Введение к работе
Актуальность работы. Одним из наиболее опасных производств, подконтрольных Ростехнадзору, является горное производство, в частности, добыча угля подземным способом, что подтверждается происшедшими в последние годы на угольных шахтах авариями, которые можно отнести к техногенным катастрофам. Объект повышенной пожарной опасности здесь -шахтный ленточный конвейерный транспорт.
За учитываемый период (1997 - 2006 гг.) подземные пожары составляют от 38 до 65,9%) от общего числа аварий, принятых к учету в угольной промышленности, составляя в среднем 48,5% ежегодно. В то же время количество подземных пожаров в инцидентах и авариях, не принятых к учету, колеблется от 19,5 до 66,7%, в среднем составляя 39,3% в год.
В рассматриваемом периоде количество экзогенных пожаров составляло от 35,2 до 73,7% от общего количества подземных пожаров, что в среднем составляет 51,7% ежегодно. При этом в инцидентах и авариях, не принятых к учету, колеблется от 18,8 до 73,7%), составляя в среднем 54,2% в год.
Эти данные свидетельствуют о том, что пожары от внешних причин являются наиболее распространенным видом аварий.
Пожары на ленточных конвейерах в угольной промышленности имеют давнюю историю и достаточно хорошо изучены. Тем не менее и по сей день на угольных шахтах России ежегодно происходит 9-11 возгораний, связанных с эксплуатацией ленточных конвейеров, в том числе до 5 крупных пожаров с большим материальным ущербом и даже человеческими жертвами.
За рассматриваемый период пожары в конвейерных выработках составляли от 18,8 до 57,1% от общего количества пожаров, принятых к учету, что в среднем составляло 36,2% в год. При этом в инцидентах и авариях, не при- ^ нятых к учету, их количество колебалось от 37,5 до 92,9%), составляя в сред~^ нем 59,7% в год, то есть почти в два раза превышая количество аналогичных пожаров, принятых к учету.
Можно сделать вывод, что пожары на конвейерных линиях остаются наиболее распространенным и опасным видом подземных пожаров от внешних причин.
Согласно ПБ 03-553-03 все шахтные конвейеры должны быть оборудованы аппаратурой управления и контроля. Пределы срабатывания этой аппаратуры изменяются в достаточно широких пределах. Если время отключения привода конвейера выбрано минимальным, то аппаратура защиты, реагируя на малейшую пробуксовку, постоянно останавливает конвейер, нарушая технологический процесс транспортирования горной массы (из-за чего такая защита умышленно загрубляется или полностью отключается обслуживающим персоналом). Увеличение времени срабатывания защиты может привести к тому, что температура поверхности барабана успеет достичь интервала возгорания смеси штыба и резиновой пыли, образующейся при работе ленточного конвейера, что приведет к возгоранию указанной пожарной нагрузки.
Поэтому изучение процесса возникновения пожара на ленточном конвейере и факторов, влияющих на его развитие, является актуальной научно-исследовательской задачей, решение которой окажет существенную помощь в разработке мероприятий, направленных на снижение пожарных рисков в горных выработках, оборудованных ленточными конвейерами.
Цель работы заключается в снижении пожарной опасности на угольных шахтах на основе установления зависимости температуры поверхности приводного барабана ленточного конвейера от времени с начала пробуксовки и комплекса конструктивных и теплофизических свойств приводного барабана и конвейерной ленты для разработки методики оценки риска возникновения пожаров.
Идея работы заключается в использовании методов трибологии для разработки математической модели процесса возгорания при пробуксовке приводного барабана ленточного конвейера в качестве основы методики оценки пожарных рисков на угольных шахтах.
Метод исследований - комплексный, включающий анализ и обобщение фактического материала литературных источников, анализ взаимосвязей параметров, влияющих на возникновение пожара, методы подобия явлений и анализа размерности зависимостей, математическое моделирование.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
-
Процесс возгорания на ленточном конвейере в результате пробуксовки приводного барабана наиболее точно и адекватно описывают методы трибологии, с помощью которых разработана математическая модель возгорания в результате теплового трения при пробуксовке приводного барабана ленточного конвейера, описывающая зависимость температуры поверхности приводного барабана от времени с начала пробуксовки и комплекса конструктивных и теплофизических свойств приводного барабана и конвейерной ленты.
-
Важнейшим фактором, влияющим на вероятность возгорания при пробуксовке приводного барабана ленточного конвейера, является время с начала пробуксовки.
-
Зависимость уровня риска возникновения пожара от времени достижения температуры поверхности приводного барабана температурного диапазона возгорания смеси угольной пыли с продуктами износа конвейерной ленты и футеровки приводного барабана лежит в основе метода оценки риска возникновения пожара на ленточном конвейере.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждаются:
- корректностью поставленных задач и применением комплекса современных методов исследований, в число которых входят математическая обработка статистического материала о пожарах, вероятностный метод оценки пожарной опасности, математическое моделирование, методы теорий подобия и анализа размерностей;
использованием значительного объема базы данных по пожарам и результатов анализа научно-теоретических, учебных и практических работ в области исследований риска, процессов горения и тушения пожаров;
удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с натурными данными (погрешность не более 15%).
Научное значение работы заключается в обосновании принципов оценки риска возникновения пожара с учетом теплофизических свойств веществ и материалов и теплоэнергетических показателей источников возникновения пожаров.
Практическое значение состоит в разработке методики оценки риска возникновения пожара, позволяющей проводить более точную обоснованную количественную оценку пожарного риска и его потенциальной опасности для угольных шахт.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Основные положения разработанной методики оценки риска возникновения пожаров, _приняты к внедрению ОАО «ВГСЧ», а также используются в учебном процессе ЮРГТУ (НПИ).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийских научно-практических конференциях «Безопасность и экология технологических процессов и производств» (Персиановский, 2004, 2005 гг.), Всероссийских научно-практических конференциях «Техносферная безопасность, надёжность, качество, энерго- и ресурсосбережение» (Ростов-на-Дону - Шепси, 2005, 2006 гг.), научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2006, 2007, 2009 гг.), семинарах кафедры БЖД и ООС ЮРГТУ.
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 9 научных публикациях, в том числе 3 статьях в журналах, включенных в список ВАК Минобрнауки России.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения; содержит 4 таблицы, 21 рисунок, список литературы из 112 наименований и одно приложение.
