CC BY
42
УДК 622.81
О.Ю. Лукашов, В.В. Ващилов ТОПОЛОГИЯ ВЫРАБОТОК КАК ЭЛЕМЕНТ ПАССИВНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ВЗРЫВАХ ГАЗА
Основными факторами, определяющими топологию сети горных выработок угольной шахты, являются:
• организация проветривания;
• оптимизация транспортировки угля на поверхность;
• обеспечение безопасного выхода людей при аварии;
• экономическая составляющая;
• другие факторы.
Однако на стадии проектирования выемочного участка можно учесть еще один фактор безопасности, а именно - снижение вреда при потенциальном взрыве газа за счет особого расположения второстепенных выработок и вентиляционных сооружений. В ряде случаев второстепенную выработку, в данном случае - разрезную печь, можно использовать как разгрузочный резервуар для снижения интенсивности воздушной ударной волны (ВУВ) и уменьшения, таким образом, общей зоны поражения. Как будет показано ниже, важную роль в этом процессе играет расположение вентиляционных сооружений.
Исследования будем проводить на примере восьми конфигураций - четыре варианта расположения разрезных печей по два варианта распо-
ложения вентиляционных шлюзов в каждом (рис. 1-4).
На каждой конфигурации: выработка 1-2-4-6-конвейерный штрек; 2-3 - очистной забой; 3-5-7 -вентиляционный штрек; 4-5 - разрезная печь; 8-67-9 - магистральная выработка. В четвертом варианте разрезная печь отсутствовала (рис. 4). Закуток 1-2 в большинстве случае является трудно-проветриваемой технологической зоной протяженностью 5-15 м с расположенной в нем головкой конвейера, которая в процессе работы конвейера имеет свойство греться. Из этих соображений зону взрыва будем задавать именно в закутке 1-2. В соответствии с методикой [1,2], давление в зоне взрыва составляло 2,9 Ат.
Для изучения влияния положения вентиляционных сооружений на размер зоны поражения рассмотрим два крайних случая расположения шлюзовых дверей в разрезной печи и на участке 67: а) на границах на расстоянии 10 метров от ближайшего сопряжения; б) в середине на расстояниях 15 метров от центра выработки в каждую сторону. В расчетах будем замерять максимальное давление в контрольных точках на границах сопряжений и выработок, обозначенных на рис. 1-4 латинскими буквами а-], и оценивать общую зону поражения избыточным давлением. Геометриче-
Рис.1. Первый вариант топологии выемочного участка
9 'у /
а) 6)
Рис. 2. Второй вариант топологии выемочного участка
а) 6)
Рис.3. Третий вариант топологии выемочного участка
Рис.4. Четвертый вариант топологии выемочного участка
Геомеханика
21
ские параметры всех выработок показаны в таблице 1. Избыточное давление, при котором происходило разрушение вентиляционных сооружений, было выбрано равным 0,15 Ат, что соответствует чураковым перемычкам. Результаты замеров максимального давления в контрольных точках представлены в табл. 2-3.
По рис. 1-4 и табл. 2-3 можно судить о том топология выемочного участка без разрезной печи (варианты 4а, 4б) является наиболее опасной в плане возможного поражения избыточным давлением, создаваемым ВУВ. При такой топологии повышенное давление создается не только внутри выемочного участка, но далеко за его пределами. Так в случае 4а, когда вентиляционные двери расположены близко к сопряжению 6, зона повышенного давления распространяется на 750 м в магистральную выработку. Объясняется это тем, что вентиляционные двери в магистральной выработке в данном случае не разрушились и поток воздуха был перенаправлен вдоль участка 6-8. В случае
расположения дверей в середине ветви 6-7 поток распределялся в обе стороны от узла 6, что способствовало сбросу давления до безопасного значения в районе этого узла, но с дальнейшим повышением давления за счет торможения потока в середине участка 6-7 с формированием опасной зоны протяженностью 61 м.
Наличие разрезной печи на выемочном участке внесло значительные коррективы в формирование зоны поражения, т.к. поддерживаемая выработка во всех вариантах играла роль первичного разгрузочного резервуара. Но важная роль здесь отдается и вентиляционному шлюзу. При положении дверей близко к сопряжениям 4 и 5ситуация тем лучше, чем короче отрезок 2-4 и длиннее - 35. В этом случае на двери оказывается большее давление, и их раннее разрушение приводит к перераспределению энергии ВУВ. Поэтому наилучшим здесь становится вариант 2а (рис. 2а). При перемещении дверей ближе к середине ветви 4-5 ситуация менялась на противоположную. Двери
Таблица 1. Геометрические параметры выработок выемочного участка
Ветвь Длина, м Сечение, м Периметр, м Замечания
1-2 15 10 12,6 Технологический закуток
2-3 200 10 12,6 Очистной забой (лава)
2-6 1000 10 12,6 Конвейерный штрек. Складывается из ветвей 2-4 и 4-6. Их длины, соответственно, на рис. 1. - 422 и 578 м, на рис. 2. - 578 и 422 м, на рис. 3 - по 500 м.
3-7 1000 10 12,6 Вентиляционный штрек. Длины 5-7 и 3-5 соответственно аналогичны длинам 2-4 и 4-6.
8-6 900 10 12,6 Магистральная выработка (уклон, бремсберг, ...)
6-7 200 10 12,6
7-9 900 10 12,6
4-5 * 10 12,6 Разрезная печь. Длина на рис. 1 и 2 - 253,6 м, на рис. 3 - 200 м.
* длина разрезной печи зависит от варианта топологии.
Таблица 2. Максимальное давление в контрольных точках (варианты 1,2)
Вариант 1 2
а б а-б,% а б а-б,%
Макс. давление в контрольных точках, Ат а 1,153 1,141 +1,05 1,176 1,170 +0,51
Ь 1,350 1,083 +24,6 1,135 1,105 +2,71
с 1,090 1,045 +4,31 1,080 1,179 -8,40
ё 1,085 1,075 +0,93 1,070 1,171 -8,63
е 1,120 1,100 +1,82 1,120 1,100 +1,82
Г 1,075 1,045 +2,87 1,073 1,046 +2,58
ё 1,080 1,045 +3,35 1,078 1,046 +3,06
и 1,075 1,000 +7,50 1,065 1,000 +6,50
1 1,050 1,000 +5,00 1,044 1,000 +4,40
} 1,450 1,000 +45,0 1,040 1,000 +4,00
Таблица 3. Максимальное давление в контрольных точках (варианты 3,4)
Вариант 3 4
а б а-б,% а б а-б,%
Макс. давление в контрольных точках, Ат a 1,161 1,151 +0,87 1,190 1,190 0,00
b 1,140 1,091 +4,49 - - -
c 1,085 1,111 -2,34 - - -
d 1,080 1,099 -1,73 1,090 1,090 0,00
e 1,120 1,100 +1,82 1,140 1,125 +1,33
f 1,073 1,045 +2,68 1,088 1,056 +3,03
g 1,077 1,045 +3,06 1,095 1,056 +3,69
h 1,075 1,075 0,00 1,078 1,069 +0,84
i 1,050 1,033 +1,65 1,053 1,030 +2,23
j 1,045 1,033 +1,16 1,047 1,030 +1,65
уже сдерживали не основной фронт ВУВ, а остаточный - после сброса давления в сопряжениях 4 и 5.
Интенсивности распределенного потока в случаях 2б и 3б хватило, чтобы полностью разрушить шлюз, но это способствовало улучшению ситуации по сравнению с 2а и 3а.
Но наилучшим вариантом стала конфигурация выемочного участка 1б. За счет большого угла ответвления в узле 4 в ветвь 4-5 ушел менее мощный поток, чем в случаях 2б и 3б, энергии которого уже хватило лишь на частичное разрушение шлюза.
С другой стороны в сопряжении 5 также произошло значительная разгрузка потока воздуха, за счет чего на участке 5-7 опасная зона была ограничена 287 метрами. Увеличение длины разрезной печи при ее диагональном расположении относительно вентиляционного и конвейерного штреков также способствует снижению энергии ВУВ.
В качестве резюме можно высказать следующее:
• топологию выемочного участка необходимо проектировать с учетом возможности снижения опасности от потенциального взрыва газа;
• значительную роль в формировании опасной зоны играют направление второстепенной выработки (разрезной печи) и положение вентиляционных сооружений. Перенос дверей или изменение направления поддерживаемой выработки не оказывает дополнительной финансовой нагрузки на производство;
• в каждом случае конфигурация выемочного участка должна быть индивидуально просчитана на предмет возможной аварии и ликвидации ее последствий. Ориентирами по расположению выработок могут быть выводы, полученные из проведенного выше анализа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Устав ВГСЧ по организации и ведению горноспасательных работ // М.: Недра, 1986. - 254 с.
2. Устав военизированной горноспасательной части (ВГСЧ) по организации и ведению горноспасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности // М. 1997.- 201 с.
□ Авторы статьи
Лукашов Олег Юрьевич, канд.физ.-мат.наук, с.н.с. лаб. . аэрологии и систем безопасности угольных шахт (Институт угля СО РАН, г.
Кемерово, г. Кемерово). Email: olukashov@gmail.com
Ващилов Валерий Валерьевич, канд.техн.наук, н.с. лаб. аэрологии и систем безопасности угольных шахт (Институт угля СО РАН, г.
Кемерово). Email: v.vaschilov@icc.kemsc.ru
