Лабораторный практикум по безопасности горных работ и горно-спасательному делу

Ю.В.ШУВАЛОВ, В.В.СМИРНЯКОВ
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ
И ГОРНО-СПАСАТЕЛЬНОЕ ДЕЛО
Лабораторный практикум
для студентов горных специальностей
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2003
Министерство образования Российской Федерации
Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Ю.В.ШУВАЛОВ, В.В.СМИРНЯКОВ
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ
И ГОРНО-СПАСАТЕЛЬНОЕ ДЕЛО
Лабораторный практикум
для студентов горных специальностей
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2003
УДК 622.861 (075.80)
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ И ГОРНО-СПАСАТЕЛЬНОЕ ДЕЛО:
Лабораторный практикум / Санкт-Петербургский горный ин-т. Сост.:
Ю.В. Шувалов, В.В. Смирняков. СПб, 2003. 72с.
Кратко изложены основные виды аварийных ситуаций в
подземных условиях, мероприятия по спасению людей и ликвидации
аварий в начальной и последующих стадиях, а также методики расчетов,
используемые при защитных и восстановительных мероприятиях.
Лабораторные работы построены по принципу использования
конкретных примеров на основе приведенных методик. Большинство
работ носит исследовательский характер. Пособие предназначено для
студентов всех горных специальностей вузов.
Табл. 17, Ил. 13, Библиогр.: 10 назв.
Научный редактор проф. М.М. Сметанин
Рецензенты:
проф.
О.Н.
Русак
(Санкт-Петербургская
лесотехническая академия), проф. В.Н. Денисов (НИЦЕБ, Санкт-Петербург).
© Санкт-Петербургский
государственный горный институт им.
Г.В. Плеханова, 2003 г
ВВЕДЕНИЕ
Обеспечение безопасных условий труда на горных
предприятиях является одной из важнейших задач
инженерной деятельности. Своевременное предупреждение
аварийных ситуаций и несчастных случаев требует от горных
инженеров знаний о потенциальных опасностях, умения их
распознавать,
вести
контроль
состояния
среды,
анализировать и прогнозировать безопасность условий
труда.
В условиях происшедшей чрезвычайной ситуации
горный инженер должен уметь: принять решение по мерам
спасения людей; разработать методы ликвидации аварийной
ситуации в начальной стадии и предотвратить её развитие;
организовать действия людей в условиях развившейся
аварии. Для того, чтобы обеспечить такие действия, горный
инженер
должен
знать:
способы
прогнозирования
чрезвычайных ситуаций; классификацию аварий по природе,
причинам и поражающим факторам; методы расчета
параметров аварии и защитных сооружений; технические
характеристики средств ликвидации аварий и защиты при
них; методики оценки размеров опасных зон и выбора
адекватных в данной ситуации мер защиты.
Эти умения и навыки особенно необходимы студентам
горных специальностей, будущим руководителям горных
предприятий, которым придется работать в сложных горногеологических и горно-технических условиях.
В настоящем лабораторном практикуме «Безопасность
ведения
горных
работ
и
горно-спасательное
дело»
представлены методики расчета параметров аварийных
ситуаций и произведен анализ необходимых исходных
данных для выполнения расчетов. Изложение каждой из
методик иллюстрируется конкретным примером решения
задач. В начале каждого раздела приводится информация о
природе, видах, причинах и поражающих факторах аварий в
условиях горного производства. На основе приведенных
3
методик разработан ряд расчетно-графических заданий,
используемых в процессе обучения студентов горных
специальностей.
1. ПОДЗЕМНЫЕ ПОЖАРЫ
К подземным пожарам относятся все случаи горения и
появления в горных выработках продуктов горения, а также
случаи горения устьев стволов, шурфов и штолен,
надшахтных зданий и сооружений, если продукты горения
или огонь могут проникнуть в шахту при нормальном или
реверсивном вентиляционном режиме.
Основными поражающими факторами при пожарах
являются отравление продуктами горения, мощное тепловое
воздействие и удушье из-за недостатка кислорода.
Особая опасность подземных пожаров заключается в
возможности быстрого распространения продуктов горения
по ходу вентиляционной струи, в результате чего большие
объемы выработок могут загазовываться в короткий
промежуток времени. При этом создается угроза не только
для жизни людей, находящихся в выработке, где произошел
пожар, но и для тех людей, которые находятся в выработках,
расположенных по ходу вентиляционной струи.
Подземные пожары по причинам возникновения
могут быть экзогенного и эндогенного происхождения.
Экзогенные пожары возникают от внешних тепловых
воздействий. Эндогенные пожары происходят обычно в
результате самовозгорания угля, сланцев, руд, некоторых
материалов и веществ (ветошь, стружки, опилки, масла).
При примерно одинаковом соотношении случаев
эндогенных и экзогенных пожаров ущерб и количество
человеческих жертв в несколько раз выше от последних.
Основная причина этого заключается в месте развития
экзогенного пожара, которое обычно находится на свежей
струе. Поэтому процесс горения происходит с большой
скоростью и сопровождается повышенной опасностью
загазования продуктами горения и увеличения температуры
4
воздуха выработок, в которых находятся люди, за короткий
промежуток времени. Место развития эндогенных пожаров выработанные пространства, склады материалов, свалки
отходов.
Здесь
основная
проблема
заключается
в
своевременном обнаружении загорания и ликвидации
пожара на ранних стадиях его развития.
1.1. ОБНАРУЖЕНИЕ ЭНДОГЕННОГО ПОДЗЕМНОГО ПОЖАРА И
ПОИСКИ ПОЖАРНЫХ ОЧАГОВ
1.1. 1. Значение своевременного обнаружения пожара
Для успешной и безопасной борьбы с подземными
пожарами решающее значение имеет их своевременное
обнаружение, в результате чего сокращается до минимума
период времени, в течение которого возможно спасение всех
людей, находящихся в выработках, а также ликвидация как
самой аварии, так и её последствий.
Время, необходимое на обнаружение пожара, зависит
от его характера. Экзогенные пожары, происходящие в
выработках, где находятся люди, обычно обнаруживаются
ими немедленно по таким признакам, как огонь, дым, запах
продуктов горения и высокая температура. Своевременно
обнаружить эндогенные пожары значительно труднее, так
как эти пожары обычно возникают в труднодоступных
местах и проявляются по указанным выше признакам в
развившейся стадии, когда их тушение сопряжено с
большими трудностями, а иногда и невозможно. В подобных
условиях решающее значение для успешной борьбы имеет
выявление очага пожара на ранней стадии его развития. Для
обнаружения эндогенных пожаров начальный период
времени используются косвенные признаки и специальные
методы. Одним из них является газоаналитический метод
обнаружения пожара по пожарным коэффициентам.
1.1.2. Методика обнаружения эндогенного пожара и
5
определения его фазы по пожарным коэффициентам
Газоаналитический метод основан на анализе проб
рудничного воздуха, газовый состав которого претерпевает
определенные изменения, характеризующие наличие и
состояние пожара. Даже на самых ранних стадиях развития
эндогенного пожара происходит уменьшение содержания
кислорода и увеличение содержания углекислого газа в
воздухе. Затем при дальнейшем его развитии начинают
появляться оксид углерода и другие примеси.
На
ранней
стадии
процесс
окисления
угля
характеризуется
первым
(углекислотным)
пожарным
коэффициентом, который представляет собой отношение
величины увеличения содержания углекислого газа к
величине уменьшения содержания кислорода.
R1 =
+ (Δ CO2)
- (Δ O2)
100 %
(1)
Данный коэффициент позволяет наиболее точно
определять пожар на ранней стадии его развития, когда
происходит процесс самонагревания, а фаза открытого
горения отсутствует.
Второй (окисьуглеродный) пожарный коэффициент
представляет собой отношение величины увеличения
содержания
угарного
газа
к
величине
уменьшения
содержания кислорода.
R2 =
+ (Δ CO)
- (Δ O2)
100 %
(2)
Данный коэффициент позволяет наиболее точно
определять
пожар
на
развившейся
стадии,
характеризующийся появлением фазы открытого горения.
Третий пожарный коэффициент представляет собой
отношение величины увеличения содержания угарного газа к
величине увеличения содержания углекислого газа.
R3 =
+ (Δ CO)
+ (Δ СO2)
6
100 %
(3)
Этот коэффициент применяется для более полной
характеристики процесса самовозгорания, когда существует
вероятность разбавления пожарных газов притоком воздуха
извне, или при необходимости оценки динамики развития
пожара.
Методика поиска пожарного участка на ранней стадии
(или на стадии, не обнаруживаемой по визуальным
признакам)
пожара
производится
в
следующей
последовательности.
1. Анализируется схема крыла шахты, где уточняются
места и последовательность отбора проб (рис. 1.)
2. Отбираются ежедневно пробы на содержание СО,
СО2, О2 и N2 на исходящих струях из выработанных
пространств участков, начиная с главной вентиляционной
выработки (точка 1) до подозрительной в пожарном
отношении исходящей струи лавы (точка 8).
7
5
6
8
4
2
3
1
Рис. 1. Схема и последовательность отбора проб при поиске очага пожара
7
очаг пожара ; 1-8 – места отбора проб.
азоту
3. В каждой точке определяются величины:
а) уменьшение содержания кислорода в воздухе по
-
(Δ O2) = 0,265 N2 – О2 , %
(4)
где: 0,265 - отношение содержания кислорода к азоту
при нормальных условиях;
N2 и О2 – содержание азота и кислорода, %
б) прирост углекислого газа
+(Δ СО2) = СО2 – 0,04, %
(5)
где: СО2 – содержание углекислого газа в пробе, %
0,04 –
содержание углекислого газа при
нормальных условиях, %
в) содержание СО в пробе, %
4.
Определяется
величина
первого
пожарного
коэффициента. Полученные значения сравниваются со
своим средним значением (определенным ранее при
нормальных условиях). Вентиляционные исходящие струи со
значением
R1
выше
среднего
значения
считаются
подозрительными в пожарном отношении.
5.
Определяется
величина
второго
пожарного
коэффициента. При этом содержание СО при нормальных
условиях принимается равным нулю. В случае, если
наблюдается
рост
величины
R 2,
пожар
считается
развившимся.
6. Определяется величина третьего пожарного
коэффициента. При увеличении величины R3 процесс
развития пожара продолжается, при её уменьшении
возможно самопроизвольное прекращение открытой фазы
горения.
1.1.3. Пример определения места эндогенного пожара
8
Исходные данные
Вероятен эндогенный пожар в выработанном пространстве
одной из лав горизонта шахты, не обнаруживаемый
визуальными методами.
1) Схема вентиляционной сети выработок соответствуют
изображенной на рис. 1.
2) Состав рудничного воздуха на исходящей струе при
нормальных условиях: азот – 78,8%; кислород – 20,8%;
углекислый газ – 0,04 – 0,08 %; угарный газ – не обнаружен.
Решение
1. В намеченных точках на исходящих струях лав в течение
пяти дней отбирались пробы на содержание СО2, СО, N2, О2.
При
этом
руководствуются
величиной
пожарного
коэффициента R1 при нормальных условиях и динамикой его
роста. Результаты анализов приведены в таблице 1.
2. Рассчитываются по приведенным выше формулам
величины R1, R2, и при необходимости R3 при нормальных
условиях и по результатам анализов. В данном случае
величины коэффициентов R2 и R3 при нормальных условиях
равны нулю.
Коэффициент R1 вычисляется по формулам (1) учетом
результатов, полученных по формулам (4) и (5) . В данном
случае:
-(Δ O2) = 0,265 N2 – О2 = 0,265·78,8 – 20,8 = 0,082 %
+(Δ СО2) = СО2 – 0,04 = 0,08 – 0,04 = 0,04 %
R1 = (0,04/0,082)·100% = 48,7 %
Полученная величина может рассматриваться как
максимальная для нормальных условий. Результаты расчета
коэффициентов по результатам анализов приведены в
таблице 1.
3. Строятся графики зависимости изменения пожарных
коэффициентов по времени (рис. 2а и 2б).
4. Делаются выводы о месте расположения и стадии пожара.
9
В данном случае в точке 1 наблюдается увеличение
величины R1 и отсутствие следов примеси угарного газа. В
точках 2 и 3 динамики роста R1 нет, а содержание СО равно
нулю. Дальнейший отбор проб на исходящих струях лав этих
участков нецелесообразен.
В точке 4 также наблюдается увеличение динамики
роста R1 и следы СО. В точке 5 значение R1 постоянно при
отсутствии содержания угарного газа, в точке 6 отмечен
резкий рост коэффицента R1 и появление примеси СО. Отбор
проб в точке 7 показал незначительное колебание
приращения содержания углекислого газа, и следовательно,
стабильное значение величины R1. Содержание СО при этом
не зафиксировано.
Оставшаяся точка 8 (исходящая из лавы) считается
наиболее подозрительной в пожарном отношении. Отбор
проб показал наличие примеси СО2 и СО, значение R1 при
этом возрастает. Значения R2 и R3 отличны от нуля, но при
этом относительно стабильны, что указывает на начальную
фазу пожара.
На основании полученных результатов в данном
случае сделан вывод о наличии в выработанном
пространстве лавы с исходящей струей в точке 8 эндогенного
пожара в начальной стадии.
Таблица 1
Результаты анализа проб воздуха и значения пожарных коэффициентов
Содержание газов и приращение
Значения пожарных
Точка
Номер
концентрации, %
коэффициентов
отбора
пробы
пробы СО2 +ΔСО2 СО +ΔСО
О2
N2
-ΔО2
R1
R2
R3
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
1
0,34
0,3
20,03 78,8 0,85 35,3
2
0,45 0,41
20,08 78,8
0,8
50
-
10
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
0,49
0,54
0,84
0,29
0,28
0,26
0,27
0,28
0,4
0,33
0,27
0,29
0,28
0,36
0,5
0,52
0,56
0,92
0,4
0,33
0,27
0,29
0,28
0,42
0,52
0,53
0,63
1,0
0,41
0,35
0,29
0,3
0,29
0,99
1,24
1,04
1,14
1,24
2
3
4
5
6
7
8
0,45
0,5
0,8
0,25
0,24
0,22
0,23
0,24
0,36
0,29
0,23
0,25
0,24
0,32
0,46
0,48
0,52
0,88
0,36
0,29
0,23
0,25
0,24
0,38
0,48
0,49
0,59
0,96
0,37
0,31
0,25
0,26
0,25
0,95
1,2
1,0
1,1
1,2
19,98
19,93
19,78
20,06
20,04
20,09
20,07
20,08
19,98
19,99
20,01
20,06
20,03
следы
20,03
следы
20,08
следы
19,98
следы
19,93
следы
19,78
19,98
19,99
20,01
20,06
20,03
0,0015 0,0015 19,99
0,0019 0,0019 20,05
0,002 0,002 20,0
0,0019 0,0019 19,91
0,0025 0,0025 19,73
19,97
19,96
19,99
20,01
20,02
0,004 0,004 19,71
0,0045 0,0045 19,47
0,0042 0,0042 19,76
0,0043 0,0043 19,72
0,0047 0,0047 19,67
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
78,8
0,9
0,95
1,1
0,82
0,84
0,79
0,81
0,8
0,9
0,89
0,87
0,82
0,85
0,85
0,8
0,9
0,95
1,1
0,9
0,89
0,87
0,82
0,85
0,89
0,83
0,88
0,97
1,15
0,91
0,92
0,89
0,87
0,86
1,17
1,41
1,12
1,16
1,21
51
52,6
72,7
30,5
28,6
27,8
28,3
30
40
32,6
26,4
30,5
28,2
37,6
57,5
53,3
54,7
80
40
32,6
26,4
30,4
28,2
42,6
57,8
55,7
60,8
83,4
40,7
33,7
28,1
29,9
29,1
81
85
89
95
99
0,17
0,23
0,23
0,2
0,22
0,34
0,32
0,38
0,37
0,39
R1, %
100
Точка 8
80
Точка 6
Точка 4
Точка 1
11
60
40
Точка 7
Точка 2
Точка 3
Точка 5
20
0
1
день
2
3
4
5
Время отбора,
0,39
0,40
0,38
0,32
0,26
0,42
0,38
0,42
0,39
0,39
а)
R2; R3, %
0,5
R3
0,4
Точка 8
R2
R3
0,3
R2
Точка 6
0,2
0,1
б)
0
1
день
2
3
4
5
Время отбора,
Рис. 2. Величины пожарных коэффициентов а) R1 ; б) R2 и R3
1.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ВЫРАБОТОК
В ЗОНЕ ПОЖАРА
1.2.1. Особенности пожаров в сквозных выработках
большой протяженности
12
Подземный пожар — стихийно возникающий процесс
горения, распространяющийся в горных выработках или в
массиве полезных ископаемых. Пожары относятся к
наиболее тяжёлым авариям при подземных работах по
величине наносимого ими материального ущерба и создания
потенциально опасной ситуации для жизни горнорабочих.
Основные причины подземного пожара — нарушения
правил технической эксплуатации электрооборудования и
кабельных сетей, паспортов ведения буровзрывных работ,
техники безопасности при использовании открытого огня,
эксплуатации неисправного оборудования и ленточных
конвейеров,
самовозгорание
угля,
руд,
торфа,
при
некачественном выполнении мер пожарной профилактики и
изоляционных работ.
Эндогенный
пожар
—
пожар,
вызванный
самовозгоранием полезного ископаемого, породы или
горючего материала; большей частью происходит в
выработанном пространстве действующих очистных забоев,
отработанных
изолированных
участках,
местах
геологических нарушений.
Экзогенный
пожар
—
пожар,
вызванный
воспламенением
горючего
материала
(полезного
ископаемого, крепи, конвейерных лент и т.п.) вследствие
нагревания его от внешнего источника тепла (неисправного
электрооборудования, трения, несоблюдения правил ведения
горных работ и т.п.); большей частью происходит в
наклонных и горизонтальных выработках, оборудованных
ленточными конвейерами а также в тупиковых горных
выработках.
Интенсивность разгорания подземного пожара в
горных выработках зависит от вида крепи, влажности
горючих элементов крепи, сечения горной выработки,
скорости движения вентиляционного потока, величины
первоначального теплового импульса и др. По мере полного
развития
подземного
пожара,
характеризующегося
достижением максимальных температур (1400-1500°С), в
13
зависимости от скорости вентиляционного потока и вида
горючих
материалов
в
выработке
устанавливается
определённая скорость перемещения огня (до 100 м/ч).
Горящая горная выработка условно разделяется на:
- участок выгоревшей крепи;
- зону горения;
- зоны термической подготовки древесины и подсушки
древесины.
Особенность подземного пожара — способность
заметно перемещаться навстречу вентиляционному потоку,
если скорость последнего не превышает 1 м/с.
В очаге подземного пожара интенсивно генерируются
ядовитые и удушливые газы, которые, попадая в
вентиляционной поток, создают определённую опасность
для жизни рабочих, находящихся в шахте. При горении
деревянной крепи и угля в атмосфере пожарного участка в
опасных концентрациях появляются оксид углерода (до 7%),
углекислый газ (до 17%), сернистый газ и сероводород,
происходит резкое падение содержания кислорода (до 0-2%).
Подземные пожары бурно развиваются в выработках,
оборудованных ленточными конвейерами. При скорости
проветривания 2,5-3 м/с в течение первых 20-30 мин с
момента воспламенения ленты пожар распространяется на
расстояние 150-200 метров. При этом выделяются опасные
для жизни людей продукты термического разложения
резиновых и синтетических лент — оксид углерода, фосген,
цианистый водород, оксиды азота и др.
Горение угля.
Подземные пожары на угольных
месторождениях могут распространяться на значительные
площади по шахтным выработкам и трещинам в массиве
горных пород. Поскольку они подземные, их чрезвычайно
трудно погасить, что не в последнюю очередь связано с
трудностью либо невозможностью доступа к очагу горения.
Подземные пожары на угольных месторождениях
могут продолжаться длительные периоды времени (месяцы,
годы, десятилетия, в отдельных случаях значительно
14
дольше), пока не истощится тлеющий пласт. Так, по оценкам
учёных, Горящая гора в Австралии является самым старым
из известных горящих месторождений угля — пожар там
продолжается около 6000 лет.
Особенности тушения. Условия ликвидации пожаров в
выработках, к которым относятся квершлаги, транспортные,
конвейерные и вентиляционные штреки, характеризуются
следующими особенностями:
1) При пожарах в подобных выработках их прямое
тушение возможно лишь со стороны свежей струи воздуха.
2) В выработках такого типа обычно проходит
значительное
количество
воздуха,
что
способствует
быстрому распространению пожара и продуктов горения по
вентиляционной струе.
3) Возможность взрыва метана при пожарах на
исходящей струе или при распространении огня на
выемочные участки.
4) Вывод людей по исходящей струе затруднен из-за
высокой температуры и задымленности.
В подобных условиях решающее значение имеет
возможность своевременного определения характеристик
пожара и тепловых параметров воздушной струи по ходу его
распространения для своевременного спасения людей,
локализации очага возгорания и эффективного применения
средств и способов тушения.
К основным характеристикам развившегося пожара
необходимо отнести:
1) Среднюю скорость перемещения очага по
выработке;
2) Максимальную и среднюю температуры пожарных
газов в очаге горения и на заданном удалении от него;
3) Длину зоны горящей крепи в выработке;
4) Расстояние, на котором определяется температура
воздуха; при этом могут заданы различные величины
температур, исходя из условий работ.
Для решения задачи по определению этих параметров
15
используются по приведенной далее методике эмпирические
зависимости и расчетные формулы.
1.2.2. Методика определения параметров
развившегося экзогенного пожара
Тепловые параметры вентиляционной струи при
пожаре в горизонтальных выработках определяются с
учетом следующих исходных данных:
1) Скорость вентиляционной струи в выработке перед очагом
пожара υ, м/с;
3
2) Расход воздуха в выработке Q, м /мин; Q = 300+5*n
3) Длина выработки L, м; L = 110 + 8*n
2
4) Площадь сечения выработки S, м ; S = 8+0,2*n
5) Периметр выработки П, м; П = 11 + 0,1*n
6) Время с начала пожара τ, мин.; τ = 188 + 3*n
7) Глубина, на которой пройдена выработка Н, м; Н = 300 +
10*n
8) Глубина зоны постоянной температуры h0, м; h0 = 4 м
0
0
9) Постоянная годовая температура пород t0, С; t0 = 1 С
0
10) Геотермический градиент для данного района r, м/ С. r =
50 + n
3
11) Плотность воздуха ρ, кг/м ; ρ = 1,2
0
12) Средняя теплоемкость воздуха Ср, Дж/кг С; Ср = 1020
Задание
1.
Провести
соответствии с методикой:
расчет
параметров
в
1. Определяется скорость вентиляционной струи в
выработке перед очагом пожара:
υ = Q/60S,
м/с
(1)
2. Определяется максимальная температура пожарных
16
газов в очаге пожара:
tmax. п. =
υ
0
0,00023+0,00065
υ
, С
(2)
3. Определяется средняя температура пожарных газов
в очаге пожара:
tср. п. =
0
υ
, С
0,0002+0,0008 υ
(3)
4. Определяется средняя скорость перемещения очага
пожара по выработке:
v п. =
υ
0,0111+0,009 υ
, м/ч
(4)
5. Определяется возможная длина зоны горения крепи:
Lп = τ (υ + 4,15)/15 , м
(5)
6. Определяется температура горных пород в месте
пожара:
0
tп = t0 + (Н – h0)/r , С
(6)
7. Определяется весовой расход воздуха в выработке:
Qв= υ S ρ, кг/c
(7)
8. Определяется температура пожарных газов на
расстоянии L от очага пожара:
t L  t п  ( t max . п  t п )  e
17

aП
Q вС p
( L 

vп 
60
)
0
, С
(8)
2 0
где: а - коэффициент теплоотдачи, а = 18,5(0,8υ+1), Вт/(м · С);
18
9. Определяется расстояния Lх, на которых задаются
определенные температуры tх (рис. 3):
Lх =
Qв Ср
аП
2,3 lg
tmax. п. – t п
vп τ
+
tx – tп
60
,м
(9)
где:
0
tх1=500 С - температура, при которой возможен взрыв
газовой смеси;
0
tх2=250 С - температура, при которой возможно загорание
деревянных элементов крепи;
0
tх3=40 С - температура, допустимая при работе в респираторе;
0
tх4=26 С - нормальная температура.
Задание 2. Построить график зависимости tх = ƒ(Lх ):
Задание 3. Построить схему горный выработки с
указанием: зоны выгоревшей крепи (к моменту времени ),
0
зоны горения деревянных элементов крепи (>250 С) зоны
термической подготовки и подсушки древесины (>tп); на
схеме также указать зону, в которой возможен взрыв
0
газовой смеси (>500 С); в которой допускается работа в
0
респираторе (<40 С).
Сформировать вывод по результатам расчетов!
19
1.2.3. Пример расчета тепловых параметров пожара
Исходные данные
Рассчитать тепловые параметры вентиляционной
струи в выработке, в которой возник пожар.
3
1) Расход воздуха в выработке Q = 250 м /мин;
2
2) Площадь сечения выработки S = 12 м ;
3) Длина выработки L = 100 м;
4) Периметр выработки П = 16 м;
5) Время с начала пожара τ = 20 мин.;
6) Глубина, на которой пройдена выработка Н = 800 м;
7) Глубина зоны постоянной температуры h0 = 50 м;
0
8) Постоянная годовая температура пород t0 = 13 С;
9) Геотермический градиент для данного района r = 60
0
м/ С.
Решение
1. Скорость вентиляционной струи в выработке перед очагом
υ = Q/60S = 250/60·12 = 0,35 м/с
2. Максимальная температура пожарных газов в очаге
пожара
υ
0,35
0
=
tmax. п. =
= 762,6 С
0,00023+0,00065
0,00023+0,00065·0,3
υ
5
3. Средняя температура пожарных газов в очаге пожара
4. Средняя
выработке
vп =
0,35
0
= 729 С
0,0002+0,0008·0,3
5
перемещения
очага пожара по
υ
0,0002+0,0008 υ
tср. п. =
скорость
υ
0,0111+0,009 υ
=
=
20
0,35
= 24,4м/ч
0,0111+0,009·0,35
5. Возможная длина зоны горения крепи
Lп = τ (υ + 4,15)/15 = 20 (0,35 + 4,15)/15 = 6 м
6. Температура горных пород в месте пожара
0
tп = t0 + (Н – h0)/r = 13 + (800 - 50)/60 = 25,5 С
7. Температура пожарных газов на расстоянии L от очага
пожара
аП
tmax=tп+(tmax. п.-tп)еQв Ср
(L -
vп τ
)
60
23,7·16
19338·1,00
=25,5+(762,6 –25,5)2,72
2
=
(100 -
24,4·20
)
60
0
= 205,5 С
0
где: а = 18,5(0,8υ+1) = 18,5(0,8·0,35+1) =23,7 кДж/кг· С;
Qв=3600 υ S ρ = 3600·0,35·12·1,29 = 19338 кг/час;
3
ρ = 1,29 кг/м ;
0
Ср =1,002 кДж/кг С.
8. Расстояния Lх, на которых задаются определенные
заданные температуры tх:
0
tх1=500 С-температура, при которой возможен взрыв
газовой смеси;
0
tх2=250
С-температура, при которой возможно
загорание деревянных элементов крепи;
0
tх3=40
С-температура, допустимая при работе в
респираторе;
0
tх4=26 С-нормальная температура.
Qв Ср
tmax. п. – t п
vп τ
+
2,3 lg
tx – t
аП
60
п
19338·1,002
762,6 –
24,4·20
+
2,3 lg
Lх1 =
=31,8
25
5 – 25,5
23,7·16
500
60
м
762,6 –
24,4·20
19338·1,002
+
2,3
lg
=69,5
Lх2 =
25
5 – 25,5
250
23,7·16
60
м
762,6 –
24,4·20
19338·1,002
+
2,3 lg
=209,9 м
Lх3 =
25
40 5– 25,5
23,7·16
60
Lх =
Lх4 =
21
762,6
–
19338·1,002
2,3 lg
25
5
23,7·16
+
24,4·20
=382,5 м
60
26 – 25,5
9. График зависимости tх = ƒ(Lх ) представлен на рис 3.
t
,
х
1.3.
ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВЕНТИЛЯЦИИ НАКЛОННОЙ
0
С
ВЫРАБОТКИ ПРИ ПОЖАРЕ
500
1.3.1. Воздействие тепловой депрессии на режим
проветривания
При возникновении пожара происходит нагрев
воздушной
струи, что вызывает появление тепловой
250
депрессии. Если очаг пожара расположен в вертикальной
или наклонной выработке, по которой движется восходящая
струя, тепловая депрессия совпадает по направлению с
депрессией вентилятора и усиливает тягу воздуха, создавая
устойчивый
вентиляционный режим. Если по выработке
40
струя0 идет
вниз,
то
тепловая
депрессия
будет
100
200
300
400
L х, м
противодействовать
работе температуры
вентилятора,
что
может
Рис. 3. График зависимости
воздуха от
расстояния
до
привести к опрокидыванию вентиляционной струи. В
результате возможно изменение режима проветривания
части вентиляционной сети или создание неустойчивого
режима движения воздуха в отдельных выработках. Это
может привести к загазированию продуктами горения
рабочих участков и затруднить выход людей при пожаре.
