МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Курсовая работа
По дисциплине: Безопасность ведения горных работ и горноспасательное дело
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Тема: Разработка мероприятий по предотвращению и ликвидации пожаров и взрывов на угольных шахтах
Выполнил: студент гр. БТС-12 ___________ /Халитов Р. Р./
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: ______________
ПРОВЕРИЛ:
РУКОВОДИТЕЛЬ ПРОЕКТА: профессор ___________ /Коршунов Г.И./
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2017
Аннотация
Тема: «Разработка мероприятий по предотвращению и ликвидации пожаров и взрывов на угольных шахтах»
Объем курсовой работы 25 страниц, на которых размещены 3 рисунка и 1 приложение. При написании использовалось 4 источника.
Курсовая работа состоит из введения, теоретической части, практической части и итогового заключения.
Во введении раскрывается актуальность разработки данных мероприятий, ставится проблема, цель и задачи данной работы.
В теоретической части рассматриваются такие темы, как: «Предотвращение подземных пожаров и взрывов на угольных шахтах»; « Борьба с подземными пожарами и взрывами на угольных шахтах» и «Характеристика предприятия «Шахта им. С.М. Кирова».
В практической части с помощью применения методик определяются взрываемость смеси по пределам взрываемости, флегматизирующая концентрация хладона и давление во фронте ударной волны, а также находится безопасная зона по избыточному давлению ударной волны и производится расчет подачи азота для ликвидации пожара.
Заключение посвящено основным выводам.
Оглавление
Аннотация. 3
Введение. 5
Теоретическая часть. 6
Предотвращения подземных пожаров и взрывов на угольных шахтах. 6
Борьба с подземными пожарами и взрывами на угольных шахтах. 14
Характеристика предприятия «Шахта им. С.М. Кирова». 18
Расчетная часть. 21
Определение взрываемости смеси горючих газов. 21
Определение флегматизирующей концентрации хладона. 23
Определение параметров воздушных ударных волн при взрыве. 24
Расчет подачи азота для ликвидации пожара. 31
Заключение. 33
Список использованных источников. 34
Приложение. 35
Введение
Добыча полезных ископаемых, в том числе и угля, подземным способом до сего времени сопряжена с опасностью возникновения всевозможных аварийных ситуаций, зачастую представляющих угрозу для здоровья, а иногда и жизни людей. С увеличением глубины разработки эта опасность не уменьшается, а, к сожалению, растет, особенно это касается угольных предприятий.
В конце девятнадцатого века по количеству унесенных жизней и материальному ущербу с пожарами и взрывами в шахтах не могли сравниться аварии ни в одной другой отрасли промышленности. Данные за последние несколько десятков лет показывают, что случаи рудничных пожаров и взрывов стали реже, что говорит о несомненных успехах, достигнутых в области противопожарной безопасности. Но даже сейчас более половины аварий на угольных шахтах и рудниках приходятся на шахтные пожары. Они сопровождаются большими экономическими потерями. Затраты на ликвидацию шахтных пожаров составляют 80 – 95 % затрат на ликвидацию всех аварий на горных предприятиях. Таким образом, весьма актуальна проблема совершенствования профилактики и способов ликвидации подземных пожаров.
Цель данной работы: изучить причины возникновения подземных пожаров и взрывов на угольных шахтах, а также методы борьбы с ними.
Задачи:
- Научиться определять: взрываемость смеси горючих газов, флегматизирующей концентрации хладона, параметры воздушных ударных волн, безопасную зону по избыточному давлению ударной волны, подачу азота для ликвидации пожара;
- Научиться работать в программном обеспечении «Ударная волна».
Теоретическая часть
Предотвращения подземных пожаров и взрывов на угольных шахтах
Причины возникновения подземных пожаров и взрывов
Подземные пожары являются наиболее распространенными и сложными видами аварий в шахтах. Подземными называются пожары, возникающие в горных выработках шахт. К подземным относятся и пожары, которые возникают на поверхностных комплексах и при этом продукты горения могут поступать в горные выработки шахты.
Наиболее опасными являются пожары в действующих выработках шахт, т.к. они характеризуются быстрой активизацией и угрозой массового отравления людей продуктами горения.
Пожары в горных выработках по источнику воспламенения бывают двух видов: возникающие от различных внешних причин (экзогенные) и от самовозгорания угля (эндогенные).
К внешним причинам, вызывающим экзогенные пожары относятся:
- короткие замыкания электрокабелей и неисправности электрооборудования;
- взрывные работы в шахтах;
- варочные и автогенные работы;
- курение и открытый огонь в шахтах;
- чрезмерное механическое трение в механизмах и машинах;
- воспламенение горючих жидкостей при нагревании.
