Проблема управления и моделирования чрезвычайных ситуаций в шахтах

УДК 622.4.012

ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ШАХТАХ

М.Ю. Лискова, И.С. Наумов

Описана проблема управления и моделирования аварийных ситуаций в шахтах, имеющих большой объем выработанных пространств.

Ключевые слова: моделирование, рудник, план ликвидации аварий, вентиляционные сети, модель.

Аварийные ситуации, связанные с пожарами в угольных, нефтяных и рудных шахтах, являются наиболее тяжелыми и опасными с точки зрения эвакуации горнорабочих и ликвидации последствий аварии, т.к. они сопровождаются гибелью не только рабочих, но и людей (горноспасателей), участвующих в ликвидации этих аварий. Поэтому над проблемой создания системы надежных и безопасных путей эвакуации рабочих, застигнутых аварией, работали и работают ученые в России и за рубежом. В основе данных работ лежит создание модели развития аварии в первые (наиболее интенсивные процессы эвакуации) и последующие моменты времени. Эти модели должны прогнозировать распространение пожарных газов в выработках шахт при возможных очагах возгорания с тем, чтобы определить надежные и безопасные (свободные от газов) пути выхода рабочих из аварийных участков.

Разработан аппарат математического моделирования аварийных ситуаций, связанных с возникновением пожара в шахте. В основе методики создания модели аварийных ситуаций принят метод расчета графов, представляющих расчетную модель вентиляционной системы шахты. Данная модель позволяет получить расходы воздуха во всех ветвях (выработках) вентиляционной сети при воздействии на нее естественных и искусственных источников тяги (естественной тяги, вентиляторов, работающих через перемычку или на вентиляционный трубопровод, эжекторов) или регуляторов (регулирующих перемычек или стабилизаторов).

В настоящее время на каждую аварийную ситуацию в шахте составляются планы ликвидации аварий (ПЛА). При разработке мероприятий по ликвидации последствий аварии и эвакуации горнорабочих из аварийных участков, которые закладываются в позициях ПЛА, исходят из того, что изменение режима вентиляции шахты происходит мгновенно с момента изменения режима работы главной вентиляционной установки (ГВУ). Однако наличие выработанных пространств затягивает процесс изменения режима вентиляции и условия безопасной эвакуации рабочих из аварийных участков могут не состояться. В этих случаях эвакуация рабочих по

обозначенным эвакуационным путям может стать не только затруднительной, но и невозможной.

Проведены исследования влияния выработанных пространств на аварийную вентиляцию шахт и рудников. Например, расчёт вентиляционной сети в переходный период аварийной вентиляции показал следующее. За переходный период берется условно время, в течение которого главная вентиляторная установка переводится в режим реверсии общерудничной вентиляционной струи (подача вентилятора становится равной нулю, переводятся ляды реверсивных устройств в рабочее реверсивное состояние, подача вентилятора увеличивается). Согласно [1] это время не должно превышать 10 минут.

На рис. 1 представлен рудник с двумя крыльями, в каждом из которых имеются выработанные пространства - ветви 17 условно в северном крыле и 18 условно в южном крыле. ГВУ работает в нормальном всасывающем режиме.

Для расчёта аварийной вентиляции вводится условная ветвь - сток газов 100 %-ной концентрации при возникновении пожара. Параметры газов, их характеристика и количество в м3/с можно определить на основании работ [2, 3]. Поскольку ГВУ находится в состоянии перехода в реверсивный режим, то ее подача равна нулю, она отключена.

Я

Рис. 1. Начальное состояние системы

В первый момент отключения ГВУ в выработанных пространствах сохраняется разрежение. Эти ветви становятся источниками тяги с первоначальными депрессиями. На рис. 2 показано направление действия источников тяги - выработанных пространств.

Рис. 2. Начальный момент реверсии общерудничной вентиляционной струи

Далее рассчитывается вентиляционная сеть решается также, но уже с двумя источниками тяги в ветвях 17 и 18 с первоначальной депрессией равной величине разрежения, которое сохраняется в выработанных пространствах в первый момент.

Окончательное распределение газовых потоков к 17-й минуте приводится на рис. 3.

Рис. 3 Распределение газового облака в выработках

к 17-й минуте

Как видно из рис. 3 к концу 17-й минуте воздух реверсируется только со стороны вентиляционного ствола, а со стороны воздухоподающего не реверсируется, тем самым большое количество выработок могут наполниться пожарными газами, что затруднит выход горнорабочих. Аналогичная ситуация сложится и при нулевой аварийной вентиляции.

Список литературы

1. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом

(ПБ 03-553-03). Серия 03. Вып. 33 / Колл. авт. М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. 200 с.

2. Мохирев Н.Н. Проветривание рудников и шахт: курс лекций для студентов горных специальностей / ПГТУ: Пермь, 1998. 235 с.

3. Errygers A.E. Practical pointers for fan applications. Canadian Mining Journal, Vol. 88, № 10, 1967.

Лискова Мария Юрьевна, канд. техн. наук, ст. преподаватель, mary.18.02@mail.ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,

Наумов Игорь Сергеевич, инженер, mary. 18.02@mail. ru, Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет.

THE PROBLEM OF THE MANAGEMENT AND MODELING OF EMERGENCY

SITUA TIONS IN MINES

M.U. Liskova, I.S. Naumov

Described the problem of the management and modeling of emergency situations in mines that have a large amount of worked out areas.

Key words: modeling, mine, emergency response plan, ventilation network model.

Liskova Marija Urievna, candidate of technical sciences, senior lecturer, mary.18.02@,mail.ru. Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic Institute,

Naumov Igor Sergeyevich, engineer, mary. 18.02@,mail.ru. Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic Institute