Способ определения тепловой депрессии экзогенного подземного пожара

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ДЕПРЕССИИ ЭКЗОГЕННОГО ПОДЗЕМНОГО ПОЖАРА, заключающийся в определении температуры очага пожара и температуры воздуха в горной струе выработки до возникновения в ней пожара , отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения тепловой депрессии, дополнительно измеряют температуру газовоздушного потока перед очагом пожара в зоне догорания и расстояние от точки замера этой температуры до начала аварийной вьфаботки, определяют температуру воздуха за очагом пожара в зоне предварительного нагрева и расстояние от точки замера зтой температуры до конца вьфаботки , при этом тепловую депрессию определяют по формуле ft -t ) JVOM D-exK-KL| I KL -f.asz . t- им j ,lSi .,-.). ()S где 1 величийа тепловой депрессии. мм вод.от.; Z вертикальная высота выработки , м; L - длина горной вьфаботки, м; i - температура воздуха, в выработке до возникновения в ней пожара, С; ц - температура очага поясара.С а величины fc, и к определяют из соотношений (т -f ()S Aw% 4 Vev-Ч/ где -t - температура, измеренная в исходящей из очага пожара струе, «с; расстояние от очага пожара до места замера температуры , ., MI 2 - температура, измеренная перед очагом пожара, С, Lj - расстояние от очага пожара до места замера теьтературы ij , м.

СОЮЭ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) ()1)

4(5() Е 21 F 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (оч о) ((-екр (- К(. ))

Ъ. 125Z

-екрГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3576060/22-03 (22) 04.04.83 (46) 07.04.85. Бюл. Ф 13 (72) И.П.Белик, А.М.Гущин и В.Л.Лобов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горноспасательного дела (53) 622.817(088.8) (56) 1. Велик И.П.. и др. Уточненный метод расчета тепловой депрессии при пожарах в шахтах.-"Уголь Украины", 1978, Ф 3, с. 44-45.

2. Осипов С.Н. и др. Вентиляция шахт при подземных пожарах.

M., "Недра", 1973, с. 69-70 (прототип) . (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ

ДЕПРЕССИИ ЭКЗОГЕННОГО ПОДЗЕМНОГО

ПОЖАРА, заключающийся в определении температуры очага пожара и температуры воздуха в горной струе выработки до возникновения в ней пожара, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, определения тепловой депрессии, дополнительно измеряют температуру газовоздушного потока перед очагом пожара в зоне догорания и расстояние от точки замера этой температуры до начала аварийной выработки, определяют температуру воздуха эа очагом пожара в зоне предварительного нагрева и расстояние от точки замера этой температуры до конца выработки, при этом тепловую депрессию определяют по формуле где К вЂ” величина тепловой депрессии, мм вод ст — вертикальная высота выработки, м, — длина горной выработки, м; — температура воздуха в выработке до возникновения в ней пожара, С;

1е„- температура очага пожара, С а величины К,и К, определяют из соотношений где 1„ - температура, измеренная в исходящей из очага пожара уе „ — расстояние от очага пожара до места замера .температу11 2 — температура, измеренная перед очагом пожара, С, L2 — расстояние от очага пожара до места замера температуры Е, м.

1149029

20 п

11 -"$ $5 z cu

275+ Ьси

35 где

Изобретение относится к способам определения тепловой депрессии при рудничных пожарах и может быть использовано в горнодобывающей промышленности. 5

В практике ликвидации подземных пожаров вопросы управления вентиляцией имеют большое значение. Они направлены .на обеспечение безопасного вывода людей, застигнутых в 10 шахте аварией, и успешной .ликвидации ее. На выбор того или иного аварийного вентиляционного режима существенное влияние оказывает тепловая депрессия пожара, противодействие которой может привести к опрокидыванию вентиляционной струи, загазированию горных выработок продуктами горения или осложнить ликвидацию подземного пожара.

Известен способ определения тепловой депрессии при пожарах в шахтах, заключающийся в там, что определяется температура пород (или вентиляционной струи) в выработке . 25 до возникновения в ней пожара находится вертикальная высота выработки Z, определяется среднеинтегральная температура вентиляционной струи за очагом пожара с „, а затем величина тепловой депрессии 6. расчетным путем определяется по фор— муле А.Ф.Воропаева

Для определения среднеинтегральной температуры выработка делится на отрезки, чтобы в каждом из них можно было кривую изменения темпе- 40 ратуры за очагом пожара аппроксимировать прямой линией. Для каждого такого отрезка рассчитывается величина тепловой депрессии, а общая ее величина представляется в виде суммы всех составляющих.

Путем ряда преобразований из уравнения (1) получают формулу для подсчета тепловой депрессии в вертикальной выработке

50 — длина отрезка, на которые разделяется выработ-55 ка, м; — количество отрезков разбиения выработки;

Т„и Тс„— температуры пород и струи по шкале Кельвина.

Затем рассчитываются значения тепловой депрессии пожара для вертикальной выработки площадью сечения 10 м при скорости с-оуи воздуха 3 м/с и наносятся на график.

