Откройте актуальную версию документа прямо сейчас
Если вы являетесь пользователем интернет-версии системы ГАРАНТ, вы можете открыть этот документ прямо сейчас или запросить по Горячей линии в системе.
Вход
Купить систему ГАРАНТ
Получить демо-доступ
Узнать стоимость
Информационный банк
Подобрать комплект
Семинары
- Главная
- Устав военизированной горноспасательной части (ВГСЧ) по организации и ведению горноспасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности (утв. Минтопэнерго РФ и Госгортехнадзором РФ 27 июня 1997 г. N 175/107)
- Приложение 12. Методика определения параметров ударных воздушных волн при взрывах газов и пыли в горных выработках
Приложение 12. Методика определения параметров ударных воздушных волн при взрывах газов и пыли в горных выработках
Приложение 12
к п. 194
Методика определения параметров ударных воздушных волн при взрывах газов и пыли в горных выработках
1. Общие положения
Взрывы при наличии источника воспламенения в угольных шахтах, как правило, происходят из-за нарушения проветривания, скопления и горения на аварийном участке однокомпонентных (СН4), многокомпонентных (СН4, Н2 СО) или гибридных взрывчатых смесей (углеводородные газы и угольная пыль).
Каждый компонент горючей смеси имеет свои, строго определенные пределы взрываемости. Взрываемость многокомпонентных газовых смесей определяется по соответствующим диаграммам (треугольникам взрываемости), учитывающим сумму горючих газов, скапливающихся на аварийных участках угольных шахт, и наличие кислорода воздуха (приложение N 11).
Взрывчатость угольной пыли определяется физико-химическими свойствами и горнотехническими условиями разрабатываемых шахтопластов. При этом определяющим является количественный выход летучих, содержание золы и влаги в угле, дисперсность витающей и отложившейся угольной пыли. Опасными по взрывам пыли являются пласты угля с выходом летучих веществ 15% и более, а также пласты угля (кроме антрацитов) с меньшим выходом летучих, взрываемость пыли которых установлена лабораторными испытаниями. Пыль у шахтопластов с выходом летучих веществ 6% и менее считается невзрывчатой. Зола и инертные добавки снижают взрывчатость угольной пыли. Естественное содержание влаги в угле почти не оказывает существенного влияния на взрываемость угольной пыли. Однако если отложившаяся пыль увлажнена до 12% и более, то она не способна переходить во взвешенное состояние и создать взрывоопасные концентрации.
Во взрыве пыли принимают участие частицы разных размеров не более 1000 мк, причем взрываемость угольной пыли с увеличением дисперсности растет.
В шахтах, на определенных участках, практически всегда имеются условия для участия угольной пыли в аварийных взрывах, особенно гибридных смесей. Взрываемость угольной пыли регламентируется Правилами безопасности. Известно, что взрывное горение гибридных газопылевоздушных смесей по механизму распространения пламени мало отличается от подобных процессов в смесях углеводородных газов с воздухом.
Участие во взрывах угольной пыли усугубляет его разрушающее и поражающее действие, повышает пределы распространения пламени и ударной волны по горным выработкам.
При взрывах газовоздушных и газопылевоздушных смесей в шахтах условно выделяются три зоны действия взрыва:
- зона загазования (зона, содержащая взрывчатую смесь, в которой возможно экстремальное действие взрыва, вплоть до детонации взрывчатой смеси);
- зона разлета продуктов взрыва (ПВ) (зона действия ударной воздушной волны, подпираемой продуктами взрыва, которые расширяются примерно на 4,1 объема первоначального загазования горных выработок);
- зона действия ударной воздушной волны (УВВ), оторвавшейся от продуктов взрыва.
Параметры взрыва (давление во фронте УВВ - дельта Рф, импульс УВВ - iо, эффективное время тета взрывчатой смеси) зависят главным образом от энергии взрыва, зоны, для которой определяются эти параметры и расстояния до эпицентра взрыва (места воспламенения взрывчатой смеси).
Приведенные в Методике расчетные зависимости соответствуют усредненным физико-механическим и энергетическим характеристикам стехиометрических смесей углеводородных газов с воздухом, присутствующих в атмосфере аварийных участков шахт, и идеализированной схеме взрыва (детонации) горючих взрывчатых смесей (ГВС) с инициированием взрыва в тупиковой части горных выработок или посередине загазованного участка в сквозных выработках.
Указанные характеристики, в первом приближении, можно использовать при участии во взрыве угольной пыли, так как установлено, что взрыв взвешенной угольной пыли происходит после ее термического разложения в газовой фазе.
Учет влияния угольной пыли во взрыве осуществляется за счет увеличения энергии взрыва примерно в 1,3 раза, что, в свою очередь, приводит к увеличению импульса ударной волны и времени ее действия. В зоне разлета продуктов взрыва частицы горящей угольной пыли, переносимые с зоны загазования, подпитывают УВВ, не давая ей интенсивно затухать. В этом случае коэффициент перехода взрыва в УВВ увеличивается (см. табл.2), а зона разлета продуктов взрыва принимается не менее пяти объемов первоначального загазования горных выработок.
За зону загазования принимается участок, в котором имеется горючая смесь, включая несвязную взрывчатую угольную пыль. Поэтому для предотвращения увеличения активной зоны взрыва необходимо пыль в примыкающих к загазованному участку горных выработок смыть или связать ПАВ на расстоянии, на которое могут распространяться продукты предполагаемого взрыва. Если эти мероприятия осуществить не удается, то границей зоны загазования следует считать конец последнего запыленного участка выработки и все расчеты проводить, исходя из этих предположений.
2. Определение параметров взрыва в зоне загазования и в зоне
действия продуктов взрыва
Разрушающее и поражающее действие взрыва ГВС в шахтах зависит от ее энергии, которая определяется из выражения
Ен = р х g х V , Дж,
о v о
где ро - плотность взрывчатой смеси, кг/м3 (для метановоздушной стехиометрической смеси ро = 1,13 кг/м3;
gv - удельная теплота взрыва (для метановоздушной стехиометрической смеси gv = 2,763 х 10(6) Дж/кг);
Vо - объем загазования взрывчатой смесью аварийного участка горных выработок, м3.
В объем загазования необходимо включать все пустоты и купола горных выработок, попадающие в эту зону. Для лавы в этот объем включают часть выработанного необрушенного пространства. В этом случае объем загазования лавы, определяемый как произведение площади ее поперечного сечения в свету на длину загазования, необходимо для расчета безопасных расстояний увеличить в 1,5 раза. Для труднообрушаемых кровель объем загазования лавы увеличивают в 2 раза.
Считается, что весь объем взрывчатой смеси в лаве может канализироваться в любом направлении, принимаемом для расчета безопасных расстояний.
Расчетные зависимости для определения параметров взрыва ГВС в горных выработках шахт приведены в табл.1.
В зоне загазования при V <= Vо максимальное избыточное давление принимается постоянным и равным Дельта Рф = 16 кг/м3 = 1,6 МПа.
Удельный импульс и эффективное время действия детонационной волны определяются по расчетным формулам (2) и (3), приведенным в табл.1.
При отражении детонационной волны от преграды, когда конструкция расположена перпендикулярно направлению распространения детонационной волны, давление на преграду превосходит давление во фронте детонационной волны приблизительно в 2,5 раза, а эффективное время действия ударной волны ориентировочно может быть определено по формуле (3) табл.1.
Таблица 1
Схема подземного взрыва, его эпюра давлений и расчетные параметры
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
Удельный импульс УВВ равен половине произведения избыточного давления дельта Рф на время действия Qc.
Параметры взрыва ГВС в горных выработках угольных шахт
| Название параметров взрыва |
Расчетные формулы |
| Зона загазования V <= V о |
|
| Давление во фронте взрывной детонационной волны, (Па) |
2(К-1)Е н Дельта Р = ---------- = 2(К-1)р g = 16х10(5) Ф V о v о при К = 1,25 отношение удельных теплоемкостей продуктов взрыва |
| Удельный импульс, (Н х с/м2) |
0,59Е Е V н н 1 iо = ----------- + 9,8 ------------ [1,2 --- F х g (1/2) F х g (1/2) V v v о - (V /V )(2)] 1 о F - площадь попер. сечения выработки, м2 |
| Эффективное время дейс- твия детонационной вол- ны, (с) |
0,24Е 4Е н н Тета = ---------------- + ---------------- р х g (3/2) х F р х g (3/2) х F о v о v V 1 [1,2 --- - (V /V )(2)] V 1 о о |
| Зона действия ПВ V < V <= 5V о 2 о |
|
| Давление во фронте УВВ, (Па) |
V о Дельта Рф = (12,3 х - + 0,5)х10(5) = 3 х 10(5) V 2 при V = 5V 2 о |
| Удельный импульс, (Н х с/м2) |
0,0853Е V х _ (V /V ) н 2 о 2 i = ---------- х ------------ н V х g (1/2) F о v |
| Эффективное время дейс- твия УВВ, (с) |
0,164Е V2 х _ (V /V ) н о 2 Тета = ----------------- х ------------ р х V х g (3/2) F о о v |
Примечание: В случае участия во взрыве угольной пыли энергия Ен взрыва увеличивается в 1,3 раза.
