CC BY
94
ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
УДК 622.4.012.2
ВЛИЯНИЕ ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВ НА РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГЛАВНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ УСТАНОВОК
М.Ю. Лискова
Рассмотрено влияние выработанных пространств на процесс изменения режима вентиляции при реверсировании вентиляционных струй в рудниках. Показано, что влияние выработанных пространств на режимы работы главных вентиляционных установок необходимо учитывать при разработке планов ликвидации аварий.
Ключевые слова: выработанные пространства, главная вентиляционная установка, рудник, вентиляционная сеть.
Большие объемы пустот в выработанных пространствах, которые сложно, а иногда и невозможно изолировать от действующих выработок, оказывают, заметное влияние на аварийные режимы вентиляции и, следовательно, на режимы работы главных вентиляторных установок (ГВУ). В ходе исследования явления входа ГВУ в нормальный режим вентиляции после ее включения было отмечено очень быстрое во времени изменение производительности установки и развиваемого ею давления. Результаты исследования данного явления рассматривались в работах [1, 2], которые показали, что ГВУ входят в нормальный режим работы спустя 15-90 мин после запуска их в работу после длительной остановки или реверсии с помощью их общерудничной вентиляционной струи в аварийных ситуациях (при пожарах, к примеру).
На рис. 1 показано изменение режима работы ГВУ ВОД-30м, работающего на нагнетание, при его запуске в работу после длительной остановки (рудник ОАО «KNAUF ГИПС Новомосковск», объем пустот в вы-
-5
работанных пространствах более 36 млн. м ). Точка 1 - это режим работы в момент запуска вентилятора в работу, точка 2 (темная) - установившийся режим, который наступает спустя 85 мин с момента запуска.
На рис. 2 та же картина, но при запуске в работу ГВУ В-УПДТ-2,4 (тот же рудник), также работающего на нагнетание: точка 1 - режим работы в момент запуска вентилятора, точка 2 - установившийся режим, наступающий также спустя 85 мин. На рис. 1 и 2 точка 1 характеризуется минимальным развиваемым давлением и максимальной производительностью (подачей) вентиляторов, т.к. они преодолевают минимальное сопротивление вентиляционной сети рудника - сопротивление выработок от вентилятора до выработанных пространств. Выработанные пространства, сопротивление которых ничтожное (можно принять равным нулю), заполняются воздухом, нагнетаемым ГВУ. По мере наполнения их воздухом и возникновения вследствие этого в руднике избыточного давления начинается движение воздуха в выработках за отработанным пространством.
р.
50 100 150 200 м3/с
Рис. 1. Аэродинамические характеристики вентилятора ВОД-ЗО м
Причем, это движение становится все более интенсивным, на которое затрачивается определенная часть энергии вентиляторов, что ведет к росту общего развиваемого вентиляторами давления и падению их производительности.
Часть объема воздуха, нагнетаемого вентиляторами в рудник, идет на наполнение пустот в выработанных пространствах, а часть - в начальный момент очень незначительная, но постоянно увеличивающаяся, - выбрасывается по вентиляционным стволам на поверхность. Наконец, наступает момент, когда пустоты в выработанных пространствах заполнены полностью, и объем воздуха, который нагнетается вентиляторами в рудник, равен объему воздуха, выдаваемому из рудника. В данный момент ГВУ входят в постоянный (установившийся) режим работы, развивая максимальное давление и минимальную производительность.
Рис. 2. Аэродинамические характеристики вентилятора В-УПДТ-2,4
Рассмотрим теперь аварийную ситуацию - пожар в околоствольном дворе одного из воздухоподающих стволов. Для предотвращения распространения пожарных газов по руднику необходима реверсия вентиляционной струи с помощью ГВУ для чего их переводят в режим работы на всасывание. ГВУ начинают откачивать воздух из рудника, давление в котором снижается. Сжатый в выработанных пространствах воздух расширяется и избыток его с помощью ГВУ вместе с пожарными газами начинает выбрасываться на поверхность. В момент перевода ГВУ в режим всасывания избыточное давление в выработанных пространствах еще сохраняется, поэтому за выработанными пространствами в течение определенного времени струи не реверсируется. Таким образом, при переводе ГВУ, нормально работающих в режиме нагнетания, во всасывающий режим, мгновенная (в пределах требований ЕПБ [3]) реверсия вентиляционных струй происходит только в выработках между вентиляторами и отработанными пространствами и пожарные газы сразу вместе с этими струями будут выноситься из околоствольного двора.