При этом расчет величины тепловой депрессии пожара для произвольных выработок осуществляется по формуле где К, К5, К и К g — поправочные коэффициенты, учитывающие фактические значения скорости движения вентиляционной струи, сечения выработки, угла наклона и температуры воздуха в параллельных выработках.

Коэффициенты выбираются из графиков 313.

Однако при этом способе опреде— ления тепловой депрессии пожара используется максимальное значение температуры очага пожара. Кроме того. он дает значительную погрешность при определении величины тепловой депрессии за счет аппроксимации температурной кривой за очагом горения.

Следствием этого является то, что способ может быть использован для выбора аварийного режима проветривания при составлении планов ликвидации аварий и является неприемлемым для оперативного управления вентиляцией в ходе ликвидации подземных пожаров.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ on ределения тепловой депрессии экзо1 генного подземного пожара (2), согласно которому определяют температу" ру очага пожара в горной выработке и в поступающей в нее вентиляционной струе, а затем по этим данным определяют тепловую депрессию по формуле где Z — вертикальная высота выработки, м; о= температура пара (воздуха) в выработке до воз149029 4 жима и тем самим осложнить лнкнидаОднако согласно известному способу при определении тепловой депрессии пожара берется максимальное значение температуры очага. Кроме того, величина коэффициента теплоотдачи g определяется с помощью эмпирической

I зависимости, полученной при обработке результатов экспериментальных исследований, и не отражает конкретных условий-формирования температурного поля за очагом пожара. Она получена для скоростей воздушного потока 0,5-5,0 м/с и не может использоваться для других значений 35 скорости воздуха. Известный способ не учитывает части тепловой депрессии, которая формируется перед очагом пожара.

Учитывая то, что температура 40 очага пожара соответствует максимально возможному значению ее при данной скорости воздуха, тепловая депрессия, определяемая по формуле (4), также отражает максимально 45 возможное значение. Известный способ определения тепловой депрессии приемлем при расчете аварийных вентиляционных режимов на стадии составления планов ликвидации аварий, что 50 осуществляется заблаговременно, и не дает возможности прогнозировать фактическое развитие пожара в хоце его ликвидации.

Использование известных способов 55 о 1 2 О в практике ликвидации подземных пожаров может привести к ошибочному выбору аварийного вентиляционногд реникновения в ней пожара, С; максимальная температура ,1 пожарных газов в очаге горения, С; количество воздуха, проходящего через горящую выработку, кг/ч;

Ср — теплоемкость воздуха; ккал/(кг - С); е — коэффициент теплоотдачи, ккал/ (м - ч . С);

Р— периметр выработки, м; (, — длина выработки, м.

Значение средней интегральной температуры за очагом пожара. рассчитывают по формуле

) 6 С, р (1-е" I — — 5) цию аварии.

Цель изобретения — повьш ение точности определения тепловой депрессии.

Поставленная цель достигается тем,.что при способе определения тепловой депрессии экзогенного подземного пожара, заключающемся в определении температуры очага пожара и температуры воздуха в горной струе выработки до возникновения в ней пожара, дополнительно измеряют температуру газовоздушного потока перед очагом пожара в зоне догорания и расстояние от точки замера этой температуры до начала аварийной выработки, определяют температуру воздуха за очагом пожара в зоне предварительного нагрева и расстояние от точки замера этой температуры до конца выработки, при этом тепловую депрессию определяют по формуле

Ь "- .3

27з+ 1О+ (1-ехр(-К ))

<125г

273>(t + (>-екр (-К,)) где hT — величина тепловой депрессии> мм вод,ст

Z — вертикальная высота вы.работки, м; — длина горной выработки, м;

1Π— температура воздуха в выработке до возникновения в ней пожара, ОС; оц- температура очага пожара, С а величины К и К„ определяют из соотношений где 1„ — температура, измеренная в исходящей из очага пожара струе, С; — расстояние от очага

1 пожара до места замера температуры „, м; 2 — температура, измеренная

O перед очагом пожара, С;

1149029

L>- расстояние от очага пожара до места. замера температуры Е>, м.

На фиг. 1 показана схема аварийной горной выработки и график распределения температурного поля; на фиг ° 2 — то же, при ведении работ по тушению пожара.

Горную выработку длиной L, в которой определяется тепловая депрессия, разбивают на несколько частей (фиг. 1) при этом пункты 1 и 2 места измерения температуры воздуха, пункт 3 — место возникновения пожара. Каждой части выработки соответствует свой профиль температур.

Длины частей выработки 3 4 и 5 измеряются. Длина L определяется по формуле расчетным путем где Уд — скорость движения очага пожара, м/ч; — время развития пожара, ч.

Величина V определяется по формулам.

Длина части выработки L„ рассчитывается по формуле

L,=t.-(a, a, ° 1, ° a,) . (s|

В пунктах 1 и 2 пожарной выработки производят измерение температур „и k>,ïðè÷åì значение темпеизмеряет я со стороны свежей струи, а 1, — со стороны исходящей. Выбор мест для определения температур 1„ и Ф осуществля— ется таким образом, чтобы эти температуры были не ниже 40 С.