Эндогенные пожары происходят от самовозгорания угля, которое зависит от склонности угля к самонагреванию, а также от горно-геологических и горнотехнических условий разрабатываемых месторождений. Самовозгорание появляется от постоянного окисления разрыхленного и раздавленного в целиках угля. Процесс окисления происходит с выделением тепла. Если условия выемки угля, склонного к самонагреванию, не обеспечивают отвод тепла, образующегося в угле, и 50-70% его остается в нем, а температура достигает 300-350ºС, то самонагревание переходит в самовозгорание.
Взрывы газа и угольной пыли являются наиболее сложными и опасными шахтными авариями. При этом основными поражающими факторами для людей являются: ядовитые продукты взрыва и бескислородная среда в исходящей струе воздуха, ударная волна и высокая температура атмосферы. Ведение работ по ликвидации последствий взрывов осложняются дополнительными опасностями для людей: нарушением или полным прекращением проветривания, возможными пожарами, повторными взрывами, завалами горных выработок.
К взрывчатым газам, которые могут появляться в шахтной атмосфере, относятся: метан, водород, окись углерода и сероводород. Сероводород взрывается при содержании в воздухе 6%, окись углерода - от 12,5 до 75%, водород - от 4 до 74%, но эти газы во взрывоопасных концентрациях встречаются в шахте редко. Самыми распространенными в шахтах являются взрывы метана и угольной пыли.
Возникновение взрыва метана возможно при его скоплении в воздухе от 5 до 16% и наличии источника тепла, который может взорвать метан (температура воспламенения метана 650-750ºС).
Угольная пыль воспламеняется при температуре 700-800ºС. Нижний предел запыленности выработки, при котором может произойти взрыв взвешенной угольной пыли, составляет 10-50 г/м³, а верхний предел взрываемости 2000-3000 г/м³. Установлено, что присутствие в воздухе угольной пыли снижает нижний предел взрываемости метана, а метан, в свою очередь, снижает нижний предел взрываемости угольной пыли.
Взрывы метана в горных выработках могут иметь место при недостаточном проветривании, что приводит к повышенному содержанию метана в рудничном воздухе. Взрывы угольной пыли могут происходить и при нормальном проветривании выработок, но при значительном скоплении пыли в выработках во взвешенном состоянии. Причинами, приводящими к взрыву газов и угольной пыли, являются: нарушение правил ведения взрывных работ, нарушение правил эксплуатации электрооборудования, искрообразование при замыкании батарей аккумуляторных ламп, искрообразование при работе различных механизмов, курение, открытый огонь в шахте.
Взрывы газа могут происходить при возникновении подземных пожаров, при этом предпосылками или признаками взрыва (образования ударной волны) бывают: внезапное резкое изменение направления вентиляционной струи, внезапная остановка движения воздуха, «давление» на уши, отдаленный звук (гул), вибрация в выработке.
Многие твердые негорючие или трудновоспламеняющиеся вещества (цинк, алюминий, сера, каменный уголь и др.) становятся взрывчатыми в пылеобразном состоянии. Это объясняется большой поверхностью соприкосновения распыленного вещества с кислородом воздуха, поглощением кислорода пылинками, а также способностью некоторых веществ выделять при нагревании горючие газы. Пылевые частицы каменных углей выделяют после воспламенения горючие газы, состоящие в основном из метана и водорода (около 200-400 л горючих газов на 1 кг пыли). Температура воспламенения пылевых частиц 700-800°С.
На взрывчатые свойства угольной пыли оказывают влияние следующие факторы:
Степень метаморфизма угля, выражаемая содержанием летучих веществ. К пылевзрывоопасным относятся все пласты угля с выходом летучих веществ 15% и более. Угли с меньшим содержанием летучих (кроме антрацитов) должны подвергаться лабораторным испытаниям на взрывчатость пыли. Наиболее легко взрывается пыль с содержанием летучих 17-32%.
Зольность пыли. При ее увеличении взрывчатые свойства пыли уменьшаются. Это обстоятельство служит основанием для использования инертной пыли как средства борьбы с взрывами угольной пыли. Для газовых шахт невзрывчатой может считаться пыль с содержанием золы более 75%, для негазовых – 60%.
Влажность пыли. Чем больше влаги содержит пыль, тем она менее взрывчата. Это обстоятельство используется для борьбы с пылью применением воды. При содержании 40% влаги пыль становится невзрывчатой.
Тонкость пыли. Наиболее опасны в отношении взрыва пылевые частицы размером 0,1-0,06 мм. Если взрыв уже возник, то участие в нем могут принять и более крупные пылинки размером 0,75-1 мм.
Нижний предел запыленности выработки, при котором может произойти взрыв взвешенной угольной пыли, составляет 10-50 г/м³.
Максимальной силы взрыв происходит при запыленности 300-400 г/м³.