Что же может произойти, если нормальный режим работы ГВУ всасывающий? В выработанных пространствах, как и во всем руднике, создано разрежение. При пожаре в околоствольном дворе воздухоподающего ствола ГВУ переводятся в режим нагнетания. За счет разрежения в выработанных пространствах они начнут наполняться воздухом, как со стороны воздухоподающих стволов, около одного из которых произошел пожар, так и со стороны вентиляционных, по которым воздух с помощью ГВУ начинает нагнетаться в рудник. По мере наполнения выработанных пространств воздухом депрессия в них уменьшается, как уменьшается и поступление в них воздуха со стороны воздухоподающих стволов вместе с пожарными газами. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока депрессия в выработанных пространствах не станет равной нулю.
Таким образом, выработанные пространства в течение определенного периода времени не позволяют реверсировать струи воздуха со стороны воздухоподающих стволов, а поэтому эти струи некоторое время будут сохранять прежнее, как при нормальном проветривании рудника, направление, разнося пожарные газы и загазовывая выработки.
Подобная ситуация смоделирована на вентиляционной сети, показанной на рис. 3, а. Выработанные пространства показаны ветвями 17 и 18, вентилятор главного проветривания с характеристикой, описываемой
Л
уравнением h = 300 - 0,00678^ , работает в режиме всасывания.
Допустим, что ГВУ в аварийной ситуации (пожар - стрелка на рис. 3, б) включается в аварийный режим только к концу периода времени, определяемого ЕПБ [3] - через 10 минут. После отключения ГВУ в первый момент депрессия (разрежение) в выработанных пространствах остается неизменной, поэтому они, наполняясь воздухом, начинают выполнять роль источников тяги, а вентиляционная сеть принимает вид, показанный на рис. 3, б, в, г. Воздух под воздействием этих источников тяги начнет поступать к выработанным пространствам как со стороны воздухоподаю-щего, так и со стороны вентиляционного стволов, реверсируя в последнем случае вентиляционную струю, о чем говорят стрелки у ветвей на рис. 3, б, в, г. В данный момент пожарные газы вместе с потоком воздуха начнут распространяться по руднику. Пути распространения газов по руднику в течение 10 минут показаны на рис. 3 утолщенной частью ветвей.
Спустя 5 минут депрессия в выработанных пространствах уменьшается. Поступление воздуха со стороны воздухоподающего ствола уменьшается (ветви 13 и 14), а пожарные газы полностью заполнят откаточный (ветвь 13) и транспортный (ветвь 11) штреки - рис. 3, в.
Рис. 3. Распределение потоков воздуха и пожарных газов в ветвях вентиляционной сети после остановки вентилятора
Положение с воздухораспределением на 10-й минуте приведено распространение газов - на рис. 3, г. Почти полностью загазованными окажутся транспортный штрек (ветвь 15) и транспортная сбойка (ветвь 10). Таким образом, за 10 минут остановки вентилятора газы распространятся на значительное расстояние от очага пожара.
Анализируя приведенные выше рассуждения, очевидно, что выработанные пространства, имеющие достаточно большой объем пустот, могут долго (как показывают исследования в рудниках, до 90 минут) не позволять реверсировать струи в воздухоподающих стволах и прилегающих к ним выработках, создавая в аварийных ситуациях опасные и неблагоприятные условия для эвакуации рабочих. Это настоятельно требует по другому решать вопросы в планах ликвидации аварий с тем, чтобы создавать условия для быстрой и эффективной эвакуации рабочих из аварийного рудника.
Список литературы
1. Постникова М.Ю. Влияние выработанных пространств на аэрогазодинамические процессы при аварийных режимах вентиляции рудников: Дис. ...канд. техн. наук / Тула, 2010. - 191 с.
2. Mokhirev N.N. Problems and possibilities for improving the ventilation and occupational safety in our underground mines / Sci. and techn. conf. «Occupational safety in underground and open pit mines and quarries», 8 -11 june 1998, Bulgaria-Varna .V. 2 . Р. 32-34.
3. Мохирев Н.Н. Расчет времени заполнения выработанных пространств воздухом при остановке вентиляторов главного проветривания // Горное эхо. Вестник Горного института УрО РАН. 1998. № 3. С. 12-13.
4. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом (ПБ 03-553-03). Сер. 3. Вып. 33 / Колл. авт. М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. 200 с.
Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, ст. преподаватель, [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский университет
INFLUENCING OPEN AREAS UPON REGIMES OF FUNCTIONING
MAIN VENTILATORS
Maria Y. Liskova
Influencing open areas to process of changing ventilation regime by reversing ventilation jets in mines was considered. Influencing open areas upon regimes of functioning main ventilators must be taken into account by created plans of liquidating underground accidents.
Key words: open areas, main ventilators, mine, ventilation network.
Maria Y. Liskova, Candidate of Sciences, Senior Lecturer, [email protected], Russia, Perm City, Perm National Research University
