ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ И ПРОМЫШЛЕННЫЙ НАДЗОР РОССИИ

     
РАСПОРЯЖЕНИЕ

от 27 апреля 2004 года N Р-7

     

О введении в действие Методики газодинамического расчета параметров воздушных ударных волн при взрывах газа и пыли

1. Ввести в действие с 01.06.2004 Методику газодинамического расчета параметров воздушных ударных волн при взрывах газа и пыли, согласованную Департаментом угольной промышленности Минэнерго России 31.03.2003 и утвержденную Госгортехнадзором России 02.04.2003*.

________________

* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать "01.04.2003". - Примечание изготовителя базы данных.

2. Установить, что настоящая Методика является обязательной для использования всеми инженерно-техническими работниками организаций по добыче угля и командным составом ВГСЧ при выборе безопасных мест ведения горно-спасательных работ при потенциальной угрозе взрыва газа и пыли в угольных шахтах.

3. Рекомендовать Департаменту угольной промышленности Минэнерго России (Артемьев В.Б.), ФГУП ЦШ ВГСЧ (Горбатов В.А.), руководителям акционерных обществ, а также объединений и предприятий, в состав которых входят угольные и сланцевые шахты, руководителям угольных и сланцевых шахт организовать изучение Методики с инженерно-техническими работниками и командным составом ВГСЧ.

4. Признать утратившей силу с 01.06.2004 Методику определения параметров ударных воздушных волн при взрывах газов и пыли в горных выработках (приложение 12 к п.194 Устава ВГСЧ по организации и ведению горно-спасательных работ на предприятиях угольной и сланцевой промышленности, утвержденного Минэнерго России и Госгортехнадзором России от 27.06.97 N 175/107).

Заместитель начальника
Госгортехнадзора России
А.И.Субботин

Министерство энергетики Российской Федерации
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ШТАБ ВГСЧ УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОСПАСАТЕЛЬНОГО ДЕЛА

     
УТВЕРЖДАЮ
Заместитель начальника
Госгортехнадзора России
А.И.Субботин
1 апреля 2003 года

     

Методика газодинамического расчёта параметров воздушных ударных волн при взрывах газа и пыли

Настоящая "Методика ..." предназначена для выбора безопасных мест ведения горноспасательных работ при потенциальной угрозе взрыва газа и пыли в угольных шахтах.

В основу "Методики ..." положен газодинамический подход, основанный на численном решении системы нестационарных уравнений газовой динамики, описывающей формирование и распространение воздушных ударных волн.

"Методику ..." разработали: к.т.н. Горбатов В.А., инж. Руденко Ю.Ф., инж. Костеренко В.Н. (ЦШ ВГСЧ); д.т.н. Палеев Д.Ю., к.ф.-м.н. Лукашов О.Ю. (ИУУ СО РАН); д.т.н., проф. Чеховских A.M. (НИЦГ РК); д.ф.-м.н., проф. Васенин И.М., д.ф.-м.н., проф. Шрагер Э.Р., д.ф.-м.н., проф. Крайнов А.Ю. (Томский государственный университет).

"Методика ..." предназначена для командного состава ВГСЧ, инженерно-технических работников угольных предприятий и организаций, участвующих в горноспасательных работах и при составлении планов ликвидации возможных аварий.

Методика газодинамического расчёта параметров воздушных ударных волн при взрывах газа и пыли

1. Общие положения

Процесс взрыва газа и пыли в шахте характеризуется двумя стадиями - горением исходной смеси с формированием воздушных ударных волн и распространением последних после прекращения горения. Обе стадии в дальнейшем рассматриваются отдельно.

Опасность ударных волн (УВ) определяется двумя основными параметрами - избыточным давлением во фронте УВ и величиной времени его действия (фазой сжатия). Избыточное давление во фронте волны , как в зоне горения, так и после его прекращения зависит от состава исходной смеси, длины загазированной части, размеров выработки, ее загроможденности, типа крепи и других факторов. Время действия избыточного давления также зависит от перечисленных выше факторов.

Ввиду того, что при взрывах газа и пыли в шахтах время действия избыточного давления обычно превышает 1 с, все расчеты сооружений в шахтах ведутся на действие статической нагрузки.