В зоне действия ПВ Vо < V2 <= 5Vо. Давление во фронте, удельный импульс и время действия УВВ определяют соответственно по формулам (4), (5) и (6), приведенным в табл.1.
При распространении УВВ в зоне действия ПВ предполагается определение условного места отрыва УВВ от ПВ в горной выработке.
Максимальное избыточное давление во фронте УВВ в месте ее условного отрыва ПВ, согласно расчетам по формуле (4) табл.1, при V2 = 5Vо равно дельта Рф = 0,3 МПа, а время действия УВВ в этом месте определяется, исходя из энергии взрыва, по формуле (6) табл.1. При этом принимается, что основная масса ПВ распространяется по горным выработкам, входящим в расчетную схему аварийного участка. Закономерности распространения ПВ по сопряжениям сквозных выработок аналогичны закономерностям распространения импульса, по горным выработкам с равными площадями поперечного сечения, которые представлены ниже в разделе 4 (см. табл.6).
3. Распространение ударной воздушной волны по прямолинейным участкам
горных выработок после ее отрыва от продуктов взрыва
Начальное давление во фронте УВВ в месте ее отрыва от ПВ с учетом различных возможных видов развития взрыва ГВС в шахтах определяется по общей формуле (2):
0,7
Дельта Рн = ----------------------------------, МПа (2)
Р х V
о 2
3х([1 + 7,12 --------](1/2) - 1),
Мю х Е
н
где Мю - коэффициент перехода энергии взрыва в интенсивность УВВ. Коэффициент Мю зависит от режима горения ГВС и принимается по табл.2;
P - атмосферное давление, Р = 10(5) Па;
о о
0,7 - размерный коэффициент МПа.
Для расчета затухания УВВ принимают начальное максимальное давление в месте отрыва УВВ от ПВ, обусловленное видом взрыва. Если вид ожидаемого взрыва ГВС установить достоверно невозможно, то расчеты затухания УВВ ведут с использованием максимального начального давления н дельта Рх = 0,3 МПа.
Таблица 2
Коэффициенты перехода энергии взрыва ГВС в интенсивность УВВ
в зависимости от вида взрыва ГВС в шахтах и расчетные начальные
давления во фронте УВВ в месте ее отрыва от ПВ
| N | Виды взрыва ГВС | Коэффициент перехода энергии взрыва в ин- тенсивность УВВ, Мю |
Начальные давления во фронте УВВ в мес- те отрыва от ПВ Дельта Рфн, МПа при 5Vo |
| 1. | Детонационное горение ГВС | ||
| 1.1 | Экстремальный режим горе- ния ГВС детонация |
0,50 |
0,30 |
| 2 | Дефлаграционное горение ГВС | ||
| 2.1 | Без участия пыли | 0,15 | 0,15 |
| 2.2 | Однородные и многокомпо- нентные смеси ГВС с учас- тием пыли |
0,25 |
0,21 |
| 2.3 | Слоевое скопление ГВС с участием пыли |
0,08 | 0,08 |
Дальнейший расчет затухания избыточного давления во фронте УВВ производится по формуле:
П Х х Х К
з
Дельта Р = Дельта Р х е(--------), МПа. (3)
х фн F
где Дельта Рфн - начальное давление во фронте воздушной ударной волны в месте ее отрыва от продуктов взрыва, МПа;
П - периметр горной выработки, по которой распространяется ударная воздушная волна, м;
F - площадь поперечного сечения горной выработки, м2;
Кз - коэффициент затухания, принимаемый по табл.3 в зависимости от коэффициента аэродинамического сопротивления горных выработок (А), согласно Рекомендаций СНиП 2.01.54-84.;
е - основание натуральных логарифмов;
х - расстояние от начала выработки до поворота, ее сужения и других изменений, м.
Таблица 3
Значение Кз (см. СНиП 2.01.54-84)
|
Выработки |
Коэффициент аэродинами- ческого сопротивления выработки (А), Н х с2/м4 |
К з |
| С гладкой поверхностью и металлическими трубами |
9,8х10(-4) - 39,2х10(-4) | 0,5х10(-3) |
| С бетонной или кирпичной крепью |
39,2х10(-4) - 78,4х10(-4) | 10(-3) |
| С другими видами крепи | 78,4х10(-4) - 196,0х10(-4) 196,0х10(-4) - 343,0х10(-4) |
2х10(-3) 3х10(-3) |
| С повышенной шероховатостью поверхностей и стволы с ар- мировкой |
343,0х10(-4) - 490,0х10(-4) | 4х10(-3) |
В формуле (3) определение производится по табл.4, в которой
П*х*К
з
n = -------.
F
Затухание импульса происходит по закономерности:
П*х*К
з Н
i = i * е(-------), ----, (4)
х н F м2
где iн - начальный импульс УВВ в месте ее отрыва от ПВ, определяется
по формуле (5) табл.1 при V2 = 5Vо.
Таблица 4
Значения показательной функции
| n | е(-n) | n | е(-n) | n | е(-n) |
| 0,00 | 1,000 | 2,1 | 0,1230 | 5,1 | 0,00610 |
| 0,10 | 0,905 | 2,2 | 0,1110 | 5,2 | 0,00552 |
| 0,15 | 0,861 | 2,3 | 0,1002 | 5,3 | 0,00499 |
| 0,20 | 0,819 | 2,4 | 0,0907 | 5,4 | 0,00452 |
| 0,25 | 0,779 | 2,5 | 0,0821 | 5,5 | 0,00409 |
| 0,30 | 0,741 | 2,6 | 0,0743 | 5,6 | 0,00370 |
| 0,35 | 0,705 | 2,7 | 0,0672 | 5,7 | 0,00335 |
| 0,40 | 0,670 | 2,8 | 0,0608 | 5,8 | 0,00303 |
| 0,45 | 0,638 | 2,9 | 0,0550 | 5,9 | 0,00274 |
| 0,50 | 0,606 | 3,0 | 0,0498 | 6,0 | 0,00248 |
| 0,55 | 0,577 | 3,1 | 0,0451 | 6,2 | 0,00203 |
| 0,60 | 0,549 | 3,2 | 0,0408 | 6,4 | 0,00166 |
| 0,65 | 0,522 | 3,3 | 0,0369 | 6,6 | 0,00136 |
| 0,70 | 0,496 | 3,4 | 0,0334 | 6,8 | 0,00111 |
| 0,75 | 0,472 | 3,5 | 0,0302 | 7,0 | 0,00091 |
| 0,80 | 0,449 | 3,6 | 0,0273 | 7,2 | 0,00075 |
| 0,85 | 0,427 | 3,7 | 0,0247 | 7,4 | 0,00061 |
| 0,90 | 0,406 | 3,8 | 0,0224 | 7,6 | 0,00050 |
| 0,95 | 0,387 | 3,9 | 0,0202 | 7,8 | 0,00041 |
| 1,00 | 0,368 | 4,0 | 0,0183 | 8,0 | 0,00033 |
| 1,10 | 0,333 | 4,1 | 0,0166 | 8,2 | 0,00027 |
| 1,20 | 0,301 | 4,2 | 0,0150 | 8,4 | 0,00022 |
| 1,30 | 0,273 | 4,3 | 0,0136 | 8,6 | 0,00018 |
| 1,40 | 0,247 | 4,4 | 0,0123 | 8,8 | 0,00015 |
| 1,50 | 0,223 | 4,5 | 0,0111 | 9,0 | 0,00012 |
| 1,60 | 0,202 | 4,6 | 0,0101 | 9,2 | 0,00010 |
| 1,70 | 0,183 | 4,7 | 0,0091 | 9,4 | 0,00008 |
| 1,80 | 0,165 | 4,8 | 0,0082 | 9,6 | 0,00007 |
| 1,90 | 0,150 | 4,9 | 0,00745 | 9,8 | 0,00006 |
| 2,00 | 0,135 | 5,0 | 0,00674 | 10,0 | 0,00004 |
На рис.1 приведен график, характеризующий затухание интенсивности давления и импульса УВВ в горных выработках, построенный на основании зависимостей (3) и (4) с учетом данных табл.3 и 4. Расчет изменения указанных параметров УВВ осуществляется через приведенные коэффициенты затухания, которые представлены на этом же графике. Причем основополагающей расчетной формулой для определения приведенного коэффициента затухания интенсивности УВВ является зависимость
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
Рис.1 График для определения затухания УВВ
П х К
з
К = е(------). (5)
пр F
На оси ординат графика рис.1 отложены приведенные коэффициенты затухания импульса и давления УВВ, максимальные величины которых приняты за единицу, а их изменения по оси ординат регламентируются условиями распространения УВВ. По оси абсцисс отложены расстояния, на которые распространяется УВВ.