Верхний предел запыленности атмосферы выработок, при котором возможен взрыв взвешенной угольной пыли, достигает 2000-3000 г/м³.
Особенностью взрыва угольной пыли является образование значительно больших количеств окиси углерода, чем при взрыве метана. Угольная пыль, не сгоревшая при взрыве, образует корки (коксик) на крепи и кровле выработок. При большой скорости взрыва коксик образуется с «наветренной» стороны, при очень большой скорости – с «подветренной» и при медленном распространении – с обеих сторон.
Основные мероприятия по предупреждению и локализации взрывов:
Побелка рекомендуется для выработок околоствольного двора, капитальных откаточных и вентиляционных выработок. При этом применяется раствор из одной части цемента и двух частей извести, разбавленных тридцатью частями воды. Расход раствора составляет 0,7-0,8 л на один квадратный метр обрабатываемой поверхности.
Обмывка выработок производится водой или 0,1%-ным раствором смачивателя. Расход жидкости на обмывку составляет 1,5-1,8 литра на один квадратный метр поверхности. Обмывке водой подлежат выработки при пылеотложении до 1,2 г/м² в сутки. Участки вентиляционных штреков, примыкающие к лавам, протяженностью 200 м при пылеотложении до 50 г/м² в сутки обмывают раствором смачивателя, а при более интенсивном пылеотложении должны устанавливаться непрерывно действующие туманообразующие завесы в таком количестве, чтобы общая длина участка связывания пыли всеми завесами составляло не менее 200 м. Периодичность обмыва – один раз в смену или в сутки.
Локализация и подавление взрывов угольной пыли осуществляется с помощью водяных и сланцевых заслонов.
Водяные заслоны представляют собой ряд опрокидывающихся металлических, деревянных или пластмассовых сосудов, вместимостью не более 80 л каждый, устанавливаемых под кровлей поперек выработки. Количество воды и число сосудов в заслоне определяют из расчета 400 л на один квадратный метр сечения выработки. Общая длина водяного заслона должна быть не менее 20 метров.
Сланцевые заслоны представляют собой ряд деревянных полок, установленных у кровли выработок, на которые насыпают инертную пыль. Полки должны легко опрокидываться под действием ударной волны. Количество инертной пыли для заслона определяется из расчета 400 кг на один квадратный метр поперечного сечения выработки.
Осланцевание горных выработок имеет своей целью увеличение содержания негорючих веществ (золы) в угольной пыли путем добавки инертной пыли. Осланцеванию необходимо подвергать все поверхности горных выработок: бока, кровлю, почву и производить его так, чтобы угольная пыль была полностью покрыта инертной.
Пропитка угля в массиве или предварительное увлажнение угольных пластов заключается в том, что в угольный массив нагнетается по скважинам вода под давлением 50-200 ат, которая, проникая по трещинам, смачивает уголь и находящуюся в трещинах пыль. Благодаря этому, пыль при выемке угля не переходит во взвешенное состояние.
Орошение водой применяется при зарубке и отбойке угля, погрузке и транспортировании отбитой горной массы, взрывных работах. При орошении происходит увлажнение и связывание отложившейся или находящейся в горной массе пыли, а также улавливание и осаждение взвешенной пыли водяными каплями. Для распыления воды применяются унифицированные форсунки. В настоящее время все выемочные и проходческие машины комплектуются типовой системой орошения. Для снижения пылеобразования при взрывных работах перед взрыванием производят орошение выработки на 20-30 м от забоя, применяют
также водяные завесы в 10-30 м от забоя или распыление воды из полиэтиленовых сосудов посредством взрывания ВВ, а также внутреннюю водяную забойку шпуров в полиэтиленовых ампулах.
Пеноподавление пыли достигается при использовании воздушно-механической пены. При заполнении пеной пространства у источников пылеобразования они изолируются от окружающей атмосферы. Пена не только увлажняет пылевые частицы, но и связывает их.
Пылеотсос заключается в том, что в местах интенсивного пылеобразования специальными установками отсасывается запыленный воздух, после чего пыль осаждается или фильтруется.
Индивидуальные средства защиты применяются в тех случаях, когда комплекс мероприятий по борьбе с пылью не обеспечивает снижение запыленности воздуха на рабочих местах до допустимых норм. На шахтах применяются респираторы по защите от пыли легочно-силового типа Ф-62Ш, «АСТ-РА-2», У-2К, ШБ-1, ПРШ-742.
Оптимальная скорость проветривания заключается в выносе пыли из забоя и разжижении ее концентрации поступающим свежим воздухом. Если скорость воздуха недостаточная, то не обеспечивается эффективный вынос и удаление пыли с мест пылеобразования, при высокой скорости наблюдается взметывание осевшей пыли. Оптимальной по пылевому фактору считается скорость движения воздуха в подготовительных выработках 0,4-0,7 м/с, а в очистных забоях 1-3 м/с.