Безопасные условия для людей, находящихся в шахте, обеспечиваются при избыточном давлении во фронте воздушной волны менее 0,006 МПа.

Распространение УВ по разветвлённой сети горных выработок рассчитывается на основе численного решения системы нестационарных уравнений газовой динамики. Расчёт основывается на пространственной топологии сети горных выработок шахты.

Расчёт ведётся на персональном компьютере по специальной программе, автоматизирующей весь ход вычислительного процесса, и позволяющей рассчитывать давление, скорость и температуру в горных выработках в любой момент времени.

Перед проведением расчёта в компьютер должны быть введены:

- трёхмерные координаты и номера сопряжений (поворотов, изменения профиля) горных выработок участка или всей шахты;

- номера выработок и номера их начального и конечного сопряжений;

- форма и площади поперечных сечений горных выработок;

- величины аэродинамических сопротивлений горных выработок.

2. Определение давления в зоне горения

Задание длины зоны горения. За зону взрыва (горения) исходной смеси принимается участок горных выработок с неуправляемым проветриванием или (и) запылённый угольной пылью до взрывоопасной концентрации участок. Зона взрыва может быть только одна. Она может занимать любую часть выработки, всю выработку или несколько смежных выработок сразу.

Определение давления в зоне горения. При взрыве метановоздушных 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 (кривая 1 на рис.1). При взрыве сложных метанопылевоздушных смесей во взрыве участвует ещё и сорбированный на частицах угольной пыли кислород, что увеличивает давление в зоне горения (кривая 2 на рис.1).

Давление в зоне взрыва определяется по суммарной безразмерной длине активного участка горения от очага воспламенения до границы раздела "горючая смесь - воздух" по формуле

,     (1)

где - длина i-го участка зоны взрыва, м; i =1, 2, ..., n - фактическое число участков;  - приведённый диаметр i-го участка, рассчитываемый по формуле

= 4,      (2)

где - площадь поперечного сечения выработки i-го участка, м; - периметр выработки, м (табл.1).

Таблица 1

     

Связь между площадью поперечного сечения выработки и её периметром

По графику на рис.1 определяется избыточное давление во фронте сформировавшейся УВ (=).

Рис.1. Зависимость избыточного давления в зоне взрыва от безразмерной длины выработки: 1 - при взрыве метана; 2 - при взрыве метана и угольной пыли.

В тех случаях, когда суммарная безразмерная длина L65, а также при L15, если выработка сильно загромождена оборудованием, крепежными материалами и т.п. или нет достоверных сведений о загромождённости выработки, в которой предполагается горение, давление во фронте УВ следует принимать равным 1,6 МПа.

После прекращения горения газопылевоздушной смеси наступает режим распространения ударной волны по горным выработкам.

3. Распространение УВ в горных выработках после прекращения горения

Прямолинейные участки выработок. Для расчета распространения воздушной ударной волны по участкам выработок, не имеющих местных сопротивлений, используются одномерные уравнения газовой динамики, в которых учитываются процессы силового и теплового взаимодействия газового потока со стенками выработки.

+= 0,      (3)

+= 0,      (4)

+=П+,      (5)

+= qП,     (6)

Е =,  ,      (7)

где t - время, с; - координата, м; - плотность воздуха, кг/м; - плотность продуктов взрыва, кг/м; р - давление, Па; Т - температура, К; R - газовая постоянная, Дж/(кг·К); u - скорость, м/с; Е - полная энергия, Дж/кг; S - площадь поперечного сечения выработки, м; П - периметр выработки; м; - сила трения о стенки выработки, Па/м; q - тепловой поток в стенки выработки, Вт; - удельная теплоёмкость, Дж/(кг·К).

Силовое и тепловое взаимодействие потока газа со стенками горных выработок описывается следующими эмпирическими зависимостями

=, , Re =, ,     (8)

где - коэффициент сопротивления, м; Re - число Рейнольдса; - эквивалентный диаметр сечения прямолинейного участка выработки, м; - коэффициент динамической вязкости, Па·c.

При определении теплового потока в стенки выработки для вычисления коэффициента теплообмена используются критериальные зависимости:

, Nu = 0.022RePrB, Pr = , Nu = ,     (9)

     ,