По геометрическим параметрам выработки и ее аэродинамическому сопротивлению находят величину П х Кз/F, по которой определяют номер соответствующей кривой или кривых на графике рис.1. Отложив по оси абсцисс расстояние распространения УВВ по горной выработке и восстановив перпендикуляр до пересечения с соответствующими кривыми, номера которых известны, находим точку, которая по оси ординат соответствует числовому значению приведенного коэффициента затухания. Умножив значение приведенного коэффициента затухания на величину начального давления или импульса УВВ, получим искомые значения этих величин после прохождения данного участка горных выработок УВВ. Отметим, что приведенные коэффициенты затухания давления УВВ и импульса для одной и той же волны отличаются друг от друга (формулы 3 и 4).
Данные рис.1 охватывают практически все возможные условия распространения УВВ по прямолинейным участкам горных выработок. Зная площадь поперечного сечения горной выработки (F), ее периметр (П), коэффициент аэродинамического сопротивления (А) и общую длину части выработки (х), входящей в аварийный участок, можно легко определить затухание ударной волны и импульса для этой части выработки.
При расчете затухания УВВ по графику рис.1 определение результата
П х К
з
производят по ближайшим наименьшим значениям произведения - -------. За
F
безопасное для человека давление, принимается Дельта Рф = 0,009 МПа (см.
СНиП 2.01.54-84).
Таким образом, безопасное расстояние при угрозе взрыва газа и пыли в шахте на прямолинейных участках горных выработок определяется как сумма расстояний, на которые распространяется УВВ, подпираемая продуктами взрыва (на этом участке определяющим является объем, занимаемый этой выработкой), плюс расстояние, на котором происходит затухание УВВ, оторвавшейся от продуктов взрыва, до безопасного давления Дельта Рф <= 0,009 МПа. (На этом участке определяющим является площадь сечения выработки, ее коэффициент аэродинамического сопротивления и периметр выработки.)
Величина безопасного для человека действия импульса УВВ ориентировочно принимается равной i = 40000 Н х с/м2. При этом значении импульса люди не должны получать травм, вызванных метательным действием импульса УВВ. При достижении безопасного давления во фронте УВВ удельный импульс получается гораздо меньше, чем 40000 Н х с/м2, поэтому расчет безопасных расстояний при угрозе взрыва осуществляется по давлению во фронте УВВ.
Данные по определению импульса необходимы для расчета несущей способности перемычек или других сооружений, а также выявления возможности функционирования оборудования и оснащения горных выработок, попавших в зону действия взрыва.
Имея конечные параметры Дельта Рфк и iк для места расположения рассчитываемого объекта в горной выработке, можно определить время действия УВВ на этот объект по формуле:
2i
к
Тета К = -----------, с. (6)
Дельта Р
фк
При расчете преград (перемычек), расположенных перпендикулярно направлению движения УВВ, максимальное давление на преграду (МПа) определяется по формуле Крюссара-Измайлова, которая имеет следующий вид:
6 х Дельта Р (2)
ф
Р = Дельта Р = 2Дельта Р + --------------------, МПа (7)
max отр ф Дельта Р + 0,72 х Р
ф о
4. Распространение ударной воздушной волны через местные
сопротивления горных выработок
Потери давления во фронте УВВ при ее распространении через углы поворота, сопряжения и изменение поперечного сечения горных выработок учитываются только в случае действия УВВ вне зоны ее подпирания ПВ. В зоне действия УВВ, подпираемой продуктами взрыва, потерями давления при прохождении волной местных сопротивлений пренебрегают.
Давление во фронте УВВ, оторвавшейся от продуктов взрыва, распространяющейся через местные сопротивления в виде поворотов, сопряжений и т.п., определяется по формуле:
Дельта Р = К х Дельта Р , (8)
пр зат н
где Дельта Рн - начальное давление УВВ распространяющейся по местным сопряжениям и углам поворотов горных выработок, МПа;
Дельта Рпр - давление УВВ, после прохождения местных сопряжений и углов поворота горных выработок, МПа;
Кзат - коэффициент затекания УВВ, учитывающий ослабление или увеличение интенсивности УВВ после прохождения сопряжений и углов поворота горных выработок, принимается по табл.5.
В табл.5 приведены наиболее распространенные виды сопряжений и углов поворота горных выработок, по которым распространяется УВВ, отношение площадей поперечных сечений сопрягаемых выработок (дельта), начальные давления УВВ (Дельта Рн) и соответствующие этим условиям коэффициенты затекания (Кзат) УВВ. Эти коэффициенты допускается определять по интерполяции в зависимости от Дельта Рн и дельта.
Таблица 5
Коэффициенты затекания Кзат УВВ при местных
изменениях конфигурации и сечения выработок
| 0° < Гамма < 120° (При Гамма >= 120° Кзат = 1 при дельта = 1) | ||||
|
1 0° < Гамма <= 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 1,33 | 1,40 | 1,50 | 1,55 |
| 0,4 | 1,18 | 1,23 | 1,34 | 1,39 |
| 0,6 | 1,03 | 1,10 | 1,17 | 1,20 |
| 0,8 | 0,90 | 0,94 | 1,00 | 1,08 |
| 1,0 | 0,80 | 0,85 | 0,90 | 0,97 |
| 1,25 | 0,70 | 0,72 | 0,75 | 0,80 |
| 1,67 | 0,57 | 0,58 | 0,60 | 0,62 |
| 2,5 | 0,48 | 0,48 | 0,49 | 0,51 |
| 5,0 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | 0,37 |
| 2 | Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 1,24 | 1,30 | 1,42 | 1,51 |
| 0,4 | 1,17 | 1,22 | 1,30 | 1,42 |
| 0,6 | 1,12 | 1,14 | 1,18 | 1,22 |
| 0,8 | 1,06 | 1,07 | 1,08 | 1,10 |
| 1,0 | 1,00 | 1,00 | 1,00 | 1,00 |
| 1,25 | 0,88 | 0,88 | 0,88 | 0,91 |
| 1,67 | 0,70 | 0,70 | 0,71 | 0,79 |
| 2,5 | 0,52 | 0,52 | 0,52 | 0,60 |
| 5,0 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | 0,37 |
| 0° < Гамма < 60° | ||||
|
3 0° < Гамма <= 60° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,690 | 0,710 | 0,740 | 0,800 |
| 0,4 | 0,620 | 0,635 | 0,670 | 0,740 |
| 0,6 | 0,543 | 0,565 | 0,590 | 0,640 |
| 0,8 | 0,473 | 0,505 | 0,520 | 0,540 |
| 1,0 | 0,400 | 0,420 | 0,450 | 0,460 |
| 1,25 | 0,350 | 0,365 | 0,400 | 0,420 |
| 1,67 | 0,280 | 0,295 | 0,350 | 0,360 |
| 2,5 | 0,207 | 0,220 | 0,230 | 0,280 |
| 5,0 | 0,120 | 0,125 | 0,140 | 0,170 |
| 60° < Гамма < 120° | ||||
