Функциональная структура мониторинга атмосферы коммуникационных коллекторов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© С.В. Мишин, 2001

УДК 53.087.4

С.В. Мишин

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СТРУКТУРА МОНИТОРИНГА АТМОСФЕРЫ КОММУНИКАЦИОННЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

П

роблема мониторинга атмосферы коммуникационных коллекторов весьма важна для Москвы, которая является крупным мегаполисом. Это влечет за собой необходимость обеспечивать жизнеспособность крупного города как системы, которая создает все условия для жизни и удовлетворения потребностей людей, проживающих и работающих в нем.

Большие потребности и населенность города привели к закономерной необходимости роста города под землю. И на данный момент подземная инфраструктура настолько развита и разветвлена, что вопрос о безопасной эксплуатации подземных коммуникаций является очень актуальным. Большую часть подземной инфраструктуры города составляют коммуникационные коллектора.

В коллекторах присутствуют вредные для здоровья человека факторы: вредные газы, пыль и недопустимые параметры микроклимата на рабочем месте. Поэтому вопрос о контроле состава атмосферы и параметров микроклимата рабочей зоны является первостепенным, так как от этого зависит безопасность эксплуатации коллекторного тоннеля. Коллекторные тоннели зачастую пересекаются с газовыми магистралями, прокладываются вблизи бензозаправочных станций, различных предприятий химической промышленности и т.д. Все это создает предпосылки возникновения аварийных ситуаций в коллекторе.

Во избежание аварийных ситуаций в настоящее время создана система автоматизированного газового контроля (САГК). САГК включает в себя стационарные датчики контроля метана, расположенные по длине коллектора, блоки питания, пункта диспетчерского управления (ПДУ), блока автоматического включения вентиляторов (БАВВ). САГК должна работать по следующему алгоритму: при определении каким-нибудь из датчиков концентрации метана 1,3 % подается сигнал на ПДУ и срабатывает БАВВ, обеспечивая разга-зирование коллектора.

Коллективом кафедры «Аэрологии и охраны труда» было проведено исследование состояния атмосферы в коллекторах г. Москвы с целью научного обоснования и разработки нормативного документа по контролю состава атмосферы городских коммуникационных коллекторов.

Результаты проведенных исследований показали следующее:

1. Состав атмосферы коллекторов, практически, соответствует ПДК. Однако, возможно появление вредных газообразных примесей из внешних и внутренних источников. К внутренним источникам вредных газов относятся трубопроводы с горячей водой, утечки, грунтовые воды, различные техногенные процессы, протекающие в коллекторе, а также пожары (пожарные газы). Внешними источниками являются бензозаправочные станции, склады и хранилища вредных и токсичных веществ, автомагистрали, расположенные в зоне забора воздуха вентиляторами.

2. В составе воздуха коллекторов может присутствовать метан, что требует перевода их на газовый режим, ввиду высокой опасности последствий аварии, связанных с взрывами метана, для населения. Он может выделяться при пересечении коллекторами слоев грунта, содержащих органические включения или отходы, из грунтовых вод (растворенный в воде метан) -внутренние источники, или при пересечении газовых магистралей и наличии утечек газа из них, при авариях, связанных с разрушением газопроводов и хранилищ газов на поверхности - внешние источники.

3. Микроклимат коллекторов не отвечает санитарно-гигиеническим нормам по температуре, влажности и подвижности воздуха, что в значительной степени ухудшает условия труда.

4. Отсутствие направленного движения воздуха при значительной загроможденности сечения выработок объектами инженерных сетей создает условия для образования местных и слоевых скоплений метана, который может попадать в коллектор при протечках.

5. Необходимо менять систему проветривания, что позволит улучшить метеоусловия на рабочих местах, обеспечить разбавление вредных газов, снизить влажность воздуха, а также организовать эффективный автоматизированный контроль состава атмосферы, при снижении общих затрат на эксплуатацию систем вентиляции и автоматизированной газовой защиты. Это обеспечит безопасную эксплуатацию коллекторного туннеля.

Низкая эффективность существующей автоматизированной газовой защиты (АГЗ), направленной на выявление метана определяется следующими двумя факторами.

Во-первых, ввиду неэффективной системы вентиляции значение скорости движения воздуха близко к нулю. Вследствие этого при возникновении протечки метана, его перемещение между двумя соседними датчиками обеспечивается только за счет молекулярной диффузии, поэтому при отсутствии движения воздуха датчики будут срабатывать с большим опозданием, т.е. когда значительный объем выработки заполнится газом. Располагать датчики на более близком расстоянии не имеет экономического смысла.

И, во-вторых, существующие датчики расположены на расстоянии более 20 см от кровли выработки, что

Рис. 1. Функциональная структура системы мониторинга атмосферы коллекторов при эффективной вентиляции

дает возможность скопления метана под кровлей толщиной несколько сантиметров.

Поэтому в настоящее время эффективен только ручной контроль состава атмосферы и параметров микроклимата.

Следовательно, если обеспечить постоянное движение воздуха возможно создание эффективной системы мониторинга атмосферы коллекторов. Создание такой системы мониторинга позволит создать эффективную экономичную автоматизированную газовую и пожарную защиту.

Система мониторинга должна осуществлять: наблюдение за состоянием атмосферы, оценку этого состояния, сигнализацию и управление (т.е. действия, направленные на поддержание либо улучшение данного состояния). Наблюдение как подфункция мониторинга включает:

• контроль концентрации взрывчатых газов (метана);

• контроль концентрации вредных газов: оксида и диоксида углерода, оксида азота, паров бензина, диоксида серы, сероводород, присутствующих, по результатам натурных исследований, в коллекторах;

• контроль параметров микроклимата (температуры, относительной влажности и скорости движений воздуха).

Функциональная структура системы мониторинга атмосферы коллекторов при эффективной вентиляции приведена на рисунке.

При обеспечении нормальной вентиляции вредные концентрации определяются автоматической системой контроля (АСК). АСК осуществляет автоматический непрерывный контроль концентрации вредностей и параметров микроклимата в атмосфере коллектора при помощи стационарных датчиков контроля, так же функции звуковой и световой сигнализации в диспетчерском пункте и в коллекторе при достижении уровня показаний концентраций выше предельно допустимых, функции передачи сигнала на систему автоматического управления вентиляцией (САУВ). САУВ коллектора при появлении информации о высоком уровне концентраций переводит ее на более интенсивный расчетный режим вентиляции.

Выводы

1) Основные функции мониторинга включают:

• наблюдение за состоянием атмосферы;

• оценку этого состояния;

• сигнализацию и управление (т.е. действия, направленные на поддержание либо улучшение данного состояния).

2) Наблюдение за состоянием атмосферы коллекторов включает следующие параметры:

• концентрации взрывчатых газов (метана) в коллекторе;

• концентрации вредных газов: оксида и диоксида углерода, оксида азота, паров бензина, диоксида серы, сероводород, присутствующих в коллекторах;

• контроль параметров микроклимата (температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха).

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Мишин С.В. — аспирант, кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.