Расчет газовой обстановки при специальных режимах вентиляции подземных сооружений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СЕМИНАР 8

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98_________

Л.А. Лысов, доц, к.т.н., МГГУ

Расчет газовой обстановки при специальных режимах вентиляции подземных сооружений

Одним из важнейших условий обитаемости подземных сооружений является обеспечение допустимого газового состава атмосферы [1]. Основные условия и характеристики рассматриваемой задачи сводятся к следующим.

В расчетах учитывается объемная концентрация диоксида углерода, изменяющаяся вследствие процессов газовыделения в сооружении. Поддержание необходимых газовых условий обеспечивается за счет вентиляции, При этом возможно наличие значительной концентрации газа в подаваемом вентиляционном потоке и ее изменение за время проветривания. Г азовыделение Ь1 (м3/м2*с) происходит от источников, равномерно распределенных по площади основания выработок, составляющих сооружение, и характеризуется удельными (на единицу площади в единицу времени) значениями. Расчетная схема проветриваемых сооружений представляет собой цепь последовательно соединенных камерообразных и тунеллеоб-разных выработок (составных частей), подобных сооружениям станций и перегонных тоннелей метрополитенов.

Основная задача расчета заключается в определении концентрации газа в каждой рассматриваемой точке сооружения в течение времени осуществления вентиляции, т.е. определении C1(t) (1-рассматриваемая точка сооружения, Ьвремя).

Особенностью задачи проветривания подземных сооружений в условиях специальных режимов является наличие нескольких отличительных этапов функционирования сооружения, характеризующихся следующими парамет-

рами и условиями протекания вентиляционных процессов.

На начальном этапе (I) происходит постепенное возрастание концентрации газа во всех выработках и камерах вследствие газо-выделения. Вентиляция при этом не функционирует. Газовыделение в течение этого периода принимается постоянным и характеризуется значениями Ь1, задаваемыми отдельно для каждой составной части сооружения.

Следующий за начальным период (II) начинается с момента включения вентиляции. Подача свежего атмосферного воздуха и удаление загрязненного могут производиться в нескольких точках схемы вентиляции, обеспечивающих проветривание всех частей сооружения. Наиболее простой является схема с подачей свежего воздуха в одном из торцов и удалением загрязненного на противоположном.

Величина расхода на протяжении всего времени проветривания поддерживается постоянной. Концентрация газа в подаваемом потоке может изменяться в процессе проветривания. Одновременно с поддачей свежего воздуха может осуществляться его очистка от газа с помощью специальных дополнительных средств. По мере продвижения свежего вентиляционного воздуха в начальных (по ходу струи) частях сооружения концентрация газа в этих точках снижается. На остальных частях сооружения, более удаленных от места подачи воздуха, наблюдается рост концентрации газа вследствие продолжающегося на этих частях газовыделения и поступления воздушного потока с относительно высокой концентрацией газа. По мере удаления участка со-

оружения от места подачи свежего воздуха наблюдается более тяжелая газовая обстановка (выше концентрация газа и продолжительней период времени до момента ее снижения).

С момента начала поступления относительно чистого воздуха к конечным частям сооружения концентрация газа на них постепенно снижается до минимального значения. Установившиеся по всей длине сооружения концентрации определяются соотношением содержания газа в подаваемом атмосферном воздухе и величинами га-зовыделения на всех предшествующих (по ходу струи) участках.

Установившаяся газовая обстановка сохраняется до момента начала следующего (III) периода. Его отличительной особенностью является изменение режима газо-выделения в сооружении. На отдельных сопряженных участках сооружения происходит увеличение газовыделения при одновременном равномерном сокращении общей протяженности участков, имеющих газовыделение. Изменившееся газовыделение вызывает нарушение установившейся газовой обстановки на всех последующих (по ходу струи) участках схемы.

Нормативные требования к обеспечению обитаемости сооружений на протяжении всего рассматриваемого периода их использовании заключаются в обеспечении концентрации газа в любой точке не выше нормативной, принятой равной 3%. Указанное требование должно обеспечиваться путем рационального выбора соответствующих конструктивных параметров отдельных частей сооружения (площади поперечного сечения, протяженности, объема и др.), влияющих на интенсивность

и иные характеристики газовыде-ления, интенсивности использования сооружения, определяющей соответствующие газовыделения и их начальные значения, производительности системы вентиляции, применение специальных устройств для очистки атмосферного воздуха и их эффективности, продолжительности осуществления отдельных из указанных периодов и др.

Для определения влияния перечисленных условий и параметров на газовую обстановку во всех частях сооружения разработана специальная программа расчета для персонального компьютера (ПК). В основу алгоритма положен прием, заключающийся в условном разделении всего сооружения на отдельные составные части примерно равного объема, последовательном многократном выполнении расчетов для каждой из выделенных частей по зависимостям, учитывающим газовую обстановку на рассчитываемом участке в предшествующий интервал времени, текущее газовыделе-ние и содержание газа в поступающем вентиляционном потоке. Результаты вычислений, характеризующие ход вентиляционного процесса, отображаются на экране.

Опыт проведения расчетов газовой обстановки по разработанной программе позволяет сделать следующие выводы. Картина газовой обстановки для условий рассматриваемой задачи за реальные промежутки времени на отдельных участках схемы может резко и значительно изменяться. Получение необходимых оценок ее состояния на основе определения аналитических зависимостей проблематично ввиду сложности математического описания газодинамических процессов и разнообразия требующих учета условий газовыделения. Вместе с тем разработанный алгоритм и программа численного моделирования на ПК обеспечивают необходимую точность и время расчета, простоту изменения исходных данных для оценки различных вариантов.

Важным достоинством разработанной программы расчета на ПК является выразительность результатов за счет их отображения на экране в виде кривых распределения концентрации одновременно по всем частям сооружения. Отображение результатов обновляется после каждого расчетного интервала (обычно находится в диапазоне от 0.1 до 10сек), что наглядно выражает параметры вен-

тиляционного потока, газовыделе-ния и в целом картину газовой обстановки. Предусматриваются дополнительные оценки отдельных параметров и соотношений, характеризующих процесс вентиляции, запоминание отдельных ситуаций для последующего детального их анализа. Отмеченные сервисные средства могут быть значительно расширены и усовершенствованы.

В целом реализованный подход к решению задачи позволяет проектировщику контролировать и всесторонне анализировать процесс изменения газовой обстановки на протяжении рассматриваемого периода использования сооружения, работая в диалоговом режиме получать рациональные решения. Опыт выполнения расчетов показал возможность и целесообразность применения разработанных подходов, алгоритмов и программного обеспечения для решения подобных вентиляционных задач для условий шахтных вентиляционных сетей, а также подземных сооружений иного назначения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. - М.: Недра, 1984.

© Л.А. Лысов

201