630

— для трапециевидного водослива

— для треугольного водослива

где Н – высота слоя воды, переливающейся через порог водослива, м; b – ширина порога водослива, м; m – коэффициент, равный 0,5...…0,7 при изменении Н от 0,05 до 0,3 м.

5.2.Расчет параметров жизнеобеспечения и спасения людей

5.2.1.Методика определения параметров развития пожара

Характерными параметрами свободно развивающегося пожара являются: скорость распространения его по выработке, протяженность сгоревшей выработки, расход материалов на горение. Под свободно развивающимся пожаром понимается пожар, тушение которого на момент расчета параметров не производилось или было недостаточным. Параметры пожара на начало его тушения зависят от мощности источника воспламенения, вида горючих материалов в выработке (величина и качество горючей нагрузки), скорости вентиляционной струи в горящей выработке. Классификация подземных пожаров в зависимости от скорости вентиляционной струи в выработке и вида горючих материалов представлена в табл. 5.7.

Таблица 5.7

Классификация подземных пожаров по скорости их распространения

Примечание. При горении других материалов (конвейерных лент, кабелей, вентиляционных труб, крепи, обработанной огнезащитными составами, и др.) пожары в выработке независимо от скорости вентиляционной струи относят к III классу.

121

Оценку параметров пожара на начало его тушения производят в следующем порядке. Вначале по табл. 5.7. в зависимости от вида горючих материалов и скорости вентиляционной струи в выработке устанавливается класс возникшего пожара. Затем по графику рис. 5.1 на любой момент времени определяют скорость распространения пожара по выработке, а по графику рис. 5.2 – расстояние распространения пожара.

v

мин

Рис. 5.1. Зависимость скорости распространения пожара от времени действия

Пример 1. В выработке с металлической арочной крепью возник пожар от короткого замыкания электрокабеля. Скорость вентиляционного потока 1,5 м/с. Требуется определить скорость распространения пожара и расстояние, на которое он распространится через 100 мин после возникновения.

Решение. 1. По табл. 5.7 устанавливаем, что источник воспламенения оболочки кабеля и деревянной затяжки относится к третьему классу. Поэтому значения параметров располагаются ближе к нижним предельным кривым (см. рис. 5.1, 5.2).

122

L

t, мин

Рис. 5.2. Зависимость протяженности пожара от времени его действия

2.По табл. 5.7 определяем, что в соответствии с видом горючих материалов и скоростью вентиляционной струи пожар относится ко II классу по скорости распространения.

3.По графику рис. 5.1 определяем скорость распространения пожара по выработке. Через 100 мин она составит 60...65 м/ч. С учетом третьей категории источника воспламенения принимаем значение скорости ближе к нижней границе зоны II – около 50 м/ч.

4.По графику рис. 5.2 определяем расстояние, на которое распространится пожар через 100 мин с момента его возникновения. За это время оно составит 45...…60 м. С учетом замедленного развития пожара искомое расстояние принимается равным

47 м.

123

5.2.2. Методика определения количества воздуха для доведения содержания окиси углерода (СО) в воздухе помещения до уровня ПДК

1. Количество горючего материала, сгоревшего за время по-

за время t.

2. Максимальная концентрация окиси углерода (до начала

где m – масса одного из газов, выделяющегося от сгорания 1 кг горючего материала, составляет 400...900 г; — коэффициент разбавления вредного газа (0,65...0,95); L – длина помещения, тоннеля, м; S – площадь сечения, м2.

3. Допускаемая концентрация СО в воздухе после окончания вентиляции, г/м3,

где е = 2,718 – основание натурального логарифма; n — часовая кратность обмена воздуха, обмен/ч; t — время работы вентилятора на проветривание, ч.

требуемому статическому напору по каталогу подбираем осевой или центробежный вентилятор. Исходя из данных характеристик вентилятора, рассчитаем мощность на валу электродвигателя:

где Qв — расход вентилятора, м3/с; H — напор, мм вод. ст.; 1,1 — коэффициент запаса; 102 — эмпирический коэффициент;

в = 0,5...…0,6 — КПД вентилятора; п = 0,85…...0,95 — КПД передачи.

Установочная мощность электродвигателя с учетом запаса на пусковой момент может быть увеличена на 10 %.

124

5.2.3. Прогнозирование притока подземных вод в подземные выработки

Определение величины водопритока в расчетах рекомендуется производить двумя методами: гидрогеологической аналогии и аналитическим. По методу гидрогеологической аналогии общий приток подземных вод в тоннель определяют сопоставлением величин, влияющих на водоприток, с соответствующими величинами объекта-аналога. Формулы для определения водопритока по методу гидрогеологической аналогии приведены в табл. 5.8. Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации и удельных водопритока приведены в табл. 5.9. Эти данные при соответствующей корректировке с учетом местных условий могут быть использованы при определении водопритока в горизонтальные выработки, заложенные на глубине до 100…...150 м от земной поверхности.

Таблица 5.8

Формулы для определения водопритоков методом гидрогеологической аналогии

Обозначения: G – ожидаемый водоприток, м3/ч; К – коэффициент фильтрации, м/сут; Н – мощность безнапорного водоносного горизонта, м; М – мощность напорного горизонта, м; S – проектируемое снижение уровня подземных вод, м; H — напор водоносного горизонта, м; r0 — радиус выработки, м; G1, K1, H1, M1, S1, H1 , r01 – соответственно показатели объекта-аналога; q – удельный водоприток на 1 м длины выработки или объектааналога, м3/ч; L – длина водоносного участка выработки, м; Ki, Mi, Hi – соответственно коэффициент фильтрации, мощность напорного горизонта и напор i-го водоносного горизонта; K1i, M1i, H1i – то же, объекта-аналога.

