Введение к работе
Актуальность проблемы. На фоне динамичного строительства метрополитенов и повышения ях роли в общем объеме городских пассажирских перевозок обращает на себя внимание тревожная тенденция роста их пожарной опасности. Только за последние і оды зарегисгрироза-ки крупные пожары на метрополитенах Кельна, Монреаля, Парижа, Нью-Йорка, Тбилиси, Москвы, С.-Петербурга л других. Особенно опасная ситуация складывается в странах СНГ, гяг в силу объективных причин <*з возможной замены в ближайшие годы эксплуатируете» обор>дсзание if подвижной состав, исчерпавшие свой ресурс и находящиеся в аварийном состоянии. Неслучайно только в Моссв* за первую половину 1994 года по этой причине произошли дге крупные аварии, повлекшие зг собой остановку участков метрополитена на длительный срок. По счастливому стечению обстоятельств пожары ка отечественных метрополитенах сопровождались в основном материальным ущербом. Однако трагедия, происшедшая ка Лондонском к-гтрсяолнтеке, где в результате пожара погибло 35 человек и белес 1<Ю получали тяжелые отравления к ожоги, служит серьезным предупреждением о возможных катгетрофичеегах последствиях этого опасного евленка.
Специфические хараятеряетизаг подземных сооружеякй - протяжея-кость, наклонное расположение, ограниченная связь с внешней средой, об-sya всятядяцяокнгя сеть - сяоеобствуют кятенсивкому распространению &та ка болыяие еяюстоаняз. Даже иякачнтглытй по размерам очаг пожара требует оргвккзадшз массовой эвакуаини людей из опасной зоны, приэодят к дяятсль&эму понежу источника дъяюсбразевакия, останавли* езгт ЗЕсялувтаяио подзеиасго участка и тем самым дестабилизирует мехз-езпи фуюаюоинро&аяжл городского хозяйства. Ситуация осложняется тяж, что ка метрополжгенях с прясушлми для всех объектов с массовым сребдемккея лзздей оеобеиностхмн проведения аьшуждгпнсЯ эвакуации аобааяаетез проблема вывода пажажкрекого потока в безопасную зону по вротжхеяяъш я ее првшогоблеияыи для пешеходного перехода сооруже-нжзи.
З №к-м с этим с особой острогом и актуальность» встает проблема обесг.сченк* пожарной безопасности пассажирских перевозок. Причем рслу^ая роль в ее решения отводится таким элементам системы пг>~ткп;>;!04.^рмой зашиты, ках своевременное обнаружение очага пожара ен-гоматическимн установками пожарной сигнализации (АУПС), организация эюкуаиин люден из опасной зоны в пределах допустимого времени (НВЭ). пгютквсдьжкгя зашита (ПДЗ).
Однако в руководящих документах Госсгрс и Министерства путей соо;-;ленкя требоваиші к их практической реализации яосат декяаратив-ныи характер. Сказанное объяскаггея отсутствием в необходимом объеме гьеденик о количестве образующихся продуктов гореииа и динамике среды при Помарах в поземных сооружениях метрололэтеиов, определяющих voh>tot"U решены рассматриваемых мероприятий.
Цель диссертационной работы - разработка хонаепту-зльных решений иормироввииа основных элементов системы лротнвоао-карной исшиты метрополитенов, включающих своевременность обивру-жения пожара автоматическими установками пожарном ежгияднза&ии. ор-ганизашю безопасной эаахуаина пассажиров в допустимое время, протв-водымнуто зашиту, основывающихся иа закоятмгриэстах процессов развития пожаров и распространения ид оваь пжх факторов в атяфшчкюп. подземных условиях.
Основная і.лсі работ» заключается а созлаииии асяодь-зовакки общего методологического "«лтачіУ и вкследояжншо тюхаяьиьп пожаров, основанного ив физических аналогиях и теории подобии, возво-лкющего изучать закономерности газовой донами*» * среды яри пожарах метрополитенах иа уровне локальных характеристик.
Основные веучные рододеииа.вниогиммеидздщиту.
1. На основании анализе диффереипиазьиьи уравнении диивтииа. энергия, диффузии, интегральной модели сіраіифидироааияьгх течений сформулированы правила физического моделирования, позволяющие иа лабораторных установках воспроизводить в вкавиннитъ іжктую
Г»м»м линии»» подсиди обадзаяявавшиїинижмі видена* чают ни. Иеву-тіп.гї«»сво6мвмцмміксасжиіі»гііііка<іцііаиіічаііівіи
динамику среды за очагом горения для всех типов локальных пожаров. включая начільную стадию, развитый покар на ограниченной поверхности в квазистагичкой н динамически активной средах а широком диапазоне влияющих факторов, в точ числе для ъс:х классифюициочных групп, подземных объектов метрополитена, получены новые критерии подобия.
