Определение параметров развития пожара
ЗАДАНИЕ №8
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 | |||||
| Горючая крепь и конвейерная лента | |||||
| Смешанное крепление | |||||
| Смешанное крепление и конвейерная лента | |||||
| Негорючая крепь и конвейерная лента | |||||
| Остальные случаи |
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
| Категория | Источник воспламенения |
| Высшее | - воспламенение ГСМ при повреждении маслонаполненного оборудования; - воспламенение метана на больших площадях |
| Средняя | - воспламенение конвейерной ленты на приводных барабанах от трения; - локальное воспламенение метана; - воспламенение от длительного короткого замыкания |
| Низшая | - воспламенение горючих материалов из-за трения конвейерной ленты; - воспламенение при кратковременном коротком замыкании; - воспламенение при огневых работах, открытого огня (костер, курение и т.п.) |
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 | |||
| Деревянные элементы конструкции конвейера | 2,5 | ||
| Кабель гибкий силовой, 1 шт. | 2-3 | 20-25 | |
| Угольная мелочь | |||
| Деревянная (или смешанная) крепь | |||
при  м2;  м
| |||
при  м2;  м
|
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.
| Вид горючих материалов | Скорость вентиляционного потока, м/c | ||
| до 1 | 1-3 | более 3 | |
| значения
| |||
| Конвейерная лента с негорючей крепью | 120-200 | ||
| Конвейерная лента со смешанной крепью | 40-80 | ||
| Смешанная крепь | 60-150 | ||
| Деревянная крепь | 40-80 |
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, % |
| Конвейерный штрек,
=9 м2
| Сплошная | деревянные | угольная мелочь | низшая | 0,8 | 40,0 | 20,0 | 20,0 | 17,0 | ||
| Конвейерный штрек,
=10 м2
| кабель гибкий силовой, 1 шт. | средняя | 1,2 | 60,0 | 21,0 | 20,0 | 16,0 | ||||
| Конвейерный штрек,
=11,5 м2
| угольная мелочь | средняя | 2,5 | 80,0 | 22,0 | 20,0 | 17,0 | ||||
| Конвейерный штрек,
=12 м2
| угольная мелочь, кабель гибкий силовой | средняя | 4,0 | 80,0 | 20,0 | 20,0 | 18,0 | ||||
| Уклон конвейерный,
=10 м2
| угольная мелочь, кабель силовой | средняя | 3,0 | 100,0 | 22,0 | 20,0 | 17,0 | ||||
| Уклон конвейерный,
=11,5 м2
| кабель гибкий силовой | средняя | 3,5 | 90,0 | 21,0 | 20,0 | 16,0 |
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие пожары относятся к экзогенным и их причины?
2. Какие пожары относятся к эндогенным и их причины?