Пожарная профилактика - комплекс организационно-технических мероприятий, включающих средства и методы предупреждения и локализации подземных пожаров.
Различают профилактику пожаров экзогенных и пожаров эндогенных. Основные задачи профилактики экзогенных пожаров: снижение пожароопасности технологических процессов добычи полезных ископаемых и эксплуатации горно-шахтного оборудования; преимущественное применение негорючих и трудногорючих крепёжных материалов, трудногорючих резинотехнических изделий, водно-эмульсионных рабочих жидкостей в гидрофицированном оборудовании; повышение пожарной защиты наиболее пожароопасных мест и объектов на горных предприятиях; проведение систематического обучения и тренировки всех горнорабочих приёмам использования первичных средств пожаротушения, правилам поведения и самоспасения при авариях; организация периодического контроля и проверок состояния средств противопожарной защиты; пропаганда пожарно-технических знаний и методов предупреждения и борьбы с подземными пожарами.
Для практической реализации мер пожарной профилактики и борьбы с подземными пожарами на горных предприятиях прокладываются пожарно-оросительные водопроводы, обеспечивающие подачу воды с необходимым для пожаротушения расходом и напором во все горные выработки и камеры; в соответствии с действующими нормативами размещаются первичные средства пожаротушения — ручные, передвижные и стационарные (автоматические) огнетушители и установки с использованием порошковых, газовых и пенных огнегасительных составов.
Для локализации пожаров в ограниченном объёме горных выработок и камер в шахтах размещаются пожарные двери с ручным или автоматическим действием, а также сооружаются пожарные арки с заранее подготовленными материалами (бетониты, кирпич, песок, глина и т.п.).
Все горные выработки в зависимости от их назначения и пожароопасности крепятся материалами с регламентируемой степенью огнестойкости. При этом преимущественно используются негорючие материалы: монолитный бетон или железобетон, железобетонные или металлические тюбинги, стойки, верхняки и затяжки. Деревянная крепь подвергается предварительной огнебиозащитной обработке.
Основные задачи профилактики эндогенных пожаров на пластах, склонных к самовозгоранию: выбор и применение соответствующей схемы подготовки и отработки выемочных полей и участков с преимущественным использованием полевых подготовительных выработок; выбор схемы вентиляции, обеспечивающей пожаробезопасную скорость движения (фильтрации) воздуха через выработанное пространство; разделение шахтных полей на обособленные выемочные участки, отделённые друг от друга пожарными целиками или изоляционными полосами из инертных материалов; отработка выемочных полей обратным ходом с вентиляцией очистных забоев на передние выработки; применение закладки выработанного пространства и своевременная его изоляция; пожарно-профилактическая обработка антипирогенами угольных целиков и местного скопления угля; проведение специальных пожарно-профилактических мероприятий в зоне геологических нарушений; установка изоляционных перемычек и сооружение рубашек и полос на отработанных выемочных полях и участках. Меры эндогенной пожарной профилактики осуществляются в соответствии с требованиями инструкций, учитывающих специфику отдельных регионов.
Борьба с подземными пожарами и взрывами на угольных шахтах
Для выбора эффективных средств и способов тушения подземных пожаров в конкретных условиях необходимо знать основные его параметры:
- среднюю скорость перемещения очага горения по выработке;
- максимальную и среднюю температуру пожарных газов в очаге горения и на заданном удалении от него;
- длину зоны горящей крепи в выработке;
- площадь горящей поверхности;
- расход материала на горение;
- длину зоны действия конвективных потоков навстречу вентиляционному потоку;
- дальность (радиус) эффективного применения (действия) пожаротушащих средств;
- площадь тушения;
- скорость и продолжительность тушения.
Тушение пожаров в шахтах может осуществляться следующими способами:
- активным способом, т.е. непосредственным воздействием на очаг огнегасительными средствами или дистанционная подача в зону горения воды, пены и других огнегасительных веществ по трубопроводам, скважинам или по подводящим выработкам;
- изоляцией пожарного участка от действующих выработок перемычками, "рубашками" и другими изоляционными сооружениями с целью прекращения доступа воздуха к очагу пожара;
- комбинированным способом - временной изоляцией пожарного участка перемычками (глухими или со шлюзами) для локализации горения с последующим вскрытием перемычек и окончательным тушением пожара активным способом.
Активный способ тушения подземных пожаров предполагает применение различных огнегасительных средств, которые в зависимости от физико-химических свойств и особенностей применения делятся на жидкие (вода, пена), газообразные (углекислый газ, азот, парогазовая смесь), сыпучие (огнегасительные порошки, инертная пыль, песок) и флегматизаторы (бромэтиловая смесь).