|
4 60° < Гамма < 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,460 | 0,520 | 0,610 | 0,720 |
| 0,4 | 0,430 | 0,470 | 0,560 | 0,670 |
| 0,6 | 0,400 | 0,430 | 0,510 | 0,590 |
| 0,8 | 0,340 | 0,380 | 0,450 | 0,520 |
| 1,0 | 0,300 | 0,330 | 0,400 | 0,450 |
| 1,25 | 0,263 | 0,290 | 0,350 | 0,410 |
| 1,67 | 0,210 | 0,230 | 0,280 | 0,360 |
| 2,5 | 0,157 | 0,172 | 0,210 | 0,270 |
| 5,0 | 0,090 | 0,100 | 0,120 | 0,170 |
| 120° < Гамма < 180° | ||||
|
5 120°<= Гамма < 180° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,367 | 0,445 | 0,550 | 0,640 |
| 0,4 | 0,340 | 0,410 | 0,500 | 0,580 |
| 0,6 | 0,310 | 0,375 | 0,460 | 0,540 |
| 0,8 | 0,280 | 0,335 | 0,420 | 0,480 |
| 1,0 | 0,250 | 0,300 | 0,370 | 0,420 |
| 1,25 | 0,220 | 0,215 | 0,280 | 0,340 |
| 1,67 | 0,177 | 0,185 | 0,220 | 0,260 |
| 2,5 | 0,130 | 0,155 | 0,150 | 0,220 |
| 5,0 | 0,077 | 0,110 | 0,140 | 0,160 |
| 0° < Гамма <= 60° | ||||
|
6 0° < Гамма <= 60° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,940 | 0,940 | 0,940 | 0,940 |
| 0,4 | 0,880 | 0,880 | 0,880 | 0,880 |
| 0,6 | 0,820 | 0,820 | 0,820 | 0,820 |
| 0,8 | 0,760 | 0,760 | 0,760 | 0,760 |
| 1,0 | 0,730 | 0,730 | 0,730 | 0,730 |
| 1,25 | 0,620 | 0,620 | 0,620 | 0,620 |
| 1,67 | 0,510 | 0,510 | 0,510 | 0,510 |
| 2,5 | 0,380 | 0,380 | 0,380 | 0,380 |
| 5,0 | 0,210 | 0,210 | 0,210 | 0,210 |
| 60° < Гамма < 120° | ||||
|
7 60° < Гамма < 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,960 | 0,960 | 0,960 | 0,960 |
| 0,4 | 0,920 | 0,920 | 0,920 | 0,920 |
| 0,6 | 0,870 | 0,870 | 0,870 | 0,870 |
| 0,8 | 0,830 | 0,830 | 0,830 | 0,830 |
| 1,0 | 0,800 | 0,800 | 0,800 | 0,800 |
| 1,25 | 0,700 | 0,700 | 0,700 | 0,700 |
| 1,67 | 0,560 | 0,560 | 0,560 | 0,560 |
| 2,5 | 0,420 | 0,420 | 0,420 | 0,420 |
| 5,0 | 0,240 | 0,240 | 0,240 | 0,240 |
| 120° <= Гамма < 180° | ||||
|
8 120° <= Гамма < 180° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,970 | 0,970 | 0,970 | 0,970 |
| 0,4 | 0,940 | 0,940 | 0,940 | 0,940 |
| 0,6 | 0,910 | 0,910 | 0,910 | 0,910 |
| 0,8 | 0,870 | 0,870 | 0,870 | 0,870 |
| 1,0 | 0,835 | 0,835 | 0,835 | 0,835 |
| 1,25 | 0,730 | 0,730 | 0,730 | 0,730 |
| 1,67 | 0,590 | 0,590 | 0,590 | 0,590 |
| 2,5 | 0,430 | 0,430 | 0,430 | 0,430 |
| 5,0 | 0,250 | 0,250 | 0,250 | 0,250 |
| 60° <= Гамма <= 120° | ||||
|
9 60° <= Гамма <= 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,43 | 0,47 | 0,56 | 0,67 |
| 0,4 | 0,34 | 0,38 | 0,45 | 0,52 |
| 0,6 | 0,28 | 0,31 | 0,37 | 0,41 |
| 0,8 | 0,24 | 0,27 | 0,32 | 0,36 |
| 1,0 | 0,20 | 0,23 | 0,27 | 0,30 |
| 1,25 | 0,18 | 0,20 | 0,24 | 0,27 |
| 1,67 | 0,14 | 0,16 | 0,19 | 0,24 |
| 2,5 | 0,10 | 0,12 | 0,14 | 0,18 |
| 5,0 | 0,06 | 0,07 | 0,09 | 0,11 |
| 60° <= Гамма <= 120° | ||||
|
10 60° <= Гамма <= 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,92 | 0,92 | 0,92 | 0,92 |
| 0,4 | 0,83 | 0,83 | 0,83 | 0,83 |
| 0,6 | 0,76 | 0,76 | 0,76 | 0,76 |
| 0,8 | 0,68 | 0,68 | 0,68 | 0,68 |
| 1,0 | 0,60 | 0,60 | 0,60 | 0,60 |
| 1,25 | 0,53 | 0,53 | 0,53 | 0,53 |
| 1,67 | 0,42 | 0,42 | 0,42 | 0,42 |
| 2,5 | 0,31 | 0,31 | 0,31 | 0,31 |
| 5,0 | 0,18 | 0,18 | 0,18 | 0,18 |
| 0° < Гамма <= 60° | ||||
|
11 0° < Гамма <= 60° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,340 | 0,360 | 0,450 | 0,570 |
| 0,4 | 0,320 | 0,340 | 0,420 | 0,520 |
| 0,6 | 0,300 | 0,320 | 0,370 | 0,460 |
| 0,8 | 0,290 | 0,300 | 0,340 | 0,420 |
| 1,0 | 0,270 | 0,280 | 0,320 | 0,380 |
| 1,25 | 0,240 | 0,250 | 0,280 | 0,340 |
| 1,67 | 0,190 | 0,196 | 0,220 | 0,300 |
| 2,5 | 0,130 | 0,146 | 0,166 | 0,190 |
| 5,0 | 0,080 | 0,084 | 0,096 | 0,140 |
| 60° < Гамма < 120° | ||||
|
12 60° < Гамма < 120° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 1,18 | 1,23 | 1,34 | 1,39 |
| 0,4 | 0,90 | 0,94 | 1,00 | 1,08 |
| 0,6 | 0,79 | 0,81 | 0,85 | 0,90 |
| 0,8 | 0,65 | 0,67 | 0,69 | 0,73 |
| 1,0 | 0,51 | 0,53 | 0,54 | 0,56 |
| 1,25 | 0,48 | 0,48 | 0,49 | 0,51 |
| 1,67 | 0,39 | 0,39 | 0,40 | 0,44 |
| 2,5 | 0,30 | 0,30 | 0,30 | 0,31 |
| 5,0 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,19 |
| 120° <= Гамма <= 180° | ||||
|
13 120° <= Гамма <= 180° |
Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,860 | 0,910 | 1,030 | 1,100 |
| 0,4 | 0,810 | 0,860 | 0,940 | 1,020 |
| 0,6 | 0,780 | 0,810 | 0,860 | 0,910 |
| 0,8 | 0,740 | 0,760 | 0,780 | 0,820 |
| 1,0 | 0,700 | 0,710 | 0,730 | 0,750 |
| 1,25 | 0,610 | 0,620 | 0,640 | 0,680 |
| 1,67 | 0,490 | 0,497 | 0,520 | 0,590 |
| 2,5 | 0,360 | 0,370 | 0,360 | 0,450 |
| 5,0 | 0,200 | 0,210 | 0,220 | 0,270 |
| 14 | Кзат | |||
| Дельта Рн, МПа | ||||
| дельта | 0,3 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
| 0,2 | 0,31 | 0,32 | 0,37 | 0,42 |
| 0,4 | 0,29 | 0,30 | 0,34 | 0,39 |
| 0,6 | 0,28 | 0,29 | 0,30 | 0,34 |
| 0,8 | 0,27 | 0,28 | 0,29 | 0,32 |
| 1,0 | 0,25 | 0,26 | 0,27 | 0,28 |
| 1,25 | 0,22 | 0,23 | 0,24 | 0,26 |
| 1,67 | 0,18 | 0,19 | 0,20 | 0,23 |
| 2,5 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | 0,17 |
| 5,0 | 0,08 | 0,09 | 0,10 | 0,12 |
-------------------------------------------------------------------------
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
Примечание. Дельта - характеристика местного сопротивления, отношение площади поперечного сечения выработки, в которую затекает УВВ (S), к площади поперечного сечения выработки, из которой вытекает УВВ (F): дельта = S/F
Если к выработке, по которой предполагается распространение УВВ, примыкает тупик длиной до 130 м, то потери давления в этом месте не учитываются. Если длина тупика превосходит 130 м, то давление во фронте УВВ снижается на 10%.
Изменение импульса УВВ при распространении УВВ через сопряжения и углы поворотов горных выработок учитывается соответствующими коэффициентами ослабления или усиления импульса, ориентировочные значения которых приведены в табл.6. Если импульс УВВ распространяется по сопрягаемым выработкам разного поперечного сечения, то вначале значение расчетного импульса определяется как для выработок одинакового сечения. Затем полученный результат умножается на коэффициенты, учитывающие закономерности распространения импульса за счет расширения или сужения горных выработок.
