Научные сотрудники Томского политехнического университета совместно с учеными и инженерами других организаций воссоздали 3D модель движения воздушных масс внутри угольных шахт. Это позволило проанализировать вектор движения и взять под контроль потоки воздуха. На практике такой подход обеспечит своевременно определять участки с повышенной концентрацией горючих газов и снизить вероятность их возгорания. Желающим ознакомиться с результатами наблюдений и исследований более подробно следует найти соответствующую публикацию в журнале Fire.
Вопрос противопожарной безопасности всегда актуален в угледобывающей сфере. В процессе разработки угольных пластов в шахтах происходит выделение метана, его скопление в нишах. Объединение кислорода с метаном создает взрывоопасную смесь. Согласно статистике основной процент несчастных случаев с шахтерами происходят из-за внезапного возгорания горючих газов. Пожары в подземных шахтах несут большую опасность для здоровья и жизни специалистов, нарушают инфраструктуру, выводят из строя технику, требуют больших вложений в ликвидацию последствий. До 95% бюджета, заложенного на ликвидацию неблагоприятных последствий ЧС, уходит на восстановление порядка после пожаров в горнодобывающей сфере.
Для обеспечения пожарной безопасности требуется строгий контроль концентрации метана в угольной шахте. Для снижения процентного соотношения горючего газа в атмосфере тоннелей конструируются сложные вентиляционные системы. По ним в шахту поступают большие объемы воздуха и снижают концентрацию метана.
Во время работы над проектом вентиляции инженерам необходимо учесть массу различных факторов, провести ряд расчетов, на основании которых будет сформирован объем воздушного потока. До настоящего момента проектирование вентиляционной системы проводилось в рамках двухмерного моделирования. Ученые Томского политехнического университета и их коллеги из разных городов РФ собрали 3D модель, позволяющую эффективнее рассчитать необходимое количество воздушных масс и их распределение по ветвям шахты. Такой подход повысит степень контроля содержания горючих примесей в воздухе.
Главная цель разработки в возможности изучения фронтальной проекции отдельных участков вентиляционной сети. После изучения наиболее опасных в плане скопления метана и иных газов участков, получится создать максимально качественную схему прокладки и обновления вентиляции, позволяющей эффективно проветривать тоннели шахты.
Инженеры и ученые установили, что наибольшую угрозу представляют диагональные соединения в схеме вентиляции. Такое построение воздуховодов замедляет приток свежего воздуха в труднодоступные зоны и содействует скоплению горючих газов. Поэтому была разработана новая схема вентиляционной сети.
Для получения более точных показателей, в трехмерной модели шахты с естественной регуляцией потоков воздуха создается рабочий макет вентиляции. Этот подход дает возможность на практике понаблюдать и скоординировать движение воздушных масс внутри шахты. Это возможность правильно подобрать мощность вентилятора и сделать разводку воздуховодов.
Пилотный проект был реализован на базе модели Садкинского месторождения угля, расположенного в Ростовской области. После воссоздания объекта в трехмерном макете были проанализированы габариты тоннелей, параметры проблемных участков, расположение контролирующих механизмов. Затем дана оценка аэрогазовым процессам в шахте. Видя все возможные зоны риска, инженеры выполнили максимально точный расчет установки датчиков для анализаторов концентрации метана.
Именно понимание закономерности движения воздушных потоков внутри угольных шахт способствует точному определению зон повышенной концентрации метана. Установка датчиков в этих областях гарантирует своевременную подачу сигнала тревоги. Вовремя принятые меры предотвращают опасность пожара, способствуют защите здоровья и жизни горняков, бесперебойной добыче ресурса.