Определение параметров развития пожара

1. Цель работы– освоение студентами методикиориентировочного определения опасной зоны при развитии пожаров в шахтах, когда не требуется точного определения параметров развития пожара что необходимо для организации ведения аварийно-спасательных работ и вывода людей.

2. Общие положения

В практике ликвидации пожаров в шахтах в ряде случаев горноспасательные работы начитаются по происшествии какого-то времени после начала пожара. В этих условиях пожар успел развиться и распространился на какое-то расстояние. Поэтому очень важно знать это расстояние, скорость распространения пожара, температуру горючих газов в очаге пожара, площадь горящей поверхности.

Для определения параметров необходимо знать:

· Скорость воздушного потока в аварийной выработке, , м/с;

· Площадь сечения выработки в свету, , м²;

· Время действия пожара, , мин;

· Температура поступающего в зону горения воздуха, , ºС;

· Концентрация кислорода на свежей струе, , %;

· Концентрация кислорода на исходящей струе, , %;

· Периметр выработки, , м;

· Расход воздуха, поступающего в очагу пожара, , м³/мин;

· Вид и количество горючих материалов в выработке;

· Вид и материал крепи;

· Класс подземного пожара.

Класс подземного пожара определяется по табл. 1 в зависимости от скорости вентиляционного потока.

По графику (рис. 1) на заданное время определяется скорость распространения пожара по выработке, а по графику (рис. 2) – пройденное им расстояние с момента возникновения.

Таблица 1

Классификация пожара

Вид горючих материалов в выработке	Скорость вентиляционного потока, м/c
	менее 1	1-2	2-3	3-4	более 4
Горючая крепь	3	3	3	2	1
Горючая крепь и конвейерная лента	3	3	2	1	1
Смешанное крепление	3	3	3	2	1
Смешанное крепление и конвейерная лента	3	3	2	1	1
Негорючая крепь и конвейерная лента	3	2	1	1	1
Остальные случаи	3

Рис. 1. Скорость распространения подземных пожаров

в зависимости от их класса (I, II, III)

Рис. 2. Дальность распространения подземных пожаров

в зависимости от их класса (I, II, III)

При этом чем выше категория источника воспламенения, тем ближе значения параметров пожара к верхним предельным кривым каждого класса.

Категория источника воспламенения определяется по табл. 2.

Таблица 2

Категория источника воспламенения

Порядок расчета

1. По табл. 3 определяется суммарная горючая загрузка

.                                  (1)

где  - горючая нагрузка по каждому виду горючего материала.

Таблица 3

Горючие материалы		Горючая загрузка, , кг/м	Объем воздуха для полного ее выгорания, , м3/м
1 ветвь ленты резинотросовой	800 мм	16-19	160-190
	1000 мм	20-24	200-240
	1200 мм	24-29	240-290
1 ветвь ленты резинотканевой	800 мм	8-16	80-160
	1000 мм	10-20	100-200
	1200 мм	12-24	120-240
Деревянные трапы		13	50
Деревянные элементы конструкции конвейера		2,5	10
Кабель гибкий силовой, 1 шт.		2-3	20-25
Угольная мелочь		5	40
Деревянная (или смешанная) крепь
при  м2;  м		211	844
при  м2;  м		240	960

Ввиду того, что в выработках чаще всего размещено несколько видов горючих материалов, общая величина объема воздуха, необходимого для полного выгорания горючих материалов,  (м³/м) определяется по формуле (2)

,                                                (2)

где  - горючая загрузка для материалов i-го вида, кг/м;

 - удельный расход воздуха на горение каждого вида горючего мате-риала принимается по табл. 3;

 - число видов горючих материалов в аварийной выработке (резина, древесина, уголь и др.).

2. В зависимости от скорости вентиляционного потока и вида горючих материалов по табл. 4 определяется значение параметра  (в минутах).

Таблица 4

Параметр , характеризующий скорость развития пожара, мин.