При распространении УВВ по нескольким параллельным выработкам, соединенным друг с другом разрезными печами и сходящимся в единые каналы, происходят сложные газодинамические явления по усилению и ослаблению УВВ в этих выработках. Минимальные потери давления УВВ определяются для суммы длин параллельных выработок, сходящихся в единые каналы по ранее принятым расчетным и графическим зависимостям исходя из начальных давлений УВВ, распространяющейся по этим выработкам.
При определении потерь давления во фронте УВВ в сопряжениях горных выработок необходимо иметь точные сведения о возможных загромождениях сопрягаемых горных выработок. Многие виды загромождений, например груженые вагонетки, складированный строительный материал (бетониты, брус), могут существенно изменить картину гашения УВВ после ее распространения через загроможденные сопряжения горных выработок. При оценке распространения УВВ по горным выработкам необходимо учитывать эти факторы, вводя их запас по обеспечению безопасности ведения аварийных работ при угрозе взрыва.
Таблица 6
Ориентировочные значения коэффициентов ослабления (усиления)
импульса УВВ при ее распространении через сопряжения и углы поворота
горных выработок
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
5. Управление распространением ударной воздушной волной возможного
взрыва на аварийном участке
Управление распространением взрыва УВВ по горным выработкам осуществляется в целях повышения уровня безопасности работ при угрозе взрыва за счет специальных мероприятий, при наличии необходимых технических средств и условий для их применения на аварийном участке.
Сущность мероприятий заключается в осуществлении работ по установке на пути предполагаемого движения УВВ быстровозводимых аэродинамических сопротивлений (обычно преград) или других загромождений, которые располагают у сопряжений горных выработок. В этом случае не только происходит гашение УВВ при взаимодействии с преградой, но и осуществляется перераспределение в нужном направлении энергии УВВ, распространяющейся по каналам горных выработок.
В качестве быстровозводимых сопротивлений можно использовать двух- или трехкупольные преграды парашютного типа, выполненные из текстильного материала, или крестообразные парашютные преграды, изготовленные из конвейерной ленты конструкции Штаба ВГСЧ Карагандинского угольного бассейна Республики Казахстан.
Диаметр купола таких преград ориентировочно равен 2 м, а площадь купола занимает 0,2-0,3 площади поперечного сечения канала выработки, в которой устанавливается такая преграда.
Допускается установка 2-3 парашютных преград в одном сечении горных выработок, у их сопряжений. Нагрузка, которую выдерживают такие преграды, ориентировочно равна 0,35 МПа.
В некоторых случаях такой же эффект по гашению УВВ можно достигнуть за счет создания искусственного загромождения горных выработок, например при помощи 3-4 груженых вагонеток.
В п.1 таблицы 7 приведены графики для определения коэффициентов ослабления (Ко) УВВ, затекающей за аэродинамическое сопротивление (преграду или массивное загромождение) в зависимости от перфорации преграды и интенсивности давления Дельта Рн, действующего на преграду. Под коэффициентом перфорации Альфа преграды или загромождения горных выработок принимается отношение свободной от заполнения преградой или загромождением площади каната к площади канала, в котором устанавливается преграда или загромождение. Графические зависимости применимы для зоны действия УВВ, подпираемой и оторвавшейся от ПВ (в диапазоне давлений, не превышающих 1 МПа).
В п.п.2-6 таблицы 7 представлены графики для определения коэффициентов ослабления (Ко) УВВ, затекающей в различные каналы сопряжений горных выработок в зависимости от места расположения быстровозводимых преград (загромождений) у сопряжений и их коэффициентов перфорации. Графические зависимости применимы для зоны действия УВВ, оторвавшейся от ПВ, т.е. в диапазоне давлений во фронте УВВ Дельта Рн <= 0,3 МПа.
Зная коэффициент перфорации загромождения (преграды) Альфа, необходимо найти эту величину на оси абсцисс и восстановить перпендикуляр до соответствующего пересечения с кривой, характеризующей начальное давление во фронте УВВ Дельта Рн, затем из точки пересечения этой линии с перпендикуляром восстанавливают перпендикуляр до пересечения с осью ординат, на которой берется величина Ко для соответствующего канала сопряжения.
Предложенная схема распространения УВВ по горным выработкам иногда осуществляется самопроизвольно при наличии технологических загромождений, состоящих из оборудования или оснащения горных выработок. Поэтому учет вышеуказанных факторов необходим во время ведения аварийных работ при угрозе взрыва. Особенно в тех случаях, когда загромождения отрицательно сказываются на выборе безопасных мест ведения работ.
Таблица 7
Гашение и перераспределение УВВ в загроможденных каналах
Таблица 8
Ориентировочные величины избыточного давления ударной волны,
характеризующие разрушение объектов, коммуникаций и оснащения горных
выработок
| N | Объект | Степень разрушения | Избыточное давление Дельта Рф, МПа |
| 1 | Трансформаторные подс- танции в нишах |
Разрушение защитных стен, ниш |
0,03-0,05 |
| 2 | Оборудование массой 1 т (лебедки, вентиляторы, пускатели и др.) |
Смещение с фундамента, опрокидывание |
0,04-0,06 |
| 3 | Электровозы | Опрокидывание, смещение с рельс |
0,07-0,15 |
| 4 | Буровые, проходческие машины, конвейерные приводы |
Опрокидывание, смеще- ние, деформация частей |
0,15-0,25 |
| 5 | Крепь шахтная (арочная) металлическая |
Деформация и разрушение крепи |
0,15-0,20 |
| 6 | Деревянные дощатые вен- тиляционные сооружения |
Полное разрушение соо- ружений |
0,01-0,012 |
| 7 | Двойные брусчатые пере- мычки, заилованные пульпой, в горизонталь- ных выработках, толщи- ной до 9 м |
Смещение с места, де- формация отдельных эле- ментов перемычек |
0,25-0,30 |
| 8 | Вагонетки, расположен- ные к взрыву торцевой стороной |
Сбрасывание вагонеток с рельса |
0,14-0,17 |
| 9 | Вагонетки, расположен- ные к взрыву боковой стороной |
Общая деформация кузова и рам |
0,040-0,075 |
| 10 | Трубопроводы, подвешен- ные к стенке |
Деформация и обрыв крепления |
0,015-0,035 |
| 11 | Трубопроводы, уложенные на подошву выработки перпендикулярно движе- нию УВВ |
Деформация и нарушение герметичности |
0,12-0,20 |
| 12 | Подрывочные машины | Деформация, смещение, разрушение отдельных узлов |
0,09-0,18 |
| 13 | Сланцевые и водяные заслоны |
Срабатывание заслонов | 0,015-0,020 |
| 14 | Лампы дневного света | Разрушение стекла | 0,003-0,005 |
| 15 | Металлические переход- ные мостики над конве- йерами |
Смещение, опрокидывание и деформация |
0,05-0,10 |
| 16 | Железобетонная стенка толщиной 0,25 м |
Деформация, образование трещин |
0,28-0,38 |
| 17 | Кирпичная стенка толщи- ной 0,24-0,36 м |
Полное разрушение | 0,04-0,06 |
| 18 | Деревянные балки, стой- ки диаметром 0,14-0,16 м |
Разрушение | 0,015-0,020 |
Величины избыточного давления во фронте УВВ, разрушающие объекты, коммуникации и оснащения горных выработок, которые в определенных условиях выполняют роль загромождений на пути распространения, приведены в таблице 8.
Пример
Определить возможное место установки комплекса "Темп" при изоляции пожара монолитными перемычками на шахте "Глубокая", при возможном взрыве газа и пыли на аварийном участке. Известно, что по условиям возникновения аварии в лаве 5 второго горизонта по пласту k10 (рис.2) на расстоянии 37,3 м от конвейерного штрека имеется очаг пожара, в процессе активного тушения которого резко сократилось поступление воздуха в пожарный участок, что, по данным инженерной разведки аварийного участка, было вызвано обрушением пород кровли в верхней части лавы. В незаваленной части лавы стало нарастать процентное содержание метана.
Исходя из создавшейся обстановки, было принято решение об изоляции пожара.
Для выбора места установки комплекса "Темп" на рельсовом и вентиляционном уклонах аварийного участка с учетом возможного взрыва проведем расчет безопасных расстояний и последствий взрыва. Для этого необходимо определить изменение давления во фронте УВВ в горных выработках, исходя из энергии взрыва.
Предполагаем, что загазовано Х = L = 37,3 м лавы до сопряжения с конвейерным штреком. Содержание метана в момент взрыва около 10%. Пыль в примыкающих к аварийному участку горных выработок связана ПАВ.
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
Рис. 2 Схема аварийного участка
Порядок расчета
На основании плана горных работ и данных инженерной разведки (см. рис.2) составляем расчетную схему распространения УВВ по аварийному участку (рис.3), на которой показываем площадь поперечного сечения и периметр выработок, длину каждого отдельного участка, закрепленного однотипной крепью, аэродинамическое сопротивление горных выработок, а также все сопряжения, повороты, наличие в них и горных выработках загромождений, их вид и коэффициент перфорации загромождений.
ГАРАНТ:
Рисунки в базе не приводятся
Рис.3. Расчетная схема распространения УВВ
Находим объем загазования лавы Vо с учетом ее непогашенного выработанного пространства и энергию взрыва Ен (см. формулу 1):
V = х х F = 5 х 37,3 х 1,5 = 280 м3,
о о
E = р х g х V х F = 1,13 х 2763 х 280 = 874 х 10(3) кДж.
н о v о
Определяем объем продуктов взрыва ГВС, который принимаем равным 5Vо, считая от источника воспламенения. Причем в этом случае 1 объем занимает загазованный аварийный участок плюс еще 4 объема, которые занимают ПВ, распространяясь по незагазованным выработкам:
4V = 280 х 4 = 1120 м3.
о
Ударная волна, подпираемая ПВ, распространяется по конвейерному штреку в двух направлениях - в сторону рельсового и вентиляционных уклонов. Причем ПВ разделяются пополам (см. табл.6 п.4).
Находим условное место отрыва УВВ от ПВ на участке между узлами I и II левой ветви конвейерного штрека, ведя расчет распространения УВВ по свежей струе вентиляции аварийного участка.
Предварительно определяем объем участка горных выработок между узлами I-II:
V = F*х = 8 х 115 = 920 м3.
I-II I-II
Объем участка, по которому распространяется УВ, свободная от ПВ, определяется как разность между объемом выработки и объемом ПВ, считая, что продукты взрыва распространяются в одинаковом количестве по обеим сторонам сопряжения лавы с конвейерным штреком:
920 - 560 = 360 м3.
Расстояние на участке I-II, по которому распространяется УВВ, оторвавшаяся от ПВ, равно 360/8 = 45 м, причем это расстояние исчисляется от узла II.
В месте отрыва УВВ от ПВ давление во фронте УВВ, при экстремальном действии взрыва ГВС, определяется по формуле 2 или по табл.2 и оно ориентировочно равно Дельта Рн = 0,3 МПа.
На дальнейшее затухание УВВ преобладающее влияние оказывает аэродинамическое сопротивление горной выработки на участке длиной х = 45 м, закрепленной металлической крепью (F = 8 м2; А = 280 х 10(-4) Н х с2/м4; П = 11 м).
Согласно табл.3 для А = 280 х 10(-4) Н х с2/м4 коэффициент затухания УВВ равен Кз = 3 х 10(-3).
Используя формулу 3 и табл.3, определяем давление во фронте УВВ на подходе к узлу II:
х*П х К 3 х 11 х 45
з
Дельта Р = Дельта Рн х е (--------) = 0,3 х е (-------------) =
х(I-II) F 8000
= 0,3 х е (- 4,12 х 45 х 0,001) = 0,3 х 0,835 = 0,25 МПа
Эти же данные могут быть получены по графику рис.1 кривая 9, для условий Кз х П/F = 4,12 х 10(-3), х = 45 м (Кпр = 0,83).
Падение давления в сопряжении горных выработок (узел II) определяется по табл.5 п.3. Судя по данным расчетной схемы и инженерной разведки, сопряжение не загромождено и в узле II сопрягаются выработки одинакового поперечного сечения, поэтому падение давления во фронте УВВ при прохождении сопряжения узла II равно Дельта Рф = 0,11 МПа.
Определяем падение давления на участке горных выработок (между узлами II-III) длиной 20 м, закрепленном металлической крепью (F = 10 м2; А = 188 х 10(-4) Н х с2/м4; П = 12 м). Коэффициент затухания УВВ для этого случая равен Кз = 2 х 10(-3) (см. табл.2).
Используя формулу 3, определяем параметры УВВ в конце участка этой горной выработки.
2 х 12 х 20
Дельта Р = 0,11 х е(-------------) = 0,11 х е(-2,4 х 20 х
х(II-III) 10000
х 0,001) = 0,11 х 0,945 = 0,1.
Аналогичные данные могут быть получены по графику рис.1 кривая 7 для участка х = 20 м.
Падение давления во фронте УВВ при прохождении угла поворота (узел III) определяем по табл.5 п.13, с учетом расширения сопрягаемых горных выработок (дельта = 1,25, Дельта Рф = 0,064 МПа.
Падение давления во фронте УВВ при прохождении горных выработок на участке длиной 100 м между узлами III и IV, который закреплен металлической крепью (F = 10 м2; А = 188 х 10(-4) Н х с2/м4; П = 11 м). Коэффициент затухания УВВ для этого случая принимаем Кз = 2 х 10(-3) (см. табл.3).
2 х 11 х 100
Дельта Р = 0,064 х е(- ------------) = 0,064 х е(-2,2 х
х(III-IV) 10000
х 100 х 0,001) = 0,064 х 0,79 = 0,047 МПа.
Такие же данные могут быть получены по графику рис.1 кривая 5, для условий Кз х П/F = 2 х 10(-3), х = 100 м (Кпр = 0,79).
Падение давления во фронте УВВ, прошедшей через сопряжение горных выработок (узел IV), определяем по табл.5 п.10, с учетом их разного поперечного сечения. По данным инженерной разведки, в примыкающих выработках сопряжения имеют сечение меньше, чем в основной, поэтому для дельта = 1,25 и начального давления Дельта Рх(III-IV) = 0,047 МПа, падение давления равно Дельта Рф = 0,047 х 0,54 = 0,026 МПа.
Падением давления на участке между узлами IV-V пренебрегаем из-за небольшого расстояния между ними.
Давление во фронте УВВ после сопротивления V определяется по табл.5 п.8 и равно Дельта = 0,026 х 0,73 = 0,02 МПа.
Падение давления на участке между узлами V и VI (x=90; F=10 м2; A = 188 х 10(-4) Н х с2/м4; П=12 м) определяется с учетом Кз = 2 х 10(-3) (табл.3):
2 х 12 х 90
Дельта Р = 0,02 х е(- -----------) = 0,02 х е(-2,4 х 90 х
х(IV-V) 10000
х 0,001) = 0,02 х 0,79 = 0,0158.
Эти же данные могут быть получены по графику рис.1 кривая 7 для участка х=90 м.
Падение давления во фронте УВВ после узла VI определяется по табл.7 п.6 при наличии загромождения (заилованная двойная перемычка 178), перфорация которого альфа=0. Такая преграда, судя по данным таблицы 8 п.7, выдержит давление во фронте УВВ, равное Дельта Рф = 0,0158 МПа, а противоположно стоящие дощатые перемычки этим давлением будут разрушены (табл.8 п.6). Поэтому, согласно табл.7 п.6, определяем Дельта Кзгл для альфа=0. Он равен Дельта Кзгл=0,8. Падение давления определяется из выражения 0,0158 х 0,8 = 0,0124 МПа.
Падение давления после прохождения УВВ узла VII определяется по табл.5 п.3, для дельта=1 равно Дельта Рф = 0,012 х 0,46 = 0,006 МПа, что является безопасным для людей.
Рассчитаем безопасное место установки комплекса "Темп" на вентиляционном уклоне.
Определяем объем правой части конвейерного штрека от узла I до его пересечения с вентиляционным уклоном (узел II'):
V = F*x = 8 х 340 = 2720 м3.
Объем конвейерного штрека, по которому распространяется УВВ, оторвавшаяся от ПВ, равен общему объему штрека, без объема ПВ, распространяющихся в этом направлении:
V = 2720 - 560 = 2160 м3.
Если этот объем разделить на площадь конвейерного штрека, получим расстояние, по которому распространяется УВВ, оторвавшаяся от ПВ (расстояние отсчитывается от узла II'):
х = V/F = 2160/8 = 270 м.
Падение давления во фронте УВВ на указанном расстоянии определяется по формуле (3). Начальное давление во фронте УВВ в месте отрыва ее от ПВ равно Дельта Рн = 0,3 МПа.
Коэффициент затухания УВВ для условий конвейерного штрека (F = 8 м2; П = 11 м; А = 280 х 10(-4) Н х с2/м4; х = 270 м) равен Кз = 3 х 10(-3) (см. табл.3):
3 х 11 х 270
Дельта = 0,3 х е(- ------------) = 0,3 х е(-4,12 х 270 х
РI'-II' 8000
х 0,001) = 0,3 х 0,329 = 0,1.