Величина тепловой депрессии зависит от места
пожара, его стадии и размеров, температуры в очаге пожара,
скорости движения нагретых газов, высоты нагреваемого
столба воздуха. Существуют различные формулы для её
определения, надежность расчетов по которым зависит от
точности вводимых при этом шахтных параметров. При
такой
опасной
аварийной
ситуации,
как
пожар,
предпочтительнее
использовать
методики,
которые
позволяют быстро с минимумом исходных данных и в то же
время корректно определить величину тепловой депрессии.
22
Наибольшего внимания с учетом вышеизложенного
заслуживает методика упрощенного расчета тепловой
депрессии, разработанная с учетом имеющихся на шахте
данных о вентиляционном режиме и характеристике
выработки, в которой возник пожар.
Для оценки направления движения воздуха в
пожарной выработке необходимо знать величину и знак
депрессии,
создаваемую
вентилятором
главного
проветривания. Она определяется замерами при проведении
воздушно-депрессионных съемок или расчетным способом.
1.3.2. Методика расчета величины тепловой депрессии
в наклонной выработке
Методику упрощенного расчета величины тепловой
депрессии рекомендуется применять для наклонных и
вертикальных выработок с площадью поперечного сечения
2
от 4 до 40 м и скоростью вентиляционной струи от 1 до 10
м/с.
Для расчета служат следующие исходные данные:
1) Скорость вентиляционной струи в выработке υ, м/с;
3
2) Расход воздуха в выработке Q, м /мин;
3) Длина выработки L, м;
2
4) Площадь сечения выработки S, м ;
5) Периметр выработки П, м;
6) Угол наклона выработки β, градус;
7) Глубина, на которой пройдена выработка Н, м;
8) Глубина зоны постоянной температуры h0, м;
0
9) Постоянная годовая температура пород t0, С;
10) Геотермический градиент для данного района r,
0
м/ С.
Методика расчетов состоит в следующем:
1. Определяется скорость вентиляционной струи υ в
выработке перед очагом пожара по формуле (6).
2. Определяется максимальная температура пожарных
газов tmax. п. в очаге пожара по формуле (7).
3. Определяется температура пород tп по формуле (11).
23
4)
4. Определяется вертикальная высота выработки (рис.
Z = L sin β, м
газов
(14)
5. Рассчитывается среднеинтегральная температура
tси = tп +
(tmax. п. - tп) Qв Ср
(1 –
аПL
аПL
Qв Ср
0
, С
( )
0
где: а-коэффициент теплоотдачи, а = 18,5(0,8υ+1), кДж/кг· С;
Qв-весовой расход воздуха, Qв=3600 υ S ρ, кг/час;
3
ρ-плотность воздуха, кг/м ;
0
Ср-средняя теплоемкость воздуха, кДж/кг С.
6. Определяется величина тепловой депрессии
Hт = 12,25 Z (t си – tп)/(273 + t си),
Па
7.
Рассчитывается
депрессия,
вентилятором главного проветривания на
сопротивления выработки
2
Нв = RQ /3600 ,
(16)
развиваемая
преодоление
Па
(17)
2
8
где: R-аэродинамическое сопротивление выработки, н с /м ;
Аэродинамическое сопротивление R определяется по
формуле
3
2
8
R = α П L /S , н с /м
(18)
где: α - коэффициент аэродинамического сопротивления
трения,
2
4
н с /м .
8. Величины Нт и Нв сравниваются между собою. В
случае, если направление действия Нт не совпадает с
направлением действия Нв, и Нт > Нв, существует
возможность опрокидывания струи в выработке за счет
24
тепловой депрессии пожара.
L
Нт
Z
β
Рис. 4. Схема к расчету тепловой депрессии в наклонной
б
1.3.3. Пример расчета величины тепловой депрессии
Исходные данные
Определить величину тепловой депрессии в выработке, в
которой возник пожар.
3
1) Расход воздуха в выработке Q = 900 м /мин;
2
2) Площадь сечения выработки S = 14 м ;
3) Длина выработки L = 400 м;
4) Периметр выработки П = 16 м;
0
5) Угол наклона выработки -15 ;
6) Глубина, на которой пройдена выработка Н = 600 м;
7) Глубина зоны постоянной температуры h0 = 40 м;
0
8) Постоянная годовая температура пород t0 = 12 С;
9) Геотермический градиент для данного района r = 50
0
м/ С.
Решение
1. Скорость вентиляционной струи в выработке перед очагом
υ = Q/60S = 900/60·14 = 1,07 м/с
25
2. Максимальная температура пожарных газов в очаге
пожара
υ
1,07
=
tmax. п. =
= 1156,1
0,00023+0,00065
0,00023+0,00065·1,0
0
С
υ
7
3. Температура горных пород в месте пожара
0
tп = t0 + (Н – h0)/r = 12 + (600 - 40)/50 = 23,2 С
4. Вертикальная высота выработки
0
Z = L sin β = 400 sin 15 = 103,5 м
5. Среднеинтегральная температура в месте возникновения
пожара
аПL
(tmax. п. - tп) Qв Ср
Q С
(1 – е в р ) =
tси = tп +
аПL
(1156,8–23,2)69567,1·1,0
0
69567,1·1,00
3·16·400
(1– 2,72 34
) = 366,9 С
= 23,2 +
0
2
где: а = 18,5(0,8υ+1)=18,5(0,8·1,07+1)=34,3
кДж/кг·
С;
34,3·16·400
Qв=3600 υ S ρ=3600·1,07·14·1,29=69567,1 кг/час;
3
ρ = 1,29 кг/м ;
0
Ср = 1,002 кДж/кг С.
6. Величина тепловой депрессии
Hт = 12,25 Z (t си – tп)/(273 + t си) =
12,25·103,5·(366,9-23,2)/(273+366,9) = 681,1 Па
7.
Депрессия,
развиваемая
вентилятором
главного
проветривания на преодоление сопротивления выработки
2
2
Нв = RQ /3600 = 0,035· 900 /3600 = 7,75
Аэродинамическое
величину
сопротивление
26
Па
R
составит
3
-3
3
2
8
R = α П L /S = 15·10 ·16·400/14 = 0,035 н с /м
-3
2
4
где: α = 15·10 н с /м для деревянной крепи.
8. Производим сравнение величин Нт и Нв. Направление
действия Нт не совпадает с направлением действия Нв, и Нт =
681,1 > Нв = 7,75. Существует возможность опрокидывания
струи в выработке за счет тепловой депрессии пожара.
2. ВЗРЫВЫ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
Взрыв в горных выработках может быть представлен
как
процесс,
состоящий
из
следующих
этапов:
воспламенение горючей смеси; возникновение воздушной
ударной волны (ВУВ) при взрыве; распространение этой
волны в воздушной среде. В начальный период времени
распространение ВУВ протекает нестационарно и приводит к
возникновению
детонационной
волны,
за
которой
образуется релаксационная зона.
ВУВ при взрыве обладает большим запасом энергии и
способна распространяться по горным выработкам на
значительные расстояния, разрушая по пути крепь,
вентиляционные и изоляционные сооружения, оборудование,
механизмы и воздействуя на людей. В связи с этим взрыв в
шахте оценивается тремя основными факторами: давлением
на фронте ВУВ, временем действия избыточного давления в
волне и временем нарастания давления во фронте волны от
атмосферного до максимального.
Характер
поражения
людей
ВУВ
зависит
от
вышеизложенных
параметров,
однако
необходимо
учитывать воздействие еще и косвенных факторов, так как
вслед за фронтом ВУВ с большой скоростью движется
спутный поток воздуха. При этом возможно образование
вслед за зонами избыточного давления зон разрежения. Это
приводит, помимо прямого негативного воздействия на
человека, к изменению режимов проветривания рабочих
27
участков и нестационарным газодинамическим процессам. В
результате может произойти отток горючих газов из
выработанных
пространств
лав
и,
как
следствие,
поступление горючих газов в рабочую зону, способное
привести, в свою очередь, к новым взрывам.
При разработке мер защиты от ударных волн при
взрывах и обрушениях необходима оценка ослабляющих их
энергию свойств горных выработок с учетом их параметров,
конфигурации и протяженности.
Учет вышеперечисленных особенностей ударных
волн
необходим
при
расчете
параметров
взрывоустойчивости защитных сооружений и определении
границ безопасных для человека зон при воздействии
подобных опасных факторов.
2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И
ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В ЗОНЕ ВЗРЫВА
2.1.1. Ударные воздушные волны в горных выработках
После возникновения фронта взрывной ударной
волны продолжается ускоренное движение по выработке
области сжатия в течении некоторого времени. В
дальнейшем распространение детонационной волны по
выработке продолжается с постоянной, определенной для
каждого газового состава скоростью, превышающей
скорость звука.
При этом вслед за фронтом ударной волны
распространяется так называемый спутный поток воздуха.
Скорость его движения в отдельных случаях весьма
значительна и достигает нескольких десятков метров в
секунду, что сопровождается угрозой для жизни людей на
пути его распространения. Ударная воздушная волна может
также
привести
к
значительным
повреждениям
коммуникаций и оборудования.
При строительстве защитных сооружений в горных
28
выработках необходимо определить параметры ударных
волн в месте их возведения с точки зрения оценки
безопасности находящихся там людей.
2.1.2. Методика расчета параметров воздушной ударной
волны
Для расчета необходимо определить значение
статического
давления
Р1
и
величину
приращения
избыточного давления ΔР в точке наблюдений (см. раздел
2.2.2.)
1. Скорость ударной волны определяется по формуле
W = (k – 1)/2k + ((k + 1)/2k)(Р2/Р1) ψ,
м/с
(19)
2. Скорость потока воздуха, вызываемого ударной
волной, определится по формуле
Vв= [ 2/k (Р2/Р1 – 1)/ (k-1) + (k+1)(Р2/Р1) ] ψ, м/с
(20)
где: k – показатель адиабаты для воздуха;
Р1 и Р2 –давления воздуха соответственно до и в момент
прохождения
ударной
волны,
Па;
величина
Р2
определится как сумма Р1 + ΔР;
ψ – скорость звука в воздухе, м/с.
2.1.3. Пример расчета параметров воздушной ударной волны
Исходные данные
Определить скорости ударной волны и спутного воздушного
потока в месте возведения взрывоустойчивого комплекса.
1) Давление до взрыва Р1 = 103990 Па;
29
2) Величина безопасного приращения давления в
месте возведения комплекса ΔР = 6000 Па;
3) Показатель адиабаты для воздуха k = 1,4;
4) Скорость звука в воздухе ψ = 330 м/с.
Решение
1. Давление в момент прохождения ударной воздушной
волны
Р2 = Р1 + ΔР = 103990 + 6000 = 109990 Па
2. Скорость ударной волны
W=
=
м/с
(k – 1)/2k + ((k + 1)/2k)(Р2/Р1) ψ =
(1,4–1)/ 2·1,4+((1,4+1)/ 2·1,4)(109990/103990) ·330 = 338
3. Скорость воздушного потока
Vв= [ 2/k (Р2/Р1 – 1)/ (k-1) + (k+1)(Р2/Р1) ]
ψ=
[ 2/1,4(109990/103990–1)/ (1,4-1)+(1,4+1)(109990/103990)]·330 =
=13,1 м/с
2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ФРОНТЕ
ВЗРЫВНОЙ УДАРНОЙ ВОЛНЫ
2.2.1. Избыточное давление, вызываемое ВУВ.
Основными факторами, характеризующими режим
распространения
ВУВ
в
горных
выработках
после
прекращения горения, являются: давление и время действия
волны в начале участка движения. При этом величина
основного опасного фактора – избыточного давления
изменяется от нескольких МПа (что при воздействии на
организм человека приводит к травмам, несовместимым с
30
жизнью) до безопасного для человека значения (0,006 МПа).
На величину избыточного значения оказывают
влияние геометрические размеры выработки – длина, форма
и размеры поперечных сечений; тип крепи; длина пути,
пройденного волной; наличие местных сопротивлений;
извилистость и загроможденность выработок; температура
воздуха и его состав.
Поэтому при ведении горно-спасательных работ для
выбора оптимальных с точки зрения безопасности путей
вывода людей при угрозе взрыва зачастую необходимо
определить величину избыточного давления в отдельных
выработках. При этом необходимо оперативно и в то же
время объективно и полно учесть все вышеперечисленные
факторы, влияющие на величину избыточного давления.
2.2.2. Методика определения давления при
действии ударной волны
Для
определения
параметров
ВУВ,
распространяющейся по горным выработкам, необходимо
вначале составить расчетную схему, на которой в качестве
исходных
данных
указать
длину
каждого
участка,
закрепленного однотипной крепью, периметр и площадь
сечения выработок, вид крепи, а также все сопряжения и
повороты. Расчетная схема должна охватывать весь путь
движения взрывной ударной волны от места границы
взрыва до участка выработки, где определяется величина
избыточного давления.
Исходные данные должны содержать:
1) Место очага пожара или участка загазирования на
схеме;
2) Расположение границы участка загазирования;
3) Конфигурации сопряжений и поворотов;
4) Параметры выработок на каждом участке: длина (L);
периметр (П); площадь поперечного сечения (S); тип крепи и
соответствующее
значение
коэффициента
31
аэродинамического сопротивления трения α.
5) Содержание метана принимается соответствующим
наибольшей силе взрыва – 9,5%;
6) Графики зависимостей изменения величины
избыточного давления от параметров выработок, где
распространяется ВУВ.
Расчет выполняется в следующем порядке:
1. Находятся приведенные диаметры выработок, в
которых ожидается взрыв
Dпр = 4S/П, м
(21)
2. Определяется безразмерная длина каждого из
участков взрыва
L0i = L/ Dпр , м
(22)
3. Определяется общая безразмерная длина участка
взрыва
L0 = ΣL0i , м
(23)
4. Определяется по графику (рис. 5) начальное
давление во фронте ударной в конце участка горения смеси
(границы взрыва). В случае, если длина L0 превышает 60
метров, величина ΔРф принимается 2,8 МПа.
5. Определяются по графикам (рис. 6) в зависимости
от типа крепи величины ΔРф в конце каждого из
прямолинейных участков горных выработок. На рис. 6
представлены данные для площади сечения выработок S=10
2
м арочной и трапецивидной форм.
Для больших сечений выработок следует на каждый
2
дополнительный 1 м добавлять к полученному результату 15
%, для меньших сечений – соответственно вычитать
указанную величину.
При неизвестных параметрах выработки (тип крепи,
величина коэффициента α, длина L, периметр П, площадь
сечения S) и малых значения избыточного давления (ΔРф<0,1
32
МПа) для упрощения расчетов на каждые 100 м выработки
величину избыточного давления следует уменьшать на 10-15
%.
В том случае, если известны характеристики крепи или
стенок выработок, динамика распространения ВУВ по
прямолинейным участкам горных выработок может быть
также определена по зависимости:
ΔРl = ΔРф е
-кПL/S3
(24)
где: ΔРL – величина избыточного давления на расстоянии L
от начала выработки, МПа;
к- безразмерный коэффициент затухания ВУВ.
Величина к определяется по формуле
к = (4,1-3,1е
где:
-3ΔР
ф)α
(25)
α-коэффициент аэродинамического сопротивления
2
4
трения, н·с /м .
Формулами (24) и (25) можно пользоваться при
известных
значениях
коэффициента
α.
Величину
коэффициента α можно также определять по справочной
литературе.
6. Определяются по графикам (рис. 7 и 8) в
зависимости от конфигурации сопряжений или поворотов
величины ΔРф. При сложных сопряжениях выработок (число
выработок в сопряжении больше 3) следует выбрать
направление движения ВУВ, соответствующее расчетной
схеме. При изменении площадей сечений выработок при
прохождении сопряжения или поворота величину ΔРф
следует оценивать так же, как и для прямолинейных участков
выработок (см. пункт 5).
7. В расчетной точке выработки полученное значение
ΔРф сравнивается с безопасной для человека величиной
0,006 МПа или с расчетной для защитных сооружений.
33
-
ΔРФ,
МПа
3,0
2,0
1,0
0
ΔРФ,
МПа
10
20
30
40
50
60 L0
Рис.5. Зависимость давления ВУВ от безразмерной длины
участка
2,4
2,0
4
1,6
3
1,2
2
0,8
1
34
0,4
0
200
400
600
800
1000
1200
Рис.6. Изменение давления в ВУВ при распространении её по выработкам.
1-металлическая крепь; 2-деревянная крепь; 3-железобетонная крепь; 4бетонная крепь
ΔРф,
МПа
7Б 4Б
8Б
5Б
8В
3Б
2Б
1Б 7А 8А 1А 6Б
2А 3А 4А 5А
1)ΔРф
2,5
Б
2)ΔРф
4Б
5Б
3Б
1Б
8А
6Б
3А
5А
ΔРф7Б, 8Б 8В 2Б 7А 1А 2А 4А
3)ΔРф
МПа
2,0
0,03
4)ΔРф
0,02
0,01
5)ΔРф
1,5
0
ΔРф,
МПа
1,0
0,01
0,02
0,03
4Б 5Б 3Б 1Б 8А 6Б 3А 5А
7Б 8Б 8В 2Б 7А 1А 2А 4А
ΔРпов,
6)ΔРф
МПа
0,16
А
Б
А
0
30
0
45
Б
А
0
60
Б
А
0
90
А
Б 1350
Б
Б
0,14
0,12
7)ΔРф
0,1
0,5
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0,5
1,0
Б
0
0,04 0,08
0,12
1,5
0,16
2,0
ΔРпов, МПа
2,5
8)ΔРф
А
В
ΔРпов., МПа
Рис.7. Потери давления ВУВ при распространении её
через сопряжения горных выработок (графики
приведены в различных масштабах)
35
БА
Б
0
90
0
30
1-8 – различные виды сопряжений горных выработок
ΔРф,
МПа
6
5 4
32
1
7
0
30
1)ΔРф
2,5
2,0
6)
ΔРф
7)
1,5
0
2)ΔРф
45
d=1/ 3)ΔРф
4 ΔРф 4)ΔРф
60
0
0
90
d=1/
5)ΔРф
4
135
6
6
ΔРф,
МПа
1,0
ΔРф,
5 4 3 2 1 МПа
7
0,015
0
5 4 3 2
1
7
0,4
0,3
0,01
0,2
0,5
0,005
0
0
0,5
1,0
0,005
1,5
0,01 0,015
2,0
ΔРпов,
МПа
2,5
0
0,1
0,2
ΔРпов,
МПа
3,0 ΔРпов., МПа
Рис. 8. Потери давления ВУВ при распространении её
через резкие повороты горных выработок
36
0,3
(графики приведены в различных масштабах)
1-7 – различные виды поворотов горных выработок
2.2.3. Пример определения величины избыточного давления
при действии ударной волны
Исходные данные
При взрыве метана в лаве на заданном расстоянии
рассчитать ожидаемое давление в месте возведения
взрывоустойчивого комплекса, если известно:
1) Место очага пожара и конфигурации выработок, в
которых распространяется ударная волна (согласно плану
горных работ) изображено на рис. 9.
2) Параметры выработок:
-лава: длина L=100 м; периметр П=8 м; площадь
2
поперечного сечения S=4,5 м ;
-штрек: длина L=300 м; периметр П=10 м; площадь
2
поперечного сечения S=8,2 м , деревянная крепь;
-уклон до сопряжения: длина L=100 м; периметр П=14,8
2
м;
площадь
поперечного
сечения
S=12,3
м ,
металлическая крепь;
-уклон после сопряжения: длина L=600 м; периметр
2
П=14,8 м, площадь поперечного сечения S=12,3 м ,
металлическая крепь;
-штрек до места возведения комплекса: длина L=350 м;
периметр П=12 м; площадь поперечного сечения
2
S=10,2 м , бетонная крепь.
3) Замеры метана в лаве отсутствуют, метан
обнаружен на штреке на расстоянии 40 метров от
сопряжения с лавой.
4) Обстановка в районе пожара неизвестна, поэтому
прогнозируется, что место пожара на сопряжении лавы со
штреком представляет собой зону сплошных завалов. При
37
этом принимается, что ударная волна при взрыве
распространяется только в сторону выработок, по которым
производится
расчет,
в
сторону
места
возведения
взрывозащитного комплекса.
5) Безопасное для человека избыточное давление, при
котором возможно проведение горноспасательных работ,
принимается равной величине 0,006 МПа.
зона
ожидаемы
х завалов
вентиляционный
уклон
очаг
пожар
а
лава
откаточный
зона
загазовани
уклон
уклон
штрек
место
установки
комплекса
Рис.9. План горных выработок в месте аварии
Решение
1. На основании плана горных работ составляем расчетную
схему, на которой указываются параметры выработок и все
сопряжения, по которым ожидается прохождение ударной
волны после взрыва (рис.10).
2. Составляется прогноз обстановки в зоне аварии:
38
-при отсутствии данных по лаве считается, что лава
полностью загазована и длина зоны загазования равна
длине лавы L=100 м;
-загазована часть штрека от лавы на расстояние 40 м.
3. Находятся приведенные диаметры выработок
Лава Dпр = 4S/П=4·4,5/8,2=2,25 м
Загазованная часть штрека Dпр = 4S/П=4·8,2/10=3,28 м
Место пожара
Сопряжение 1
Сопряжение 2
Сопряжение 3
L=260 м
П=10 м
2
S=8,2 м
L=100 м
П=8 м
Граница зоны S=4,5 м2
загазования
L=100 м
П=14,8 м
S= 12,3
2
м
L=600 м
П=14,8 м
S=12,3
2
м
L=350 м
П=12 м
2
S=10,2 м
Место
возведения
Рис. 10. Расчетная схема участка
4. Определяется безразмерная длина каждого из участков
взрыва
Лава L0i = L/ Dпр = 100/2,25 = 44,4 м
Загазованная часть штрека L0i = L/ Dпр = 40/3,28 = 12,2 м
5. Определяется общая безразмерная длина участка взрыва
L0 = ΣL0i = 44,4+12,2=56,6
39
м
6. Определяется по графику (рис. 5) начальное давление во
фронте ударной в конце участка горения смеси. Величина
ΔРф принимается 2,5 МПа.
7. Определяется на основании данных расчетной схемы
(рис.10) по графикам динамика изменения избыточного
давления по мере прохождения ударной волной участков с
соответствующими параметрами (рис.6) и сопряжений (рис.7
и 8).
1) В конце откаточного штрека перед сопряжением 1
(расчетная длина штрека определяется как разница между
полной длиной и длиной загазованной части)
Lр = 300-40 =
260 м.
По графику (рис. 6) для выработки, закрепленной
деревянной крепью, давление с начальной величиной 2,5
МПа на участке длиной 260 метров уменьшается до величины
2
0,7 МПа. С учетом площади сечения 8,2 м эту величину
необходимо уменьшить на (10-8,2)·15%=27 %. Она составит
7·(1-0,27)=0,511 МПа.
2) После сопряжения 1 величину избыточного
давления определяем по графику (рис. 7, линия 7Б).
Соответственно она уменьшается до величины ΔРф = 0,09
МПа.
Аналогично определяем:
3) В конце 1 участка уклона ΔРф=0,08 МПа.
4) После сопряжения 2 ΔРф=0,028 МПа.(рис. 7, линия
7А)
5) В конце 2 участка уклона ΔРф=0,011 МПа.
6) После сопряжения 3 ΔРф=0,008 МПа.(рис. 7, линия
6Б)
7) В конце расчетного участка штрека ΔРф=0,0052 МПа.
8. Полученная величина избыточного давления ΔРф в конце
расчетного
участка
меньше
предельной
безопасной
величины(0,006 МПа) для человека. Поэтому в расчетной
точке допустимо проведение горноспасательных работ и
возведение взрывозащитного комплекса.
40
3. ЗАЩИТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
При изоляции аварийных участков от рабочих зон, а
также от мест проведения спасательных и аварийновосстановительных работ применяются различные типы
изоляционных
защитных
сооружений.
Основное
их
назначение
–
локализация
и
предотвращение
распространения опасных и вредных факторов в горных
выработках. К таким факторам относятся взрывная ударная
волна, пожарные газы, жидкие флюиды (вода, глина, пульпа).
Соответственно защитные сооружения подразделяются на
взрывозащитные, противопожарные и гидроизоляционные.
По
сроку
службы
защитные
сооружения
подразделяются на временные и постоянные. Временные
защитные
сооружения
используются
при
аварийных
ситуациях и для создания благоприятных условий при
сооружении постоянных. Постоянные защитные сооружения
рассчитываются на длительный срок службы в зависимости
от назначения выработок, где они возводятся.
3.1. РАСЧЕТ ВЗРЫВОУСТОЙЧИВОСТИ ШПРЕНГЕЛЬНЫХ
ПЕРЕМЫЧЕК
3.1.1. Назначение шпренгельных перемычек
Шпренгельные
перемычки
представляют
собой
конструкции из рядов деревянных брусьев прямоугольного
поперечного сечения, скрепленных между собой анкерными
болтами. Они предназначены для защиты людей от
воздействия взрывных ударных волн, а также для снижения
их энергии при проведении горноспасательных работ в зоне
возможного взрыва горючих газов. Обычно размеры
основных несущих элементов перемычек рассчитываются на
максимальную силу детонационного взрыва метановоздушной смеси. Эквивалентная взрыву статическая
нагрузка составляет 2,5-2,8 МПа, что соответствует величине
избыточного давления в начальной стадии распространения
41
ВУВ. Расчетный пролет шпренгельных перемычек составляет
2-4,5 метра, а толщина 60-96 см.
3.1.2. Методика расчета шпренгельных перемычек
Расчет взрывоустойчивости шпренгельных перемычек
выполняется по первому предельному состоянию (несущей
способности) с учетом инерционных сил, возникающих в
сооружении при действии динамической нагрузки и
динамических
характеристик
прочности
строительных
материалов, из которых она возведена.
Исходными данными для расчета являются:
1) Статическая нагрузка от действия взрыва Р, МПа;
2) Расчетный пролет перемычки Lп, см;
3) Размеры поперечного сечения брусьев перемычки,
а-ширина и b-высота, см;
4) Количество брусьев в одном ряду перемычки n, шт;
5) Диаметр анкерных болтов перемычки d, см.
Методика расчета состоит в следующем:
1. Рассчитывается расчетная нагрузка на 1 см пролета
Рр = Р а, МПа
2. Определяется усилие в шпренгельной затяжке
(26)
N = 1,36 PрLпA, кг
(27)
где: А-безразмерный
формуле
2
коэффициент,
3
2
определяемый
2
А=Lп / [0,011аb n + 0,33(nb + 1,11Lп )]
3. Рассчитывается
перемычке
диаметр
0,5
d = 0,015 N
42
анкерных
по
(28)
болтов
в
(29)
4. Определяется требуемая рабочая высота бруса
bб≥0,117
Lп(1,25 Pp Lп– 0,33N)
, см
аn
(30)
3.1.3. Пример расчета параметров шпренгельных перемычек
Исходные данные
Определить, выдержит ли шпренгельная перемычка взрыв
при следующих условиях:
1) Нагрузка, эквивалентная действию взрыва Р = 2,8
МПа;
2) Расчетный пролет перемычки Lп = 300 см;
3) Размеры поперечного сечения брусьев: а=15 см,
b=20 см;
4) Количество брусьев в одном ряду перемычки n=3;
5) Диаметр анкерных болтов перемычки d=3,2 см.
Решение
1. Расчетная нагрузка на 1 см пролета
Рр = Р а =2,8·15=42 МПа
2. Усилие в шпренгельной затяжке
N = 1,36 PрLпA= 1,36·42·300·2= 34272 кг
2
3
2
2
где: А=Lп / [0,011аb n + 0,33(nb + 1,11L п )]=
2
3
2
2
=300 / [(0,011·15·20 ·3) + 0,33(3·20 +1,11·300 )]= 2,0
3. Диаметр анкерных болтов в перемычке
0,5
0,5
d = 0,015 N =0,015·(34272) =2,78 см
4. Требуемая рабочая высота бруса
bб≥0,117
= 0,117
Lп(1,25 Pp Lп– 0,33N)
аn
=
300(1,25·42·300
43 – 0,33·34272)
= 20 см
15·
Следовательно, принятые размеры несущих элементов
позволят шпренгельной перемычке выдержать данную
нагрузку.
3.2. РАСЧЕТ ВОДОУПОРНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК
3.2.1. Типы и назначение водоупорных перемычек
Водоупорные перемычки сооружают при тушении
подземных пожаров подтоплением и в случае прорыва воды
в горных выработках. Они должны быть водопроницаемыми
и обладать необходимой прочностью, обеспечивающей
передачу статического напора боковым породам через
кольцевой вруб. В качестве материала для сооружения
водоупорных перемычек применяют бетон, усиленный
металлической арматурой.
Водоупорные перемычки могут быть клинчатыми и
цилиндрическими. Клинчатые перемычки сооружают при
ожидаемом напоре воды не свыше 1,0 МПа. Цилиндрические
водоупорные перемычки применяют при больших значениях
давления.
Возведение перемычек начинается после подготовки
вруба. Основными расчетными характеристиками при этом
являются толщина перемычки и глубина вруба. Время начала
подтопления перемычки устанавливается в зависимости от
степени отвердевания бетона.
3.2.2. Методика расчета параметров перемычек
При
расчете
параметров исходными
данными
являются:
1) Ширина горной выработки y, м;
2) Высота горной выработки h, м;
3) Угол наклона боковых граней перемычки к оси
44
выработки φ= 12-30, град;
4) Коэффициент перегрузки λ=1,2-1,3;
5) Предполагаемый напор воды на перемычку Р, МПа;
6) Коэффициент условий подземных работ m=0,5-0,6;
7) Сопротивление бетона сжатию Rб, МПа;
8) Сопротивление бетона срезыванию τб, МПа;
9) Напряжение сжатия бетона σсж, МПа;
10) Коэффициент водонепроницаемости бетона К;
11) Число врубов x.
Расчет производится в следующем порядке.
1. Определяется толщина перемычки в зависимости от
прочности на сжатие:
-клинчатая
Всж =
y+h
4 tg φ
-цилиндрическая Всж =
( m4Rλ Р(yy+hh) + 1 - 1) ,м
2
б
2 sin φ
(
y
x σсж
Р
)
-1
,м
(31)
(32)
2. Определяется толщина перемычки в зависимости от
прочности на срез:
λРyh
,м
Вср =
(33)
2 m τб (y + h)
3. Полученная толщина перемычки проверяется на
водопроницаемость:
Вв = 480 К Р y h, м
(34)
4. Принимается окончательная величина толщины по
наибольшему значению, полученному по формулам (31)-(34).
5. Определяется ширина заделки перемычки в горные
породы по формуле:
Е = В tg φ, м
(35)
3.2.3. Пример расчета параметров перемычки
45
Исходные данные
Рассчитать параметры перемычки прямоугольного сечения
при следующих исходных данных:
1) Ширина горной выработки y=5 м;
2) Высота горной выработки h=4 м;
0
3) Угол наклона боковых граней перемычки φ = 12 ;
4) Коэффициент перегрузки λ=1,2;
5) Предполагаемый напор воды на перемычку Р=1
МПа;
6) Коэффициент условий подземных работ m=0,6;
7) Сопротивление бетона сжатию Rб=7 МПа;
8) Сопротивление бетона срезыванию τб=1,2 МПа;
9)
Коэффициент
водонепроницаемости
бетона
К=0,000015.
Решение
При подобных размерах и форме сечения выработки
возможна установка только клинчатой перемычки.
1.Толщина перемычки в зависимости от прочности на
сжатие:
срез:
Всж =
y+h
4 tg φ
( m4Rλ Р(yy+hh) + 1 - 1) =
=
5+4
4·0,21
4·1,2·1·5·4
+ 1 - 1) = 1,48 м
( 0,6·7(5
+ 4)
б
2
2
2. Толщина перемычки в зависимости от прочности на
Вср =
λРyh
2 m τб (y + h)
=
1,2·1·5·4
= 1,87 м
2·0,6·1,2(5 + 4)
3. Толщина перемычки, при которой обеспечивается
практическая водопроницаемость:
=
46
Вв = 480 К Р y h = 480·0,000015·1·5·4 = 1,44 м
4. Принимается окончательная величина толщины
перемычки по наибольшему значению Вср= 1,87 м (≈ 1,9 м).
5. Ширина заделки перемычки в горные породы:
Е = В tg φ = 1,9·0,213 = 0,41м
Количество
врубов
для
клинчатой
перемычки
принимается равным одному, при этом глубина расширенной
части
может
быть
увеличена
в
зависимости
от
трещиноватости и крепости пород.
4. АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
Все горные выработки по способам их вентиляции при
обычных режимах принципиально подразделяются на две
основные
группы.
К
первой
относятся
выработки,
проветриваемые за счет общешахтной депрессии (сквозной
струей), ко второй – проветриваемые с помощью
трубопровода и вентилятора местного проветривания
(тупиковые
выработки).
При
аварийных
ситуациях
проветривание выработок производится теми же способами.
Основные отличия аварийных режимов вентиляции от
штатных
заключаются
в
возможностях:
изменении
количества и направления подачи воздуха (например, при
реверсивном или усиленном режимах); прекращении подачи
воздуха в подземное сооружение в целом или на отдельный
участок (соответственно при нулевом режиме, режиме
закорачивания или изоляции аварийного участка).
При этом основной целью всех аварийных режимов
вентиляции является подача такого количества воздуха в
места нахождения людей, которое обеспечило бы их
безопасный выход при эвакуации или при проведении
спасательных и аварийно-восстановительных работ в зоне
аварии.
47
4.1. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК ПРИ ИХ РАЗГАЗИРОВАНИИ
4.1.1. Разгазирование горных выработок
Главной задачей вентиляции при аварийных режимах
является разгазирование выработок с взрывоопасной или
непригодной для нахождения людей атмосферой. В
наибольшей
степени
проведение
мероприятий
по
разгазированию выработок или участков требуется при
пожарах, взрывах, газовыделениях и внезапных выбросах
породы, угля и газа. Выработки при этом заполняются либо
продуктами горения или взрыва (угарный газ, окислы азота),
либо
природными
газами
(метан,
углекислый
газ,
сероводород). В то же время содержание кислорода
снижается
до
концентрации,
непригодной
для
жизнедеятельности людей.
При разгазировании происходит удаление вредностей
из горных выработок и разбавление их до безопасных
концентраций.
4.1.2. Методики расчета проветривания горных
выработок после вскрытия пожарного участка
4.1.2.1. Сквозные выработки
Расчет выполняется для следующих допущений:
скорость потока постоянная во времени; газовыделение в
вентиляционную струю отсутствует (или неизвестно). В
последнем случае его величина принимается равной нулю.
Соответственно при этом время разгазирования участка
получается минимальным. При расчете должны соблюдаться
требования ПБ по допустимому содержанию горючих газов
на исходящих струях участка и шахты в целом.
Исходными
данными
для
расчета
времени
48
проветривания выработок участка и вентиляционных
выработок шахты являются:
1) Общая длина загазованных выработок участка ΣL, м;
2) Длина выработки, по которой отводятся из
вскрываемого участка газы Х, м;
3) Средняя скорость воздуха в выработке, по которой
отводятся из вскрываемого участка газы υх, м/с;
4) Средняя скорость воздуха в выработках участка υср,
м/с;
5) Концентрация газа в изолированном пространстве
до начала проветривания участка С0, %;
6) Количество воздуха, которое будет поступать в
3
участок после его вскрытия Qуч, м /с
Расчет производится в следующем порядке.
1. Определяется относительная концентрация газа, до
которой необходимо проветрить вскрываемый участок:
Nг = Cуч/C0
(36)
где: Суч-концентрация газа, до которой проветривается
участок, %;
2. Определяется время проветривания вскрываемого
участка:
230
+ 1,15 (ΣL)
3
N
Туч. =
, мин
(37)
60 υср
3.
Определяется
средняя
скорость
движения
газовоздушной смеси по выработкам шахты при смешении
двух струй (исходящих участка и шахты)
υ ср. ш = (υср ΣL + υхХ)/( ΣL+Х), м/с
(38)
4. При смешении струй с расходами Q1
и Q2 и
концентрациями С1 и C2 содержание газа в смеси
определяется по формуле:
49
Соб. = (С1Q1 + C2Q2)/(Q1 + Q2), %
(39)
4.1.2.2. Тупиковые выработки
Расчет выполняется для следующих допущений:
количество воздуха постоянно во времени; газовыделение в
выработку отсутствует; сечение выработки одинаково; в
выработке проложен вентиляционный трубопровод; способ
проветривания нагнетательный. При расчете должны
соблюдаться требования ПБ по допустимому содержанию
горючих газов на исходящих струях участка и шахты.
Исходные
данные
для
расчета
времени
проветривания тупиковых выработок:
1) Длина выработки, заполненной газом Хт , м;
2) Начальная концентрация газа в выработке С0, %;
3) Коэффициент утечек трубопровода Кут;
3
4) Производительность вентилятора Qв, м /с;
2
5) Площадь сечения выработки S, м .
Расчет производится в следующем порядке.
1. По формуле (36) определяется относительная
концентрация газа, до которой необходимо проветрить
вскрываемый участок.
2. Определяется количество воздуха, подаваемое в
забой:
3
Qз = Qв / Кут. , м /с
(40)
3. Определяется скорость воздуха в выработке:
υ = Qз/S, м/с
(41)
4. Время проветривания до заданной концентрации:
Т=
k(1,1Хт+
60 υ
50
, мин
(42)
где: k-коэффициент, определяемый по графику (рис.11).
k
0,55
0,6
0,65
0,7
С/С0
0,75
0,07
0,8
0,05
0,85
0,9
0,03
0,01 0
100
200
300 400
500 600 700
Х,
Рис. 11. График для определения величины коэффициента k.
4.1.3.1. Пример расчета параметров разгазирования лавы
Исходные данные
Рассчитать время проветривания до концентрации Суч
= 1 % вскрываемого после изоляции участка, заполненного
метаном. Определить также время проветривания до
концентрации Сш = 0,75 % вентиляционной струи шахты.
1) Длина откаточного штрека Lо =500 м;
2) Длина лавы Lл =150 м;
3) Длина вентиляционного штрека Lв =500 м;
4) Средняя скорость воздуха на участке υср=0,35 м/с;
5) Содержание газа в изолированном пространстве до
начала проветривания участка С0=90 %;
6) Количество воздуха, поступающее в участок Qуч =2,5
3
м /с;
7) Длина вентиляционной выработки Х =3000 м;
8)
Количество
воздуха,
проходящее
по
3
вентиляционной выработке Qх =6,5 м /с;
9) Скорость воздуха в вентиляционной выработке
υх=0,8 м/с;
10) Содержание газа в вентиляционной выработке
Сх=0,3 %.
Решение
51
1. Относительная концентрация газа, до которой необходимо
проветрить вскрываемый участок:
Nг = Cуч /C0 = 1/90 = 0,011
2. Время проветривания участка до концентрации Суч =1 %:
230
3
Туч.=
Nг
+1,15(Lо+Lл+Lв
60 υср
3
=
230
0,011
+ 1,15
60·0,3
=112
3. Средняя скорость движения газовоздушной смеси по
выработкам шахты при смешении двух струй (исходящих
участка и шахты)
υср.ш=(υср(Lо+Lл+Lв) + υхХ)/(Lо+Lл+Lв+Х)=
=(0,35·1150+0,8·3000)/4150= 0,67 м/с
4. Концентрация, до которой необходимо проветрить
вскрываемый участок, чтобы содержание метана в
исходящей струе шахты Соб. ш не превышала 0,75 %
Суч.1= (Соб.ш.(Qуч +Qх)–СхQх )/Qуч= (0,75(2,5+6,5) – 0,3·6,5)/2,5=1,92
%
5. Относительная концентрация газа, до которой необходимо
проветрить вскрываемый участок:
Nг = Cуч.1/C0 = 1,92/90 = 0,0213
6. Время проветривания участка и вентиляционной
выработки до концентрации метана в исходящей струе
шахты 0,75 %.
230
3
Т ш=
Nг
+1,15(ΣL+ Х)
60 υср.
3
=
230
+ 1,15 (1150+3000)
0,0213
60·0,6
52
=140
4.1.3.2. Пример расчета разгазирования тупиковой
выработки
Исходные данные
Рассчитать время проветривания загазированной
тупиковой выработки до концентрации С=0,5 % при
следующих данных:
1) Длина выработки, заполненной газом Хт=300 м;
2) Концентрация газа в выработке С0=23 %;
3) Коэффициент утечек трубопровода Кут=1,2;
3
4) Производительность вентилятора Qв=3,72 м /с;
2
5) Площадь сечения выработки S=10 м .
Решение
1. Относительная концентрация газа, до которой необходимо
проветрить выработку
Nг = C/C0 = 0,5/23 = 0,022
2. Количество воздуха, подаваемое в забой:
3
Qз = Qв / Кут. = 3,72/1,2 = 3,1 м /с
3. Скорость воздуха в выработке:
υ = Qз/S = 3,1/10 = 0,31 м/с
4. Время проветривания до заданной концентрации:
Т=
k(1,1Хт+
60 υ
=
0,86(1,1·300 +
60·0,3
= 63
мин
где коэффициент k = 0,86 -определяется по графику (рис.11).
4.2. РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОГО ДЕБИТА ВОЗДУХА ПРИ
РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ УЧАСТКА
53
4.2.1. Реверсирование воздушной струи
Реверсирование вентиляции шахты с помощью
вентилятора
главного
проветривания
обеспечивает
возможность подхода горноспасателей к очагу пожара со
стороны исходящей струи. Реверсивный режим применяется
при пожарах на основных воздухоподающих выработках.
Основной недостаток такого режима заключается в
заполнении рабочих выработок продуктами горения со
стороны околоствольного двора, что затрудняет доступ в
шахту.
Местное реверсирование обладает существенным
преимуществом:
в
воздухоподающих
выработках
сохраняется свежая струя, не нарушается проветривание
остальных участков шахты, естественная тяга не мешает
работе вентилятора. Основной недостаток при этом –
возможность выделения горючих газов из выработанных
пространств лав. При этом необходим расчет требуемого
количества воздуха по газовому фактору.
Местное реверсирование целесообразно применять
при пожарах в пределах выемочных полей, в наклонных
лавах, а также в случае проветривания шахты несколькими
вентиляторами главного проветривания.
4.2.2. Методика расчета необходимого количества воздуха
при реверсировании проветривания выемочного участка
Расчет позволяет определить газодинамические
параметры
выемочных
участков
при
местном
реверсировании воздушной струи. При расчете исходными
данными являются:
3
1) Расход воздуха при нормальном режиме Qн, м /с;
2) Концентрация метана при нормальном режиме Сн, %;
3) Максимально допустимая концентрация метана при
проведении горноспасательных работ Сдоп =2 %;
4)
Наличие
пластов-спутников
(определяются
коэффициенты kл и kв.п.). При их отсутствии kл = kв.п. = 0,2; при
54
наличии в кровле kл = 0,4; при наличии в почве kв.п. = 0,4-0,6.
Большее значение принимается при наличии спутников в
кровле и почве одновременно.
Порядок расчета следующий.
1. Определяется дебит метана из разрабатываемого
пласта
Сн (1- kл) Qн
3
, м /с
q1 =
100
2.Определяется дебит метана из
пространства
Сн (kв.п.+ kл)
3
, м /с
q2 =
100
выработанного
3. Определяется расчетное количество воздуха при
реверсном режиме проветривания участка
QР =
100(q1 + q2)
Сдоп
3
, м /с
4. Концентрация метана после опрокидывания струи
Сm= 100((q1/ QР)+( q2/ Qн)), %
(46)
Величина Сm сравнивается с максимально допустимой
концентрацией метана Сдоп = 2 %. В том случае, если Сm > Сдоп,
величина QР корректируется в сторону увеличения так, чтобы
Сm ≤ Сдоп.
4.2.3. Пример расчета необходимого количества воздуха при
реверсировании проветривания выемочного участка
Исходные данные
Определить газодинамические параметры выемочных
участков при местном реверсировании воздушной струи при
следующих исходных данных:
3
1) Расход воздуха при нормальном режиме Qн = 8 м /с;
2) Концентрация метана при нормальном режиме на
55
исходящей струе Сн = 0,8 %;
3) Максимально допустимая концентрация метана Сдоп
= 2 %;
4) Имеются пласты-спутники (kл = 0,4 и kв.п. = 0,6)
Решение
1. Дебит метана из разрабатываемого пласта в лаве
q1 =
Сн (1- kл) Qн
100
0,8 (1- 0,4) 8
3
= 0,0384 м /с
100
=
2. Дебит метана из выработанного пространства
q2 =
Сн (kв.п.+ kл)
100
=
0,8 (0,6 + 0,4) 8
3
= 0,064 м /с
100
3. Расчетное количество
режиме проветривания участка
воздуха
при
реверсном
100(q1 + q2)
100(0,0384 + 0,064)
3
=
= 5,12 м /с
Сдоп
2
4. Концентрация метана после опрокидывания струи
QР =
Сm= 100((q1/ QР)+( q2/ Q1)) = 100((0,0384/5,12)+(0,064/8)) = 1,55
%
Величина Сm не превышает максимально допустимой
величиной концентрация метана Сдоп = 2 %.
5. ЛИКВИДАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ АВАРИЙ
Действия по ликвидации аварий можно разделить на
меры по ликвидации аварий в начальной стадии, меры по
предупреждению развития аварии и меры по устранению
последствий аварии. При этом необходимо иметь в виду, что
за короткий срок, в течение которого развивается подземная
56
авария, часто не представляется возможным разработать
первоначальные мероприятия по спасению людей и
ликвидировать её в начальной стадии. Поэтому введение в
действие первоначальных мер борьбы с аварией должно
производиться
по
заранее
разработанному
плану
ликвидации аварии (ПЛА). Этот план состоит из общей части
(диспозиции), оперативной части и приложений. В общей
части указывается круг обязанностей должностных лиц и
порядок их оповещения. Оперативная часть включает в себя
план действий по спасению людей и ликвидации аварии. В
приложения входят вентиляционные схемы, планы горных
работ и поверхности шахты, вспомогательные расчеты,
используемые при устранении причин аварии.
Основным видом подземных аварий, требующим
наибольшего количества расчетов при ликвидации в
начальной стадии и при устранении последствий, являются
подземные
пожары.
Ниже
приводятся
расчеты,
используемые в начальной стадии ликвидации экзогенного
пожара и при устранении последствий эндогенного пожара
при его тушении пассивными способами.
5.1. РАСЧЕТ РЕЖИМА ПОДАЧИ ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
К ОЧАГУ ЭКЗОГЕННОГО ПОЖАРА
5.1.1. Углекислый газ как средство пожаротушения
Углекислый
газ
обладает
флегматизирующим
действием на процесс горения. Область применения при
тушении пожаров связана с рядом его свойств. Углекислый
газ имеет плотность 1,52, в связи с чем он слабо
перемешивается с газами пожарного участка и не
перемещается по восстающим выработкам. Выпуск его
может осуществляться и со стороны исходящей струи при
восходящем порядке проветривания при перепаде высот
более 20 метров между штреками лавы. При его выпуске в
пожарные участки критический предел взрываемости
57
метаново-воздушных смесей по кислороду увеличивается.
Выпускаемый в пожарные участки углекислый газ в
значительной степени поглощается углем, породами и
шахтными водами.
Выпуск углекислого газа можно осуществлять как
непосредственно в вентиляционный поток, так и по
трубопроводу, проложенному в район пожара. При его этом
концентрация в верхней части выработки должна быть не
менее 34 % для лучшего пожаротушащего эффекта. При
заполнении пожарных участков должно быть учтено
местоположение всех прилегающих выработок и наличие
аэродинамической связи с другими участками.
5.1.2. Методика расчета параметров выпуска углекислого
газа
Расчетом
предусматривается
возможность
поочередного или одновременного выпуска углекислого газа
со стороны поступающей или исходящей струи пожарного
участка.
Исходными данными для расчета служат:
1)
Длина откаточной
выработки,
заполняемой
углекислым газом, от перемычки до очага пожара Lо, м;
2
2) Площадь сечения откаточной выработки Sо, м ;
3) Длина вентиляционной выработки, заполняемой
углекислым газом, от перемычки до очага пожара Lв, м;
2
4) Площадь сечения вентиляционной выработки Sв, м ;
5) Мощность пласта mп, м;
6) Длина лавы Lл, м;
2
7) Площадь поперечного сечения лавы Sл, м ;
8)
Интенсивность
поступления
воздуха
через
3
изолируемый участок перед началом выпуска СО2 Qв, м /с;
9) Среднее содержание метана в выработках участка
до изоляции Сн, %;
10) Количество воздуха, поступавшее на участок в
3
нормальном режиме Qн, м /с;
58
3
11) Объем газа при выпуске из 1 баллона с СО2 Vг, м .
Расчет производится в следующем порядке.
Для выпуска со стороны откаточного горизонта.
1. Определяется интенсивность выпуска СО2
3
-при Qв ≤ 0,4 м /с по формуле
-6
2
3
J = (0,65 ·10 (ΣL) + 0,05)Sмах, м /с
(47)
где: ΣL-суммарная длина всех выработок участка между
перемычками на откаточном и вентиляционном штреках;
ΣL=Lо +Lл +Lв.
Sмах-максимальное из сечений Sо, Sл и Sв,
3
- при Qв > 0,4 м /с по формуле
3
J = 0,0003(Lо Sо + Vл.1) + 0,53 Qв, м /с
(48)
где: Vл.1 – объем выработок лавы до очага пожара со стороны
3
откаточного штрека, м ; Vл.1 = Lл.1 Sл.
2. Определяется возможная концентрация газа в
атмосфере участка после изоляции
Сг = Cн Qн/Qв , %
(49)
Если полученная по формуле (49) величина меньше
взрывоопасной концентрации (Сг < 5 %), то далее расчет
производится с пункта 5 по формуле (52).
3. Определяется объем выработок участка с
прилегающей зоной обрушения
3
Vуч = (Lо Sо)+(Lл Sл)+(Lв Sв)+5Lлmп , м
(50)
4. Определяется время загазирования участка до
взрывоопасной концентрации метана
t=
Cг – Cн
Vуч
ln
Cг – 5
60Qв
59
, мин
(51)
5.
Находится
время
заполнения
выработок
углекислым газом со стороны откаточного штрека
Т = (Lо Sо + Vл.1) / 60КJ, мин
(52)
где: К -коэффициент, учитывающий падение скорости
воздушного потока по длине выработки, при mп=0,5-2 метра
принимается соответственно 0,83-0,65.
Полученная величина Т должна быть меньше времени
образования на участке взрывчатой концентрации горючих
газов, определенному по формуле (51). Если T > t, то время
заполнения выработок углекислым газом принимается
равным
времени
загазирования
участка
(T
=
t).
Интенсивность выпуска в этом случае определяется
обратным путем исходя из формулы (52).
6. Определяется необходимое число 40-литровых
баллонов с углекислым газом
N = 60 J T / Vг
(53)
3
Для 40-литрового баллона принимается Vг=10 м .
7. Определяется необходимое число углекислотных
коллекторов
M = J / J0
(54)
3
Для 40-литрового баллона принимается J0 = 0,14 м /с.
Для выпуска со стороны вентиляционного горизонта.
1. Определяется интенсивность выпуска СО2
3
-при Qв ≤ 0,2 м /с по формуле
-6
2
3
J = (0,32 ·10 (ΣL) + 0,05) Sмах, м /с
3
- при Qв > 0,2 м /с по формуле
60
(55)
3
J = 0,0003(Lв Sв + Vл.2) + 0,53 Qв, м /с
(56)
где: Vл.2 – объем выработок лавы после очага пожара со
3
стороны вентиляционного штрека, м ; Vл.2 = Lл.2 Sл.
2.
Находится
время
заполнения
выработок
углекислым газом
Т = (Lв Sв + Vл.2) / 60КJ, мин
(57)
Полученная величина Т должна быть меньше времени
образования на участке взрывчатой концентрации горючих
газов, определенному по формуле (51). Если T > t, то время
заполнения выработок углекислым газом принимается
равным
времени
загазирования
участка
(T
=
t).
Интенсивность выпуска в этом случае определяется
обратным путем исходя из формулы (57).
3. Определяется необходимое число баллонов с СО2 и
коллекторов для выпуска газа соответственно по формулам
(53) и (54).
4. Находится общее количество баллонов с СО2 и
коллекторов.
5.1.3. Пример расчета параметров выпуска углекислого газа
Исходные данные
Рассчитать параметры одновременного выпуска углекислого
газа со стороны откаточного и вентиляционного горизонтов
для тушения пожара на сопряжении откаточного штрека и
лавы.
1)
Длина откаточной
выработки,
заполняемой
углекислым газом, от перемычки до очага пожара Lо = 50 м;
2
2) Площадь сечения откаточной выработки Sо = 10,2 м ;
3) Длина вентиляционной выработки, заполняемой
углекислым газом, от перемычки до лавы Lв = 100м;
4) Площадь сечения вентиляционной выработки Sв = 8
61
2
м ;
5) Мощность пласта mп= 1,5 м;
6) Длина лавы Lл = 120 м;
2
7) Площадь поперечного сечения лавы Sл = 6 м ;
8)
Интенсивность
поступления
воздуха
через
изолируемый участок перед началом выпуска СО2 Qв = 0,5
3
м /с;
9) Среднее содержание метана в выработках участка
до изоляции Сн = 0,5 %;
10) Количество воздуха, поступавшее на участок в
3
нормальном режиме Qн = 6 м /с;
3
11) Объем газа из 1 баллона с СО2 Vг = 10 м .
Схема участка приведена на рис. 12.
вентиляционный
изоляционные штрек
перемычки
авал
яинешурбо аноз
Lв
Sв
Lл
Sл
Lо
Sо
место пожара изоляционные
перемычки
откаточный
штрек
Рис. 12. Схема к расчету участка
Решение
Для выпуска со стороны откаточного горизонта.
1. Интенсивность выпуска СО2
J = 0,0003(Lо Sо + Vл.1)+ 0,53 Qв=0,0003·50·10,2 + 0,53·0,5=0,418
3
м /с
где Vл.1 = 0, так как пожар возник на сопряжении лавы с
откаточным штреком.
62
2. Возможная концентрация газа в атмосфере участка после
изоляции
Сг = Cн Qн/Qв = 0,5·6/0,5 = 6 %
3. Объем выработок участка с прилегающей зоной обрушения
Vуч = (Lо Sо)+(Lл Sл)+(Lв Sв)+5Lлmп =
3
= (50·10,2)+(120·6)+(8·100)+5·120·1,5 = 2930 м
4. Время загазирования
концентрации метана
t=
Vуч
Cг – Cн
ln
Cг – 5
60Qв
=
участка
до
взрывоопасной
6 – 0,5
2930
ln
= 166,5 мин
6–5
60·0,
5. Время заполнения выработок
стороны откаточного штрека
углекислым
газом
со
То = (Lо Sо + Vл.1) / 60КJ = 50·10,2/60·0,71·0,418 = 28,6 мин
6. Необходимое число 40-литровых баллонов с СО2
N = 60 J Tо / Vг = 60·0,418·28,6 / 10 = 71,7
Принимается 72 штуки 40-литровых баллонов.
7. Необходимое число углекислотных коллекторов
M = J / J0 = 0,418 / 0,14 = 2,99
Принимается 3 коллектора.
Для выпуска со стороны вентиляционного горизонта.
1. Интенсивность выпуска СО2
J = 0,0003(Lв Sв+ Lл Sл) + 0,53Qв =
3
= 0,0003(100·8+120·6)+0,53·0,5 = 0,721 м /с
63
2. Время заполнения выработок
стороны вентиляционного штрека
углекислым
газом
со
Тв = (Lв Sв + Vл.2)/ 60КJ = (100·8+120·6)/60·0,71·0,721= 49,5 мин
Полученные величины То и Тв меньше времени t.
3. Необходимое число 40-литровых баллонов с СО2
N = 60 J Tв / Vг = 60·0,721·49,5 / 10 = 214,13
Принимается 215 штук 40-литровых баллонов.
4. Необходимое число углекислотных коллекторов
M = J / J0 = 0,721 / 0,14 = 5,15
Принимается 6 коллекторов.
5. Общее количество баллонов для всего участка.
ΣN = 72 + 215 = 289
6. Общее количество коллекторов для всего участка.
ΣM = 3 + 6 = 9
5.2. РАСЧЕТ РЕЖИМА ПОДАЧИ ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
К ОЧАГУ ЭНДОГЕННОГО ПОЖАРА
5.2.1. Заиливание пожарного участка
Тушение пожара заиливанием производят в тех
случаях, когда его нельзя потушить непосредственным
воздействием
огнегасительных
средств,
а
изоляция
пожарного участка не представляется возможной или не
предотвращает доступ кислорода к очагам горения.
Подобные
ситуации
имеют
место
при
высокой
трещиноватости массива, неустойчивых породах, наличии
64
аэродинамической связи с поверхностью.
Заиливание пожарных участков при возникновении
эндогенных пожаров в выработанных пространствах может
осуществляться:
-через скважины, пробуренные с поверхности;
-через металлические трубопроводы (пульпопроводы)
с поверхности шахты или от подземной заиловочной станции.
В всех случаях необходим расчет параметров
заиливания и заиловочного материала, в качестве которого
применяют глинистую или глинисто-песчаную пульпу,
получаемую
с
помощью
гидроразмыва
грунта
на
поверхности или механическим способом в подземных
глиномешалках.
5.2.2. Методика расчета основных параметров заиливания
при пожаре в выработанном пространстве участка
Исходными данными для расчета служат:
2
1) Площади сечений выработок участка S, м ;
2) Длины по простиранию выработок участка L, м;
3) Мощность пласта mп, м;
4) Длина лавы Lл, м;
5) Шаг обрушения основной кровли А, м;
6) Коэффициент заполнения z;
7) Коэффициент усадки пульпы η;
8) Коэффициент выноса пульпы δ;
9) Коэффициент разрыхления горных пород Кр;
3
10) Объем глины в целике Vц, м ;
3
11) Плотность насыпного грунта σ, т/м ;
3
12) Плотность глины в целике γ, т/м ;
13) Степень разжижения пульпы ω.
Порядок расчета следующий.
1. Определяется объем выработок пожарного участка
3
Vуч = Vв.п. + Vл. +Σ(LiSi), м
(58)
3
где: Vв.п.- объем выработанного пространства, Vв.п.= АLл mп, м ;
65
3
Vл. – объем лавы, Vл. = LлSл, м ;
Li и Si – соответственно длина и площадь сечения
прилегающих выработок лавы.
2. Определяется объем заиловочного материала
3
Wм = Vуч z (η +1)( δ+1)/ Кр, м
(59)
где: z = 0,85-0,4 в зависимости от способа управления
кровлей;
δ = 0,01-0,02 для крупнозернистых материалов и δ = 0,1-0,5
для глин;
Кр = 1,1-2,5 в зависимости от категории породы.
3. Рассчитывается расход пульпы от одного
заиловочного пункта
3
qп = Vц σ(1+ ω)/24γ, м /ч
(60)
3
где: Vц =100 м /сут.
4. Определяется скорость движения пульпы
υп = qп/28,26 , м/с
(61)
5. Рассчитывается производительность установки
3
Qу = 3600 υп s, м /ч
(62)
2
где: s- площадь сечения пульпопровода, м .
6. Величины Qу и qп сравниваются и выбирается
наибольшая. В случае, если Qу < qп, площадь сечения
пульпопровода s корректируется в сторону увеличения по
формуле
(62).
В
дальнейшем
выбирается
диаметр
пульпопровода по формуле
7. Определяется
заиловочных работ
dп =
(63)
4s/π ,м
расход
воды
66
для
производства
3
где:
Qв = kп qп ω, м /ч
(64)
kп -коэффициент, учитывающий расход воды
промывку труб, kп=1,1-1,2.
8. Рассчитывается время заполнения участка
на
t = Wм/qп , час
(65)
Если время t больше требуемого, то корректируется
количество
заиловочных
станций
или
их
удельная
производительность
за
счет
увеличения
диаметра
пульпопровода.
5.2.3. Пример расчета основных параметров заиливания
Исходные данные
Рассчитать параметры заиливания участка для тушения
пожара в выработанном пространстве лавы. Заиливание
производится
с
помощью
заиловочных
станций
с
вышележащего горизонта через скважины. Схема участка
аналогична схеме, изображенной на рис. 12. Для
эффективного заполнения пульпой на штреках лавы
возведены перемычки, ограничивающие объем участка.
Способ управления кровлей – обрушение; породы кровли –
легкообрушаемые. Основным связующим пульпы служат
плотные глины. Требуемое время заполнения участка
–1месяц (30 суток).
Исходными данными для расчета служат:
2
1) Площадь сечения лавы Sл = 6 м ;
3) Длина лавы Lл = 100 м;
4) Мощность пласта mп = 1,5 м;
5) Длина откаточного штрека от перемычки до лавы
Lо=50 м;
67
2
6) Площадь сечения откаточного штрека Sо = 10 м ;
7) Длина вентиляционного штрека от перемычки до
лавы Lв = 100м;
2
8) Площадь сечения вентиляционного штрека Sв = 8 м ;
9) Шаг обрушения основной кровли А = 40 м;
10) Коэффициент заполнения z = 0,4;
5) Коэффициент усадки пульпы η = 0,1;
6) Коэффициент выноса пульпы δ = 0,5;
7) Коэффициент разрыхления горных пород Кр = 1,4;
3
8) Объем глины в целике Vц = 100 м ;
3
9) Плотность насыпного грунта σ = 1,2 т/м ;
3
10) Плотность глины в целике γ = 2,9 т/м ;
11) Степень разжижения пульпы ω = 4.
Решение
1. Объем выработок пожарного участка
3
Vуч = Vв.п. + Vл. +Σ(LiSi) = 6000 + 600 + 1300 = 7900 м
3
где: Vв.п.= АLл mп = 40·100·1,5 = 6000 м ; Vл. = LлSл=100·6=600
3
3
м ; Σ(LiSi) = LоSо + LвSв = 50·10 + 100·8 = 1300 м .
2. Объем заиловочного материала
3
Wм = Vуч z (η +1)( δ +1)/ Кр = 7900·0,4(0,1+1)(0,5+1)/1,4 = 3724 м
3. Расход пульпы от одного заиловочного пункта
3
qп = Vц σ(1+ ω)/24γ = 100·1,2(1+4)/24·3,9 = 6,41 м /ч
4. Скорость движения пульпы
υп = qп/28,26 = 6,41/28,26 = 0,22 м/с
5. Производительность установки
68
3
Qу = 3600 υп s = 3600·0,22·0,0044 = 3,5 м /ч
где:
s- площадь сечения пульпопровода при диаметре
dп=0,075 м.
3
6. Из величин Qу и qп выбирается наибольшая qп = 6,41 м /ч.
Площадь сечения пульпопровода принимается большей
2
пропорционально в 6,41/3,5=1,83 раз (s=1,83·0,0044=0,008 м ).
Выбираем диаметр пульпопровода
dп =
4s/π =
4·0,008/3,14 = 0,1 м
7. Расход воды для производства заиловочных работ
3
Qв = kп qп ω = 1,1·6,41·4 = 28,2 м /ч
8. Время заполнения участка
t = Wм/qп = 7900/6,41 = 1232,5 час (51,4 сут)
Так как время t больше требуемого, то количество
заиловочных станций принимается равным двум.
5.3. СОСТАВЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОЙ ЧАСТИ ПЛАНА
ЛИКВИДАЦИИ АВАРИИ
5.3.1. Общие положения
1.
План
ликвидации
аварий
шахты
(ПЛА)
разрабатывается главным инженером и командиром
горноспасательного
взвода,
обслуживающего
шахту,
согласовывается
с
командиром
военизированного
горноспасательного отряда (отдельного взвода) и не позднее
чем за 15 дней до ввода его в действие утверждается, при
наличии положительного заключения профилактической
службы ВГСЧ о противоаварийной готовности шахты,
руководителем
(главным
инженером)
вышестоящей
организации (АО, концерна и т.п.). ПЛА самостоятельной
шахты утверждает директор шахты.
69
ПЛА разрабатывается на 6 месяцев. При проходке
вертикальных и наклонных стволов, не сбитых с горными
работами шахты, план ликвидации аварий в этих стволах
может быть составлен на весь период их проходки и
армировки.
Шахта, имеющая единую вентиляционную систему
проветривания
с
горными
выработками
строящейся
(реконструируемой) шахты, должна иметь единый план
ликвидации аварий.
2. В ПЛА предусматриваются мероприятия, которые
при
обнаружении
аварии
должны
осуществляться
немедленно и обеспечивать:
-спасение застигнутых аварией людей;
-ликвидацию
аварии
в
начальной
стадии
и
предупреждение ее развития.
Предусмотренные ПЛА технические средства для
осуществления мероприятий по спасению людей и
ликвидации аварии должны находиться в установленном
месте, быть в достаточном количестве и исправном
состоянии. Лица, ответственные за выполнение мероприятий,
и исполнители мероприятий должны уметь ввести их в
действие.
3. Оперативная часть ПЛА состоит из позиций. В одну
позицию включается одна или несколько сопряженных
горных выработок, если для этих выработок соблюдаются
следующие условия:
-предусматривается одинаковый аварийный режим
проветривания;
-применяются одинаковые мероприятия по спасению
людей;
-совпадают маршруты движения горноспасательных
отделений и порядок выполняемых работ.
Допускается объединять случаи пожара и взрыва в
одной позиции, если соблюдаются вышеизложенные
условия. Для каждой газообильной тупиковой выработки на
случай пожара (взрыва) разрабатывается отдельная позиция.
70
Каждой позиции присваивается номер, который
наносится на схему вентиляции (план горных выработок).
Нумеруются
позиции
по
направлению
движения
вентиляционной
струи,
начиная
с
поверхности,
в
возрастающем порядке. Номер позиции должен совпадать с
соответствующим номером страницы оперативной части.
Выработки, входящие в одну позицию, обозначаются на
схеме вентиляции одним цветом.
4. К оперативной части плана должны быть приложены
следующие графические материалы и документы:
-схема вентиляции шахты, составленная согласно
«Инструкции по составлению вентиляционных планов», на
которую дополнительно наносится время загазирования
тупиковых выработок при остановке ВМП, пункты ВГС, схема
дегазационных трубопроводов с указанием задвижек и
контрольно-измерительных приборов (при наличии в шахте
дегазации);
-схема (план) горных выработок и план поверхности с
нанесением средств пожаротушения, средств оповещения об
аварии, средств группового спасения рабочих при авариях,
принципиальной схемы подачи воды в шахту из водоемов,
резервуаров и других источников, подъездных путей к
стволам, шурфам;
-планы горных работ по пластам и горизонтам с
нанесением направления движения воздуха, мест установки
телефонов и их номеров;
-микросхемы горных выработок шахты (прилагаются к
экземпляру плана, хранящемуся в ВГСЧ) с нанесением
направления движения воздуха, мест установки телефонов и
их номеров, номеров телефонов диспетчера и главного
инженера, протяженности и углов наклона основных горных
выработок;
-протокол технического совещания при главном
инженере
шахты
и
акты,
составленные
согласно
требованиям пункта 3 настоящей Инструкции.
71
5.3.2. Основные указания по составлению оперативной части
плана ликвидации аварии
Позиции оперативной части составляются для
следующих видов аварий:
пожар - на все горные выработки шахты, надшахтные здания
и сооружения, примыкающие к ним, обогатительные фабрики
(установки), при пожаре в которых продукты горения могут
попасть в шахту, здания подъемных машин, компрессорной,
вакуум-насосной;
взрыв (вспышка)- на все горные выработки газовых шахт, в
которых обнаружен метан при нормальном режиме
проветривания, выработки и сооружения с интенсивным
пылеобразованием на шахтах, опасных по взрывчатости
угольной пыли (камеры опрокидов, угольных загрузок,
очистные и тупиковые забои при применении в них
взрывных работ, выработки, по которым уголь движется
самотеком и др.), здания вакуум-насосной и компрессорной
станций, склады ВМ, гараж-зарядные камеры;
внезапный выброс угля (породы) или газа
на
все
очистные и подготовительные забои на пластах, опасных по
внезапным выбросам угля, породы и газа;
прорыв пульпы, воды, затопление - на все выработки и зоны,
опасные по прорыву воды (пульпы);
горный удар - на все выработки и зоны, опасные по горным
ударам;
обрушение угля (породы) - на все выработки шахты одной
общей позицией;
прочие аварийные ситуации
- одной общей позицией по
действиям ВГСЧ и работников шахты.
К прочим аварийным ситуациям относятся –
загазирование, застревание клети или обрыв каната, общее
отключение электроэнергии, остановка ВГП на негазовых
шахтах
(на
газовых
шахтах
остановка
ВГП
предусматривается отдельной позицией), поиск человека, не
выехавшего из шахты.
72
В зависимости от характера и места возникновения
аварии, опасности ее развития в позициях плана
предусматриваются следующие основные мероприятия по
спасению людей, ликвидации и предупреждению развития
аварии.
1. Немедленный вызов обслуживающего шахту взвода ВГСЧ.
Производится при любой из перечисленных выше аварий,
независимо от их масштабов. Указывается количество
отделений, специальных технических средств ВГСЧ, которые
должны прибыть на шахту по сигналу «Тревога». При пожарах
в надшахтных зданиях и сооружениях, стволах, шурфах и
других горных выработках, имеющих выход на поверхность,
должна вызываться пожарная часть. Если аварией могут
быть застигнуты люди, то вызывается и реанимационнопротивошоковая группа ВГСЧ (РПГ).
2.
Аварийный
вентиляционный
режим.
Он
должен
обеспечивать
выход
людей,
как
правило,
по
незагазированным выработкам и быть устойчивым. При
выборе вентиляционного режима необходимо учитывать
следующее:
2.1. При взрывах газа и угольной пыли, внезапных выбросах
сохраняется
существующее
до
аварии
направление
вентиляционной
струи,
предусматриваются
способы
увеличения подачи воздуха на аварийные участки.
2.2.
При
пожаре
в
надшахтных
зданиях,
стволах,
околоствольных дворах, по которым поступает свежий
воздух, предусматривается реверсирование вентиляционной
струи. При этом необходимо предусмотреть меры по
обеспечению безопасности людей в тех надшахтных зданиях
и сооружениях, и куда могут попасть продукты горения после
реверсирования вентиляционной струи.
Расширение зоны реверсирования на другие главные
выработки шахты с воздухопадающей струей допускается с
учетом местонахождения людей, которые могут оказаться
застигнутыми
аварией,
а
также
конкретных
горнотехнических условий и после обязательной проверки
73
возможности его выполнения в аварийной обстановке.
2.3. При пожарах выше канала вентилятора в стволах с
исходящей струей воздуха, надшахтных зданиях этих стволов
(при всасывающем проветривании) необходимо обеспечить
нормальную работу ВГП аварийного ствола, реверсировать
остальные ВГП шахты (при их наличии) с целью обеспечения
устойчивой восходящей струи по аварийному стволу.
2.4. При пожарах в зданиях и каналах вентилятора (при
всасывающем
проветривании)
следует
реверсировать
неаварийные вентиляторы шахты (при их наличии), после
чего аварийный вентилятор остановить, закрыть канал
вентилятора шибером, открыть шлюзовые двери в
надшахтном
здании;
при
нагнетательном
способе
проветривания аварийный вентилятор останавливается, а
остальные работают в нормальном режиме.
2.5.
Для
наклонных
выработок
с
нисходящим
проветриванием с целью предотвращения опрокидывания
вентиляционной струи под действием тепловой депрессии
следует
предусматривать
меры
по
увеличению
сопротивления в параллельных выработках и в сбойках
между ними; при невозможности создать устойчивое
нисходящее проветривание предусматривать местное или
общешахтное реверсирование вентиляционной струи.
2.6.
Для
наклонных
выработок
с
восходящим
проветриванием с целью предотвращения нарушения
режима вентиляции в параллельных выработках, изменения
направления движения утечек воздуха и проникновения
продуктов горения в свежие струи следует предусматривать
меры по снижению напора образовавшейся тепловой
депрессии (закрытие пожарных дверей до очага пожара и
др.).
2.7. При пожаре в газообильном тупиковом забое
необходимо
сохранить
нормальный
режим
его
проветривания.
2.8. Для случаев пожара в других выработках следует
сохранить нормальный режим работы ВГП.
74
3. Аварийный режим работы системы энергоснабжения.
3.1. При взрывах электроэнергия в шахту должна
отключаться.
3.2. При реверсивном режиме проветривания подача
электроэнергии в шахту должна прекращаться. Допускается
подача электроэнергии в шахту на отдельные ее выработки
(кроме очистных и подготовительных) для обеспечения
быстрого и безопасного выезда людей из шахты.
Отключение электроэнергии в этих случаях производится
после полного вывода людей.
3.3. При пожарах, внезапных выбросах в пределах участков
прекращается подача электроэнергии на эти участки и по
пути движения исходящих из них струй.
