Введение к работе
Актуальності, темы. Развитие горнодобывающей промышленности Севе-за предполагает наряду с разработкой месторождений, залегающих на небольной глубине, освоение глубокошлегающих месторождений особо ценных твёр-1ых полезных ископаемых (кимберлитовые, золотосодержащие, полиметалли-юскиерудыит.п.).
С углублением горных работ повышается горное давление и увеличивается вероятность горных ударов, вызывающих повреждение крепи, завалы выработок, пожары и т.д. Природные и техногенные катастрофы могут вызвать дли-ельное обесточивание рудника, повреждение копра, пожар в надшахтном зда-ши и стволе и т.д. В ряде чрезвычайных ситуаций (ЧС), как на поверхности, ак и под землёй (отсутствие электроэнергии, задымленность, низкая темпера-ура наружного воздуха) может стать невозможным своевременный подъем орнорабочих работающей смены на поверхность, причём с ростом глубины разработки степень риска повышается.
В этом случае актуальным становится вопрос временного укрытия горно-мбочих под землёй на время ликвидации последствий аварий с оборудованием іля этого специальных помещений и обеспечения в них требуемых параметров микроклимата. Наиболее жёсткие климатические условия, вызывающие пере-іхлаждение горнорабочих, возникают во время пожара в горных выработках в іимнее время, когда в результате вьнгужденного реверса вентиляционной струи t рудник начинает поступать холодный воздух.
Из анализа литературных источников следует, что одним из путей решетя проблемы может быть оборудование камер ожидания (КО) по типу под-емных защитных сооружений гражданской обороны с использованием для юддержания требуемых параметров микроклимата безэнергетических спосо->ов его регулирования. Однако, отсутствие методик прогноза теплового режима і подобных условиях, недостаточная изученность особенностей формирования шкроклимата в подземных камерах при отрицательной температуре воздуха в іуднике требует проведения специальных исследований, включая натурные кеперименты в условиях максимально приближённых к чрезвычайным с ими-ацией нахождения укрываемых в них людей.
Диссертация выполнена в соответствии с планами НИР ИГДС по теме: Разработать научные основы проектирования систем регулирования теплового іежима шахт и рудников Севера" (№ 01870096048) и хоздоговорных работ.
Идея работы заключается в комплексном использовании метаболического епла укрываемых горнорабочих и пассивной тепловой защиты для обеспече-[ия нормативной температуры воздуха в КО рудников Севера.
Цель работы - исследование процессов формирования и разработка мето-[ов прогноза и способов регулирования теплового режима в подземных сооружениях специального назначения в условиях Севера.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих ча-тных задач:
анализ существующих способов и средств регулирования теплового режима шахт, рудников.и подземных сооружений Севера;
обоснование гигиенических требований обитаемости КО;
выбор материала теплоизоляции КО и сорбирующих покрытий;
выбор и апробация технологии возведения теплозащитных покрытий из лёгкого бетона в горных выработках;
обоснование рациональных объёмно-планировочных решений строительства камер, обеспечивающих максимальное накопление метаболического тепла, выделяемого укрываемыми людьми, с использованием теплоизоляции внутренних оіраждений и сорбирующих покрытий;
математическое моделирование процесса формирования теплового режима в подземных сооружениях камерного типа в условиях охлаждаемого наружного климата, рассчитанных на постоянное присутствие людей;
проведение натурных экспериментов в подземных условиях для выявления особенностей формирования параметров микроклимата в камерных выработках с моделированием эффекта присутствия людей в условиях чрезвычайных ситуаций;
оценка эффективности предлагаемых способов регулирования темпера-турно-влажностного и газового режимов в камерах ожидания экспериментальным путём;
разработка методики прогноза и программы расчёта теплового режима КО, оценка их достоверности по результатам экспериментальных исследований;
обоснование и выбор параметров теплозащитных покрытий в камерах ожидания, обеспечивающих необходимые норм;пивные параметры воздушной среды;
Методы исследований: лабораторные и натурные исследования, математическое моделирование тепловых процессов в КО при наличии рассредоточенных источников тепловыделений.