Сущность пассивного способа состоит в том, что к очагу горения прекращают доступ воздуха и затем ждут, когда пожар потухнет сам собой от недостатка кислорода. Эти методы осуществляются: 1) изолированием очага пожара или участка, где возник пожар, перемычками; 2) закрытием всех выработок и трещин, сообщающих рудник с земной поверхностью; 3) затоплением участка пожара или всей шахты в целом (крайняя мера).
Комбинированные способы — сочетание внешней изоляции участка с активными мерами, направленными для скорейшего тушения пожара.
Выбор того или иного из способов зависит от характера пожара, места его возникновения, размеров, стадий, а также от наличия имеющихся средств борьбы.
В первую очередь следует всегда стремиться к тому, чтобы потушить пожар в самом начале активными способами.
Ответственный руководитель ликвидации аварии и руководитель горноспасательных работ, отправив первые отделения ВГСЧ в шахту при пожаре по плану ликвидации аварий, обязаны выполнить следующее:
- оценить режим проветривания и по возможности направить продукты горения, минуя скопления людей;
- установить все возможные подходы к очагам горения по действующим и отработанным выработкам, скважинам, провалам и др.;
- выбрать способ тушения очагов горения и рассчитать параметры проветривания пожарного участка;
- определить объемы и места размещения сил и средств для локализации и тушения пожара.
Для эффективного тушения подземного пожара необходимо, чтобы параметры тушения планируемых к применению технических средств соответствовали параметрам развития пожара или превышали их. При этом необходимо учитывать:
- возможность доставки средств к месту применения исходя из его габаритов, конструктивных особенностей и состояния горных выработок (угол наклона, ширина и высота, вид транспортных средств);
- возможность обеспечения пожаротушащего средства источниками энергии и огнетушащими веществами (вода, порошок, пенообразователь и др.);
- возможность применения технического средства исходя из газовой обстановки на аварийном участке, температуры, влажности и задымленности в месте установки средства и др.;
- время доставки технического средства к месту применения, его монтажа и подготовки к работе.
На всех стадиях тушения пожара для ограничения его активности и снижения скорости распространения по горным выработкам необходимо осуществлять меры по его локализации:
- сокращение расхода воздуха, поступающего к очагу горения;
- установка водяных завес и создание преград на пути распространения пожара (установка временных перемычек, закрытие противопожарных дверей и др.);
- местное реверсирование вентиляционной струи;
- удаление горючего материала из зоны горения или на пути распространения пожара;
- сочетание вышеперечисленных способов локализации.
С момента возникновения пожара, независимо от его размеров и характера развития, ответственный руководитель ликвидации аварии и руководитель горноспасательных работ обязаны принять меры по бесперебойной подаче воды на пожарный участок и сосредоточению в шахте мощных средств пожаротушения и аварийных материалов.
При тушении пожара в шахте должен быть установлен режим вентиляции, снижающий активность пожара и создающий условия для его тушения, а также предотвращающий скопление горючих газов до взрывоопасных концентраций и распространение газообразных продуктов горения в места нахождения людей.
При тушении пожаров в шахтах применяются следующие вентиляционные режимы:
- прекращение проветривания горящих выработок пожарного участка;
- сохранение режима проветривания выработок пожарного участка, существовавшего до возникновения пожара;
- увеличение или уменьшение расхода воздуха, поступающего к очагу пожара, при сохранении существовавшего направления вентиляционной струи;
- реверсирование (опрокидывание) вентиляционной струи с сохранением, увеличением или уменьшением расхода воздуха, поступавшего по выработкам до возникновения пожара;
- закорачивание вентиляционной струи в нормальном или реверсивном режиме проветривания.
Выбор вентиляционного режима определяется степенью опасности шахты по газу метану и взрывчатости угольной пыли и возможностями ее вентиляционной сети. При этом следует также учитывать фактические условия аварийной обстановки, место возникновения пожара и скорость его распространения, величину и направление естественной и тепловой депрессии.
Принятый вентиляционный режим должен быть устойчивым и управляемым.
Характеристика предприятия «Шахта им. С.М. Кирова»
Геологическое строение и характеристика разрабатываемого месторождения
Ленинское каменноугольное месторождение расположено в Ленинском районе Кузбасса. Центральная часть месторождения находится в 2 км от города Ленинска-Кузнецкого. Месторождение расположено в пределах Ленинской синклинали. Абсолютные отметки 170–220 м. Угленосными являются отложения общей мощностью 1200 м. На месторождении выявлен 31 угольный пласт, 28 из которых имеют рабочую мощность. Государственным балансом по полю шахты им. С. М. Кирова учитывается 956 446 млн. тонн угля, из них балансовые запасы для подземной разработки составляют 956 446 млн. тонн угля. Угли бурые (каменные), марки Г, ГЖ, зольность 6–14%, содержание серы до 0,93%, высшая удельная теплота сгорания 7175–8390 кКал/кг, теплота сгорания рабочего топлива 6240–7880 кКал/кг. Тектоника разрабатываемых участков месторождения в основном простая. Падение слоев к центру мульды под углом 0–15°, реже под углом до 40°. Тектонические нарушения встречаются часто. Исключением является участок блоков № 2 и 3. Для них характерна относительная выдержанность пласта по мощности. Месторождение разрабатывается шахтой им. С. М. Кирова. Производственная мощность пред-приятия составляет 5000 тыс. тонн. На данный момент на шахте отрабатываются пласты Болдыревский мощностью 2,2 м и Поленовский мощностью 1,7 м. Угли разрабатываемых пластов относятся к маркам Г, ГЖ. Добытый уголь перерабатывается на обогатительной фабрике шахты, расположенной на промплощадке шахты.
Технология ведения горных и добычных работ
Шахта им. Кирова осуществляет разработку подземным способом. В настоящее время на шахте применяется система разработки пластов длинными столбами по простиранию. Проходка осуществляется с помощью проходческих комбайнов. Добычные работы ведутся с помощью механизированных крепей, очистных комбайнов, забойных конвейеров, перегружателей. Длина выемочных столбов составляет 1100-2000 м, длина лав 200-250 м.
Производительность предприятия
Производственная мощность шахты — 4 000 тыс. тонн угля в год. Объем остаточных запасов угля составляет около 956 млн. тонн. Шахта продолжает оставаться одним из лучших предприятий российской угольной промышленности по производительности, технической вооруженности, культуре и безопасности труда. Шахте было предоставлено почетное право добыть в 2000 году 100-миллионную тонну, в 2005-м – 150-миллионную тонну кузбасского угля. Добыча в 2009 году: 4,7 млн.тонн.
Характеристики угольных пластов
Пласты угля газоносные. Категория шахты по метану — сверхкатегорийная. Пласт Болдыревский является самым верхним отрабатываемым пластом на участке блока №3, имеет повсеместное распространение и рабочую мощность.
Пласт имеет в основном сложное строение, состоит из 2 пачек угля. Пачки угля отделяются друг от друга прослоями аргиллита. Мощность породных прослоев изменяется от 0,03 до 0,20 м. Угли пласта в большинстве своем представлены полублестящими разностями. По мощности пласт относится к относительно выдержанным пластам. Общая мощность пласта изменяется от 0,2 до 2,4 м.
Пласт Болдыревский является основным рабочим пластом. Выемка угля производится по пачкам совместно. Угол падения угольного пласта составляет от 0 до 10°.
Пласт Поленовский является самым нижним пластом на участке блока №3, имеет повсеместное распространение и рабочую мощность.
Пласт имеет в основном сложное строение, состоит из одной угольной пачки. Средняя мощность угольного пласта равна 1,77 м.
Угол падения пласта составляет от 0 до 12°.
Существующие средства борьбы с газом и пылью на предприятии
Непрерывный автоматический контроль содержания пыли в рудничном воздухе, в местах погрузки и перегруза угля.
Одним из способов борьбы является фланговая дегазация — способ, предложенный в Кузбассе и эффективно работающий до сих пор. На шахтах им. Кирова, уже несколько лет успешно реализуются проекты дегазации с утилизацией шахтного газа-метана. Кроме этого, на шахте им. Кирова получаемый газ-метан направляется на выработку электроэнергии.
Расчетная часть
Определение взрываемости смеси горючих газов
Определение взрываемости смеси по пределам взрываемости и треугольнику взрываемости
Исходные данные:
|
ССН4, % |
ССО, % |
СН2, % |
СО2, % |
|
2,8 |
0,435 |
1,5 |
17 |
Взрываемость смеси горючих газов при подземных пожарах определяется с помощью треугольника взрываемости. Для этого определяется суммарная концентрация горючих газов Сr,%:
Координаты вершин треугольника по оси абсцисс находятся по формулам:
Координата нижней вершины треугольника по оси ординат находится по формуле для пика воспламенения по кислороду:
Значения полученных величин позволяет судить о взрывоопасности горючих газов. Смесь считается взрывоопасной, так как и .
Для наглядной оценки взрываемости применяется треугольник взрываемости. Чтобы определить, какой из треугольников взрываемости соответствует данной смеси горючих газов, предварительно необходимо найти долю метана и оксида углерода в их составе:
Вывод: так как точка с координатами и попадает в пределы площади треугольника со значением доли то смесь горючих газов взрывоопасно, что было подтверждено выше.