3. Определяется предельная (максимально возможная в данных условиях) скорость распространения пожара по выработке (м/мин) по формуле (3)

                                                 (3)

где  - скорость воздушного потока в аварийной выработке, м/с (исходные данные);

 - площадь сечения выработки в свету, м² (исходные данные);

 - объем воздуха, необходимого для полного выгорания горючих мате-риалов, размещенных на участке выработки единичной длины, м³/м (формула (2).

При наличии информации о расстоянии, пройденном пожаром по выработке , и о времени, за которое оно пройдено с начала горения , величину параметра  можно определить по формуле:

                                           (4)

4. Определяется скорость распространения пожара на любое заданное время (м/мин) по формуле (5)

,                                              (5)

где  - время действия пожара, мин (исходные данные);

 - параметр, характеризующий скорость развития пожара, мин.

5. Определяется дальность распространения пожара при свободном его развитии на любое заданное время  (м) по формуле (6)

                                       (6)

где  - время действия пожара, мин (исходные данные);

 - параметр, характеризующий скорость развития пожара, мин.

При заданном  по графику (рис. 2) и классу пожара (табл. 1) определяют дальность распространения пожара .

6. Определяется температура пожарных газов в зоне горения ( ) по формуле (7)

                                     (7)

где  - температура на свежей струе, (исходные данные);

 - концентрация кислорода на свежей струе, % (исходные данные;

 - концентрация кислорода на исходящей струе, % (исходные данные).

7. Определяется коэффициент теплоотдачи от нагретого воздуха к стенкам выработки (ккал/м²·ч·ºС) по формуле (8)

,                                       (8)

где  - скорость воздушного потока в аварийной выработке, м/с (исходные данные).

8. Определяется массовый расход воздуха в выработке (кг/ч) по формуле:

,                                    (9)

где  - плотность воздуха, ;

 - скорость воздушного потока в аварийной выработке, м/с (исходные данные).

 - площадь сечения выработки в свету, м² (исходные данные).

9. Определяется средняя температура воздуха за очагом пожара на заданном расстоянии от него по формуле (10):

,                           (10)

где  - температура на свежей струе, (исходные данные);

 - температура пожарных газов в зоне горения, (исходные данные);

 - коэффициент теплоотдачи от нагретого воздуха к стенкам выработки, ккал/м²·ч· , (пункт 7 расчета);

, м,                                         (11)

 - -периметр выработки, м (исходные данные);

 - массовый расход воздуха в выработке, кг/ч (пункт 8-ой расчета);

 - удельная теплоемкость воздуха, =0,24 ккал/(кг· );

 - постоянная математическая величина, =2,71, расчет в любой отрицательной степени определяется по табл. 5;

 - расстояние от места возникновения пожара до сечения, для которого рассчитывается температура, м (берется из задания);

 - дальность распространения пожара на момент расчета (пункт 5 расчета).

10. Определяется площадь горящей поверхности (м²). При горении деревянных элементов крепи и конвейерной ленты суммарная площадь горения определяется по формуле (12)

,                                          (12)

где  - дальность распространения пожара на момент расчета (пункт 5 расчета);

 - ширина конвейерной ленты, м;

 - периметр затягиваемой деревянной затяжкой поверхности выработки (определяется по табл. 3) В табл 3 приведены данные для металлокрепи с полной перетяжкой деревянной затяжкой, поэтому для расчетов принимаем величину  при деревянных стойках и верхняке с затяжкой металлической решеткой, если деревянные только стойки, принимаем , если все деревянное, то принимаем к расчету величину .

11. Расход материалов на горение (кг/мин)  определяется по формуле

,                                                 (13)

где  - расход воздуха, поступающего к очагу пожара, м²/мин (исходные данные);

 - удельный расход воздуха на сгорание материала, м³/кг;

 - концентрация кислорода на поступающей к пожару струе, %;

 - концентрация кислорода на исходящей струе, %.

