Приложение 10. Методика расчета системы пожарно-оросительного водоснабжения

Приложение 10
(обязательное)

Методика расчета системы пожарно-оросительного водоснабжения

В результате проведения гидравлического расчета пожарно-оросительного трубопровода шахты требуется определить свободные напоры во всех его узлах при подаче к ним нормируемого расхода воды на пожаротушение и составить мероприятия по оперативному вводу в действие системы пожарно-оросительного водоснабжения при пожаре.

Исходными данными для расчета являются: конфигурация сети, места расположения питающих сеть резервуаров, насосных станций, редукционных узлов, тип насосов и редукционных клапанов и их характеристики, характеристики установок автоматического водяного пожаротушения, геодезические отметки всех узлов системы, длины и диаметры участков ПОТ.

Расчет пожарно-оросительного трубопровода шахты проводится по следующей методике.

1. Составляется расчетная схема пожарно-оросительного трубопровода шахты, на которую наносятся:

сеть пожарно-оросительного трубопровода от источников водоснабжения до очистных и подготовительных забоев, привязанная к горным выработкам шахты;

номера узлов сети пожарно-оросительного трубопровода с указанием геодезических отметок;

длины и диаметры участков трубопровода между узлами сети;

источники подземного водоснабжения шахты;

места расположения (привязанные к узлам) редукционных клапанов и повысительных насосных станций (указан тип насосов и гидравлических редукторов);

запорная арматура, манипуляции с которой предусмотрены при подаче воды в шахту;

установки автоматического водяного пожаротушения (указан расход воды на пожаротушение, потребляемый установками);

резервные трубопроводы с указанием мест подключения к ставу пожарно-оросительного трубопровода шахты.

2. Назначаются необходимые расходы воды на пожаротушение для каждого узла сети ПОТ шахты в соответствии с требованиями Инструкции по противопожарной защите угольных шахт к § 553 ПБ:

для магистрального трубопровода, проложенного по стволу и выработкам околоствольного двора к квершлагу до точки разветвления трубопровода в главные выработки, назначается суммарный расход воды, необходимый на устройство водяной завесы для преграждения распространения пожара и непосредственное тушение пожара цельной струей из одного пожарного ствола с диаметром насадки 19 мм и на технологические нужды (половина расчетного расхода).

в узлах, расположенных на магистральных линиях трубопровода, проложенного по главным и групповым откаточным штрекам, уклонам, бремсбергам и т.д., назначается суммарный расход воды, необходимый на устройство водяной завесы для преграждения распространения пожара и непосредственное тушение пожара цельной струей из одного пожарного ствола (но не менее 80 ).

В соответствии с требованием п. 38 Инструкции к § 553 ПБ для выработок, оборудованных ленточными конвейерами, дополнительно назначается расход воды на одновременную с тушением пожара работу автоматических установок водяного пожаротушения.

В узлах, расположенных на линиях участкового трубопровода, с учетом требований п. 38 Инструкции к § 553 ПБ расход воды на пожаротушение назначается следующим образом:

в участковых выработках, оборудованных ленточными конвейерами, - по суммарному расходу воды, необходимому на устройство водяной завесы (не менее 50 ) и одновременную работу автоматической установки водяного пожаротушения на ленточном конвейере;

в конвейерных штреках лав с возвратноточным проветриванием (отработанная струя воздуха выдается по вент. штреку) - по суммарному расходу на обеспечение работы автоматической установки секционирования на ленточном конвейере и тушение пожара одним пожарным стволом;

в остальных участковых линиях - по расходу воды, необходимому на устройство водяной завесы.

Расход воды на работу автоматических установок пожаротушения на ленточных конвейерах принимается согласно данным, указанным в Паспорте или в Инструкции по эксплуатации на принятый в проекте тип установок.

При назначении суммарного расхода воды по выработке, оборудованной ленточным конвейером, следует учитывать функции, которые выполняет принятая установка автоматического пожаротушения, - защищает непосредственно только конвейер (установки типа УАП-П, УВПК) или одновременно защищает конвейер и ставит водяную завесу для преграждения распространения пожара по всему периметру выработки (установка типа УАП-Л).

При выполнении поверочного гидравлического расчета на пожаротушение в очистном забое необходимо рассматривать наиболее тяжелый случай, когда для тушения пожара одновременно будут задействованы средства пожаротушения на конвейерном штреке (пожарный ствол и установка автоматического пожаротушения на ленточном конвейере) и на вентиляционном штреке (установка водяной завесы).

3. Для выбранного расчетного случая назначается начальное распределение потоков воды по линиям сети с соблюдением I закона Кирхгофа (баланс расходов в узлах расчетной схемы).

4. По известным диаметрам d и длинам l участков сети и водоводов определяются удельные и полные S гидравлические сопротивления участков по формулам:

, , (10.1)

где - удельное гидравлическое сопротивление, ;

l - длина участка, м.

В результате исследований, проведенных во ВНИИ ВОДГЕО под руководством Ф.А. Шевелева, для неновых стальных труб были получены следующие зависимости для определения удельного гидравлического сопротивления :

при v > 1,2 м/с ; (10.2)

при v < 1,2 м/с ; (10.3)

где - поправочный коэффициент:

. (10.4)

Значения удельного гидравлического сопротивления для неновых стальных трубопроводов при скорости движения воды в них более 1,2 м/с представлены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Условный проход трубы , м	0,100	0,125	0,150	0,200	0,250	0,300
Удельное сопротивление ,	172,9	76,36	30,65	6,96	2,19	0,85

Потери напора на местных сопротивлениях в соответствии со СНиП 2.04.02-84 учитывают дополнительно в размере 10% от величины потерь напора в трубопроводах.

5. Определяются потери напора в участках в соответствии с расходами , принятыми при начальном потокораспределении:

, м. (10.5)

6. Если пожарно-оросительный трубопровод шахты закольцован, записываются уравнения "внутренней увязки" по II закону Кирхгофа для всех фундаментальных колец сети:

. (10.6)

Подставляя в уравнение (10.6) расходы , принятые при начальном потокораспределении, находим величину невязки по каждому контуру . Всего составляется n уравнений (n - число независимых контуров).

Примечание. В случае если по двум параллельным выработкам проложены пожарные трубопроводы, закольцованные между собой через сбойки (например, по конвейерному и вентиляционному уклонам пласта), эквивалентное сопротивление кольца можно определить по упрощенной формуле:

, (10.7)

где и - сопротивления параллельных ветвей трубопровода.

7. Если число одновременно работающих водопитателей в системе больше одного, то для учета совместной работы водопитателей в общую сеть записываются е - 1 уравнений "внешней увязки", где е - число водопитателей:

, (10.8)

где - гидравлическая характеристика водопитателя.

Эти уравнения связывают попарно водопитатели при их совместной работе через потери напора в соединяющих их линиях.

8. Если полученные из уравнений (10.6) и (10.8) значения и не равны нулю, проводится гидравлическая увязка сети. Найденные из уравнений "внутренней" и "внешней" увязки величины невязок и характеризуют степень отклонения принятого в кольце распределения расходов от истинного.

Для снижения невязки необходимо уменьшить расходы на перегруженных ветвях каждого кольца и увеличить их на недогруженных, соблюдая при этом баланс расходов в узлах. Это может быть достигнуто путем переброски некоторых контурных расходов по всем кольцам в направлении, обратном знаку невязки.

Определение поправочных расходов для каждого кольца (включая фиктивный) проводят в соответствии с методом Лобачева-Кросса:

, (10.9)

где i - порядковый номер кольца.

В соответствии с методом Лобачева-Кросса найденные поправочные расходы одновременно вносят во все контуры сети на каждом шаге итерационного процесса, до тех пор, пока величины невязок во всех кольцах не перестанут превышать допустимую величину (0,1 м).

Таким образом будут получены истинные значения расходов воды в участках и соответствующие потери напора, а также истинные параметры работы водопитателей (насосов и напорных резервуаров).

Примечание. Обычно процедура увязки сети проводится с помощью ЭВМ.

9. Определяем свободные напоры в узловых точках сети, следуя от водопитателя к конечному узлу по (против) движению воды путем последовательного вычитания (сложения) потерь напора от значения свободного напора в предыдущем узле:

, (10.10)

где - геодезическая отметка i-го узла.

При проведении этой операции проверяют соответствие полученных напоров в сети допустимым.

10. Повторяем действия, перечисленные в пп. 2-8, для каждой расчетной позиции пожарно-оросительного трубопровода шахты.

11. В том случае, если напор в местах отбора воды на пожаротушение превышает нормируемый ПБ (1,5 МПа), в сети пожарно-оросительного трубопровода устанавливаются редукционные узлы, состоящие из одного или нескольких гидроредукторов (редукционных клапанов), работающих параллельно.

Величина снижения давления воды в пожарно-оросительном трубопроводе на выходе из редукционного узла определяется в соответствии с Инструкцией по эксплуатации для выбранного типа редукционного клапана, в зависимости от величины расхода воды по данному участку трубопровода и давления на входе в гидроредуктор.

12. В том случае, если напор в местах отбора воды на пожаротушение ниже нормируемого ПБ (0,6 МПа), на сети пожарно-оросительного трубопровода оборудуется повысительная насосная станция.

Величина давления воды в пожарно-оросительном трубопроводе при работе повысительного насоса определяется в соответствии с его напорной характеристикой, в зависимости от величины расхода воды, подаваемого на пожаротушение, и давления на входе в насос-повыситель.

По результатам расчета составляется итоговая таблица, форма которой приведена в приложении 11.

Как правило, при проектировании пожарно-оросительного трубопровода шахты приходится рассматривать несколько вариантов всей системы комплекса и путем оценки выбирать один конкурирующий вариант для детальной разработки.

Исключительная сложность и трудоемкость расчета для каждого случая дает большой объем вычислительной работы, с которым практически можно справиться только лишь при использовании специально разработанных программ для ЭВМ в организациях, имеющих лицензию на соответствующий вид работ (РосНИИГД).