Управление распространением ударных волн в сети выработок угольной шахты при взрыве газа и пыли

• Автор: Руденко, Юрий Фёдорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Особенности распространения ударных волн в сети горных выработок
1.1.1 Условия возникновения взрывов и распространения ударных волн в угольных шахтах
1.1.2 Зоны поражения и поражающие факторы при взрывах
в угольных шахтах
] .2 Методики расчёта взрывобезопасных расстояний и зон
поражения при взрывах в горных выработках
] .3 Инженерные средства защиты от поражающих факторов взрыва и управления распространением ударных волн в горных выработках
1.4 Цель и задачи исследования
2 МЕТОДИКА ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА УДАРНЫХ ВОЛН ВЗРЫВА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ С УЧЕТОМ ВЗРЫВОЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
2.1 Необходимость разработки газодинамической методики расчета волн взрыва в горных выработках с учетом взрывозащитных сооружений
2.2 Математическая модель взрыва (вспышки) в горных выработках. Обоснование применимости модели мгновенного взрыва
2.3 Газодинамическая модель, учитывающая взрывозащитные сооружения, для расчета взрывобезопасных расстояний при взрывах метановоздушных смесей в угольных шахтах
2.4 Учет инженерных взрывозащитных сооружений в рамках газодинамической модели расчета взрывобезопасных расстояний
Выводы
3 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ УПРАВЛЕНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ УДАРНЫХ ВОЛН ОТ ВЗРЫВА В СЕТИ ВЫРАБОТОК УГОЛЬНЫХ ШАХТ
3.1 Влияние расстояния между сопряжением и местом установки
взрывозащитной парашютной перемычки в выработке

3.2 Распространение ударной волны в модельной сети горных выработок с учетом взаимодействия потока с последовательно установленными взрывозащитными парашютными перемычками
3.3 Распространение ударной волны в прямолинейной выработке с последовательно установленными загромождениями
(завалами)
3.4 Гашение энергии ударной волны с помощью комбинации
завал - взрывоустойчивая перемычка
3.5 Гашение энергии ударной волны с помощью комбинации
водяной заслон — взрывоустойчивая перемычка
3.6 Приближенный способ расчета гашения энергии ударной волны с помощью комбинации водяной заслон — взрывозащитная парашютная перемычка
3.7 Гашение энергии ударной волны с помощью пористой взрывозащитной перемычки
Выводы
4 УПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕМ УДАРНЫХ ВОЛН
ВЗРЫВА В СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
4.1 Задание начального объёма загазования горных выработок
для определения зон поражения при взрыве
4.2 Возможность локализации взрыва и сокращения зон поражения
на «Шахте «Ульяновская» с помощью водяных заслонов
4.3 Программный комплекс для управления распространением ударных волн и определения зон поражения в сети горных выработок при взрыве газа и пыли
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Взрыв метана в угольной шахте, сопровождающийся формированием и распространением по сети горных выработок ударных волн (УВ) - очень опасный вид подземной аварии. Угрожая жизни и здоровью горнорабочих, взрыв всегда приводит к разрушению выработок и повреждению расположенного в них горного оборудования. При этом социальные, материальные и финансовые потери могут достигать катастрофических размеров. Особую опасность представляют взрывы, возникающие в ходе ведения горноспасательных работ, когда проветривание шахты нарушено и существует реальная угроза быстрого формирования зон с высокой концентрацией метана вблизи источников высокой температуры. Это заставляет осуществлять превентивные меры по снижению интенсивности УВ, распространяющихся в выработках, где находятся люди и перераспределять их энергию по другим, менее опасным направлениям.
До 2004 года в России использовались методики, основанные на ручном счёте и большом количестве эмпирических коэффициентов. С их помощью рассчитывалось затухание только переднего фронта УВ, распространяющейся по заданному маршруту. В них не рассматривалось отражение и взаимодействие УВ, и формирование волн разрежения. На базе фундаментальных исследований взрывных процессов в Томском государственном университете (И.М. Васенин, А.Ю Крайнов, Э.Р. Шрагер), в Институте угля и углехимии СО РАН (Д.Ю. Палеев, О.Ю. Лукашов) и в Центральном штабе ВГСЧ (Ю.Ф. Руденко, В.Н. Костеренко) была разработана принципиально новая методика моделирования распространения УВ по сети горных выработок, и проведено её внедрение на угольных шахтах. В новой методике применён газодинамический подход, основанный на численном решении нестационарных уравнений газовой динамики. Расчёт распространения УВ в разветвлённой сети горных выработок ведётся сразу по всем возможным направлениям.

как перед защитным сооружением, так и после него, включая учет поворотов и разветвлений выработок.
Указанные возможности газодинамической методики являются определяющими для разработки схем и методов управления распространением ударных волн взрыва в шахтах.
На основании вышеизложенного можно сформулировать первое научное положение: методы расчета ослабления ударных волн на различных преградах должны разрабатываться как составные части методики газодинамического расчета распространения ударных волн в горных выработках, учитывать параметры преграды, её положение относительно поворотов и разветвлений выработок, параметры и форму волны как перед преградой, так и после неё. Достоверность этого научного положения будет вытекать из результатов, получаемых в ходе решения поставленных в диссертации задач.
Излагаемая в данной главе математическая модель описывает физические явления, которые включают:
- процесс взрывчатого превращения метановоздушной смеси и угольной пыли, сопровождающийся выделением энергии взрыва и образования ударных волн;
- процесс распространения волн и продуктов взрыва по сети горных выработок;
- процессы взаимодействия волн взрыва с взрывозащитными сооружениями.
Рассмотрим сначала первый из этих процессов.
2.2 Математическая модель взрыва (вспышки) в горных выработках.
Сложность физических процессов, предшествующих взрыву, происходящих в ходе его инициирования и распространения по горным выработкам, требует использования для расчетов математических моделей, учитывающих все основные факторы, влияющие на эти процессы. В то же время математи-