.

Из рис. 7 видно, что влияние пористого слоя толщины 0.6 м на величину давления в прошедшей УВ начинает сказываться при величине размера структурных элементов пористого слоя порядка 0,01 м. При уменьшении размера структурных элементов и пористости слоя давление в прошедшей УВ уменьшается. Результаты расчетов, представленные на рис. 8, позволяют оценить значения параметров пористого слоя, которые обеспечивают уменьшение интенсивности УВ на заданную величину.

2. Pm, атм P, P,атм 1.

m 1.1.3.

1.1.a 2.a 1.3.a 1. lg(Dekv ) 1.-3 -2 -1 Рис. 7 - Зависимость давления торможения за Рис. 8 - Зависимость давления торможеперемычкой от логарифма характерного разния за перемычкой от пористости слоя:

мера структурных элементов пористого слоя:

1 – L=0.6 м, Dekv=0.2 м; 2 – L=0.6, 1.а – L=1.2 м, =0.98; 2.а – L=1.2 м, Dekv=0.01; 3 -L=0.6, Dekv=0.001, 4 – =0.94; 3.а – L=1.2 м, =0.90; 1. a – L=0.L=1.2 м, Dekv=0.1 м; 5 – L=1.2, м, =0.98; 2. a – L=0.6 м, =0.94; 3. a – Dekv=0.01; 6 – L=1.2, Dekv=0. L=0.6 м, =0.Для пористой перемычки, составленной из двух разнесённых частей, давление в прошедшей за перемычку УВ существенно выше. Однако такое повышение давления можно скомпенсировать, выставив перемычки большей ширины.

Например, при установке разнесенной перемычки с частями не 2, а 3 м шириной давление торможения за перемычкой становится даже меньше, чем в случае установки сплошной перемычки.

В четвёртой главе рассмотрены отдельные аспекты применения результатов выполненных исследований. Так, в п. 4.1 проведён анализ предшествующих взрыву сложных газодинамических процессов в вентиляционной сети шахты и в обрушенной среде выработанного пространства, которые влияют на формирование и величину первоначально загазованного объёма. Даны практические рекомендации по заданию начальных параметров взрыва. При неполной информации, необходима промежуточная корректировка исходных данных.

19 марта 2007 г. в филиале «Шахта «Ульяновская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» произошёл взрыв метановоздушной смеси и угольной пыли, унёсший жизни 110 человек. Неправильно установленные сланцевые заслоны не смогли локализовать взрыв. В результате авария переросла в катастрофу. В п. 4.2 проведено моделирование двух аварийных ситуаций (рис. 9):

- взрыв без учёта локализующего воздействия сланцевых заслонов;

- взрыв с учётом срабатывания водяных заслонов.

а) б) - зона распространения продуктов взрыва;

- зона поражения по давлению.

Рис. 9 – Горные выработки, которые попали под воздействие поражающих факторов взрыва, при (а) не сработавших и (б) сработавших локализующих заслонах В первой ситуации сформировавшаяся УВ переводила во взвешенное состояние отложившуюся угольную пыль, которая воспламенялась следующим за волной фронтом пламени. Это привело к формированию зон поражения очень большой протяжённости. Динамическому воздействию подверглись практически все действующие выработки шахты (см. рис. 9а).

При расчёте второй ситуации сланцевые заслоны были заменены более эффективныВентиляционный ми водяными. Как и в предыдущем расчёте штрек 50-11 бис от очага воспламенения пошли две волны:

одна в сторону вентиляционного штрека, Лава другая – в сторону конвейерного (рис. 10).

50-11 бис L=270 м Выйдя на эти штреки, волны сразу же встретили на своём пути водяные заслоны, срабаОчаг воспламенения тывание которых резко снизило температуру Конвейерный штрек 50-11 бис и давление, что предотвратило воспламенение скоплений угольной пыли за пределами Вентиляционный штрек 50-заслонов. Размеры зон поражения сильно уменьшились, и взрыв был локализован в Рис. 10 – Фрагмент аварийного участка пределах аварийного участка (рис. 9б).

в районе очага воспламенения На рис. 11 представлены результаты расчётов, показывающие эффективность действия водяных заслонов. Так, на рис. 11а и 11б показано изменение давлений на вентиляционном штреке 50-11 бис в сопряжениях (узлах) 1155 и 1062 при не сработавшем заслоне. Видно, что в узле 1155 максимальное давление в момент прихода туда УВ составляло 4,5 атм. В узле 1062 это давление снизилось до 1,атм, что смертельно для человека. При срабатывании заслона (рис. 11в и 11г) давление в тех же узлах снизилось с 1,6 до 1,09 атм, т.е. до безопасного уровня.

Аналогичная ситуация, но более сильно выраженная, наблюдается и на конвейерном штреке 50-11 бис в сопряжениях 1156 и 1110 (рис. 12).

а) б) г) в) Рис. 11 – Изменение давления на вентиляционном штреке в сопряжениях 1155, 1062: а, б – заслон не сработал; в, г – заслон сработал а) б) в) г) Рис. 12 – Изменение давления на конвейерном штреке в сопряжениях 1156, 1110: а, б – заслон не сработал; в, г – заслон сработал Сработавшие водяные заслоны привели к существенному снижению максимального давления в узлах 1152 и 1156. Это объясняется сильным взрывом угольной пыли на конвейерном штреке между узлами 1156 и 1110, который не был подавлен установленным на этом участке заслоном (см. рис. 10). В результате давление в лаве и узлах 1152 и 1156 резко возросло. При срабатывании заслона на конвейерном штреке этого взрыва не происходит и давление в узлах 1152 и 1156 существенно ниже, чем в первом случае.

Таким образом, заслоны были в состоянии локализовать взрыв в пределах очистного забоя и резко сократить число погибших горнорабочих.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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