-
Одновременное моделирование процессов горения и газовой динамики среды при пожарах ввиду несовместимости критериев подобия приводит к существенному искажению реальных характеристик пожара; замена очага горения его гидродинамическим и тепловым аналогом позволяет исследовать, процессы распространения опасных факторов пожара (ОФП) с высокой точностью, при этом открываются широкие возможности наряду с аэромоделями использовать гидромоделирование - истода, отличающегося несомненными преимуществами при исследовании пространственно-временных параметров среды на дифференциальном уровне анализа.
-
Разработанные принципы определения массовой концентрации дыма, построенные на регистрации аэрозолей бесконтактным способом, исключают влияние процессов седиментации при проведении лабораторных исследование, что повитает достоверность получаемых результатов и позволяет распространить экспериментальные данные на реальные уело ил пожара.
-
Процесс дымообразованяя при заданном режиме вентиляции ггря-иопрзпорцмоиалсм скорости выгорания, и, следовательно, массовая концентрация дыма, приведенная к единице объема продуктов горения, не :а-еяемт от плошали очага пожара.
-
Предложенный метод определения газодымообразозания при пожар* вагона метрополитена, основанный на элементах теории подобия, физически обоснован и технически реализован на фрагментах модели э лабораторных условиях.
-
Полученные зависимости распределения температурных я концентрационных полей в начальной стадии ра:витка пожара з помещениях и «естах яочного отстоя подвижного состава, распространения опасных факторов пожар* на станциях я в -чекалатерных тоннелях, скооости ветггя-ляшюнясго потока, обеспечивающие- дымоудалеияе so перегонных л хка-.;аторных тоннелей, дальнобойности струи дымососов, работающих во
ь^;р'.*!;.і'ом лот-.:;;; пиірсть'х газов. сбеспечиЕэют объем данных, необходн-к<ь'ч ат? pK4D.s0iiTKH концептуальных нормативных основ ведущих элементен .-)1-10-..,1..: прол<.вопожарной зашиты на метрополитенах, внедрение ко-тетых в гмдэ?\'ных со^руж^нях обеспечивает безопасность пвссажиров ьо вест, Bep?sTnw>. вариациях развития реальных пожаров.
Л о с г о t е р и с с і ь научных положений, выводов и р с кокс її д а ц и й . Научные положения, выводы и рекомендации полу::;* и с результате: применения теории подобия, прешедшей всестпрои-.:г-к- irponepja мнсточіісл.'нньі.цін исследованиями в различных областям .-.:^r.h и тоники и являющейся теоретической основой корректней П0С1І-н-.;;.'.: 'кгперимен^-: работы с математическими моделями распространена ( -iJthb:1. факторов пожара и и*, образования в условиях мечрополите-н.ч. ^.-.екьатиость которых реальным процессам подтверждена экспериментально- значительным oowvoi/ .экспериментальных работ с применение*! мегролсишлки аттестобанной контрольно-измерительной аппаратуры, сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследования с полигонными и натурными испытаниями.
Научная ь о в к і л г работы заключает ш следующем:
paipaCroiahj концепция физического моделирования 'азовой диня-м.;»:и уредг/ іірк локальных пожарах, включающая уетоды гадро-аэро и ои'сьдо адэделироваикя начальной стадии развития пожара, разлитого повара на ограниченной поверхности в хваэнстатичном к динамически а> тивкои средах, г.олуч-«ы иоьь;е грііііфм: подобия:
рйіряботйна методика определения массовой концентрации дыма, образующегося при горении материалов позволяющая прогнозировать процесс дымообразования в реальных условия? пожара:
рагр-ботьиа методика исследования гаэодымообразоааньз при по-sapc яагокв метрополитена на фрагменте модели:
устаноьлепи закономерности распределения температурных н концентрационных полей в помещениях и местал иочиого отстоя подвижного соетаяа е диапазон-, скоростей 0,1-2.0 м-с'1;
определены значения массовой концентрации дыма, образующегося » начальной стадии развит*»* ложзра а прк горения подвагонного обору-
дования подвижного состава при скоростях зоїдуїиного поте ч-а 0.'-'. м С' ;
получена количественная характеристик;! динаміки оосаюаа:::м оксида и диоксида углерода, хлористого и цианистого водорода. ";ы\и. образующихся при пожаре вагона метрополитена; определен зедушн.і опасный фактор пожара для условий метрополитенов:
установлены закономерности распространения сносных pa кто pi о пожара на станциях билонного, колонного, односзодчлгсго гипса, станциях мелкого талохения и в эсхатзторных тоннелях:
выявлены параметры вентиляции, обеспечивают;<е дымоудадение т перегенных тоннелей с уклонен 0-0,06 и в эскалаторных тоннелях стлн-ций пяти типов;
установлены зависимости дальнобойности струй дымососов p:-:Cv---. кицих на приток во встречном потоке нагретых raies з диапа:оне т.'мпепа-тур 80-750 С в эскалаторах протяженностью -Ю-1И) ветров;
- выведены эмпирические ізвисимостн. позволяющие рассчитать оп
тимальный интервал установки пожарных «заещагглг:! в местах нечною
отстоя подвижного состава и необходимее* ар-емя :вакуацнн для станций
метрополнтеноа, учитывающее тип последних и т вентиляционный ре
жим.
Пр»хгичес*аз тяачнмость работы. На основании (фсеедекг'ых исследований получены данные э объеме, необходимом для разработки концептуальных решений нормирования оснопмых тлгментсв системы противопожарной іашити (СШ) метрополитеисв, 3 частности. определены:
рациональные типы пожарных ткшапяей (ПИ), л гахже оптимальные тоны и интервалы н% размещения а помещения* метрополитенов и местах ночного отстоя педзхжиого составе э зависимости от режима вентиляция:
необходимое время эвакуации (НВЭ) при пожарах на станциях четырех тнлов з зависимости от режима жятнтісия:
параметры яектиляции. сбеспечигаюшие яымсудАягнке т перегонных я жкалатормых тоннелей ст»ицяй пяти типов яря пож»р<г подвижного состава:
- ргжим работы дымососов ДП-7 и АД-90, работающих на приток во встречном движении нагретых газов в диапазоне температур ЬО-750 "С при пожаре ив эскалаторах протяженностью 40-! 20 м.
Разработанная концепция физического моделирования локальных пожаров и новые критерии подобия вносят определенный методологически к вклад в теорию постановки эксперимента и могут быть использованы при исследованиях газовой динамики среды при пожарах на объектах народного хозяйства.
Предложенные методики определения массовой концентрации дыма к гаюдымообразования, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, позроляют результаты, полученное в лабораторных условиях, распространять на реальные пожары.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных исследований включены в действующее Пособие по проектированию метрополитенов (выпущено вчьмен СНиП П-40-80 "Метрополитены. Нормы проектирования"), Требования к выбору и размещению автоматических систем обнаружения пожаров в подземных сооружениях метрополитенов и Рекомендации по снижению пожарной опасности злектропод-вижного состава метрополитенов, утверждены Главным управлением метрополитенов МПС. Годовой экономический эффект от их внедрения на 1%? год составил 509797 рублей. Рекомендации по тушению пожироз иа эскалаторах и электроподстанцнях метрополитенов использованы ъ УГПС С.-Петербурга и Ленинградской области при проведении пожарно-тактических учений. Теоретические положенні работы, результаты экспериментальных исследований использованы в специальных курсах при подготовке пожарных специалистов в С.ГЇ6ВПТШ и иа курсах повышения квалификации горчоспасателей в СПб. горном институте.
Апробация работы. Изложенные в диссертации материалы доложены на VI Всесоюзном совещания по управлению вентиляцией, газодинамическими явлениями в шахтах (г.Новосибирск, 1984 г.): научно-технической конференции "Пути повышения эффективности противопожарной зашиты предприятий народного хозяйства" (г. Ленинград. 1985 г.); научно-техническом семинаре Северо-Западного территориального ставлених НТО Ториое" "Актуальнее проблемы противопожарной зашяты
метрополитенов" (г. Ленинград, i486 г.); научно-техническом Соягтг ЛФ ВНИИПО (19S6, 1987, 1990 г.); 9-й, 10-й, 11-й Всесоюзных юч-Ьереициял "Процессы горения и тушенім пожаров" (г, Москза. 1987, I9K9. !99! г.); республиканской конференции "Профилактика и тушение пожлров на объектах народного хозяйства'' (г. Севастополь, 19Я8 г.); республикэи.скс!» конференции "Повышение надежности и эффективности автоматической пожарной защиты" (г. Сезастополь, 19*9 г.); первом Всесоюзном научно-практическом семинаре-совещании по проблемам чрезвычайные ситуаций (г. Ленинград, 1990 г.); VI Всесоюзной изучио-методической конференции "Безопасность жизнедеятельности челояека" (г. Новочеркасск, !994 г.): международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (г. Санкт-Петербург, !993 г.).
Публикации. По теме диссертации автором опубликованы 34 печатные работы, s том чисте 4 авторских езидетельстяа ка изобретение.
О б ь е и и структура работы. Диссертация состоит ;<э ззе-дения. пяти глав, заключения, списка литературы т 236 наймемо«ний, приложений; содержит 440 страниц машинописного текста, а гса числе 139 рисунков, 59 таблиц. ОбЧем диссертации сЪ списка литературы, тле-лмц. рисунков и приложений; составляет 259 страниц чашинопненего текста.
Автор їмражает искреннюю признательность и благодарность профессору, доктору технических наух Иннокентию Иннокентьевичу Медзе-деау, профессору, доктору технических наук Юрию Антоновичу Кошма-posy за практическую помощь я ценные семты при подготовке диссертационной работы, кандидату технических наух Валерию Петрозячу Беляц-кому за внимание, поддержку я предоставленную возможность лрояяления творческой инициативы при выполнении плановых научных заданна э течение длительного периода совместной работы, начальнику хзъюнктуры ВИПТШ МВД РФ Сергею Ефимовичу Лкгииину за создание необходимых условий для залершенк* работы. В исглеаоїичиях, изложенных я разделах 2, Ї. 4 принимал участив Г.В.Мнтрохия, готовящий под руководством автора диссертационную работу. Автор шраяасг зчу признательность за плодотворную совместную работу.