Научные положения, защищаемые автором: ,
обеспечение нормативных параметров микроклимата в подземных сооружениях специального назначения в условиях чрезвычайных ситуаций возможно путём выбора оптимальных объёмно-планировочных решений, использования специальных сорбирующих покрытий и пассивной тепловой защиты.
выход теплового режима камер ожидания на заданный уровень и в нормативные сроки возможен за счет использования метаболического тепла и тепловой изоляции.,
Достоверность научных положений, выводов, полученных результатов, обеспечивается использованием современного оборудования и отработанных методик исследований; лабораторными и натурными экспериментами, в ходе которых проводились круглосуточные наблюдения за формированием климатического режима в подземном сооружении не теплоизолированном и тепло-
изолированном лёгким бетоном с имитацией нахождения людей в ЧС, а также удовлетворительной сходимостью результатов расчётов и натурных наблюдений.
Научная новизна, проведённых исследований состоит в следующем:
обосновано решение актуальной проблемы обеспечения безопасности горнорабочих рабочих смен рудников Севера в период чрезвычайных ситуаций и невозможности подъёма на поверхность, которое заключается в строительстве специальных камер ожидания и обеспечении в них требуемых параметров обитания без применения энергетических способов с использованием метаболического тепла укрываемых;
установлены закономерности формирования теплового режима в подземном сооружении при наличии «абсолютных» источников тепла;
обоснована перспективность выбора оптимальных объёмно-планировочных решений камер для уменьшения оттока метаболического тепла, выделяемого укрываемыми;
доказана возможность использования покрытий из лёгких бетонов для обеспечения требуемых параметров микроклимата в камерах ожидания;
обоснована область рационального использования лёгких бетонов в КО в зависимости от объёма камеры, жёсткости рудничного микроклимата, количества укрываемых.
Личный вклад автора состоит в:
обосновании целесообразности строительства, оборудования и обустройства КО глубоких рудников по принципу минимального воздействия наружного охлаждаемого климата и рассеяния метаболического тепла из КО;
проведении натурных экспериментов по изучению закономерностей [динамики) формирования теплового режима в герметичных подземных сооружениях камерного типа при наличии рассредоточенных «абсолютных» источников тепловыделений;
экспериментальном исследовании эффективности применения в КО теп-тозащитных покрытий из лёгких бетонов, наносимых способом набрызга торкретирования);
Практическая значимость работы состоит в:
обосновании возможности обеспечения требуемых параметров микро-глимата в КО в условиях ЧС путём сохранения и накопления метаболического ^епла, нанесением на внутренние ограждения специальных покрытий из лёгких іетонов, обладающих высокими теплозащитными и сорбционными свойства-ш;
разработке прикладной программы для прогноза и расчета на ПЭВМ «мпературного режима КО, позволяющей рассчитывать и прогнозировать тем-гературные условия в них в зависимости от жёсткости наружного климата, сте-іени заполнения людьми, геометрических размеров;
определении области аффективного использования лёгких бетонов в качестве материала теплозащитных покрытий;
разработке методики расчета состава сухих смесей лёгких бетонов для получения возводимого набрьпгом покрытия требуемого термического сопротивления.
Результаты исследований могут служить в качестве рекомендаций но строительству, оборудованию и эксплуатации камер ожидания рудников в период ЧС;
Полученные результаты исследований также могут быть использованы при проектировании систем регулирования теплового режима подземных сооружений в северных регионах страны, рассчитанных на длительное присутствие людей.
Реализация работы. Результаты работ по формированию микроклимата в подземных сооружениях переданы институтам ЛенНИИРГ, "Норильскпроект", "Гипроцвегметобработка", ".Якутзолотопроект", ВНИИ-1, ЦНИИПП.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на всесоюзных семинарах по горной теплофизике, республиканских конференциях (г.Якутск-198б, г.Житомир-1987. г.Новосибирск-1987, г.Норнльск-1988, г.Киев-1990), семинарах института и лаборатории.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 монография, получено 3 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа сострит из введения, 3 глав, заключения, 2 приложений и содержит 153 страницы машинописного текста, 3 таблицы, 45 рисунков, список использованной литературы из 85 наименований.