книги / Рудничная аэрология

§ 12/i. ВЫБОР ВЕНТИЛЯЦИОННОГО РЕЖИМА ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ПОЖАРА

Основные требования к вентиляции при возникновении пожара сводятся к защите людей от пожарных газов при выводе их из шахты и во время работ по ликвидации пожара; предупреждению распространения пожара по сети горных выработок, недопуще­ нию образования взрывоопасных газовоздушных смесей.

Выбор вентиляционного режима зависит от места возникнове­ ния пожара, скорости его распространения, интенсивности вы­ деления метана и образования горючих газов в очаге пожара, схемы вентиляции шахты и отдельных ее участков, путей вывода людей из подземных выработок и возможности подхода их к очагу пожара с целью его ликвидации, наличия средств регулирования воздушными струями.

В зависимости от этих условий выбирают один из следующих режимов: неизменный по дебиту и направлению, ослабленный или усиленный по дебиту и неизменный по направлению; ревер­ сирование вентиляционной струи в масштабе всей шахты или на отдельных участках вентиляционной сети, в том числе с изменением количества воздуха; нулевой режим или так называемая нуле­ вая вентиляция, когда выключают все действующие вентиляторы на шахте или с помощью специальных устройств (например, пере­ мычек) прекращают доступ воздуха к очагу пожара.

Сохранение неизменного вентиляционного режима рекомен­ дуется при возникновении пожара на пластах с обильным выде­ лением метана для предупреждения образования взрывоопасных концентраций.

Ослабленный вентиляционный режим используют в случае, когда на пожарный участок поступает избыточное вколичество воздуха по сравнению с количеством его, необходимым для раз­ бавления взрывоопасных газов до безопасной концентрации. Этот режим позволяет уменьшить скорость распространения продуктов горения и снизить интенсивность пожара.

Усиленный вентиляционный режим применяют в случаях, когда количество воздуха, поступающее в выработки, не обеспечивает разбавления взрывоопасных газов, выделяющихся из обнажен­ ного массива, а дополнительное поступление горючих газов от сухой перегонки резко увеличивает вероятность взрыва.

К реверсированию вентиляционной струи прибегают в на­ чальной стадии пожара, возникшего в главных воздухоподающих выработках (в стволе, штольне и т. д.), для того чтобы обеспечить свежим воздухом людей, находящихся в шахте при выводе их на поверхность. Реверсирование приводит, как правило, к сниже­ нию количества воздуха, поступающего в шахту, на 30 — 40%, что может создавать опасные ситуации, особенно на газовых шахтах. Поэтому после вывода людей из шахты восстанавливают нормальный вентиляционный режим, если это не противоречит принятым мерам по локализации и тушению пожара.

Реверсирование струи в пределах участка шахты чаще всего применяется для обеспечения наиболее благоприятных условий работы горноспасателей при возведении перемычек, ограничения распространения пожара, его тушения.

Режим нулевой вентиляции применяют в негазовых шахтах. При этом режиме развитие пожара и распространение продуктов горения по выработкам происходит очень медленно, активность пожара снижается из-за недостатка кислорода. При выключенных вентиляторах главного проветривания движение воздуха в гор­ ных выработках происходит за счет естественной тяги. Это об­ стоятельство необходимо учитывать при выводе людей из шахты и определении путей подхода к очагу пожара, имея в виду, что на­ правление движения воздуха при выключенном вентиляторе может смениться на противоположное.

При осуществлении любого режима вентиляции необходимо постоянно контролировать содержание газов, с тем чтобы при­ нять своевременные меры по предупреждению взрывов газа.

§ 125. УСТОЙЧИВОСТЬ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ПОЖАРЕ

При возникновении пожара происходит нагрев воздушной струи, что вызывает появление тепловой депрессии. Если очаг пожара расположен в вертикальной или наклонной выработке, по которым движется восходящая струя воздуха, тепловая де­ прессия совпадает по направлению с депрессией вентилятора и усиливает тягу воздуха, создавая устойчивый вентиляционный режим. Если по этим выработкам струя движется вниз, то тепловая депрессия будет противодействовать работе вентиля­ тора и это может привести к опрокидыванию вентиляционной струи. Опрокидывание вентиляционной струи может произойти также и в случае, когда очаг пожара расположен в горизонтальной выработке, а разогретый воздух следует по наклонной выработке вниз.

Величина тепловой депрессии зависит от места пожара, его раз­ меров, температуры в очаге пожара, скорости распространения нагретых газов, высоты нагреваемого столба воздуха.

При разработке мероприятий по обеспечению заданной устой­ чивости при пожаре необходимо знать величину тепловой депрес­ сии, которая возникает в выработке с очагом пожара. Прираще­ ние температуры воздуха At (в °С) на расстоянии D (в м) от очага пожара может быть определено по формуле

По известной температуре воздуха находят удельный вес

Рис. 221. Динамика изменения рас­ хода воздуха при пожаре

Возникновение такой дополнительной депрессии даже при по­ жаре в выработке с восходящей струей может привести к измене­ нию направления движения воздуха в побочных ветвях. На схеме, приведенной на рис. 220, движение воздуха между точками А таВ отсутствует в том случае, если сохраняется равенство отношений

ядовитых газов. Кроме того, может возникнуть явление пульсации расхода воздуха с изменением направления его движения (рис.221).

Чаще всего шахтная вентиляционная сеть представляет со­ бой сложное сочетание выработок, поэтому для установления заданного режима движения воздуха необходимо выполнить расчет перераспределения воздуха за счет тепловой депрессии в допустимых пределах или определить, до каких пределов нужно изменить сопротивление горных выработок, чтобы создать устой­ чивое направление движения воздуха в заданных ветвях.

§ 126. ВЁНТИЛЯЦИОННЫЙ РЕЖИМ ПРИ НАЛИЧИИ ИЗОЛИРОВАННЫХ ПОЖАРНЫХ УЧАСТКОВ

При возведении перемычек для изоляции пожарного участка задача вентиляции сводится к обеспечению безопасных условий работы горноспасателей. В процессе возведения перемычек ко­ личество воздуха, поступающего к очагу пожара, постепенно умень­ шается, а после завершения возведения их воздух не должен по­ ступать к очагу. Однако сооружение абсолютно воздухонепро­ ницаемой перемычки — задача практически невыполнимая. Поэтому для сокращения утечек воздуха через перемычку прибе­ гают к выравниванию давлений воздуха между пожарным участ­ ком и прилегающей к ней выработкой. Для этого па некотором рас­ стоянии от противопожарной перемычки 1 (рис. 222) возводят

Рис. 222. Схема ре­ гулирования давле­ ния воздуха между пожарным участком и выработкой

дополнительную перемычку 2. С помощью вентилятора 3 в про­ странстве между перемычками создается давление Рг, величина которого может регулироваться задвижкой 4, установленной в вентиляционном окне. Давление в пожарном участке Р2 не оста­ ется постоянным, оно зависит от процесса горения, атмосферного давления и т. д. Давление в пожарном участке контролируется ма­ нометром 5. Для того чтобы избежать движения воздуха через перемычки в сторону очага пожара, равенство давлений Рг и Р2 поддерживается за счет работы вентилятора, который должен быть снабжен устройствами, позволяющими осуществлять его работу как на нагнетание, так и на всасывание. Рассмотрен­ ный метод целесообразно применять при сравнительно небольшом числе противопожарных перемычек.

Применение фланговой схемы проветривания позволяет сни­ зить утечки воздуха за счет меньших перепадов давления через выработанное пространство, а также за счет прямоточного дви­ жения воздуха по откаточным и вентиляционным выработкам.

Центральная схема вентиляции менее благоприятна при раз­ работке полезного ископаемого, склонного к самовозгоранию. В связи с этим к изоляции отработанных участков при централь­ ной схеме вентиляции предъявляются повышенные требования.

При любых системах разработки склонного к самовозгоранию полезного ископаемого, способах и схемах проветривания шахт важным условием безопасности работ является хорошо организо­ ванный контроль за состоянием газов и температурой воздуха, который позволяет своевременно обнаружить очаг самонагрева­ ния и принять необходимые меры для его ликвидации.

Г л а в а XXIV

АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ ШАХТ

§ 128. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ

Современные подземные горнодобывающие предприятия ха­ рактеризуются высокой динамикой производства. Большие на­ грузки на забои, концентрация и интенсификация добычи приво­ дят к тому, что вентиляционная сеть шахты постоянно меняется. В течение короткого времени существенно изменяются длины вы­ работок, места расположения забоев, их число, величины утечек воздуха, газовые балансы и газообильность шахт. Все это требует непрерывного контроля за состоянием вентиляции шахты и вы­ сокой оперативности управления ею. Существующие методы «ручного» контроля и управления вентиляцией не отвечают этим

ванное управлевие вентиляторными установками местного провет­ ривания существенно сократило число простоев забоев подготови­ тельных выработок по фактору вентиляции. Внедрение систем

что дало возможность получить значительный экономический эф­ фект. Расчеты показывают, что затраты на создание системы автоматического управления проветриванием (САУП) шахты оку­ паются достаточно быстро (от 2 — 5 лет до нескольких месяцев) за счет более экономичного использования воздуха, снижения про­ стоев участков, повышения производительности труда и улучшения его условий.

в воздухе вредности (например, газа), то п о с т о я н н а я в р е ­ м е н и объекта определяется из выражения

тде 'V — объем зоны смешения (для случая выделения метана — объем выработок и пустот выработанного пространства, активно омываемых воздухом); Q0— начальное, установившееся значение расхода воздуха.

Постоянная времени характеризует инерционность объекта: чем она больше, тем больше.инерционность. В формуле (XXIV.1) эта величина равна времени, необходимому для однократного об­ мена воздуха в объеме V.

К о э ф ф и ц и е н т у с и л е н и я объекта характеризует скорость изменения параметра, подлежащего управлению, по

.данному управляющему фактору при начальных условиях. На­

пень зависимости между значениями случайной функции, отно­ сящимися к различным моментам времени. Она представляет со­ бой зависимость от времени математического ожидания М произ­ ведения двух центрированных значений данного случайного процесса, взятых в разные моменты времени:

тематические ожидания функции х (t) в моменты времени t и t -|- т. Если функцию R (т) разделить на произведение среднеквадра­ тических отклонений исследуемого процесса х ( / ) в моменты вре-

называется нормированной спектральной плотностью. Нормированная спектральная плотность процесса изменения

содержания метана в воздухе зависит от коэффициента а корре­ ляционной функции:

(XX1V.10)

Для шахт Львовско-Волынского бассейна

s (о) = 0,720e" (2’13û))*+ 0,146е~ (0’184û))*.

Зная рассмотренные характеристики контролируемых пара­ метров рудничной атмосферы, можно определить основные ха­ рактеристики шахты (участка) как объекта управления.

С т а т и ч е с к а я х а р а к т е р и с т и к а объекта упра­

жания газа, для газовых шахт Донбасса с0 изменяется в преде­ лах 0,55 — 2,25% СН4.

где I — абсолютное газовыделение на объекте.

Статические характеристики объекта, выраженные формулами

екта управления является передаточная функция объекта, рав­ ная отношению изображений Лапласа выходной реакции объекта к управляющему воздействию на объект. Если выходной реакцией