Аналогичный результат получается, если затухание УВВ рассчитывать по графику рис.1 кривая 9.
При расчете падения давления во фронте УВВ при распространении ее по сопряжению (узел II' рис.3) необходимо оценить взрывоустойчивость дощатых перемычек, отделяющих вентиляционный уклон от пограничного рельсового уклона. Судя по данным табл.8 п.6, эти перемычки будут разрушены, так как интенсивность УВВ, действующей на перемычки, почти на порядок больше, чем предельные нагрузки от УВВ, которые выдерживают такие перемычки. (Строго говоря, перемычки должны рассчитываться по формуле 5 на отраженную УВВ, которая будет гораздо выше.) На основании вышеуказанных предпосылок узел II' рассматриваем как крестообразное сопряжение. Падение давления во фронте УВВ, прошедшей через сопряжение, определяется по табл.5 п.9 при дельта=1,25 и Дельта Рн = 0,10 МПа, в результате чего получаем Дельта Рi = 0,1 х 0,24 = 0,024 МПа.
Падение давления во фронте УВВ при распространении ее по участку II'-III' (F=10 м2; П=12 м; А=188 х 10(-4) Н х с2/м4; х=120 м; Кз=2 х 10(-2)) определяется по формуле:
2 х 2 х 120
Дельта = 0,024 х е(- -----------) = 0,024 х е(-2,4 х 120 х
РII'-III' 10000
0,001) = 0,024 х 0,748 = 0,018 МПа.
Падение давления при распространении УВВ из узкого канала (F = 8 м2) в широкий (F=10 м2) определяется по таблице 5 п.2, дельта=1,25; Кзат = = 0,9. Однако эффект такого гашения учтен данными табл.5 п.9 для узла II'.
После затекания УВВ в сопряжение горных выработок (узел III') падение давления определяется исходя из того, что заилованные двойные перемычки выдержат давление 0,018 МПа, а дощатые перемычки (вентиляционные шлюзы) будут разрушены этим давлением (см. табл.8 п.6), поэтому крестообразное сопряжение может быть заменено Т-образным, и падение давления определяется по табл.5 п.7 и будет равно Дельта = = 0,018 х 0,8 = 0,0146 МПа. Аналогичный результат получается, если падение давления определить по таблице 7 п.6 для крестообразного сопряжения, одна ветвь которого имеет загромождение, в данном случае двойные взрывоустойчивые для действующего давления (см. табл.8 п.7) перемычки, заполненные заиловочной пульпой (альфа=0; дельта=1; Кзгл).
Падение давления во фронте УВВ на участке между узлами III'-VI' определяем по формуле 3 (F=13,7 м2; П=14,5 м; A=167 х 10(-4) Н х с2/м4; x=120 м; Кз=2 х 10(-3). При этом предварительно учитываем переход УВВ из узкой выработки (F=10 м2) в более широкую (F=13,7 м2; дельта=1,37). Начальное давление после перехода составит Дельта Рн = 0,0146 х 0,85 = = 0,0119 МПа.
2 х 14,5 х 120
Дельта Р = 0,0119 х е(- ---------------) = 0,0119 х е(-2,1 х
III'-IV' 13700
х 120 х 0,001) = 0,0119 х 0,77 = 0,009 МПа.
Таким образом, расположение комплекса "Темп" в месте сопряжения горных выработок (узел IV') позволит безопасно работать в сложившейся аварийной ситуации. Для повышения уровня безопасности при угрозе взрыва целесообразно перед узлом IV' поставить взрывозащитный парашют.
Приведенные расчеты по определению затухания УВВ могут быть представлены в табличном виде (табл.9). Они сведутся к простому перемножению начального давления во фронте УВВ, оторвавшейся от продуктов взрыва, на соответствующие коэффициенты затухания УВВ при ее распространении по различным прямолинейным участкам и сопряжениям горных выработок (см. формулу 8, рис.1, табл.5 и 7).
Таблица 9
Результаты затухания давления во фронте УВВ, оторвавшейся от ПВ,
при ее распространении по горным выработкам
/-----------------------------------------------------------------------\
|N узлов|Характерис- | Исходные данные для |Начальные и|Обоснова- |
|и (расс-|тика выра-| определения коэффици- |конечные |ние приня-|
|тояние |ботки или| ентов Кпр, Кзат или |давления УВВ|тых коэф-|
|между |местного | Ко |на участке|фициентов |
|ними |сопротивле- | |Дельта Рк =| |
|L=x, (м)|ния П, (м);| |Дельта Рн х | |
| |А, (Н х с2/ | |К, (МПа) | |
| |м4) F, (м2) | | | |
|--------+------------+-------------------------+------------+----------|
| | | Кз х П/F |Кпр, | | |
| | | |Кзат, | | |
| | | |Ко | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|I-II |А=280 х |3 х 11/(10(3) |Кпр=0,83 |0,3 х 0,83= |Рис.1 кр.9|
|х=45 |10(-4) |х 8)= | |0,25 | |
| |n=11, F=8 |4,12/10(3) | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел II |F=S |дельта=1 |Кзат=0,42|0,25 х 0,423|Табл.5 п.3|
| | | | |=0,105 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|I-II |А=188 х |2 х 12/(10(3) |Кпр=0,94 |0,105 х 0,94|Рис.1 кр.6|
|х=20 |10(-4) |х 10) | |=0,098 | |
| |П=12, F=10 |=2,4/10(3) | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел III|S/F=1.25 |дельта=1,25 |Кзат=0,64|0,098 х 0,64|Табл.5 |
| | | | |=0,063 |п.13 |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|III-IV |А=188 х |2 х 12/(10(3) |Кпр=0,78 |0,063 х 0,78|Рис.1 кр.6|
|x=100 |10(-4) |х 10) | |=0,05 |и 7 |
| |П=12, F=10 |=2,4/10(3) | | |(интерп.) |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел IV |S/F=1,25 |дельта=1,25 |Кзат=0,54|0,05 х 0,54=|Табл.5 |
| | | | |0,027 |п.10 |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел V |F=S |дельта=1 |Кзат=0,73|0,027 х 0,73|Табл.5 п.6|
| | | | |=0,02 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|V-VI |А=188 х |2 х 12/(10(3) |Кпр=0,79 |0,02 х 0,79=|Рис.1 кр.6|
|х=90 |10(-4) |х 10) | |0,016 |и 7 (ин-|
| |П=12, F=10 |=2,4/10(3) | | |терп.) |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел VI |F=S |дельта=1 |Кзат=0,8 |0,016 х 0,8=|Табл.5 п.7|
| | | | |0,012 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел VII|F=S |дельта=1 |Кзат=0,46|0,012 х 0,46|Табл.5 п.3|
| | | | |=0,006 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|I'-II' |А=280 х |3 х 11/(10(3) |Кпр=0,329|0,3 х 0,329=|Рис.1 кр.9|
|х=270 |10(-4) |х 8)= | |0,1 | |
| |П=11, F=8 |4,12/10(3) | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел II'|S/F=1,25 |дельта=1,25 |Кзат=0,24|0,1 х 0,24= |Табл.5 п.9|
| | | | |0,024 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|II'-III'|А=188 х |2 х 12/(10(3) |Кпр=0,748|0,24 х 0,748|Рис.1 кр.6|
|х=120 |10(-4) |х 10) | |= 0,018 |и 7 (ин-|
| |П=12, F=10 |=2,4/10(3) | | |терп.) |
| | | | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел |F=S |дельта=1 |Кзат=0,8 |0,018 х 0,8=|Табл.5 п.7|
|III' | | | |0,014 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Расшире-|S/F=1,37 |дельта=1,37 |Кзат=0,85|0,014 х 0,85|Табл.5 п.2|
|ние вы- | | | |=0,012 | |
|работки | | | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|III'-IV'|А=167 х |2 х 14,5/ |Кпр=0,77 |0,012 х 0,77|Рис.1 кр.5|
|х=120 |10(-4) |(10(3) х | |= 0,009 |и 6 (ин-|
| |П=14,5, |13,7)=2,1/10(3)| | |терп.) |
| |F=13,7 | | | | |
\-----------------------------------------------------------------------/
Аналогичным образом рассчитывается затухание удельного импульса УВВ.
