Министерство по чрезвычайным ситуациям республики казахстан

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Анализ последних исследований. На основании анализа исследований [1-4], 
которые   были   посвящены   методам   повышения   эффективности   ликвидации 
пожаров,  установлено,  что   мало   внимания   уделяется     вопросу   сокращения 
продолжительности ее свободного развития и разработке методов ликвидации 
пожаров в начальной стадии с привлечением пожарных-добровольцев. Сделан 
вывод, что повышение эффективности ликвидации пожаров на промышленных 
предприятиях,  разработка   новых   методов   доставки   и   подачи   огнетушащего 
вещества   для   ликвидации   пожара   с   учетом   особенностей   ее   развития, 
направленных   на   уменьшение   продолжительности   свободного   развития 
пожара,  продолжительности   его   тушения   и,  соответственно,   уменьшение 
причиненных ею убытков актуальна задачей настоящего, которая имеет важное 
научно-прикладное значение.
Формирование   целей   статьи.  Целью   статьи   является   разработка   и 
обоснование   эффективности   метода   ликвидации   пожаров   на   промышленных 
предприятиях   с   использованием   мобильных   пожарно-спасательных   модулей 
(МПРМ).
Основная   часть.  Проанализировав   проблему   повышения   эффективности 
ликвидации пожаров в начальной стадиизарубежом[5]видим,  что практически 
во всех западных странах силы пожарных-добровольцев составляют более 70% 
всей  пожарной охраны страны (в частности,  в Германии  –  70%,  в Швеции  –
80%,  во Франции  –90%).  Как показывает[5],  во Вьетнаме состоянию на 2010 
год   насчитывалось   более   820тыс.   пожарных   добровольцев,  имеющих   на 
вооружении   пожарные   мотто   помпы   и   ручные   насосы   с   максимальным 
расходом воды 10л/с.
Что касается США,  то  здесь  численность пожарных-добровольцев  в пять 
раз   превышает   профессиональную   пожарную   охрану.   В   Бельгии   пожарная 
охрана   почти   полностью   сформирована   из   пожарных-добровольцев,  а   в 
Ирландии только в столице есть профессиональная пожарная охрана. В этих 
странах пожарные-добровольцы имеют собственные пожарные депо с выездной 
техникой,
 укомплектованной   современным   пожарно-спасательным 
оборудованием.
Учитывая   зарубежный   опыт,  была   поставлена   задача   разработать 
концептуальные   образцы   мобильной   пожарно-спасательной   техники, 
применение   которой   позволило   бы   повысить   эффективность   ликвидации 
пожара на начальной стадии ее развития.
С   этой   целью   разработана   и   запатентована   конструкция   МПРМ 
(универсального   многофункционального   пожарного   прицепа)   [6-8].   МПРМ 
изготовлено габаритной шириной, не превышающей ширину руля квадроцикла 
или мотоцикла,  а также  имеет  устройство для эксплуатации вручную. МПРМ 
состоит   из   трех   колесного   шасси,  на   передней   оси   которого   крепятся   два 
независимых   колеса,  а   на   задней  –  одно   свободное.  На   платформе   шасси 
монтируются   емкость   для   огнетушащего   вещества,  отсеки   для   пожарно-
спасательного оборудования и выдвижная осветительная мачта.
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
37

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Работа   МПРМ   заключается   в   возможности   его   эксплуатации   с 
квадроциклом,  мотоциклом и вручную,  поскольку его ширина не превышает 
ширину   руля   вышеуказанных   транспортных   средств,  что   позволяет 
осуществлять движение по пешеходным тротуарам во время заторов в процессе 
перемещения.  Пожаротушение   может   осуществляться   как   от   внешних 
водоисточников,  так   и   от   встроенной   емкости   с   помощью   пожарно-
спасательного оборудования, которым МПРМ комплектуется в зависимости от 
специфики   объекта.   С   помощью   осветительной   мачты   осуществляется 
освещение   места   проведения   оперативных   действий.  Вследствие   таких 
возможностей   повышается   маневренность   и   проходимость   МПРМ, 
уменьшается   продолжительность   свободного   развития   пожара,  количество 
личного состава и техники, привлекаемой для ликвидации пожара.
Для   оценки   эффективности   применения   МПРМ   был   проведен   ряд 
экспериментальных исследований. В частности,  проведено экспериментальное 
исследование   скорости   движения  МПРМ  по   городу   на   основе   метода 
полнофакторного   эксперимента   2
2
 
с   целью   определения   влияния   на 
продолжительность   следования  МПРМ  расстояния   до   места   вызова  L
сл.
и 
времени   сутокτ
сут.
.  Зная   значение   продолжительности   следования
.
сл і
τ ′
и 
расстоянияL
сл.
, среднюю скорость МПРМ находим по зависимости:
.
. .
.
сл i
сл і
сл і
L
V
τ
=
′
(1)
Полученные   результаты   сравниваем   с   известными   результатами 
исследования скорости движения пожарного автомобиля по городу[1].
Принимая   во   внимание   основные   нормативные   положения,   предельные 
значения   факторов   принимаем:   максимальное   расстояние   до   места   вызова 
L
сл.max
=3   км,  минимальное–  L
сл.min
=1   км,   максимальное  время   суток  τ
сут.max
=24 
часов,  а   минимальное–  τ
сут.min
=12   часов.   Это   обосновывается   тем,  что   в 
указанный   период   времени   скорость   движения   уменьшается   вследствие 
значительных пробок на дорогах, а в ночное время – скорость движения может 
быть больше[1].
Проведем   кодирование   факторов,  переведя   натуральные   величины   в 
безразмерные(табл.1).
Таблица1
Уровни измененияфакторов
Уровень факторов
L
сл.і
τ
сут.і
Название Кодированное значение
1
.
сл i
X
L
=
%
2
.
сут i
X
τ
=
%
Верхний
+1
3
24
Основной
0
2
18
Нижний
-1
1
12
        
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 
2013
38

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Математическую   обработку   результатов   выполняем   руководствуясь 
рекомендациями[1, 9-11].
Для   обоснования   эффективности   применения  МПРМ  для   уменьшения 
продолжительности   свободного   развития   пожара   необходимо   сравнить 
скорость   его   движения   и   продолжительность   следования   к   месту   вызова   с 
пожарным   автомобилем.   Определение   скорости   движения  МПРМ  во   время 
следования   к   месту   вызова   в   различных   точках   города   и   время   суток 
базировались   на   экспериментальном   определении   времени   следования
.
сл і
τ ′
МПРМ от пожарно-спасательной части к месту пожара.
Экспериментальное исследование скорости движения  МПРМ  по городу 
проводим   на   основе   метода   полнофакторного   эксперимента  2
2  
с   целью 
определения влияния на продолжительность следования МПРМ расстояния до 
места   вызова  L
сл.
и   времени   сутокτ
сут.
.Условия   и   результаты   исследований 
приведены втабл.2.
Таблица2
План-матрица экспериментальных исследований
№ опыта
Факторы
Результаты опытов
.
,
.
сл і
мин
τ
′
Х
1
Х
2
.1
сл
τ
′
, 
мин.
.2
сл
τ
′
, 
мин.
ко
д
L
сл.і
, км
ко
д
τ
сут.і
,ч.
1
-1
1
-1
12
2,10
2,26
2,18
2
+1
3
-1
12
5,19
5,41
5,30
3
-1
1
+1
24
1,14
1,22
1,18
4
+1
3
+1
24
3,21
3,37
3,29
Совершив   математическую   обработку   результатов   экспериментальных 
исследований, получили эмпирическую зависимость
1
2
1 2
2,987 1,307
0,753
0,253
Y
X
X
X X
=
+
−
−
(2)
После   перехода   кмоделив  натуральных   переменных   получили   модель 
процесса воздействия на продолжительность следования МПРМ расстояния до 
места вызова и времени суток:
.
.
.
.
.
1,114 2,066
0,041
0,042
сл і
сл i
сут i
сл i сут i
L
L
τ
τ
τ
′ =
+
−
−
, мин.,
(3)
Где L
сл.і
 – расстояние до места возникновения пожара от пожарно-спасательного 
подразделения,  км;τ
сут.
  –  время   суток   в   пределах   0...24   часов(от0   до   8в 
(3)подставлять24), ч.
Воспользовавшись зависимостью(3),  найдем среднюю скорость движения 
МПРМ:
.
. .
.
.
.
.
60
1,114 2,066
0,041
0,042
сл i
сл і
сл i
сут i
сл i сут i
L
V
L
L
τ
τ
=
+
−
−
, км/ч.
(4)
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
39

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Для   обоснования   эффективности   применения  МПРМ  для   уменьшения 
продолжительности   свободного   развития   пожара   необходимо   сравнить 
скорость   его   движения   и   продолжительность   следования   к   месту   вызова   с 
пожарным автомобилем. Для этого, используя эмпирическую зависимость(4) и 
зависимость, описанную в [1], построим графические зависимости для анализа 
скорости движения.
Рис. 1. Зависимость скорости движения от времени суток:
1 –МПРМ (4); 2 – пожарного автомобиля АЦ-40(130)63Б [1]
Рис.2. Зависимость скорости движения от расстояния до места возникновения 
пожара(время суток18.00):
1 –МПРМ(4);2 –пожарного автомобиляАЦ-40(130)63Б [1]
Для расчета роста скорости движения от пожарного депо до места вызова 
при   примененииМПРМ  по   сравнению   с   АЦ-40(130)63Б  осуществлен   расчет 
зависимостями(4) и[1], результаты приведены в табл.3.
Таблица3
Расчет роста скорости движения
Зависимость скорости движенияот времени суток
Рост скорости 
        
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 
2013
40

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
движения при 
применении МПРМ по 
сравнению с АЦ,%
Время суток, 
час.
Средняя 
скоростьАЦ, 
км/ч
Средняя скорость 
МПРМ, км/ч
0-8
37,85
53,40
41
12
21,46
32,03
49
16
25,16
36,97
47
20
30,23
43,70
45
24
37,85
53,40
41
Зависимость скорости движения от расстояния до 
места возникновения пожара
Рост скорости 
движения при 
применении МПРМ по 
сравнению с АЦ,%
Расстояние до 
местапожара, км
Средняя 
скоростьАЦ, 
км/ч
Средняя 
скоростьМПРМ, 
км/ч
1
25,01
35,58
42
1,5
26,59
38,46
45
2
27,46
40,04
46
2,5
28,01
41,08
47
3
28,39
41,82
47
Проанализировав зависимости скорости движения (рис. 1, 2;табл.3) МПРМ 
и   пожарного   автомобиля   АЦ-40(130)63Б  установлено,  что   в   зависимости   от 
времени суток и расстояния до места возникновения пожара скорость движения 
мобильного пожарно-спасательного модуля по городу выше скорости движения 
АЦ-40(130)63Б  в   пределах   41...49%.   Это   свидетельствует,  что   применение 
МПРМ   позволит   уменьшить   время   следования   пожарных   к   месту   пожара   и 
приведет к уменьшению продолжительности свободного развития пожара.
Также   в   работе   [12]   представлены   и   проанализированы   результаты 
экспериментальных   исследований   продолжительности   следования   МПРМ   к 
месту пожара непосредственно по территории промышленного предприятия.
Выводы.
1.На основании анализа современного состояния технологий ликвидации 
пожара   на   промышленном   предприятии   в   начальной   стадии   ее   развития 
установлено,   что   эффективным   является   привлечение   к   тушению   пожаров 
пожарных-добровольцев  с   использованием   мобильной   многофункциональной 
пожарной техники.
2.Получена   адекватная   эмпирическая   зависимость     для   определения 
скорости движения МПРМ, по результатам анализа которой установлено, что в 
зависимости от времени суток и расстояния до места возникновения пожара 
скорость движения МПРМ по городу выше скорости движения АЦ-40(130)63Б 
в пределах 41...49%.
3.В   дальнейшем   необходимо   проводить   исследования   с   целью 
оптимизации   количества   противопожарной   техники   и   пожарных 
(профессиональных   и   добровольцев)   для   ликвидации   пожаров   на   объектах 
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
41

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
промышленности,  что   позволит   минимизировать   материальные   затраты   как 
непосредственно объектов таки пожарных, вызванных пожарами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Войтович Д. П.   Підвищення   ефективності   функціонування   пожежно-
рятувальних підрозділів в процесі ліквідації пожеж у містах: автореф. дис. ... 
канд.   техн.   наук   :   21.06.02   //   Д.П.   Войтович;   Львів.   держ.   ун-т   безпеки 
життєдіяльності. – Л., 2011. – 20 с. –укp.
2. Методика   визначення   оптимального   варіанта   технології   та 
технологічного спорядження для гасіння пожеж на промислових підприємствах 
/ Е. М. Гуліда, І. О. Мовчан, Я. В. Панів, Д. П.Войтович // Пожежна безпека: Зб. 
наук. пр. – Львів, 2005. – № 7. – С. 7-11.
3. Гулида Э. Н. Выбор оптимального варианта технологии тушения пожара 
на   основе   оптимизационной   математической   модели   /   Э. Н.Гулида,   Д. П. 
Войтович   //   Обеспечение   безопасности   жизнедеятельности:   Проблемы   и 
перспективы.   ІІІ   Международная   науч.-практ.   конф.   курсантов,   студентов   и 
слушателей, 26 мая 2006 г. – тезисы докл. – Минск, 2006. – С. 46-48.
4. Мовчан І. О.   Забезпечення   ліквідації   пожежі   на   промислових 
підприємствах   з   урахуванням   надійності   пожежної   техніки   та   устаткування: 
Автореф.   дис...   канд.   техн.   наук:   21.06.02   //   І.О.   Мовчан;   Ун-т   цив.   захисту 
України. – Х., 2007. – 19 с. –укp.
5. Ву Ван Тхюй.  О развитии добровольных пожарных формирований во 
Вьетнаме  /  Ву   Ван   Тхюй,  В.Л.  Семиков,   Ю.А  Сыркин//  Интернет-
журнал"Технологиитехносфернойбезопасности"   (http://ipb.mos.ru/ttb)   Выпуск 
№2 (43) – апрель2012 г.
6. Паснак І. В.   Універсальний   багатофункціональний   пожежний   причіп   / 
І.В.   Паснак,   О.Е.   Васильєва   //   Строительство,   материаловедение, 
машиностроение // Сб. науч. трудов. Вип. 62. – Дн-вск., ГВУЗ ПГАСА, 2011. – 
С. 272-276.
7. Паснак И. В.   Сравнительная   характеристика   существующих   пожарных 
прицепов   и   возможность   их   совершенствования  /   И.В.   Паснак   //  Пожарная 
безопасность: проблемы и перспективы: материалы II Всероссийской НПК с 
международным участием. В 2 Ч. Ч. 1. Воронеж: ВИ ГПС МЧС России, 2011. – 
С. 113-115.
8. Пат.   на   корисну   модель   63299   Україна,   МПК   (2011.01),   А62С   27/00. 
Багатофункціональний пожежний причіп / І.В. Паснак, О.Е. Васильєва, Е.М. 
Гуліда,   П.М.   Гащук,   А.Г.   Ренкас,   І.О.   Мовчан.   №  u  2011   01338;   заявл. 
07.02.2011; опубл. 10.10.2011, Бюл. №19. – 4 с.
9. Винарский М. С., Лурье М. В.   Планирование   эксперимента   в 
технологических исследованиях. – К.: Техніка, 1975. – 168 с.
10. Биндер К., Хеерман Д. В.   Моделирование   методом   Монте-Карло   в 
статистической   физике.   Пер.   с   англ.   В.Н.   Задкова.   –   М.:   Наука.   Физматлит, 
1995. – 144 с.
        
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 
2013
42

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
11. Семенов С. А.   Планирование   эксперимента   в   химии   и   химической 
технологии. Учебно-методическое пособие. М.: ИПЦ МИТХТ, 2001 г., 93 с.
12. Паснак І. В.   Експериментальне   дослідження   тривалості   доїзду 
багатофункціонального пожежного причепа до місця виникнення пожежі / І.В. 
Паснак // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. – Львів: РВВ 
НЛТУ України. – 2012. – Вип. 22.8. – С. 127-133.
УДК 622.7:622.33:621.31
Рахимжанов Д.Б. - преподаватель 
кафедры ОДИСиТ КТИ МЧС Республики Казахстан
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА И 
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕПЛА В УГЛЕ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОДАХ
Жылудың көмір мен тау жыныстарындағы таратылуының жылуалмасу 
процесстерін зерртеу.
Кілт сөздер: жылу, газдар, жылуалмасу, жылуөткізгіштік, тау жыныстар, 
температура.
Researching the processes of the exchange and heat distribution in coal and 
containing breeds.
Key words: heat, gases, heat conductivity, heat exchange, rocks, temperature.
Теплообмен представляет собой самопроизвольный необратимый процесс 
переноса тепла, обусловленный градиентом температуры. Теплообмен между 
теплоносителем и поверхностью твердого тела (теплоотдача) осуществляется 
теплопроводностью,   конвекцией   и   лучистым   теплообменом.   Интенсивность 
теплоотдачи характеризуется коэффициентом теплоотдачи - количеством тепла, 
переданным в единицу времени через единицу поверхности твердого тела при 
разности   температур   между   этой   поверхностью   и   теплоносителем   в   один 
градус.
Как   отмечалось,   конвекция   представляет   собой   перенос   тепла 
движущимся   теплоносителем.   В   термодинамических   процессах   горного 
производства   теплоносители,   как   правило,   жидкости,   расплавы,   газы, 
парогазовые   смеси,   плазма.   Теплообмен   с   породами   в   основном 
осуществляется конвекцией. При этом количество передаваемого породе тепла 
зависит   от   многих   факторов:   температурного   напора,   скорости   и   характера 
движения   теплоносителя   у   поверхности   породы,   состояния   нагреваемой 
поверхности   породы,   теплофизических   свойств   теплоносителя   и   горной 
породы.
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
43

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Движение теплоносителя у поверхности породы может быть свободным и 
вынужденным. Первое происходит при наличии разности в плотностях более и 
менее нагретых частиц теплоносителя, второе – под действием внешних сил. 
При   малых   скоростях   теплоносителя   движение   имеет   ламинарный   характер, 
при больших – турбулентный. В непосредственной близости от поверхности 
породы   в   так   называемом   пограничном   слое   даже   при   больших   скоростях 
движения теплоносителя наблюдается ламинарный режим движения. Граница 
перехода   из   одного   режима   движения   в   другой   определяется   скоростью 
теплоносителя и его кинематической вязкостью.
Удельный тепловой поток  q, поступающий в породы при конвективном 
теплообмене, определяется по выражению
(
)
П
Т
Т
Т
а
q
−
⋅
=
,                                                (1.01)
где Т
т
  и Т
п
   - температура соответственно теплоносителя и породы.
Лучистый теплообмен – перенос энергии электромагнитными волнами от 
более нагретых тел к менее нагретым. Интенсивность теплообмена излучением 
зависит от разности температур теплоносителя и породы, способности породы 
поглощать   лучистую   энергию.   Последняя   при   попадании   на   горную   породу 
частично поглощается ею и переходит в тепло, а частично проходит через нее 
или отражается. Соотношение между указанными частями энергии зависит от 
электромагнитных   свойств   породы,   формы   и   состояния   нагреваемой 
поверхности.
Горные породы поглощают только часть лучистой энергии по отношению 
к абсолютно черному телу
4
ε
⋅
=
o
л
q
q
,                                                  (1.02)
где  q
л
  и  q
o
    -   лучепоглощательная   способность   соответственно   горной 
породы и абсолютно черного тела, Вт/м ;
               
