CC BY
36
- © Е.Л. Гришин, Д.С. Кормщиков,
Л.Ю. Левин, 2014
УДК 622.4
Е.Л. Гришин, Д.С. Кормщиков, Л.Ю. Левин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕПЛОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРИ АНАЛИЗЕ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ И РАЗРАБОТКЕ ПЛАНА ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙ В АНАЛИТИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ «АЭРОСЕТЬ»*
Сложный характер взаимодействия экзогенного пожара с вентиляционной сетью рудника и наибольшая распространенность этого типа аварий приводят к тому, что разработке позиций плана ликвидации аварий для экзогенных пожаров уделяется наибольшее внимание. Поэтому для повышения качества мероприятий по локализации и ликвидации аварий разработан алгоритм распределения воздуха, тепла и продуктов горения на основе фактических расходов воздуха, который позволил создать инструменты для увеличения эффективности анализа вентиляционных режимов и возможных действий при авариях. В отличие от традиционных алгоритмов реализованный алгоритм на основе фактических замеров расходов воздуха в ветвях вентиляционной сети с замерными станциями распределяет расходы воздуха в недостающих ветвях согласно первого закона Кирхгофа. При расчете расходов воздуха в ветвях учитываются геометрические параметры выработки и параметры вентиляционных сооружений, установленных в ней. Расчеты можно уточнять, внося данные об аэродинамическом сопротивлении выработок, полученные в ходе воздушно-депрессионной съемки. На основании этого алгоритма разработаны инструменты для увеличения эффективности анализа вентиляционных режимов и возможных действий при авариях: алгоритм поиска оптимального пути выхода с аварийного участка и алгоритм выделения опасных позиций. В дальнейшем на основе алгоритма распространения газовых примесей планируется разработать позволяющие вспомогательные аналитические инструменты, позволяющие определять необходимые вентиляционные режимы при авариях, рассчитывать время пребывания горноспасателей в непригодной для дыхания атмосфере и необходимый запас кислорода.
Ключевые слова: рудник, шахта, план ликвидации аварий, пожар, рудничная вентиляция, воздухораспределение, газораспределение, авария, модель, моделирование, вентиляционная сеть.
С ложный характер взаимодействия экзогенного пожара с вентиляционной сетью рудника и наибольшая распространенность этого типа аварий приводят к тому, что разработке позиций плана ликвида-
ции аварий для экзогенных пожаров уделяется наибольшее внимание [1]. В действующих планах ликвидации аварий такие позиции занимают более 90% по количеству и объему оперативной части. Поэтому для повышения
* Работа выполнена при финансовой поддержке Уральского отделения Российской академии наук проект ориентированных фундаментальных исследований № 13-5-027-АЭРО «Разработка нейтрализатора ядовитых газов для обеспечения безопасности при ведении горных работ высокой интенсивности на газовых шахтах и рудниках».
качества мероприятий по локализации и ликвидации аварий необходима разработка современных инструментов для моделирования воздухо- и газораспределения в сети горных выработок при пожарах.
В настоящее время функционал для построения схем, разработки оперативной части и задействования планов ликвидации аварий, реализованный в программном продукте «Электронный план ликвидации аварии» [2], интегрирован в программно-вычислительный комплекс «АэроСеть» [3, 4]. Схема плана ликвидации аварий, построенная в программно-вычислительном комплексе «АэроСеть», представляет собой модель вентиляционной сети, которую можно использовать для расчета с помощью традиционных алгоритмов воздухора-спределения и газопереноса.
В отличие от традиционных алгоритмов реализованный алгоритм на
основе фактических замеров расходов воздуха в ветвях вентиляционной сети с замерными станциями распределяет расходы воздуха в недостающих ветвях согласно первого закона Кирхгофа. При расчете расходов воздуха в ветвях учитываются геометрические параметры выработки и параметры вентиляционных сооружений, установленных в ней. Расчеты можно уточнять, внося данные об аэродинамическом сопротивлении выработок, полученные в ходе воздушно-депрес-сионной съемки.
Для внесения фактических замеров расходов воздуха в программе реализован объект «Замерная станция». Графическое изображение данного объекта соответствует условному знаку на графической части плана ликвидации аварий представленному в ГОСТ 2.856-75. Помимо этого, схема плана ликвидации аварий, построенная в соответствии с «Методическими
41 »■■*,"
Рис. 1. Зона задымления выработок шахты «Маяк» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» при пожаре на складе взрывчатых материалов
Рис. 2. Список опасных позиций для откаточного штрека № 6 шахты «Маяк» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»
рекомендациями...» [5], содержит в себе информацию о геометрических параметрах выработок и вентиляционных сооружениях в руднике.