Фактическое значение температуры очага определяется следующим образом.

Определяют температуру воздуха о и концентрацию кислорода С в венd тиляционной струе, поступающей в пожарную выработку, концентрацию кислорода С в струе, исходящей из очага пожара, затем температура очага рассчитывается по формуле

Карактер изменения температурного поля перед очагом пожара по данным исследований представляет собой зеркальное отражение поля за очагом пожара.

Это имеет важное значение для определения фактического значения величины тепловой д:прессии пожара, 1 так как часть ее формируется перед очагом горения.

Затеи определяют тепловую депрессию по формуле.

Приведенная формула для определения тепловой депрессии основывает ся на установленном экспериментальным путем законе изменения температуры в пожарной выработке и включает исходные данные, определяемые эмпирическим путем В частности, расстоя— ние . между пунктом возникновения пожара и местом замера температуры определяется на основе эмпирической связи между скоростью движения очага пожара V и скоростью воздуха в выработке.

Повышение достоверности определения величины тепловой депрессии с помощью предлагаемого способа достигается за счет того, что определяется фактическое значение температуры очага пожара в выработке на момент определения тепловой депрессии, а не максимально возможное значение ее учитывается формирование тепловой депрессии в выработке перед очагом ° пожара; уточняется характер распреЗО деления температур в выработке, поскольку определяются фактические значения температуры в очаге ножара и в двух пунктах пожарной выра-. ботки, тогда как при известном способе характер изменения температуры за очагом пожара определяется на основе использования коэффициента конвективной теплоотдачи, полученного путем моделирования пожаров и

4о являющегося среднестатической величиной с тем или иным отклонением от фактических значений в реальных горных выработках..

Предлагаемый способ определения

4S тепловой депрессии пожара может иметь и другие варианты осуществления.

Так, при ведении работ по активному тушению пожара, осуществляеgp мому, как правило, со стороны свежей струи, часть выработки охлаждается, и температурное поле в ней имеет вид, изображенный на фиг. 2.

Величина 1 в этом случае может определяться двумя способами: либо путем прямых измерений в зоне высших температур с помощью специальных приборов и приспособлений, ибо

1149029

Исходные данные: вертикальная высота выработки g = 120 м; угол наклона ah= 60 ; сечение S = 1,8 м .

Данные, полученные в результате разведки ВГСЧ, следующие: концентрация кислорода на исходящей С = — 13,2Х температура поступающего в лаву воздуха 1 = 25 С; концентрация кислорода в поступающей С =

20,57; расстояние L4= 10 м; температура 4„= 45 С; расход воздуха в лаве G = 10 мз /мин; расстояние

10 м; L<- =5 м ; температура — 220 С. . Длина лавы равна 1.= —. — =141м..

Sin а6

Фактическое значение температуры в очаге горения определяют по формуле (9),„= 622 C.

30 расчетным путем. В обоих случаях определение тепловой депрессии производится описанным способом, однако во втором случае дополнительно определяется величина 12 по формуле 1 (t - ю (+оц 40) — - (

Исходные данные, входящие в формулу (10), определяются указанным, образом.

П. р и м е р. На шахте им.Гаевого

FI0 "Артемуголь" в лаве участка В 42 возник пожар. Для того, чтобы продукты горения не попали в другие - Ч выработки и не загазировали их, возникла необходимость реверсировать вентиляционную струю.

Учитывая противодействие тепловой депрессии пожара, встал вопрос об определении ее величины в лаве.

Определяют скорость движения очага пожара по формуле ,V

V м(ч о,o««o,ооэ s где Ч вЂ” скорость движения газовоздушного потока.

Значение Y- — = 5,5 м/мин =

= 0,09 м/с.

Тогда V„ 8, 1 м/ч.

После возникновения пожара, проведения разведки и перехода к актив" ному тушению прошло 2 ч. За это время очаг пожара прошел расстояние

Ч 3 = (6,2

Тогда расстояние L2= 6,2 м.

Расстояние (,„ = 110 м.

Рассчитывают соотношения K и KÄ! ,k = 0,009, К„= 0,12.

Затем с использованием полученных данных определяем величину тепловой депрессии пожара Ь = 91,5 мм вод.ст, ! Величина тепловой депрессии на случай возникновения пожара в лаве, заложенная в план ликвидации аварии в соответствии с известным способом на этой шахте составляет

117 мм вод.ст.

Относительная погружность определения тепловой депрессии по предлагаемому способу по сравнению с известным составляет 28Х.

Повышение достоверности определения тепловой депрессии пожара позволяет повысить надежность правильного.выбрра аварийного вентиляционного режима и, соответственно, обеспечить большую безопасность и эффективность ведения горноспасательных работ.

Ц!!49029

3, с

Заказ 1845/23 Тираж 446

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель И. Федяева

Редактор О. Юрковецкая ТехредМ.Надь Корректор Н. Король