Эта формула используется также в тех случаях, когда в горении принимает участие несколько видов материалов. В этих случаях  принимается равным 4 м³/кг и определяется эквивалентный расход древесины:

.                                     (14)

При эквивалентном расходе древесины на горение потребляется столько же кислорода и выделяется примерно столько же тепла, сколько его выделяют все одновременно горящие материалы.

Расчеты п.10 и п.11 потребуются для определения параметров тушения пожара.

Таблица 5

Значения показательной функции

0,00	1,000	2,1	0,1230	5,1	0,00610
0,10	0,905	2,2	0,1110	5,2	0,00552
0,15	0,861	2,3	0,1002	5,3	0,00499
0,20	0,819	2,4	0,0907	5,4	0,00452
0,25	0,779	2,5	0,0821	5,5	0,00409
0,30	0,741	2,6	0,0743	5,6	0,00370
0,35	0,705	2,7	0,0672	5,7	0,00335
0,40	0,670	2,8	0,0608	5,8	0,00303
0,45	0,638	2,9	0,0550	5,9	0,00274
0,50	0,606	3,0	0,0498	6,0	0,00248
0,55	0,577	3,1	0,0451	6,2	0,00203
0,60	0,549	3,2	0,0408	6,4	0,00166
0,65	0,522	3,3	0,0369	6,6	0,00136
0,70	0,496	3,4	0,0334	6,8	0,00111
0,75	0,472	3,5	0,0302	7,0	0,00091
0,80	0,449	3,6	0,0273	7,2	0,00075
0,85	0,427	3,7	0,0247	7,4	0,00061
0,90	0,406	3,8	0,0224	7,6	0,00050
0,95	0,387	3,9	0,0202	7,8	0,00041
1,00	0,368	4,0	0,0183	8,0	0,00033
1,10	0,333	4,1	0,0166	8,2	0,00027
1,20	0,301	4,2	0,0150	8,4	0,00022
1,30	0,273	4,3	0,0136	8,6	0,00018
1,40	0,247	4,4	0,0123	8,8	0,00015
1,50	0,223	4,5	0,0111	9,0	0,00012
1,60	0,202	4,6	0,0101	9,2	0,00010
1,70	0,183	4,7	0,0091	9,4	0,00008
1,80	0,165	4,8	0,0082	9,6	0,00007
1,90	0,150	4,9	0,00745	9,8	0,00006
2,00	0,135	5,0	0,00674	10,0	0,00004

Варианты заданий

№ варианта	Тип выработки, сечение ее, м2	Тип крепи	Конвейер резино-тканевая ветвь ленты, ширина, мм	Элемент конструкций конвейера	Присутствующий горючий материал	Категория источника воспламенения	Скорость вентиля- ционного пожара, V, м/с	Время действия пожар, t, мин.	Температура воздуха свежей струе, Т0, оС	Концентрация кислорода на свежей струе, С0, %	Концентрация кис-лорода на исходя-щей струе, С, %
1	Конвейерный штрек, =9 м2	Сплошная	1000	деревянные	угольная мелочь	низшая	0,8	40,0	20,0	20,0	17,0
2	Конвейерный штрек, =10 м2		1200		кабель гибкий силовой, 1 шт.	средняя	1,2	60,0	21,0	20,0	16,0
3	Конвейерный штрек, =11,5 м2		800		угольная мелочь	средняя	2,5	80,0	22,0	20,0	17,0
4	Конвейерный штрек, =12 м2		1200		угольная мелочь, кабель гибкий силовой	средняя	4,0	80,0	20,0	20,0	18,0
5	Уклон конвейерный, =10 м2		1200		угольная мелочь, кабель силовой	средняя	3,0	100,0	22,0	20,0	17,0
6	Уклон конвейерный, =11,5 м2		1000		кабель гибкий силовой	средняя	3,5	90,0	21,0	20,0	16,0

Вопросы для самоконтроля: