CC BY
31
© Д.Ю. Палеев, Ю.Ф. Руденко, В.Н. Костеренко, 2008
Д.Ю. Палеев, Ю. Ф. Руденко, В.Н. Костеренко
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ВНЕДРЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ НА УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ РОССИИ
7"¥юбая авария на угольной шахте всегда приводит к серьёзному нарушению её нормального функционирования. Во-первых - создаётся прямая угроза для жизни и здоровья горнорабочих, поэтому они должны быть немедленно по кратчайшим путям выведены из выработок, в которых их жизнь подвергается опасности. Во-вторых - в ходе ликвидации аварий приостанавливается технологический процесс и горное предприятие несёт материальные потери. В-третьих - для ликвидации сложных и затяжных аварий требуется привлечение значительных материальных и людских ресурсов. Поэтому аварию всегда стараются ликвидировать быстро, с наименьшими затратами и соблюдением всех необходимых мер безопасности. Однако её ликвидация осуществляется при остром дефиците времени на перебор и анализ всех возможных вариантов, и требует производить в сжатые сроки многочисленные, разной степени сложности, инженерные расчёты. И здесь очень важны правильность выбора мер, направленных на ликвидацию аварии, и способов их реализации. А поскольку ликвидацией аварией руководят люди, подверженные стрессовому влиянию аварийной ситуации, то они не всегда способны всесторонне логично оценить все её аспекты и принять правильное решение.
С широким внедрением не только в производственную практику, но и в повседневную жизнь, персональных компьютеров, обладающих огромной скоростью вычислений, способных перерабатывать потоки информации и выводить на экран дисплея многоцветную графику, стал разрабатываться особый вид программных комплексов. Их назначение - переложить на плечи ЭВМ всю вычислительную работу, загрузить её память справочной информацией, выводить на печать текстовые и графические
164
данные. В результате в распоряжении руководителя ликвидации аварии появилось значительно больше времени для более интеллектуальной работы: осмысливания результатов расчётов, и принятия управляющих решений.
Однако всё усложняющиеся многоплановые задачи вентиляции, противопожарного водоснабжения и распространения ударных волн, возникающие в ходе ликвидации подземных аварий, требуют единого научного подхода при разработке методов их решения.
В результате совместных исследований, проведённых Институтом угля и углехимии СО РАН, Томским государственным университетом, Сибирской угольной энергетической компанией и ВГСЧ, разработана новая технология расчёта газодинамических процессов, происходящих в горных выработках угольных шахт при нормальных и аварийных режимах проветривания. Разработаны эффективные методы расчёта противопожарного водоснабжения, распространения ударных волн по сети горных выработок и проведено внедрение современных компьютерных технологий, реализующих эти исследования.
Выполнены следующие работы:
1. Созданы и поддерживаются в строгом соответствии с фактическим развитием горных работ электронные модели трёхмерных топологий горных выработок, вентиляционных систем и по-жарно-оросительной сети для всех угольных шахт России.
2. Разработаны методы газодинамического расчёта параметров воздушных ударных волн и зон поражения при взрывах газа и пыли, методы расчёта противопожарного водоснабжения и аварийных режимов проветривания угольных шахт, обеспечивающие снижение рисков катастроф.
3. Все методы всесторонне проверены в подразделениях военизированных горноспасательных частей (ВГСЧ), на шахтах ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания» и в ходе расследования особо сложных подземных аварий.
4. Разработаны и внедрены на угольных шахтах России, в ВГСЧ и проектных институтах программные комплексы «Рудничная аэрология (Вентиляция)», «Расчёт водораспределения в пожар-но-оросительной сети шахты (Водоснабжение)», «Определение зон поражения при взрывах в подземных выработках (Ударная волна)».
165
В совокупности эти работы позволили сформировать и внедрить в производство научную, методологическую, нормативную и технологическую основу для проектирования противоаварийной защиты шахт, разработки планов ликвидации аварий, составления оперативных планов ведения горноспасательных и технических работ, повысить противоаварийную устойчивость работы угольных шахт России.
Разработанные программные комплексы являются уникальными по набору решаемых задач, проработке пользовательского интерфейса, использования двух- и трёхмерной графики и не имеют зарубежных аналогов.
Следует особо отметить программный комплекс «Ударная волна». Горнякам предложен принципиально новый, не имеющий аналогов газодинамический подход, позволяющий анализировать динамическую ситуацию при распространении ударных волн (в том числе в условиях последовательного ряда взрывов) в различных точках горных выработок шахты и рассчитывать зоны, безопасные для пребывания людей и размещения горноспасательного оборудования. Рассчитывается распространение ударных волн сразу по всем возможным направлениям и описывается изменение всех газодинамических параметров (давление, скорость, температура, плотность, концентрация) во всех горных выработках вплоть до полного затухания процесса. Информация по разрушенным вентиляционным и изолирующим сооружениям, полученная в процессе расчёта, может быстро экспортироваться в программный комплекс «Вентиляция», что даёт возможность оперативно рассчитать режим проветривания шахты, сформировавшийся в результате взрыва, сделать обоснованные прогнозные оценки и скорректировать оперативные планы ведения горноспасательных работ.
Всё это позволяет говорить о разработке и внедрении на угольных шахтах новой системы обеспечения промышленной безопасности, основанной на фундаментальных исследованиях сложных физических процессов и современных вычислительных технологиях, реализованной в виде, не имеющих аналогов в мировой практике, программных комплексов.
В настоящее время ведётся адаптация разработанных методик в горнорудной промышленности. Учитывая большое разнообразие горно-геологических условий залегания рудных месторождений и
166
сложность их разработки, авторы проводят поэтапное внедрение программных комплексов и модификацию их алгоритмов под новые схемы проветривания и водораспределения, другие условия протекания взрывных процессов. Программные комплексы «Вентиляция», «Водоснабжение» и «Ударная волна» уже работают на алмазодобывающих предприятиях Якутии, рудниках Магадана, Горной Шории, Хакасии, Урала и Кольского полуострова. С их помощью разработан план ликвидации аварий для наиболее сложного и опасного производственного объекта Байкало-Амурской магистрали - Северо-Муйского тоннеля, перед его вводом в эксплуатацию в декабре 2003 г.
Цель аварийных режимов вентиляции - обеспечение безопасности людей, застигнутых в шахте аварией, локализация очага аварии, прекращение ее развития распространения пожара по горным выработкам, накопление взрывчатых газов и т.п. Аварийный режим вентиляции зависит от характера аварии, места ее возникновения, порядка вывода людей на поверхность, возможности подхода к месту аварии для ее ликвидации, наличия и состояния средств регулирования воздушными струями. Точность исходной информации и оперативности решения вентиляционных задач является одним из главных составляющих при разработке технических решений по ликвидации аварии. Точность достигается использованием аэрогазодинамических характеристик конкретной шахтной вентиляционной системы; оперативность - использованием современной вычислительной техники в сочетании с рациональными объёмами контролируемой, обрабатываемой и используемой в расчетах информации. В этом направлении происходит сейчас расширение функциональных возможностей программного комплекса «Вентиляция». Разработан модуль расчёта кратчайших маршрутов вывода горнорабочих из аварийного участка на свежую струю с учётом всех осложняющих факторов. Разработан модуль расчёта маршрутов посылки отделений на разведку, ликвидацию аварии, транспортировку пострадавших. Учитывается степень задымленности выработок и их проходимость, время включения в изолирующие респираторы и характер нагрузок, который влияет на интенсивность потребления кислорода. Готов к внедрению модуль визуального наблюдения на графической схеме горных выработок движения горнорабочих и распространения дыма в реальном масштабе времени
167
с учётом изменения направления движения воздуха при реверсии вентиляционной струи.
Применяемые сейчас методы расчёта вентиляции, основанные на законе сохранения объёмных расходов в узлах сети, к сожалению, не описывают целый ряд качественных и количественных изменений в сети, связанных с теплообменными процессами, которые всегда протекают в горных выработках. Проблемы возникают в условиях нестационарных процессов, возникающих при авариях, пожарах, внезапных выбросах большого количества метана, при изменениях режимов вентиляции и т.д. Здесь существующие методы становятся непригодными, так как основаны на решении стационарных уравнений. Однако в критических условиях вопросы управления проветриванием при внешних динамических воздействиях становятся особенно важными. Поэтому для корректного описания таких процессов необходимы подходы, в основе которых лежат уравнения нестационарной газовой динамики.
Далее, в зависимости от технологии горных работ и схемы проветривания выемочного участка, выработанные пространства различным образом вписываются в аэродинамическую сеть подземных выработок и находятся под воздействием различных перепадов давлений, меняющихся в процессе ведения горных работ. Выработанные пространства становятся областями интенсивных аэродинамических течений. В результате корректный расчёт вентиляции шахты невозможен без вовлечения выработанного пространства в общую схему расчёта.
Для расчёта проветривания шахты в такой обобщающей постановке разработаны программные комплексы нового поколения, которые сейчас проходят апробацию на шахтах Сибирской угольной энергетической компании. По заказу этой компании разработан расчёт дегазационной сети шахты, который вошёл составной частью в программный комплекс «Вентиляция».
При проведении горноспасательных работ всегда осуществляются мероприятия по защите людей и оборудования от воздействия ударных волн. Для этого используются быстровозводимые инженерные сооружения, устанавливаемые вблизи зон сопряжения выработок, - взрывозащитные парашютные перемычки, завалы и загромождения выработок, перемычки, водяные и сланцевые заслоны. Для корректного учета влияния таких взрывозащитных сооружений на величину взрывобезопасных расстояний разработан ряд
168
расчётных методик, которые вошли составной частью в программный комплекс «Ударная волна» и сейчас идёт подготовка к их внедрению в угольной промышленности.
Сейчас остаётся нерешённым вопрос о задании первоначального объёма взрыва и его местоположения. Для его решения, на наш взгляд, необходима разработка взаимосвязанной с вентиляционной сетью методики распределения утечек воздуха и метана в выработанных пространствах. Существует определенная динамика таких зон. Она является вполне регулируемой, и это обстоятельство даёт новые, основанные на расчетах, возможности управления взрывобезопасностью в шахтах. Поэтому необходимы научно-обоснованные методические рекомендации, доведенные до численных расчетов, позволяющие быстро определять расположение зон с взрывоопасной концентрацией метана при конкретном сочетании множества факторов в ходе ликвидации аварии, шн
— Коротко об авторах -
Палеев Д.Ю. - д-р техн. наук, Институт угля и углехимии СО РАН, Руденко Ю.Ф. - ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания», Костеренко В.Н. - ОАО «Сибирская угольная энергетическая компания».
Д
УДК 001 (06): 681.3 Л.Д. Машкин
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
© Л.Д. Машкин, 2008
169