Например, для определения значения удельного импульса УВВ, распространяющейся по вентиляционному уклону (рис.2), необходимо знать энергию взрыва, которую целесообразно увеличить на 30% (в 1,3 раза) в предположении того, что во взрыве будет участвовать угольная пыль. Начальный импульс в месте условного отрыва УВВ от ПВ (см. формулу 5 табл.1) с учетом его разделения пополам (см. рис.2 узел 1) определится из
Результаты табличного варианта расчета затухания удельного импульса УВВ, оторвавшейся от ПВ, при ее распространении по горным выработкам
0,0853 х Ун х 1,3 5Vо х (Vо/5Vо)1/2
i = [------------------ х -------------------]:2 =
н V х g (1/2) F
о v
0,0853 х 1,3 х 874 х 10(6) 5 х 280 х 0,2(1/2)
=[-------------------------- * -------------------]:2 = 8017 Н х с/м2.
280 х (2763 х 10(3))(1/2) 8
В табл.10 приведены расчетные значения затухания удельного импульса УВВ, которые получены с использованием формулы (4) и данных табл.6. Время действия УВВ, исходя из известных значений параметров удельного импульса и давления, определяется по формуле (6). Конечный результат затухания удельного импульса намного меньше безопасного для человека i=40000 Н х с/м2.
Таблица 10
Результаты табличного варианта расчета затухания удельного импульса
УВВ, оторвавшейся от ПВ, при ее распространении по горным выработкам
/-----------------------------------------------------------------------\
|N узлов|Характерис- | Исходные данные для |Начальные и|Обоснова- |
|и расс-|тика выра-| определения коэффици- |конечные |ние приня-|
|тояние |ботки или| ентов Кiпр, Кiзат |давления УВВ|тых коэф-|
|между |местного | |на участке|фициентов |
|ними |сопротивле- | |iк=iн х К, | |
|x, (м)|ния П, (м);| |(Н х с/м2) | |
| |А, (Н х с2/ | | | |
| |м4) | | | |
| |------------+-------------------------| | |
| | F, (м2) | Кз х П/2F |Кiпр, | | |
| | | |Кiзат, | | |
| | | |Кр | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|I'-II' |А=280 х |3 х 11/(10(3) х|Кiпр=0,6 |8017 х 0,6= |Рис.1 кр.5|
|х=270 |10(-4) |8 х 2)=2,06/ | |4810 | |
| |П=11, F=8 |10(3) | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел II'|F=S |iн/iк=5 |1/5=0,2 |4810 х 0,2= |Табл.6 п.2|
| | | | |962 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Расшире-|F=10, S=8 |iн/iк=1,25 |Кр=0,8 |962 х 0,8= |Табл.6 п.5|
|ние вы- | | | |770 | |
|работки | | | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|II'-III'|А=188 х |2 х 12/(10(3) х|Кiр=0,83 |770 х 0,83= |Рис.1 кр.3|
|х=120 |10(-4) |10 х 2)=1,2/ | |639 |и 4 (ин-|
| |П=12, F=10 |10(3) | | |терп.) |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Узел |F=S |iн/iк=1,5 |1/1,5= |639 х 0,666=|Табл.6 п.1|
|III' | | |0,666 |422 | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|Расшире-|F=13,7, S=10|iк/iн=1,37 |Кр=0,73 |422 х 0,73= |Табл.6 п.5|
|ние вы- | | | |308 | |
|работки | | | | | |
|--------+------------+---------------+---------+------------+----------|
|III'-VI'|А=167 х |2 х 14,5/(10(3)|Кiпр=0,89|308 х 0,89= |Рис.1 кр.3|
|х=120 |10(-4) |х 13,7 х 2)= | |274 | |
| |П=14,5, |1,05/10(3) | | | |
| |F=13,7 | | | | |
\-----------------------------------------------------------------------/
6. Упрощенный вариант ориентировочного определения затухания
давления и импульса УВВ
На начальной стадии предложенный вариант расчета ничем не отличается от изложенного ранее. Также определяются параметры УВВ в месте ее условного отрыва от продуктов взрыва. Обычно это давление во фронте УВВ. Удельный импульс определяют при расчете перемычек или других инженерных сооружений на взрывоустойчивость.
Потери давления во фронте УВВ при ее распространении на прямолинейных участках горных выработок учитываются приведенным (Кпр) коэффициентом затухания УВВ, который зависит от аэродинамического сопротивления горных выработок, их поперечных геометрических размеров и длины. Кпр определяется по графику рис.1. Причем затухание УВВ на прямолинейных участках горных выработок, имеющих одинаковые аэродинамические сопротивления и геометрические размеры, можно учесть одним приведенным коэффициентом затухания УВВ. Единый приведенный коэффициент затухания в этом случае определяется для суммарной длины таких выработок по графику рис.1.
Потери давления при распространении УВВ через сопряжения горных выработок учитываются соответствующими коэффициентами затекания (Кзат) в зависимости от вида сопряжения и площадей поперечного сечения сопрягаемых горных выработок. Кзат определяются по средним значениям данных таблицы 5 для каждого вида сопряжений горных выработок, по которым предполагается распространение УВВ. Третий вид коэффициентов, влияющих на затухание УВВ и перераспределение ее энергии, обусловлен загромождением горных выработок и их сопряжений оборудованием или установкой быстровозводимых взрывозащитных сооружений. Коэффициенты ослабления УВВ (Кз) определяются по табл.7, в зависимости от коэффициента перфорации загромождений. Данными табл.7 целесообразно пользоваться лишь в тех случаях, когда они могут сказаться на выборе безопасных мест ведения аварийных работ.
Конечное давление УВВ (Дельта Рк) на аварийном участке в этом случае определяется через начальное давление Дельта Рн по формуле:
Дельта Р = Дельта Р х К х К х ... х К х К х К х
к н пр1 пр2 прn зат1 зат2
... х К х К х К х ... х К
затn о1 о2 оn (9)
где К - приведенные коэффициенты затухания УВВ при ее
пр
распространении по прямолинейным участкам горных выработок, определяются
по графику рис.1;
К - коэффициенты затекания УВВ при ее распространении по
зат
сопряжениям горных выработок, определяются по табл.5;
К - коэффициенты ослабления УВВ загромождениями горных выработок,
о
см. табл.7.
Затухание удельного импульса до его конечного значения (iк) в заданной точке определяется по формуле 10:
iк =i х К х К х ... х К х К х К х ... х
н iпр1 iпр2 iпрn iрас1 iрас2
К х К х К х ... х К (10)
iрасn iзат1 iзат2 iзатn
где i - начальное значение удельного импульса, определяется по
н
расчетным зависимостям табл.1;
К - приведенный коэффициент затухания удельного импульса при
iпр
распространении УВВ по прямолинейным участкам горных выработок,
определяется по графику рис.1, с учетом данных формулы (4);
К - коэффициент, учитывающий изменение импульса при
iрас
распространении УВВ по горным выработкам с разными площадями поперечного
сечения;
К - коэффициент затекания удельного импульса УВВ при ее
iзат
распространении по сопряжениям горных выработок, принимается по табл.6.
Результаты упрощенного расчета затухания давления во фронте УВВ по
формуле (9) для вышеприведенных примеров представлены ниже.
Дельта Р = Дельта Р х К х К х К х
кVII н пр(I-II) зат(II) пр(II-III)
К х К х К х К х К х К х
зат(III) пр(III-IV) зат(VI) пр(V-VI) зат(V) зат(VII)
К =0,3 х 0,83 х 0,42 х 0,94 х 0,64 х 0,78 х 0,53 х 0,73 х 0,79 х
зат(VII)
0,8 х 0,46=0,006 МПа
Дельта Р = Дельта Р х К х К х К х
кIV н пр(I'-II') зат(II') пр(II'-III')
К х К = 0,3 х 0,33 х 0,24 х 0,77 х 0,8 х 0,86 х
зат(III') пр(III'-IV')
0,77 > 0,009 МПа.
Полученные результаты не отличаются от приведенных ранее (см. табл.9), что позволяет использовать и эту форму расчета на практике.
Параметры затухания удельного импульса УВВ по упрощенному варианту при распространении УВВ по вентиляционному уклону определяются по формуле (10).
i = i х К х К х К х К
кIV' н iпр(I'-II') зaт(II') iпр(II'-III') iзат(III')
х К = 8017 х 0,6 х 0,2 х 0,8 х 0,83 х 0,73 х 0,666 х 0,89 =
iпр(III'-IV')
= 274 Н х с/м2.
Результаты расчетов по затуханию импульса, приведенные в табл.10, не отличаются от результатов, полученных по формуле (10).
Аналогичным образом производится расчет затухания УВВ возможного взрыва в случае загазования вентиляционного штрека (рис.2).
Приведенные расчеты могут быть осуществлены на ЭВМ по специальной программе.