Для внесения данных разработан компонент, представляющий собой электронную версию вентиляционного журнала. Кроме того, на всех шахтах и рудниках используются системы автоматического обнаружения пожаров. В состав таких систем входят датчики контроля скорости воздуха, которые также могут использоваться для получения данных.
При распространении газов в вентиляционной сети основную роль играет конвективная составляющая массопереноса [6, 7]. Это позволяет, используя модель идеального вытеснения, на основе известных расходов воздуха производить прогнозирование распределения воздуха, тепла и продуктов горения по горным выработкам рудника с отображением ре-
зультатов на графической части плана ликвидации аварий (рис. 1). Красным цветом изображены выработки, обозначающие место аварии, связанной с выбранной позицией. Зеленым цветом показаны выходы с места аварии. Зоны задымления закрашиваются серым цветом.
На основании алгоритма расчета распределения воздуха, тепла и продуктов горения разработаны вспомогательные инструменты для определения безопасных путей выхода горнорабочих с аварийных участков и разработки наиболее эффективных мероприятий по локализации и ликвидации аварий.
Зачастую диспетчеру рудника сложно определить место возникновения пожара только на основании данных о наличие газа в одной или нескольких выработках. В этом случае алгоритм автоматически выделяет выработки с возможным источником
загазования, что значительно упрощает определение аварийной позиции, уточнение масштаба аварии и ускоряет задействование плана ликвидации аварий (рис. 2).
Также в программном комплексе «АэроСеть» реализован алгоритм поиска оптимального пути выхода с аварийного участка. Он основан на методе поиска в ширину [8, 9]. Данный метод работает путем последовательного просмотра отдельных уровней графа, начиная с узла-источника и заканчивая целевым узлом. На вентиляционных сетях сложной топологии поиск в ширину работает значительно быстрее поиска в глубину. При поиске пути выхода алгоритм учитывает зону распространения продуктов горения и объекты, установленные на схеме, которые делают выработки непроходимыми для людей. Данный
инструмент позволяет снизить трудозатраты на выбор оптимального пути выхода с аварийного участка, повысить качество поиска и при необходимости наглядно отобразить его на графической части плана ликвидации аварий (рис. 1).
Разработанный алгоритм распределения воздуха, тепла и газа на основе фактических расходов воздуха позволил создать инструменты для увеличения эффективности анализа вентиляционных режимов и возможных действий при авариях. В перспективе планируется на основе алгоритма распространения газовых примесей определять необходимые вентиляционные режимы при авариях, рассчитывать время пребывания горноспасателей в непригодной для дыхания атмосфере и необходимый запас кислорода.
1. Кокоулин И.Е. Разработка методов автоматизированного составления оперативной части планов ликвидации аварий при экзогенных пожарах на рудниках. Дис. канд. техн. наук. - Днепропетровск, 1984.
2. Кормщиков Д. С. Разработка и совершенствование программного продукта «Электронный план ликвидации аварии» / Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2011 г. - Пермь, 2012.
3. Казаков Б.П., Круглов Ю.В., Левин Л.Ю., Исаевич А. Г. Разработка программно-вычислительного комплекса «АэроСеть» для расчета вентиляционных сетей шахт и рудников // Горный информационно-аналитический бюллетень. Аэрология. -2006. - С. 21-32.
4. Гришин Е.Л., Кашников А.В., Кури-лов Д.В., Репин А.В. Разработка единой информационно-аналитической системы вентиляции рудников на основе программно-вычислительного комплекса «Аэросеть» // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2010. - Т. 5. - № 12. - С. 71-74.
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. РД 15-11-2007. Методические рекомендации о порядке составления планов ликвидации аварий при ведении работ в подземных условиях.
6. Левин Л.Ю. Исследование газовой обстановки на калийных рудниках при наличии рециркуляционных потоков / Стратегия и процессы освоения георесурсов. Материалы ежегодной научной сессии Горного института УрО РАН по результатам НИР в 2006 г. -Пермь, 2007. - С. 118-121.
7. Красноштейн А.Е., Казаков Б.П., Шалимов А.В. К моделированию сложных аэрогазотермодинамических процессов в атмосфере рудников // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых - 2008. - № 6. - С. 105-111.
8. Moore E.F. The shortest path through a maze. In Proceedings of the International Symposium on the Theory of Switching, Harvard University Press, 1959, pp. 285-292.
9. Lee C.Y. An algorithm for path connection and its applications. IRE Transactions on Electronic Computers, EC-10(3), 1961, pp. 346-365. EQ3
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Гришин Евгений Леонидович - кандидат технических наук, инженер, e-mail: aeroevg@mail.ru,
Кормщиков Денис Сергеевич - аспирант, e-mail: dkormshchikov@gmail.com,
Левин Лев Юрьевич - доктор технических наук, заместитель директора по научной работе,
e-mail: aerolog_lev@mail.ru,
Горный институт Уральского отделения РАН.
UDC 622.4
MINE EMERGENCIES ANALYSIS AND EMERGENCY RESPONSE PLAN DEVELOPMENT IN «AEROSET» SOFTWARE PACKAGE USING AIR, HEAT AND GAS DISTRUBUTION ALGORITHM
Grishin E.L., Candidate of Technical Sciences, Engineer, e-mail: aeroevg@mail.ru, Kormshchikov D.S., Graduate Student, e-mail: dkormshchikov@gmail.com,
Levin L.Yu., Doctor of Technical Sciences, Deputy Director on Scientific Work, e-mail: aerolog_lev@mail.ru, Mining Institute of Ural Branch of Russian Academy of Sciences.
Many ventilation problems require determination of airflow fields in order to predict correct air flow and pressure distribution in mine workings, to model emergency response ventilation due to fire, to model gaseous and particulate pollutants dilution and removal In this paper the algorithm of air, heat and gas distribution numerical calculation is proposed. The main feature of developed algorithm is minimal number of input parameters: only the information about air volumes in main drifts and mine geometrical parameters is required. Usage of air resistance measurement data allows more precise air distribution determination. This algorithm is the framework for the special analytical tools: the shortest emergency exit path search, dangerous positions determination. In the future, air and gas distribution algorithm will allow determination emergency ventilation modes, calculation of rescuers residence time in a polluted air, calculation of and required oxygen storage.
Key words: mine, emergency response plan, mine fire, mine ventilation, air distrubution, gas distribution, accident, model, numerical modeling, ventilation network.
REFERENCES
1. Kokoulin I.E. Razrabotka metodov avtomatizirovannogo sostavleniya operativnoi chasti planov likvidatsii avarii pri ekzogennykh pozharakh na rudnikakh (Development of methods of automated alarm response subdesign within emergency control plan for freely burning fires in mines), Candidate's thesis, Dnepropetrovsk, 1984.
2. Kormshchikov D.S. Strategiya i protsessy osvoeniya georesursov. Materialy ezhegodnoi nauchnoi sessii Gornogo instituta UrO RAN po rezul'tatam NIR v 2011 g. (Strategy and processes of georesources development. Proceedings of annual scientific session of the Mining Institute, Ural Branch, Russian Academy of Sciences on Research & Development results in 2011), Perm, 2012.
3. Kazakov B.P., Kruglov Yu.V., Levin L.Yu., Isaevich A.G. Gornyi informatsionno-analiticheskii byul-leten'. Aerologiya. 2006, pp. 21-32.
4. Grishin E.L., Kashnikov A.V., Kurilov D.V., Repin A.V. Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten', 2010, vol. 5, no 12, pp. 71-74.
5. RD 15-11-2007. Metodicheskie rekomendatsii o poryadke sostavleniya planov likvidatsii avarii pri vedenii rabot v podzemnykh usloviyakh (RD 15-11-2007. Emergency control planning guidelines for underground mines).
6. Levin L.Yu. Strategiya i protsessy osvoeniya georesursov. Materialy ezhegodnoi nauchnoi sessii Gornogo instituta UrO RAN po rezul'tatam NIR v 2006 g (CStrategy and processes of georesources development. Proceedings of annual scientific session of the Mining Institute, Ural Branch, Russian Academy of Sciences on Research & Development results in 2006), Perm, 2007, pp. 118-121.
7. Krasnoshtein A.E., Kazakov B.P., Shalimov A.V. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh, 2008, no 6, pp. 105-111.
8. Moore E.F. The shortest path through a maze. In Proceedings of the International Symposium on the Theory of Switching, Harvard University Press, 1959, pp. 285-292.
9. Lee C.Y. An algorithm for path connection and its applications. IRE Transactions on Electronic Computers, EC-10(3), 1961, pp. 346-365.