Определение флегматизирующей концентрации хладона
Исходные данные:
|
ССН4, % |
СН2, % |
P, г/см3 |
К0 |
S1, м2 |
S2, м2 |
L1, м |
L2, м |
|
2,8 |
1,5 |
2,18 |
175 |
8 |
12,7 |
212 |
128 |
Р – плотность хладона;
К0 – коэффициент расширения хладона при парообразовании.
По концентрации водорода и метана в результатах анализа рудничной атмосферы с помощью номограммы, определяем флегматизирующую концентрацию хладона 114В2 в процентном отношении,
Номограмма определения флегматизирующей концентрации хладона 114В2 метано-водородно-воздушной смеси.
Определяем необходимый объем паров хладона в горных выработках, подлежащих флегматизации:
Определяем необходимое количество 114В2 для достижения заданного объема паров хладона в горных выработках:
Определение параметров воздушных ударных волн при взрыве
Исходные данные:
|
Углы, град |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
|
76 |
104 |
75 |
82 |
72 |
118 |
|
№ участка |
Длина |
Площадь сечения , |
Периметр , м |
|
|
1 |
212 |
8,0 |
11,3 |
- |
|
2 |
128 |
12,7 |
14,3 |
- |
|
3 |
147 |
12,7 |
14,3 |
0,00088 |
|
4 |
69 |
12,7 |
14,3 |
0,00088 |
|
5 |
345 |
13,7 |
14,3 |
0,00088 |
|
6 |
93 |
11,0 |
13,3 |
0,00100 |
|
7 |
410 |
11,0 |
13,3 |
0,00100 |
|
8 |
42 |
11,0 |
13,3 |
0,00100 |
|
9 |
53 |
12,4 |
14,1 |
0,00089 |
|
10 |
270 |
12,4 |
14,1 |
0,00089 |
|
11 |
251 |
12,4 |
14,1 |
0,00089 |
|
12 |
188 |
12,4 |
14,1 |
0,00089 |
|
13 |
60 |
12,0 |
13,9 |
0,00110 |
|
14 |
115 |
15,0 |
15,5 |
0,00080 |
|
15 |
41 |
15,0 |
15,5 |
0,00080 |
|
16 |
180 |
15,0 |
15,5 |
0,00080 |
|
17 |
164 |
15,0 |
15,5 |
0,00080 |
|
18 |
43 |
15,0 |
15,5 |
0,00080 |
|
19 |
2000 |
22,0 |
18,8 |
0,00040 |
При взрыве сложных газопылевоздушных смесей формируются УВ, интенсивность которых не превышает величин давлений, возникающих при взрыве стехиометрической (9,5%) метановоздушной смеси, равномерно распределенной по длине и сечению горной выработки. Поэтому при определении величин давлений УВ в зоне горения предполагается, что взрывается стехиометрическая смесь метана с воздухом.
Давление в зоне взрыва определяется по суммарной безразмерной длине активного участка горения от очага воспламенения до границы раздела «горючая смесь – воздух» по формуле:
где:
-длина i–го участка зоны взрыва, м;
n -фактическое число участков;
- приведённый диаметр i–го участка, рассчитываемый по формуле:
где:
- площадь поперечного сечения выработки i–го участка, ,
- ее периметр, м.
Так как активным участком горения являются первый и второй участки,то рассчитаем L:
Исходя из полученного значения, по графику определим давление во фронте сформировавшейся УВ.
В тех случаях, когда суммарная безразмерная длина , а также при если выработка сильно загромождена оборудованием, крепежными материалами и т. п. или нет достоверных сведений о загроможденности выработки, в которой предполагается горение, давление во фронте УВ следует принимать равным 1,6Мпа.
Так как в нашем случае , то принимаем .
После прекращения горения горючей газопылевоздушной смеси наступает режим распространения ударной волны по горным выработкам.
Определение безопасного расстояния
Безопасные условия для людей, находящихся в шахте, обеспечиваются при избыточном давлении во фронте воздушной волны менее 0,006Мпа. Для определения безопасного расстояния необходимо рассчитать давление на каждом участке при распространении УВ по сети горных выработок до тех пор, пока значение избыточного давления во фронте УВ не снизится до 0,006Мпа.
На прямолинейном участке выработок давление во фронте ударной волны рассчитывается по следующей формуле:
где:
-избыточное давление в волне на расстоянии х от начального сечения, МПа;
- избыточное давление в волне в начальном сечении, Мпа;
-периметр выработки, м;
-площадь поперечного сечения выработки (в свету), ;
x -путь пройденный волной по выработке, м;
k -безразмерный коэффициент затухания УВ.
где:
-коэффициент аэродинамического сопротивления горной выработки, .
