Приложение 10 (обязательное)

В результате проведения гидравлического расчета пожарно-оросительного трубопровода шахты требуется определить свободные напоры во всех его узлах при подаче к ним нормируемого расхода воды на пожаротушение и составить мероприятия по оперативному вводу в действие системы пожарно-оросительного водоснабжения при пожаре.

Исходными данными для расчета являются: конфигурация сети, места расположения питающих сеть резервуаров, насосных станций, редукционных узлов, тип насосов и редукционных клапанов и их характеристики, характеристики установок автоматического водяного пожаротушения, геодезические отметки всех узлов системы, длины и диаметры участков ПОТ.

Расчет пожарно-оросительного трубопровода шахты проводится по следующей методике.

1. Составляется расчетная схема пожарно-оросительного трубопровода шахты, на которую наносятся:

сеть пожарно-оросительного трубопровода от источников водоснабжения до очистных и подготовительных забоев, привязанная к горным выработкам шахты;

номера узлов сети пожарно-оросительного трубопровода с указанием геодезических отметок;

длины и диаметры участков трубопровода между узлами сети;

источники подземного водоснабжения шахты;

места расположения (привязанные к узлам) редукционных клапанов и повысительных насосных станций (указан тип насосов и гидравлических редукторов);

запорная арматура, манипуляции с которой предусмотрены при подаче воды в шахту;

установки автоматического водяного пожаротушения (указан расход воды на пожаротушение, потребляемый установками);

резервные трубопроводы с указанием мест подключения к ставу пожарно-оросительного трубопровода шахты.

2. Назначаются необходимые расходы воды на пожаротушение для каждого узла сети ПОТ шахты в соответствии с требованиями Инструкции по противопожарной защите угольных шахт к § 553 ПБ:

для магистрального трубопровода, проложенного по стволу и выработкам околоствольного двора к квершлагу до точки разветвления трубопровода в главные выработки, назначается суммарный расход воды, необходимый на устройство водяной завесы для преграждения распространения пожара и непосредственное тушение пожара цельной струей из одного пожарного ствола с диаметром насадки 19 мм и на технологические нужды (половина расчетного расхода).

в узлах, расположенных на магистральных линиях трубопровода, проложенного по главным и групповым откаточным штрекам, уклонам, бремсбергам и т. д., назначается суммарный расход воды, необходимый на устройство водяной завесы для преграждения распространения пожара и непосредственное тушение пожара цельной струей из одного пожарного ствола (но не менее 80 м³/ч).

В соответствии с требованием п. 38 Инструкции к § 553 ПБ для выработок, оборудованных ленточными конвейерами, дополнительно назначается расход воды на одновременную с тушением пожара работу автоматических установок водяного пожаротушения.

В узлах, расположенных на линиях участкового трубопровода, с учетом требований п. 38 Инструкции к § 553 ПБ расход воды на пожаротушение назначается следующим образом:

в участковых выработках, оборудованных ленточными конвейерами, – по суммарному расходу воды, необходимому на устройство водяной завесы (не менее 50 м³/ч) и одновременную работу автоматической установки водяного пожаротушения на ленточном конвейере;

в конвейерных штреках лав с возвратноточным проветриванием (отработанная струя воздуха выдается по вент. штреку) – по суммарному расходу на обеспечение работы автоматической установки секционирования на ленточном конвейере и тушение пожара одним пожарным стволом;

в остальных участковых линиях – по расходу воды, необходимому на устройство водяной завесы.

Расход воды на работу автоматических установок пожаротушения на ленточных конвейерах принимается согласно данным, указанным в Паспорте или в Инструкции по эксплуатации на принятый в проекте тип установок.

При назначении суммарного расхода воды по выработке, оборудованной ленточным конвейером, следует учитывать функции, которые выполняет принятая установка автоматического пожаротушения, – защищает непосредственно только конвейер (установки типа УАП-П, УВПК) или одновременно защищает конвейер и ставит водяную завесу для преграждения распространения пожара по всему периметру выработки (установка типа УАП-Л).

При выполнении поверочного гидравлического расчета на пожаротушение в очистном забое необходимо рассматривать наиболее тяжелый случай, когда для тушения пожара одновременно будут задействованы средства пожаротушения на конвейерном штреке (пожарный ствол и установка автоматического пожаротушения на ленточном конвейере) и на вентиляционном штреке (установка водяной завесы).

3. Для выбранного расчетного случая назначается начальное распределение потоков воды q_ik по линиям сети с соблюдением I закона Кирхгофа (баланс расходов в узлах расчетной схемы).

4. По известным диаметрам d и длинам l участков сети и водоводов определяются удельные A₀ и полные S гидравлические сопротивления участков по формулам:

S = A₀l, с²/м⁵, (10.1)

В результате исследований, проведенных во ВНИИ ВОДГЕО под руководством Ф.А. Шевелева, для неновых стальных труб были получены следующие зависимости для определения удельного гидравлического сопротивления А₀:

при v > 1,2 м/с А₀ = 0,001735 / d n^5,3; (10.2)

при v < 1,2 м/с А₀ = К₁ 0,001735 / d n^5,3 ; (10.3)

где К₁ – поправочный коэффициент:

Значения удельного гидравлического сопротивления для неновых стальных трубопроводов при скорости движения воды в них более 1,2 м/с представлены в табл. 10.1.

Таблица 10.1

Потери напора на местных сопротивлениях в соответствии со СНиП 2.04.02.-84 учитывают дополнительно в размере 10 % от величины потерь напора в трубопроводах.

5. Определяются потери напора в участках в соответствии с расходами q_ik, принятыми при начальном потокораспределении:

6. Если пожарно-оросительный трубопровод шахты закольцован, записываются уравнения “внутренней увязки” по II закону Кирхгофа для всех фундаментальных колец сети:

Подставляя в уравнение (10.6) расходы q_ik, принятые при начальном потокораспределении, находим величину невязки по каждому контуру D h. Всего составляется п уравнений (п – число независимых контуров).

Примечание. В случае если по двум параллельным выработкам проложены пожарные трубопроводы, закольцованные между собой через сбойки (например, по конвейерному и вентиляционному уклонам пласта), эквивалентное сопротивление кольца можно определить по упрощенной формуле:

S_k = S₁ / (1 + S₁ / S₂), (10.7)

где S₁ и S₂ – сопротивления параллельных ветвей трубопровода.

7. Если число одновременно работающих водопитателей в системе больше одного, то для учета совместной работы водопитателей в общую сеть записываются е – 1 уравнений “внешней увязки”, где е – число водопитателей:

f_I (Q_I) – (S h)_IK – f (Q_k) = D h_II, (10.8)

где f(Q) – гидравлическая характеристика водопитателя.

Эти уравнения связывают попарно водопитатели при их совместной работе через потери напора в соединяющих их линиях.

8. Если полученные из уравнений (10.6) и (10.8) значения D h_I и D h_II не равны нулю, проводится гидравлическая увязка сети. Найденные из уравнений “внутренней” и “внешней” увязки величины невязок D h_I и D h_II характеризуют степень отклонения принятого в кольце распределения расходов от истинного.

Для снижения невязки необходимо уменьшить расходы на перегруженных ветвях каждого кольца и увеличить их на недогруженных, соблюдая при этом баланс расходов в узлах. Это может быть достигнуто путем переброски некоторых контурных расходов D q по всем кольцам в направлении, обратном знаку невязки.

Определение поправочных расходов для каждого кольца (включая фиктивный) проводят в соответствии с методом Лобачева–Кросса:

где i – порядковый номер кольца.

В соответствии с методом Лобачева–Кросса найденные поправочные расходы одновременно вносят во все контуры сети на каждом шаге итерационного процесса, до тех пор, пока величины невязок D h во всех кольцах не перестанут превышать допустимую величину (0,1 м).

Таким образом будут получены истинные значения расходов воды в участках и соответствующие потери напора, а также истинные параметры работы водопитателей (насосов и напорных резервуаров).

Примечание. Обычно процедура увязки сети проводится с помощью ЭВМ.

9. Определяем свободные напоры в узловых точках сети, следуя от водопитателя к конечному узлу по (против) движению воды путем последовательного вычитания (сложения) потерь напора h_i от значения свободного напора в предыдущем узле:

H_(i) = H_(i-1) – h_i + (z_(i-1) – z_i) , (10.10)

где z_i – геодезическая отметка i -го узла.

При проведении этой операции проверяют соответствие полученных напоров в сети допустимым.

10. Повторяем действия, перечисленные в пп. 2–8, для каждой расчетной позиции пожарно-оросительного трубопровода шахты.

11. В том случае, если напор в местах отбора воды на пожаротушение превышает нормируемый ПБ (1,5 МПа), в сети пожарно-оросительного трубопровода устанавливаются редукционные узлы, состоящие из одного или нескольких гидроредукторов (редукционных клапанов), работающих параллельно.

Величина снижения давления воды в пожарно-оросительном трубопроводе на выходе из редукционного узла определяется в соответствии с Инструкцией по эксплуатации для выбранного типа редукционного клапана, в зависимости от величины расхода воды по данному участку трубопровода и давления на входе в гидроредуктор.

12. В том случае, если напор в местах отбора воды на пожаротушение ниже нормируемого ПБ (0,6 МПа), на сети пожарно-оросительного трубопровода оборудуется повысительная насосная станция.

Величина давления воды в пожарно-оросительном трубопроводе при работе повысительного насоса определяется в соответствии с его напорной характеристикой, в зависимости от величины расхода воды, подаваемого на пожаротушение, и давления на входе в насос-повыситель.

По результатам расчета составляется итоговая таблица, форма которой приведена в приложении 11.

Как правило, при проектировании пожарно-оросительного трубопровода шахты приходится рассматривать несколько вариантов всей системы комплекса и путем оценки выбирать один конкурирующий вариант для детальной разработки.

Исключительная сложность и трудоемкость расчета для каждого случая дает большой объем вычислительной работы, с которым практически можно справиться только лишь при использовании специально разработанных программ для ЭВМ в организациях, имеющих лицензию на соответствующий вид работ (РосНИИГД).