Введение к работе
Актуальность работы. В последнее время все больше внимания уделяется строительству и эксплуатации подземных объектов различного назначения, особенно широкие масштабы приобретает строительство тоннелей большого сечения. Это вызвано высокой стоимостью земли, необходимостью сохранения природного ландшафта и другими причинами.
Опыт эксплуатации тоннелей свидетельствует о том, что пожары в них происходили и происходят во всем мире и нередко приводят к катастрофическим последствиям. Так, с 2000 по 2001 гг. было 3 крупных пожара в автодорожных тоннелях Европы, унесших жизни 191 человека. В 2005 и 2007 гг. также не удалось избежать жертв при пожарах в тоннелях Италии. В последнее десятилетие в России было сдано в эксплуатацию много транспортных тоннелей, при этом уже было зафиксировано несколько серьезных пожаров и возгораний, при которых был нанесен ущерб здоровью людей как следствие отравления газообразными продуктами гореїшя, в частности угарным газом. Таким образом, защита человека при пожаре в тоннелях большого сечения прежде всего должна быть направлена на снижение опасного воздействия угарного газа, то есть на снижение его концентраций до предельно допустимых значений.
На сегодняшний день для защиты людей от опасного воздействия газового фактора в подземном сооружении применяются технические и организационные мероприятия, основанные на большом опыте, накопленном при добыче полезных ископаемых, а также при строительстве и эксплуатации тоннелей различного назначения. Основную роль при этом играет вентиляция. Но имеющиеся решения не всегда обеспечивают необходимый уровень защиты людей.
В научных исследованиях, проведенных ранее в области безопасности горных выработок по газовому фактору, отражены вопросы снижения опасного
воздействия на людей токсичных газовоздушных смесей, образовывающихся при пожаре. Однако до сих пор не рассматривались существенно изменившиеся в последнее время условия современных тоннелей, заключающиеся в больших площадях поперечных сечений, увеличении их протяженности и связанной с этим большой плотности людей и материальных объектов, находящихся в них. Поэтому научные исследования, направленные на определение параметров системы пожарной безопасности для тоннелей большого сечения, в настоящее время являются весьма актуальными.
Цель работы - установление зависимостей концентрации пожарного газа в атмосфере тоннелей большого сечения от влияющих в пространстве и времени факторов для обоснования параметров системы пожарной безопасности тоннелей, позволяющей снизить воздействие на людей газового фактора.
Идея работы заключается в применении математического моделирования процесса газопереноса в пространстве тоннеля большого сечения с течением времени от момента начала пожара.
Научные положения, выносимые на защиту, и их новизна:
-
Оценка газового фактора в атмосфере тоннеля при пожаре осуществляется с учетом распределения концентрации пожарного газа путем математического моделирования газопереноса по протяженности и высоте сооружения под действием скорости движения воздуха, подъемной силы, диффузии.
-
Влияние формы поперечного сечения на степень заполнения атмосферы тоннеля пожарными газами определяется с помощью предложенных коэффициентов кф, основанных на сопоставлении высоты загазованной области при различных формах сечения выработки.
-
Оптимальные параметры системы пожарной безопасности тоннелей большого сечения по газовому фактору, включающие расстояние между аварийными выходами, время эвакуации людей, рекомендуемую скорость
движения воздуха, целесообразно определять на основе полученных зависимостей концентрации пожарного газа от расстояния до очага пожара с учетом коэффициента заполнения тоннеля пожарными газами кф\ средней скорости движения воздуха в тоннеле; времени от начала пожара; высоты от почвы выработки; площади поперечного сечения.
4. Разработанный алгоритм определения параметров системы пожарной безопасности тоннелей большого сечения по газовому фактору позволяет оптимизировать их путем подбора защитных мероприятий на разных стадиях жизненного цикла тоннелей.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
- анализом большого количества научно-технических материалов и
литературных источников о пожарной безопасности подземных сооружений;
представительным объемом исследований с использованием лабораторного стенда «Моделирование процессов газопереноса в сооружениях тоннельного типа»;
- удовлетворительной сходимостью результатов теоретических и
лабораторных исследований процесса переноса пожарного газа в атмосфере
тоннеля (погрешность не более 23%).
Научное значение работы состоит в разработке методического подхода к определению параметров системы пожарной безопасности тоннелей большого сечения на основе учета динамики пожарных газов.
Практическая значимость исследований состоит в разработке рекомендаций по повышению безопасности людей при пожарах в тоннелях большого сечения на стадиях проектно-планировочных решений сооружения, его строительства и эксплуатации.
Реализация работы. Результаты исследований приняты для использования при разработке системы пожарной безопасности строящегося комплекса тоннелей дороги Адлер - Горноклиматический курорт «Альпика-
Сервис» в районе г. Сочи.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на ежегодных научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2008 -2009 гг., научной конференции стипендиатов Германской службы академических обменов в 2009 г. в г. Бонн (Германия), международной научно-технической конференции «Основные направления развития инновационных технологий при строительстве тоннелей и освоении подземного пространства крупных мегаполисов» в г. Москве в 2010 г., научных семинарах кафедр «Безопасность жизнедеятельности и гражданская оборона», «Аэрология и охрана труда».
Публикации. По теме диссертации опубликованы 4 научных работы, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения; содержит 20 таблиц, 39 рисунков, список литературы из 115 наименований.