Таким образом, давление во фронте УВ в конечном сечении третьего участка:
Если на пути движения УВ имеются участки с различными сечениями и видами крепи, то определение давления производится для каждого участка в отдельности. За начальное давление конечное давление в предыдущем участке.
Давление во фронте УВ, распространяющейся через местные сопротивления в виде поворотов, сопряжений и т.п., определяется по формуле:
В зависимости от вида местного сопротивления (приложение №1) определяем параметр А.
Давление в начале 4-го участка после местного сопротивления (схема 9):
Давление во фронте УВ в конце 4-го участка:
Давление во фронте УВ в начале 5-го участка после прохождения местного сопротивления (схема 6):
В конце 5-го участка:
Давление во фронте УВ в начале 6-го участка после прохождения местного сопротивления (схема 8):
В конце 6-го участка:
Давление во фронте УВ в начале 7-го участка после прохождения местного сопротивления (схема 9):
В конце 7-го участка:
Давление во фронте УВ в начале 8-го участка после прохождения местного сопротивления (схема 10):
В конце 8-го участка:
Давление во фронте УВ в начале 9-го участка после прохождения местного сопротивления (схема 7):
Также данный расчет можно провести в программном обеспечении «Ударная волна», результаты данного расчета приведены в приложении №1.
Вывод: безопасные условия для людей, находящихся в шахте, обеспечиваются при избыточном давлении во фронте воздушной волны менее 0,006 МПа. Так как при заданных условиях получили, что после прохождения местного сопротивления в конце 8-го участка и вначале 9-го давление во фронте воздушной волны =0,005 МПа, можем сделать вывод, что условия для нахождения людей в 9-м участке – безопасные.
Расчет подачи азота для ликвидации пожара
Исходные данные:
|
Q, м3/мин |
ССН2, % |
S1, м2 |
S2, м2 |
L1, м |
L2, м |
|
1320 |
0,88 |
8 |
12,7 |
212 |
128 |
L=340 – общая длина выработок аварийного участка, заполняемых азотом, м;
S=10,35 м2 – средняя площадь сечения выработок, м2;
Определяется расход воздуха, необходимый для создания взрывобезопасной среды:
Определяется расход азота, необходимый для инертизации атмосферы всего участка:
Выбираем из двух расчетных значений расхода азота максимальное:
Определяется время заполнения выработок участка азотом:
Определяется общее количество газообразного азота, которое необходимо выпустить в аварийный участок:
Количество жидкого азота при известном расходе газообразного, определяется по формуле:
где К – коэффициент, учитывающий потери азота при транспортировании, хранении и подаче по шахтным трубопроводам, принимается К=1,5.
Вывод: таким образом, для инертизации атмосферы аварийного участка газообразного азота понадобится - 5643,82 м3 или 10158,8 м3 – жидкого. Выработки заполнятся азотом за 44, 3 минуты. Расчет составлен для случая выпуска азота со стороны поступающей в пожарный участок вентиляционной струи. Расстояние от места выпуска азота до очага пожара не должно превышать 1000 м.
Заключение
так как точка с координатами и попадает в пределы площади треугольника со значением доли то смесь горючих газов взрывоопасно, что было подтверждено выше.
безопасные условия для людей, находящихся в шахте, обеспечиваются при избыточном давлении во фронте воздушной волны менее 0,006 МПа. Так как при заданных условиях получили, что после прохождения местного сопротивления в конце 8-го участка и вначале 9-го давление во фронте воздушной волны =0,005 МПа, можем сделать вывод, что условия для нахождения людей в 9-м участке – безопасные.
таким образом, для инертизации атмосферы аварийного участка газообразного азота понадобится - 5643,82 м3 или 10158,8 м3 – жидкого. Выработки заполнятся азотом за 44, 3 минуты. Расчет составлен для случая выпуска азота со стороны поступающей в пожарный участок вентиляционной струи. Расстояние от места выпуска азота до очага пожара не должно превышать 1000 м.
Список использованных источников
1 – Учебник подземного горноспасателя, том III / к.т.н. В.А. Горбатов, к.т.н. В. В. Мячин, к.т.н. С.А. Шаров и др. 1-е изд. – Новокузнецк: 2005. – 252 с.
2 – Технологические схемы подготовки и отработки выемочных участков на шахтах ОАО «СУЭК-Кузбасс»: Альбом / В.Н. Демура, В.Б. Артемьев, С.В. Ясюченя, К.Н. Копылов и др. – М.: Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2014 – 256 с.
3 – Рашевский В.В., Артемьев В.Б., Силютин С.А. Качество углей ОАО «СУЭК». – М.: Кучково поле, 2011. – 576 с.
4 – Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Инструкция по составлению планов ликвидации аварий на угольных шахтах».
Приложение
Приложение №1
Скачать: