Державний вищий навчальний заклад“

Донецький національний технічний університет”

МЕЛЬНИКОВА Яна Володимирівна

УДК 622.822.22:622.33

ПІДВИЩЕННЯ СТІЙКОСТІ ПРОВІТРЮВАННЯ ГІРНИЧИХ

ВИРОБОК ПРИ РОБОТІ ЗАСОБІВ ПОЖЕЖОГАСІННЯ

Спеціальність 05.26.01 - “Охорона праці”

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі охорони праці та аерології ДВНЗ “Донецький національний технічний університет” Міністерства освіти і науки України

(м. Донецьк).

Науковий керівник – доктор технічних наук, професор

Булгаков Юрій Федорович,

зав. кафедри охорони праці та аерології

ДВНЗ “Донецький національний технічний

університет” Міністерства освіти і науки України

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пашковський Петро Семенович,

науково-дослідний інститут гірничорятувальної

справи та пожежної безпеки “Респіратор”

Міністерства вугільної промисловості України,

перший заступник директора з наукової роботи

кандидат технічних наук,

Мартинов Авінер Анатолійович,

зам. начальника Донецького

експертно-технічного центру Державного комітету

України з нагляду за охороною праці

Захист дисертації відбудеться “20” грудня 2007 р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 11.052.05 у державному вищому навчальному закладі “Донецький національний технічний університет” за адресою: 83000,

м. Донецьк, вул. Артема, 58, навчальний корпус № 1, ауд. 1.203.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці державного вищого навчального закладу “Донецький національний технічний університет” за адресою: 83000,

м. Донецьк, вул. Артема, 58, 2-й навчальний корпус.

Автореферат розісланий “12” листопада 2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 11. 052.05

д.т.н., проф. В.П. Кондрахін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Протягом десятиліть підземні пожежі залишаються одним з найбільш небезпечних видів техногенних аварій, що спустошують надра землі, знищують підготовлені до виїмки запаси вугілля, виводять з ладу дороге гірничо-шахтне устаткування, а в ряді випадків супроводжуються загибеллю гірників. Тому гасіння підземних пожеж є однією з самих складних науково-технічних проблем вугільної промисловості. Головним етапом ліквідації підземних пожеж відповідно до заздалегідь розробленого плану ліквідації аварій ПЛА є порятунок людей, успіх якого визначається адекватним вибором аварійних вентиляційних режимів, з тим, щоб люди могли найкоротшими шляхами вийти на свіжий струмінь повітря і піднятися на поверхню.

Правильний вибір аварійного вентиляційного режиму при пожежі можливий тільки в тих випадках, коли керівники ліквідації аварії можуть вірогідно оцінити і правильно врахувати особливості розвитку пожежі, а також наслідки, зв'язані з застосуванням сучасних засобів пожежегасіння, що володіють власними могутніми джерелами тяги. Ефективність дій керівників ліквідації аварії багато в чому залежить не тільки від їхніх професійних знань, але і від наявності сучасного математичного апарата, що дозволяє моделювати аеродинамічні процеси, що відбуваються в гірничих виробках, і розраховувати на ЕОМ різні варіанти їхніх змін для розробки оперативних заходів щодо збереження стійкості провітрювання.

Цим і обумовлена актуальність дисертації, яка спрямована на розробку науково-обґрунтованих рекомендацій з вибору аварійного вентиляційного режиму з урахуванням впливу роботи засобів пожежогасіння, що володіють власними джерелами тяги.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дійсна робота виконана відповідно до тематичного плану науково-дослідних робіт ДонНТУ: “Теоретичне обґрунтування й експериментальне дослідження аеродинамічних характеристик гірничих виробок і вентиляційних мереж у нормальних та аварійних умовах вугільних шахт України для підвищення рівня безпеки праці шахтарів” (№ ДР 0106U001357) і в рамках госпдоговірної теми “Зробити аналіз причин виникнення і ліквідації найбільш складних аварій на шахтах вугільної промисловості України” (№ ДР 0104U002181).

Мета роботи. Підвищення стійкості провітрювання гірничих виробок при пожежах з урахуванням впливу параметрів роботи засобів пожежогасіння.

Для досягнення поставленої мети визначені наступні задачі дослідження:

- провести аналіз статистичних даних по порушенню провітрювання похилих виробок уклонних полів. Вивчити існуючі методи забезпечення стійкості провітрювання;

- виконати аналіз відомих робіт в області забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок при пожежах;

- провести теоретичні дослідження щодо визначення впливу параметрів роботи засобів пожежогасіння на зміну аеродинамічного опору гірничих виробок;

- провести лабораторні дослідження з вивчення впливу засобів пожежогасіння на режими провітрювання;

- провести натурні шахтні іспити для розробки науково - обґрунтованих рекомендацій з моделювання на ПЕОМ впливу засобів пожежогасіння на стійкість провітрювання.

Об'єкт дослідження – існуючі засоби і способи забезпечення стійкості провітрювання похилих виробок уклонних полів при пожежах.

Предмет дослідження – процеси аеродинамічної взаємодії вентиляційних струменів з різними вогнегасними засобами.

Методи досліджень. Для досягнення поставленої мети в роботі використовувалися аналітичні та емпіричні методи, засновані на класичних поняттях аеродинаміки і моделювання шахтних вентиляційних мереж, а також лабораторного і шахтного дослідження, проведені на аеродинамічних трубах і в умовах шахти, методи математичного моделювання. Обробка результатів експериментальних досліджень вироблялася з використанням персональної ЕОМ.

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Вперше теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено той факт, що водяні засоби пожежогасіння не тільки істотно впливають на аеродинамічний опір виробки, але і є активним джерелом додаткової тяги, здатним порушувати існуючий режим провітрювання і привести систему в стадію перехідного аеродинамічного процесу. При цьому може відбуватися як позитивне, так і негативне регулювання режиму провітрювання за рахунок чи збільшення чи зменшення депресії аварійної ділянки, при збігу або розбіжності напрямку руху повітряного струменя і водяної завіси.

2. Встановлено, що включення в роботу однієї установки типу ВВР-1 при висхідному провітрюванні, призводить до росту аеродинамічного опору виробки на 30 - 40 % у тому випадку, коли напрямки водяного і повітряного струменів протилежні. При спадному провітрюванні похилої виробки за рахунок впливу аеродинамічного напору водяного потоку, у випадку збігу напрямку його поширення з напрямком руху повітряного струменя, навпаки, опір виробки знижується, що призводить до позитивного регулювання дебіту повітря.

3. Встановлено залежність витрати повітря у виробці від параметрів роботи установки водяного пожежогасіння: витрати і тиску води, швидкості руху крапель і їхньої дисперсності, кількості водорозбрискувачів, що дозволяє врахувати вплив параметрів засобів пожежогасіння при моделюванні процесів воздухоросподілу при веденні аварійних робіт.

4. Вперше розроблена математична модель аеродинамічної взаємодії роспиленої краплинної рідини з вентиляційним потоком, що враховує дисперсність крапель водоповітряної суміші, її швидкість, щільність, а також утрати маси рідини при зіткненні крапель, і що дозволяє оцінювати наслідки, викликані увімкненням у роботу установок водяного пожежогасіння, і розраховувати параметри стійкого режиму провітрювання.

Практичне значення одержаних результатів.

1. На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблений метод розрахунку аеродинамічних характеристик гірничих виробок і параметрів повітряного потоку при виникненні і розвитку пожежі, що базується на обліку впливу власних джерел тяги, що утворяться при роботі засобів пожежогасіння.

2. Розроблено інженерну методику розрахунку аеродинамічних параметрів вентиляційного потоку в гірничих виробках при пожежах, практичне застосування якої дозволяє оперативно розрахувати вентиляційні параметри, необхідні для вибору ефективного аварійного режиму провітрювання шахти при пожежі і тим самим підвищити безпеку й ефективність робіт з порятунку людей, ліквідації аварій і їхніх наслідків.

3. Розроблена методика включена в “Рекомендації з визначення аеродинамічних параметрів гірничих виробок і джерел тяги в нормальних та аварійних умовах”, що впроваджені і використовуються в підрозділах ДВГРС і виробничих об'єднаннях Мінвуглепрому України при оперативному керуванні вентиляцією шахт і веденні гірничорятувальних робіт.

Особистий внесок автора полягає в визначенні мети і постановці задач досліджень, теоретичному обґрунтуванні й експериментальному дослідженні механізму впливу параметрів роботи засобів пожежогасіння на стійкість провітрювання гірничих виробок, у плануванні експериментів і математичній обробці результатів лабораторних і шахтних досліджень.

У публікаціях зі співавторами основні ідеї належать здобувачеві.

Апробація роботи. Результати дисертаційної роботи доповідалися і були схвалені на щорічних наукових симпозіумах “Тиждень гірника - 2005” (Москва, 2005), “Тиждень гірника -2006” (Москва, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції “Геотехнології ХХІ століття” (Донецьк, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції “Геотехнології та керування виробництвом у ХХІ столітті” (Донецьк, 2007), Міжнародній конференції по гірничій теплофізиці (Польща, Глівіце, 2005), 30-й Міжнародній конференції по безпеці гірничих робіт науково-дослідницьких інститутів (ПАР, 2003), на розширеному семінарі кафедри “Охорона праці та аерологія ” (ДонНТУ, 2007).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 13 статей, з яких 11 у фахових виданнях ВАК України й однієї монографії, а також чотирьох тез конференцій

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, п’яти розділів і висновку, містить 150 сторінок машинописного тексту, 32 рисунки, 24 таблиці, список літератури з 104 найменувань і один додаток. Загальний обсяг роботи 211 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ “Стан питання, мета та задачі дослідження”, присвячений оцінці стану охорони праці у вугільній промисловості України й аналізу сучасного стану наукових досліджень в області забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок при пожежах.

Виконано аналіз робіт відомих вчених А.А. Скочинського, В.І. Огієвського, Г.Г. Соболєва, І.П. Бєліка, В.Я. Балтайтиса, В.Є. Мухіна, В.І. Кравченка, М.М.Шило, В.А. Єгорова, Ю.Ф. Булгакова, В.І. Маєвської, І.Є. Болбата, В.О.Трофімова, у яких дається класифікація підземних аварій, викладаються причини їхнього виникнення, описуються способи і прийоми ліквідації аварій, а також оцінюються застосовані при цьому вентиляційні режими. Розглянуто праці закордонних дослідників, що також відзначають, що керування вентиляційними струменями в складних умовах сучасних шахт при аварійних ситуаціях вкрай актуально, і знаходиться в центрі уваги інженерів і науковців багатьох країн. Особлива увага приділяється питанням підвищення стійкості провітрювання похилих виробок, оскільки в них може відбутися перекидання струменя.

З проведеного аналізу випливає висновок про те, що питання впливу засобів пожежогасіння на стійкість провітрювання не досить повно вивчені. У цьому зв'язку вивчення особливостей вибору аварійних вентиляційних режимів при пожежах у вугільних шахтах є досить актуальною науковою задачею.

В другому розділі “Теоретичні дослідження впливу режимів роботи засобів пожежогасіння на умови провітрювання гірничих виробок” представлені результати теоретичних досліджень щодо забеспечення стійкості провітрювання похилих виробок при пожежах, а також приведені результати моделювання аеродинамічного впливу краплинної рідини при роботі водяних засобів пожежогасіння на режим провітрювання виробок. При цьому розглядався випадок автоматичного увімкнення в роботу серійних установок УВПС і установки ВВР, конструкції НДІГС. Установка УВПС призначена для локалізації і гасіння пожеж у виробках, які обладнані стрічковими конвеєрами, і при увімкненні утворить водяну завісу.

Розроблена математична модель, яка описує вплив роспиленої води на режим провітрювання. Приведено основні рівняння процесу, з яких складена система диференційних рівнянь з початковими і граничними умовами.

,

Система рівнянь збереження кількості руху при е1 ? 1:

;

.

Граничні умови в місці роботи установки пожежогасіння:

1) е1(0) =е10 ; 2) х1 (0) = х10 ; 3) е2(0) =е20 ; 4) х2 (0) = х20.

Рішення системи отримане у чисельному вигляді.

При цьому розглядалося два випадки: сонаправлений рух крапель рідини з вентиляційним потоком і протинаправлений рух. Як випливає з графіків (рис. 2, 3) при збільшенні витрат роспиленої рідини зростає аеродинамічний опір виробки, що може привести до перекидання вентиляційного струменя.

1. Сонаправлений рух крапель рідини і вентиляційного потоку.

;

;

.

Розрахунок очікуваної витрати повітря при різній депресії, що створюється завдяки роботі установок водяного пожежогасіння по ходу вентиляційного струменя.

.

Вихідні дані для розрахунку прийняті наступними: Q0 = 10 м3/с; S = 8 м2; v20 = 10 м/с. При цьому приймемо v2 > v1.

2. Протинаправлений рух крапель рідини і вентиляційного потоку.

;

;

.

Розроблена математична модель аеродинамічної взаємодії краплинної рідини з вентиляційним потоком і її реалізацією на ЕОМ дозволяють прогнозувати наслідки, викликані раптовим увімкненням установок водяного пожежогасіння, і заздалегідь розробити заходи щодо стійкого провітрювання аварійних виробок, обладнаних стрічковими конвеєрами.

Також були проведені теоретичні дослідження з оцінки впливу газових і пінних засобів пожежогасіння на режими провітрювання.

При цьому отримане рівняння збереження кількості руху при поширенні парогазової суміші по мережі гірничих виробок:

Виконано оцінку впливу пінних засобів на повітророзподіл, при цьому отримане рівняння депресії, що необхідна для руху пінного потоку по мережі гірничих виробок у виді:

,

а також визначено аеродинамічний опір пінного потоку у вигляді:

.

Розроблено аналітичний апарат для розрахунку параметрів подачі парогазової суміші, повітряно-механічної піни і пінопарогазової суміші з урахуванням роботи генератора ГІГ як вентилятора й ежектора, руху пінного потоку як в’язко-палстичного середовища.

У третьому розділі “Експериментальні дослідження впливу засобів пожежогасіння на ефективність провітрювання гіничих виробок” приведені результати лабораторних досліджень на аеродинамічній трубі по перевірці теоретичних гіпотез про вплив засобів пожежогасіння на режими провітрювання, а також представлена методика планування і проведення шахтних натурних іспитів та їхні результати.

Експеримент проводився на лабораторній установці, що складається з моделі горизонтальної виробки постійного перетину, виготовленої в масштабі 1:25 натуральної величини гірничої виробки шахти ДВГРС, у якій надалі проводилися натурні дослідження. Установка має необхідну вимірювальну апаратуру.

Для одержання експериментальних даних, порівнянних з результатами натурних досліджень були дотримані основні вимоги теорії подоби і розмірностей. Експеримент математично планувався. Був застосований метод, заснований на побудові математичної моделі процесу, що описує шукану залежність.

Вірогідність отриманих експериментальних даних забезпечується проведенням досліджень з використанням сучасної вимірювальної апаратури і виконанням умов щодо її тарування й експлуатації. Отримані експериментальні дані оброблялися з використанням загальноприйнятих статистичних методів. Перевірка статистичних гіпотез здійснювалася з імовірністю 95 %. Результати лабораторних досліджень наведені на рис. 4.

Рис. 4. Графік аеродинамічних параметрів виробки: 1 - без форсунки, що працює; 2 - із форсункою, що працює з продуктивністю 0,07 л/с; 3 – із форсункою, що працює з продуктивністю 0,14 л/с; 4 - із форсункою, що працює з продуктивністю 0,2 л/с; 5 – ізфорсункою, що працює з продуктивністю 0,3 л/с

Натурні експерименти проводилися в експериментальній шахті ДВГРС України. Ціль шахтних експериментальних досліджень – визначення можливості перекидання вентиляційного струменя при роботі водяних засобів пожежогасіння, а також оцінка кількісних співвідношень між витратою повітря у виробці і параметрами роботи водяної установки.

В експерименті використовувався гвинтовий водорозбрискувач ВВР-1, що знаходиться на озброєнні підрозділів ДВГРС і, що застосовується для створення водяних завіс на шляху поширення пожежі. Витрата води через один розбрискувач при тиску 0,4…0,7 МПа складав 15…21 м3/год.

Оцінка впливу ВВР-1, який працює відбувалася при чотирьох різних режимах роботи вентилятора головного провітрювання, а також при його повній зупинці, коли провітрювання шахти здійснювалося тільки за рахунок природної тяги. Для одержання достовірних результатів при кожнім режимі роботи ВГП вироблялися чотири виміри при розпиленні води ВВР-1 як по ходу вентиляційного струменя, так і назустріч повітряному потоку.

Середні значення результатів вимірів по кожнім режимі наведені в таблиці і на графіку (рис. 5).

З графіка видно, що вміру зменшення початкової витрати повітря у виробці зростає ступінь впливу працюючого ВВР на її провітрювання. Крім того, при Q0=1,04 м3/с струмінь перекинувся. Аналіз отриманих результатів показав, що при роботі водяних засобів пожежогасіння аеродинамічний опір похилих виробок при висхідному провітрюванні вище, ніж при спадному в 1,75 - 2,5 рази.

Методика проведення експериментів базується на відомих положеннях теорії подоби і планування експериментів, а також на результатах проведених теоретичних досліджень.

Витрата повітря у виробці

при тиску води в трубопроводі 0,5 МПа, qф = 4,7 м3/с.

Витрата повітря у виробленні при

непрацюючому ВВР-1, м3/с

Q0 | Витрата повітря при роботі ВВР-1 проти струменя повітря, м3/с

Q1 | Витрата повітря при роботі ВВР-1 по ходу вентиляційного струменя, м3/с

Q2 | Зміна витрати повітря в результаті роботи

ВВР-1, м3/с

?Q

1 | 2 | 3 | 4 | 5

2,77 | 2,54 | 3,03 | 0,26 | 0,23

2,45 | 2,10 | 2,78 | 0,33 | 0,35

2,09 | 1,69 | 2,56 | 0,47 | 0,40

1,56 | 0,84 | 2,34 | 0,72 | 0,78

ВГП виключений

1,04 | Струмінь перекинувся

-0,44 | 2,43 | 1,39 | 1,40

Рис. 5. Аеродинамічні характеристики виробки при різних режимах роботи ВВР-1: 1 – при роботі ВВР-1 на зустріч потоку повітря; 2 – характеристика мережі при не працюючому ВВР-1; 3 – при роботі ВВР-1 по ходу вентиляційного струменя

Результати лабораторних і шахтних експериментів практично збігаються (рис. 6). Результати оброблялися за методом найменших квадратів з мінімізацією відносних значень так, щоб при малих значеннях абсолютних величин відхилення були мінімальні. Як видно з наведених графіків збіжність теоретичних і експериментальних даних висока, середньоквадратичне відхилення не перевищує 10-15 %.

Рис.6. Результати порівняння розрахункових (крива лінія) і експериментальних (трикутники) даних стійкості вентиляційного струменя в гірничій виробці при роботі водорозбрискувача ВВР-1 проти повітряного потоку

У результаті досліджень встановлено, що перекидання вентиляційного струменя відбувається, коли депресія вентилятора головного провітрювання стає менше депресії одного водяного факела, рівної hф = 0,3 Па.

Рис.7. Результати порівняння розрахункових (крива лінія) і експериментальних (трикутники) даних стійкості вентиляційного струменя в гірничій виробці при роботі водорозбрискувача ВВР-1 по ходу руху повітряного потоку

У четвертому розділі “Особливості комп’ютерного моделювання аварійних вентиляційних режимів при роботі технічних засобів пожежогасіння” представлені результати комп'ютерного моделювання аварійних вентиляційних режимів при роботі засобів пожежогасіння.

Виконані теоретичні та експериментальні дослідження дозволяють стверджувати, що при моделюванні водяних засобів пожежогасіння необхідно розглядати як додаткове, активне джерело тяги в гірничій виробці і це потрібно враховувати при розробці ПЛА.

На прикладі шахти Щегловська-Глубока моделювалася пожежа в похилій гірничій виробці зі спадним (рис. 8) і висхідним провітрюванням (рис. 9) (пожежна виробка виділена червоним кольором) з областю загазування до вмикання установок водяного пожежогасіння (жовтим кольором) і після вмикання засобів пожежогасіння (блакитним кольором). При вмиканні водяних засобів пожежогасіння відбулося перекидання вентиляційного струменя, що має на увазі проведення заходів щодо стабілізації вентиляційної обстановки в мережах гірничих виробок, а також корегування ПЛА.

Рис. 8. Схема моделювання пожежі в похилій гірничій виробці зі спадним провітрюванням (виділена червоним кольором) з областю загазування після перекидання вентиляційного струменя (блакитним кольором)

Рис. 9. Схема моделювання пожежі в похилій гірничій виробці з висхідним провітрюванням (виділена червоним кольором) з областю загазування після перекидання вентиляційного струменя (блакитним кольором)

У результаті досліджень встановлено, що в моделі шахтної вентиляційної мережі газогенератор необхідно моделювати окремою галуззю, аналогічно вентилятору головного провітрювання.

Піногенератор моделюється крапковим джерелом тяги і додатковим опором пінному потоку у виробці.

В п'ятому розділі “Рекомендації щодо забезпечення мір безпеки при застосуванні водяних та газових засобів пожежогасіння” представлені рекомендації щодо забезпечення мір безпеки при застосуванні водяних і газових засобів пожежогасіння. Також визначена соціально-економічна ефективність упровадження методики комп'ютерного моделювання для розробки ПЛА.

Через складність оцінки соціально-економічної ефективності були розглянуті лише деякі, найбільш важливі аспекти впровадження ПЛА. При цьому використовували відомі апробовані методи оцінки ефективності інститутів по безпеці робіт у вугільній промисловості МакНДІ і НДІГД. Показниками, що поліпшать соціально-економічне положення шахт у результаті впровадження ПЛА є:

1. Показник скорочення витрат на виплату компенсацій по інвалідності, Ви.

2. Показник скорочення витрат, які зв'язані з матеріальними наслідками випадків з летальним наслідком, Ул.

3. Економічна ефективність, яка пов'язана зі зменшенням обсягу медичної допомоги через скорочення травматизму при впровадженні ПЛА, а також економія витрат охорони здоров'я за рахунок зниження кількості госпіталізованих, Езо.

4. Економічна ефективність для органів соціального страхування і соціального забезпечення, Есо.

5. Економія витрат на матеріальне забезпечення у зв'язку з тимчасовою непрацездатністю, Евн.

6. Економія витрат на виплати пенсій по інвалідності, ЕПі.

7. Економія витрат на відшкодування матеріального збитку у зв'язку з утратою годувальника, ЕПк.

Сумарна розрахункова економія витрат за перерахованими показниками для шахти Щегловська-Глубока складає 1,4 млн. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, у якій дане теоретичне узагальнення і представлене рішення актуальної наукової задачі, що полягає в розкритті закономірностей впливу різних засобів пожежогасіння на аеродинамічний опір гірничих виробок і режими їхнього провітрювання для наукового обґрунтування заходів і рекомендацій з підвищення стійкості провітрювання похилих виробок. Виконані дослідження дозволили розширити представлення про особливості впливу власних джерел тяги засобів пожежогасіння, на режими провітрювання і виявити цілий ряд нових факторів, що обумовлюють порушення стійкості похилих вироок при гасінні пожеж.

Основні наукові і практичні результати роботи:

1. Вперше дано математичний опис аеродинамічних процесів у гірничих виробках при пожежах з урахуванням параметрів роботи водяних і газових засобів пожежогасіння, що дозволяє при рішенні задач аварійної вентиляції підвищити точність розрахунків параметрів вентиляційних потоків.

2. Експериментально визначені кількісні характеристики впливу різних засобів пожежогасіння на зміну аеродинамічних параметрів гірничих виробок.

3. Визначено умови порушення стійкості провітрювання при пожежах у похилих виробках з висхідним провітрюванням, а також запропоновані науково-обгрунтовані методи забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок при роботі засобів пожежогасіння.

4. Розроблено математичну модель аеродинамічної взаємодії розпиленої краплинної рідини з вентиляційним потоком, що враховує дисперсність крапель водоповітряної суміші, її швидкість, щільність, а також утрати маси рідини при зіткненні крапель, і що дозволяє оцінювати наслідки, викликані увімкненням установок водяного пожежогасіння, і розраховувати параметри стійкого режиму провітрювання.

5. Встановлено, що включення в роботу однієї установки типу ВВР-1 при висхідному провітрюванні, призводить до росту аеродинамічного опору виробки на 30 - 40 % у тому випадку, коли напрямки водяного і повітряного струменів протилежні. При спадному провітрюванні похилої виробки за рахунок впливу аеродинамічного напору водяного потоку, у випадку збігу напрямку його поширення з напрямком руху повітряного струменя, навпаки, опір виробки знижується, що призводить до позитивного регулювання дебіту повітря.

6. Встановлено залежність витрати повітря у виробці від параметрів роботи установки водяного пожежогасіння: витрати і тиску води, швидкості руху краплин і їхньої дисперсності, кількості водорозбрискувачів, що дозволяє врахувати вплив засобів пожежогасіння при моделюванні процесів повітророзподілу при веденні аварійних робіт.

7. На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблений метод розрахунку аеродинамічних характеристик гірничих виробок і параметрів повітряного потоку при виникненні і розвитку пожежі, який базується на обліку впливу власних джерел тяги, що базується на обліку впливу власних джерел тяги, що утворюються при роботі засобів пожежогасіння.

8. Розроблено інженерну методику розрахунку аеродинамічних параметрів вентиляційного потоку в гірничих виробках при пожежах, практичне застосування якої дозволяє оперативно розрахувати вентиляційні параметри, необхідні для вибору ефективного аварійного режиму провітрювання шахти при пожежі і тим самим підвищити безпеку й ефективність робіт з порятунку людей, ліквідації аварій та їхніх наслідків.

9. Розроблена методика включена до “Рекомендації з визначення аеродинамічних параметрів гірничих виробок і джерел тяги”, що впроваджені і використовуються в підрозділах ДВГРС і виробничих об'єднаннях Мінвуглепрому України при оперативному керуванні вентиляцією шахт і веденні гірничорятувальних робіт.

Розроблені дисертантом “Рекомендації з визначення аеродинамічних параметрів гірничих виробок і джерел тяги в нормальних і аварійних умовах” затверджені головним по проблемі інститутом НДІГС і прийняті до використання. Основні матеріали дисертації увійшли в першу редакцію навчального посібника по ліквідації складних аварій, виданий за замовленням ДВГРС України. Методика моделювання впливу засобів пожежогасіння на стійкість провітрювання використовується в навчальному процесі ДонНТУ при вивченні курсу: “Комп'ютерне моделювання аварійних вентиляційних режимів”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.А., Мельникова Я.В., Трофимова О.В. Оценка влияния пожара на проветривание горных выработок при работе средств пожаротушения. / Монография: “Геотехнологии и управление производством ХХІ века”, Донецк: ДонНТУ, 2006. – Т.1. - 218 с.: ил., табл.. – Библиогр.: с. 138-143.

2. Гребенкин С.С., Булгаков Ю.Ф., Касьян Н.Н., Агафонов А.В. Поддержание и проветривание выработок глубоких шахт Донбасса: Монография / Мельникова Я.В. Раздел 6. Актуальные вопросы проветривания глубоких шахт.– Донецк: “Каштан”, 2005. – 256 с.: ил., табл. – Библиогр.: с. 195-215.

3. Bulgakov Y.F., Falko S.V., Melnikova Y.V. Aerodinamik interaction of drop liquid with ventilation flows when fires occur in underground workings. // Вісті Донецького гірничого інституту, Донецьк: ДонНТУ, 2005. – № 2. - С. 61-65.

4. Мельникова Я.В. Экспериментальное определение аэродинамического сопротивления горных выработок при работе водяных средств пожаротушения. // М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006. – С. 94-96.

5. Мельникова Я.В. Исследование аэродинамических параметров сети горных выработок при работе технических средств пожаротушения. // М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2005. – С.241-244.

6. Булгаков Ю.Ф., Мельникова Я.В., Алексеенко С.А. Закономерности проявления аэродинамического сопротивления технических средств пожаротушения. // Сб. науч. трудов национального горного университета, Днепропетровск: Наука и образование, 2004.- Т.3. - № 19. - С. 106-112.

7. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.А., Мельникова Я.В., Харьковой М.В. Особенности выбора аварийных вентиляционных режимов при экзогенных пожарах. // Вісті Донецького гірничого інституту, Донецьк: ДонНТУ, 2004. – №1. - С. 28-31.

8. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.А., Мельникова Я.В. Аэродинамическое взаимодействие капельной жидкости с вентиляционными струями при пожарах в горных выработках. // Вісті Донецького гірничого інституту, Донецьк: ДонНТУ, 2004. - № 2. - С. 11-15.

9. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.А., Мельникова Я.В. Новая методика оценки устойчивости проветривания выработок при пожаре с учетом термического расширения воздуха. // Вісті Донецького гірничого інституту, Донецьк: ДонНТУ, 2004. – № 2. - С. 82-87.

10. Булгаков Ю.Ф., Трофимов В.А., Мельникова Я.В., Трофимова О.В. Оценка влияния пожара на проветривание горных выработок при работе средств пожаротушения. // Вісті Донецького гірничого інституту, Донецьк: ДонНТУ, 2006. – № 1. - С. 81-85.

11. Булгаков Ю.Ф., Мельникова Я.В. Моделирование аэродинамического взаимодействия распыленной жидкости с вентиляционным потоком. // Сб. докладов 10 Сессии Международного бюро по Горной Теплофизике. – Гливице, 2005, - С. 515-522.

12. Мельникова Я.В., Чистюхин В.В. Экспериментальное определение параметров вентиляционной сети при работе средств локализации экзогенных пожаров. / Геотехнологии и управление производством ХХІ века, Донецк: ДонНТУ, 2006. – В 2 т. Т 1. - С. 165-169.

13. Prof. Bulgakov Y.F., Doc. Zakharov V.S., Eng. Melnikova Y.V. Gas dividing membrane modulus for creating inert surroundings in fire areas. // 30th International Conference of Safety in Mines Research Institutes, South African Institute of Mining and Metallurgy, 2003.- Р.503-509.

Особистий внесок здобувача в публікаціях:

[1] – обґрунтування задач дослідження; [3] – розробка математичної моделі та обґрунтування; [6] – обґрунтування методів забезпечення стійкості провітрювання; [7] – обґрунтування факторів, які впливають на точність розрахунків аварійних вентиляційних режимів; аналіз методик оцінки; [8] – розробка математичної моделі; [9] – розробка методу оцінки теплових процесів з урахуванням термічного розширення воздуха; [10] – методика моделювання впливу теплової депресії на стійкість провітрювання; [11] – розробка метематичної моделі процесу; [12] – проведення експеременту та обробка результатів; [13] – обґрунтування параметрів експериментальної установки.

АНОТАЦІЯ

Мельникова Я.В. Підвищення стійкості провітрювання гірничих виробок при роботі засобів пожежогасіння. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю: 05.26.01 - “Охорона праці” - державний вищий навчальний заклад “Донецький національний технічний університет” Міністерства освіти і науки України, Донецьк – 2007 р.

У дисертації уперше вирішена актуальна наукова задача, що полягає в розкритті закономірностей впливу засобів пожежогасіння на аеродинамічні опори гірничих виробок і режими їхнього провітрювання. Виконані дослідження дозволили розширити представлення про особливості впливу власних джерел тяги сучасних засобів пожежогасіння, і виявити цілий ряд нових факторів, що обумовлюють порушення стійкості провітрювання похилих виробок при гасінні пожеж. При цьому були досліджені і враховані умови порушення стійкості провітрювання при пожежах у похилих виробках зі спадним і висхідним провітрюванням, а також запропоновані науково-обгрунтовані методи збереження нормального режиму провітрювання.

На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень розроблений метод розрахунку аеродинамічних характеристик гірничих виробок параметрів повітряного потоку при виникненні і розвитку пожежі, який базується на обліку впливу власних джерел тяги, що утворюються при роботі засобів пожежогасіння.

Ключові слова: аварійні вентиляційні режими, засоби пожежогасіння, власне джерело тяги, аеродинамічний опір, стійкість провітрювання, перекидання вентиляційного струменя, комп'ютерне моделювання, метод розрахунку, соціальний ефект.

АННОТАЦИЯ

Мельникова Я.В. Повышение устойчивости проветривания горных выработок при работе средств пожаротушения. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.26.01 - “Охрана труда” - государственное высшее учебное заведение “Донецкий национальный технический университет” Министерства образования и науки Украины, Донецк – 2007 г.

В диссертации впервые решена актуальная научная задача, заключающаяся в раскрытии закономерностей влияния средств пожаротушения на аэродинамическое сопротивление горных выработок и режимы их проветривания. Выполненные исследования позволили расширить представления об особенностях воздействия собственных источников тяги современных средств пожаротушения, и выявить целый ряд новых факторов, обусловливающих нарушение устойчивости проветривания наклонных выработок при тушении пожаров. При этом исследованы и учтены условия нарушения устойчивости проветривания при пожарах в наклонных выработках с нисходящим и восходящим проветриванием, а также предложены научно-обоснованные методы сохранения нормального режима проветривания.

Впервые дано математическое описание аэродинамических процессов в горных выработках при пожарах с учетом параметров работы водяных и газовых средcтв пожаротушения, позволяющее при решении задач аварийной вентиляции повысить точность расчетов параметров вентиляционных потоков.

Разработана математическая модель аэродинамического взаимодействия распыленной капельной жидкости с вентиляционным потоком, учитывающая дисперсность капель водовоздушной смеси, ее скорость, плотность, а также потери массы жидкости при столкновении капель, и позволяющая оценивать последствия, вызванные включением установок водяного пожаротушения, и рассчитывать параметры устойчивого режима проветривания.

Впервые теоретически обоснован и экспериментально подтвержден тот факт, что водяные средства пожаротушения типа не только существенно влияют на аэродинамическое сопротивление выработки, но и являются активным источником дополнительной тяги, способным нарушать существующий режим проветривания и привести систему в стадию переходного аэродинамического процесса. При этом может происходить как положительное, так и отрицательное регулирование режима проветривания за счет увеличения или уменьшения депрессии аварийного участка, при совпадении или несовпадении направления движения воздушной струи и водяной завесы. Экспериментально установлено, что за счет аэродинамического влияния распыленного потока воды, создаваемого одной установкой типа ВВР-1 при восходящем проветривании, сопротивление выработки повышается на 30 - 40 % в том случае, когда направления водяной и воздушной струй противоположны. При нисходящем проветривании наклонной выработки за счет влияния аэродинамического напора водяного потока, в случае совпадения направления его распространения с направлением движения воздушной струи, наоборот, сопротивление выработки снижается, что приводит к положительному регулированию дебита воздуха.

Установлена зависимость расхода воздуха в выработке от параметров работы установки водяного пожаротушения: расхода и давления воды, скорости движения капель и их дисперсности, количества водоразбрызгивателей, что позволяет учесть влияние средств пожаротушения при моделировании процессов воздухораспределения при ведении аварийных работ.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработан метод расчета аэродинамических характеристик горных выработок и параметров воздушного потока при возникновении и развитии пожара, базирующийся на учете влияния собственных источников тяги, образующихся при работе средств пожаротушения.

Разработаны “Рекомендации по определению аэродинамических параметров горных выработок и источников тяги в нормальных и аварийных условиях”, утвержденные головным по проблеме институтом НИИГД и приняты ГВГСС для использования. Основные материалы диссертации вошли в первую редакцию учебного пособия по ликвидации сложных аварий, разработанного по заказу ГВГСС Украины. Методика моделирования влияния средств пожаротушения на устойчивость проветривания используются в учебном процессе ДонНТУ при изучении курса: “Компьютерное моделирование аварийных вентиляционных режимов”.

Ключевые слова: аварийные вентиляционные режимы, установки пожаротушения, собственный источник тяги, аэродинамическое сопротивление, устойчивость проветривания, опрокидывание вентиляционной струи, компьютерное моделирование, метод расчета, социальный эффект.

Авsrасt

Melnikova Y.V. Increase of mine workings ventilation stability when using fire extinguishing means.

Candidate of technical sciences thesis on speciality 05.26.01 “ Labour protection” “Donetsk National Technical University”, Ministry of education and science of Ukraine, Donetsk-2007.

For the first time the thesis has considered the topical problem of analysis of fire-extinguishing means influence on air-dynamic resistance and its ventilation mode. The carried out research has allowed to extend the concept of the influence of the own modern fire-extinguishing ventilation sources and find a number of new factors, which condition the break of ventilation stability in inclined workings when fires are extinguished.

Also, there have been examined and considered of ventilation stability breaks during fires and inclined workings with ascending and descending ventilation. In addition scientifically grounded methods of normal ventilation mode conservation have been suggested.

On the basis of the carried out theoretical and experimental research there has been developed the calculation method of aerodynamic characteristics of air flow parametres in mine workings during the start and development of fire. This method is based on the calculation of own ventilation sources influence which appear during fire-extinguishing means operation.

Key words: emergency ventilation modes, fire-extinguishing means, own ventilation source, aerodynamic resistance, ventilation stability, ventilation flow change, computer modeling, calculation method, social effect.