125

Таблица 5.9.

Коэффициенты фильтрации грунтов и удельные водопритоки (по данным, полученным при строительстве ж.-д. линии Абакан – Тайшет)

Формулы для расчета ожидаемого притока подземных вод в тоннельную выработку аналитическим методом приведены в табл. 5.10. Данный метод расчета применяют в случаях пологого

126

Примечания : 1. Определение водопритока G по приведенным в п. 3 формулам производят методом попыток: следует задаться несколькими значениями G и последовательно подставлять их в формулу до тех пор, пока правая часть не станет равной левой.

2. Обозначения: G – ожидаемый приток воды, м3/сут; Kср – средний коэффициент фильтрации грунтов, м/сут; h – превышение подошвы выработки над водоупором, м; R – радиус влияния выработки, м; R1 – ширина зоны депрессии в направлении области питания выработки, м; R2 – ширина зоны депрессии в направлении области разгрузки, м; R3 – расстояние от оси выработки до уреза воды в водотоке или водоеме, м; M — мощность

127

напорного горизонта, м; x, y – величины, определяемые по графику (рис. 13 работы [8]) как абсциссы точек на кривых f (x) и f (y), соответствующих заданным значениям G/KсрLh; r0 – радиус вертикальной выработки, м; W – коэффициент фильтрации, определяемый на основании годового или сезонного количества просачивающихся атмосферных осадков, м/сут.

В сложных случаях взаимного расположения выработок, водоносных и водоупорных пластов, источников подземных вод и естественного дренажа для выполнения расчетов аналитическим методом следует руководствоваться зависимостями, приведенными в специальной литературе.

5.2.4. Расчет параметров подтопления тоннеля

Для того чтобы в случае прорыва воды можно было принять эффективные оперативные меры спасения людей и ликвидации последствий, необходимо уметь определять параметры подтопления. Они являются необходимыми при составлении Плана ликвидации аварии. При определении исходных данных приняты следующие предпосылки: максимальный из наблюдавшихся в практике приток воды в тоннель — 30000 м3/ч (8,33 м3/с); характерные уклоны тоннеля — от 3 ‰ до 40 ‰; характерные сечения: круглое, трапециевидное и комбинированное с трапециевидной нижней и сводчатой верхней частями сечения.

Состав параметров и методы расчета существенно отличаются при проходке выработки на подъем и под уклон. При проходке на подъем гидравлическую часть задачи можно сформулировать следующим образом: определение глубины и скоростей потока воды в тоннеле. Расчетные зависимости:

128

где Q – расход воды, м3/с; w – площадь поперечного сечения тоннеля, м2; v – скорость потока воды, м/с; С – коэффициент

Шези; R – гидравлический радиус потока воды в тоннеле, м; – смоченный периметр потока, м; i – гидравлический уклон; n – коэффициент шероховатости стен тоннеля.

Методика определения глубины и скорости потока состоит из нескольких этапов. Вначале необходимо задаться несколькими значениями глубины потока h и при известных значениях уклона i, коэффициента шероховатости стенок n, ширины тоннеля B определить расчетные расходы Q. Затем строят график зависимости расхода от глубины потока и по фактической величине водопритока определяют соответствующую глубину потока, по которой вычисляют площадь живого сечения потока

v =Q зад /w.

Пример 2. Исходные данные : ширина тоннеля (по подошве) — 13,2 м; гидравлический уклон i = 0,003; коэффициент шерохо-

Решение. По формуле (5.13) определяем водопритоки методом подбора по заданным глубинам. Результаты расчета приведены в табл. 5.11.

По результатам расчета строим график (рис. 5.3), по которому находим фактическую глубину потока.

Пусть hфакт = 0,5 м. По формуле (5.23) определим площадь поперечного сечения тоннеля: w = Вґhфакт = 13,0•0,5 = 6,5 м2, скорость водопритока v = 11/6,5 = 1,69 м/с. Определяем ско-

129

Q, м3/с

20

15

10

5

Рис. 5.3. Зависимость расхода воды от глубины потока

рость заполнения выработки: при общей площади забоя Fз = 80 м2 площадь затопленной части забоя Fз' = 52 м2. При этом длина затопляемого участка равна 500 м; объем Vт = 13000 м3. Время

заполнения объема: T 13000 2600с 44мин 0,72ч, т.е.

существует достаточный запас времени на эвакуацию. Через 15 мин после прорыва толщина слоя воды в забое составит 1,36 м (V = 4432 м3); через 30 мин – 2,73 м (V = 8864 м3), но выход рабочих из выработки будет осложнен высокой скоростью течения воды (1,69 м/с). Для облегчения движения людей и обеспечения безопасности следует устроить у стен тоннеля поручни или натянуть канаты. В заключительную фазу эвакуации рабочим придется выбираться вплавь с использованием подручных плавсредств или автомобилей.

Пример расчета глубины и скорости потока для круглого сечения

1. Cначала определяют расходную характеристику — модуль расхода для всего сечения тоннеля (условно h /D = 1, где h – глубина потока, D – диаметр выработки) по формуле

– смоченный периметр, м; C = (1/n )(D / 4)1/6 – коэффициент Шези.

2. Затем при заданных водопритоке Qфакт и уклоне i вычисляют модуль расхода для частичного заполнения тоннеля (h / D < 1):

130