3.4. При пожаре в надшахтных зданиях стволов (шурфов) с
исходящей струей и других надшахтных сооружениях, в
камерах, проветриваемых обособленной струей воздуха
(электровозный
гараж,
склад
ВМ
и
т.д.),
подача
электроэнергии прекращается только на эти объекты.
3.5. При пожарах в выработках с исходящей струей
прекращается подача электроэнергии только на эти
выработки.
3.6. При пожаре в газообильной тупиковой выработке
прекращается
подача
электроэнергии
в
аварийную
выработку,
но
сохраняется
на
проветривающий
ее
вентилятор.
3.7.
При
использовании
в
горных
выработках
пневматической энергии должна обеспечиваться подача
сжатого воздуха в шахту при всех видах аварий.
4. Оповещение и вывод людей.
4.1. Все лица, работающие в шахте, должны быть оповещены
о происшедшей аварии. При этом указывается способ
оповещения. В первую очередь оповещаются работники
аварийных и угрожаемых участков. Участок относится к
угрожаемому, если в результате аварии возможно его
загазирование или отсутствует второй выход из него.
4.2. При взрывах газа и угольной пыли, в случае
75
реверсирования ВГП, а также при пожарах в шахтах,
имеющих только два выхода на поверхность, должен
предусматриваться вывод всех людей.
4.3. При пожарах в шахтах, имеющих более двух запасных
выходов на поверхность, если сохранен нормальный режим
проветривания, вывод людей должен предусматриваться в
первую очередь из всех выработок и участков, в которые
поступают продукты горения, и из угрожаемых участков.
4.4. Для ускорения эвакуации людей из аварийного участка
(шахты) следует использовать все виды подземного
транспорта, доставляющего людей к местам работы. Этот же
транспорт используется и для передвижения отделений ВГСЧ
и членов ВГС к месту аварии.
4.5. При загазировании основных выходов (например,
клетевого
ствола)
указывается
порядок
подготовки
запасных выходов для эвакуации людей и спуска отделений
ВГСЧ и членов ВГС.
5. Задания диспетчера членам ВГС участков, смежных с
аварийным.
В заданиях перечисляются участки и выработки, из которых
привлекаются члены ВГС, оснащение, которое берется ими
для выполнения задания, маршруты движения к месту
аварии со стороны свежей струи воздуха. В помощь членам
ВГС аварийного участка должны направляться члены ВГС
близко расположенных участков в количестве не менее 2
человек. При аварии в тупиковой выработке члены ВГС
смежных участков направляются только к устью этой
выработки. Время прибытия членов ВГС к месту аварии не
должно превышать 30 минут.
6. Ликвидация аварии в начальной стадии.
6.1. Обеспечение подачи воды к месту пожара (включение
насосов, отключение параллельных трубопроводов и др.).
6.2. Использование станционных пожарных устройств.
6.3. Доставка необходимого материала к месту применения.
6.4. Использование имеющихся насосов и ставов труб,
ограждение от затопления главных водоотливных установок
76
при внезапном прорыве пульпы или воды.
7. Предупреждение развития аварии.
7.1. Закрытие пожарных ляд и дверей в горных выработках.
7.2. Включение водяных завес, водоразбрызгивателей на
путях возможного развития пожара.
7.3. Реализация предусмотренного ПЛА режима работы
дегазации.
7.4. Подготовка погрузочных и транспортных средств шахты
для доставки к месту аварии аварийных материалов и
техники.
7.5. Удаление средств взрывания и взрывчатых материалов
из складов ВМ при пожарах в них.
7.6. Предупреждение падения подъемных сосудов на случай
обрыва канатов вертикальных и наклонных подъемов.
7.7. Предупреждение нарушения проветривания в результате
обрушений и подтопления выработок водой, расходуемой на
ликвидацию пожара и др.
8. Организация действия горноспасательной службы и
пожарных частей.
8.1. Отделения ВГСЧ, прибывшие на шахту, направляются на
спасение людей и ликвидацию аварии.
8.2. На удаленных от ВГСЧ шахтах производится оповещение
и сбор членов ВГС, находящихся вне шахты и выдача им
задания в соответствии с требованиями «Устава ВГСЧ по
организации и ведению горноспасательных работ».
8.3. Пожарные части направляются для тушения пожаров в
зданиях поверхностного комплекса.
В позициях оперативной части плана должна быть указаны
ответственные за выполнение каждого мероприятия и
исполнители.
5.3.3. Пример составления позиции оперативной части ПЛА
Исходные данные
Составить позицию при пожаре на конвейерном (сборном)
штреке лавы 212 на основании схемы горных выработок
77
шахты (рис. 13). Шахта имеет два выхода на поверхность,
имеет III категорию по газу и оборудована системой
дегазации.
Лава
штрек
Т
№ 209Ходок
Т
Лава
Конвейерный
наклон
Т
ВГС
Т
№ 207
Вент. штрек
1
йынробС
Откаточный
уклон
ВГС
ВШТ
йовотроБ
Конвейерный
Т
кертш
ВГС
кертш
Магистр. конв. штрек
Т
ловтс йоветелК
Склад ВМ
ловтс йовопикС
йовотроБ
ВГС
Магистр. вент. штрек
Лава № 210
1
Лава № 212
2
3
4 ВГС 5
Т
6
Рис.13. Схема горных выработок шахты
1-свежая струя; 2-отработанная струя; 3-вентиляционная дверь с окном;
4-вентиляционная дверь закрытая; 5-пункт ВГС; 6-места расположения
телефонов
Решение
Позиция составляется в табличной форме.
таблица 2
Позиция № 17. Лава № 212, сборный штрек-пожар
№
1
1
2
3
4
Мероприятия по спасению людей
и ликвидации аварии
2
Вызвать оперативный взвод 3 ВГСО.
Обеспечить прибытие дежурного и
резервного отделений и техники для
тушения пожара пеной и водой.
Обеспечить нормальный режим работы
вентилятора главного проветривания
скипового ствола.
Отключить электроэнергию на панельное
крыло шахты (лавы № 210 и 212).
Оповестить персонал об аварии системой
78
Ответственный за
выполнение
мероприятий и
исполнители
3
Горный диспетчер
Командир взвода
Дежурный ВГСЧ
Главный механик
Горный диспетчер
Главный энергетик
Дежурный подстанции
Горный диспетчер
Сменные ИТР
участков, члены ВГС
5
6
7
8
9
ИГАС и по телефону и вывести всех людей
из шахты согласно плану эвакуации.
Направить членов ВГС лавы № 210 и ВШТ с
респираторами и средствами
пожаротушения из пунктов ВГС по
конвейерному (бортовому) штреку лавы №
212 для тушения пожара.
Обеспечить подачу воды по магистральному
конвейерному штреку на аварийный участок.
При дальнейшем развитии пожара
доставить пожарный поезд на сборный
штрек лавы № 212.
Закрыть задвижки дегазационных скважин
бортового штрека лавы № 212, продуть
дегазационный став.
Направить прибывшие отделения ВГСЧ по
маршрутам:
1 отделение по клетевому стволу,
магистральному конвейерному штреку,
через кроссинг на бортовой штрек лавы №
212 для обследования выработок
аварийного участка по исходящей струе
воздуха до очага пожара с задачей по
спасению и выводу людей на
магистральный штрек и далее на
поверхность.
2 отделение по клетевому стволу,
магистральному конвейерному штреку, на
сборный штрек лавы № 212 до очага пожара
для его ликвидации.
Остальные отделения действуют по
обстановке на основании распоряжений
ответственного руководителя работ.
Горный диспетчер
Начальник и члены
ВГС
Главный механик
Дежурный слесарь
Начальник и члены
ВШТ
Машинист
Начальник и слесарь
участка дегазации
Члены ВГС уч. № 1
Главный инженер
(Горный диспетчер)
Командир ВГСЧ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Охрана труда и горно-спасательное дело / С.Я. Хейфиц, В.Я. Балтайтис. М.:
Недра, 1971.
2. Тушение подземных пожаров на угольных шахтах / Г.Г. Соболев, В.П.
Чарков, А.М. Кушнарев и др. М.: Недра, 1977.
3. Рудничная вентиляция и борьба с подземными пожарами / А.А.Харев. М.:
Недра, 1978.
4. Безопасность ведения горных работ и горно-спасательное дело / Ю.В.
Шувалов. С-Пб, СПГГИ(ТУ), 2001.
5. Ударные воздушные волны в горных выработках / А.А. Гурин, П.С
79
Малый., С.К. Савенко М.: Недра, 1983.
6. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский М.: Наука, 1987.
7. Аэрология горных предприятий / К.З. Ушаков, А.С. Бурачков, Л.А. Пучков,
И.И. Медведев. М.: Недра, 1987.
8. Рудничная вентиляция: Справочник / Под ред. К.З. Ушакова. М.: Недра,
1988.
9. Правила безопасности в угольных шахтах. / Самарский дом печати.
Самара, 1995.
10. Безопасность жизнедеятельности / Ю.В. Шувалов, И.А. Павлов, В.А.
Рогалев, С.Г. Гендлер. С-Пб, СПГГИ(ТУ), 1998.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………
1. ПОДЗЕМНЫЕ ПОЖАРЫ…………………………………………………
1.1 ОБНАРУЖЕНИЕ ЭНДОГЕННОГО ПОДЗЕМНОГО ПОЖАРА И
ПОИСКИ ПОЖАРНЫХ ОЧАГОВ…………………………………………..
1.1.1. Значение своевременного обнаружения пожара……………………..
80
Стр.
3
4
5
5
1.1.2. Методика обнаружения эндогенного пожара и определения
его фазы по пожарным коэффициентам……………………………………
1.1.3. Пример определения места эндогенного пожара…………………….
1.2. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ВЫРАБОТОК В ЗОНЕ ПОЖАРА
1.2.1. Особенности пожаров в сквозных выработках большой
протяженности……………………………………………………………………...
1.2.2.
Методика
определения
параметров
развившегося
экзогенного пожара………………………………………………………………………
1.2.3. Пример расчета тепловых параметров пожара……………………….
1.3. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВЕНТИЛЯЦИИ НАКЛОННОЙ
ВЫРАБОТКИ ПРИ ПОЖАРЕ………………………………………….
1.3.1.
Воздействие
тепловой
депрессии
на
режим
проветривания…………
1.3.2. Методика расчета величины тепловой депрессии в
наклонной выработке……………………………………………………………………
1.3.3. Пример расчета величины тепловой депрессии………………………
2. ВЗРЫВЫ В ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ………………
2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ УДАРНОЙ ВОЛНЫ И ВОЗДУШНОГО
ПОТОКА В ЗОНЕ ВЗРЫВА…………………………..
2.1.1. Ударные воздушные волны в горных выработках……………………
2.1.2. Методика расчета параметров воздушной ударной
волны…………..
2.1.3.
Пример
расчета
параметров
воздушной
ударной
волны……………..
2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ФРОНТЕ ВЗРЫВНОЙ УДАРНОЙ
ВОЛНЫ…………………………………………………………………….
2.2.1. Избыточное давление, вызываемое ВУВ……………………………...
2.2.2. Методика определения давления при действии ударной
волны…….
2.2.3. Пример определения величины избыточного давления при
действии ударной волны………………………………………………………
3. ЗАЩИТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ……………
3.1.
РАСЧЕТ
ВЗРЫВОУСТОЙЧИВОСТИ
ШПРЕНГЕЛЬНЫХ
ПЕРЕМЫЧЕК……………………………………………………………...
3.1.1. Назначение шпренгельных перемычек ……………………………….
3.1.2. Методика расчета шпренгельных перемычек…………………………
3.1.3.
Пример
расчета
параметров
шпренгельных
перемычек……………...
3.2. РАСЧЕТ ВОДОУПОРНЫХ ПЕРЕМЫЧЕК……………………………..
3.2.1. Типы и назначение водоупорных перемычек…………………………
3.2.2. Методика расчета параметров перемычек…………………………….
3.2.3. Пример расчета параметров перемычки………………………………
4. АВАРИЙНЫЕ РЕЖИМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ………………………………
4.1. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ ВЕНТИЛЯЦИИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ
ИХ РАЗГАЗИРОВАНИИ…………………………………………………
81
5
8
12
12
13
14
17
17
18
20
22
23
23
23
24
25
25
25
31
34
35
35
35
36
37
37
38
39
40
41
4.1.1. Разгазирование горных выработок…………………………………….
4.1.2. Методики расчета проветривания горных выработок после
вскрытия пожарного участка…………………………………………………..
4.1.2.1. Сквозные выработки……………………………….…………………
4.1.2.2. Тупиковые выработки………………………………………………...
4.1.3.1.
Пример
расчета
параметров
разгазирования
лавы………………….
4.1.3.2.
Пример
расчета
разгазирования
тупиковой
выработки…………….
4.2.
РАСЧЕТ
НЕОБХОДИМОГО
ДЕБИТА
ВОЗДУХА
ПРИ
РЕВЕРСИВНОМ РЕЖИМЕ ПРОВЕТРИВАНИЯ УЧАСТКА……….
4.2.1. Реверсирование воздушной струи……………………………………..
4.2.2. Методика расчета необходимого количества воздуха при
реверсировании
проветривания
выемочного
участка………………………….
4.2.3. Пример расчета необходимого количества воздуха при
реверсировании
проветривания
выемочного
участка…………………………….
5. ЛИКВИДАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ АВАРИЙ………………………………..
5.1. РАСЧЕТ РЕЖИМА ПОДАЧИ ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ К
ОЧАГУ ЭКЗОГЕННОГО ПОЖАРА……………………………………..
5.1.1. Углекислый газ как средство пожаротушения………………………..
5.1.2. Методика расчета параметров выпуска углекислого
газа……………
5.1.3. Пример расчета параметров выпуска углекислого газа
……………...
5.2. РАСЧЕТ РЕЖИМА ПОДАЧИ ОГНЕГАСИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ К
ОЧАГУ ЭНДОГЕННОГО ПОЖАРА…………………………………….
5.2.1. Заиливание пожарного участка………………………..……………….
5.2.2. Методика расчета основных параметров заиливания при
пожаре
в
выработанном
пространстве
участка………………………..………………..
5.2.3.
Пример
расчета
основных
параметров
заиливания…………………..
5.3. СОСТАВЛЕНИЕ ОПЕРАТИВНОЙ ЧАСТИ ПЛАНА ЛИКВИДАЦИИ
АВАРИИ………………………..………………………..………………...
5.3.1. Общие положения………………………..………………………..…….
5.3.2. Основные указания по составлению оперативной части
плана ликвидации аварии………………………..………………………..………..
5.3.3.
Пример
составления
позиции
оперативной
части
ПЛА……………...
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………...………
82
41
41
41
42
44
45
46
46
47
48
49
49
49
50
53
56
56
57
59
61
61
63
68
70