4
ε
 - степень черноты горной породы, 
4
ε
=0,5-0,9.
Лучепоглощательная   способность   горной   породы   определяется   из 
уравнения Стефана-Больцмана
T
q
л
∆
⋅
⋅
=
σ
ε
4
,                                            (1.03)
где   
σ
 - постоянная Стефана-Больцмана, 
σ
 =5,76 10  Вт/м
⋅
К;
∆
T = T
п 
- Т
т
 ,                                             (1.04)
На практике при использовании газового теплоносителя      определяют из 
следующего выражения  
Т
q
п
л
∆
⋅
=
α
,                                              (1.05)
где   
α
п
 - коэффициент теплоотдачи лучепоглощения, Вт/м
⋅
К
3
4
Т
п
∆
⋅
⋅
=
σ
ε
α
,                                           (1.06)
где    
пр
ε
- приведенная степень черноты газа
(
)
2
1
,
/
/
+
=
⋅
=
ε
ε
ε
ε
ε
Т
пр
ε
т
 – степень черноты газового теплоносителя.
При течении жидкого или газового теплоносителя в порах и трещинах 
массива   горных   пород,   а   также   при   его   торможении   о   породную   преграду 
        
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 
2013
44

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
непосредственно у ее поверхности формируется так называемый динамический 
пограничный   слой.   Это   слой   подвижного   теплоносителя,   внутри   которого   в 
поперечном направлении скорость падает от ее значения во внешнем потоке до 
нуля   на   поверхности  преграды.   Толщина   слоя   увеличивается   с  повышением 
вязкости теплоносителя. Непосредственно у поверхности породы имеет место 
ламинарное течение теплоносителя в слое толщиной  
σ
, ламинарным подслоем. 
Толщина его зависит от скорости теплоносителя    
ω
, кинематической вязкости 
и  определяется эмпирической зависимостью
8
/
7
8
/
7
max
77
77
e
вз
с
R
d
d
d
⋅
=




⋅
⋅
=
ω
ν
δ
,                                    (1.07)
где  d - диаметр канала в породах, по которому движется теплоноситель, м;
       
ν
вз
 -  кинематическая вязкость теплоносителя, м
2
 /с;
        R
e 
- критерий Рейнольдса.
Температура   в   ламинарном   подслое   изменяется   от   температуры 
теплоносителя Т
т
 до температуры поверхности породы Т
п
. Передача тепла при 
этом осуществляется по закону теплопроводности
(
)
c
T
T
q
σ
λ
∂
∂
⋅
−
=
/
,                                           (1.08)
где   
λ
T
- теплопроводность теплоносителя, Вт/м
⋅
К.
Градиент   температуры   в   ламинарном   подслое   теплоносителя   можно 
представить в виде
(
)
С
Т
П
С
Т
Т
Т
σ
σ
−
=
⋅
∂
⋅
∂
,                                   (1.09)
Тогда выражение (1.20) примет вид
(
)
С
П
Т
Т
Т
Т
q
σ
λ
−
=
,                                         (1.10)
Сравнивая выражения (1.13) и (1.22), получим
С
Т
а
σ
λ
=
,                                             (1.11)
Теплопроводность жидких теплоносителей всегда больше, чем газовых, 
поэтому   и   теплообмен   при   их   использовании   согласно   (1.11)   всегда 
интенсивнее, чем при применении газовых теплоносителей.
Для   аналитического   описания   любого   теплового   процесса   в   горных 
породах  и расчета  его параметров  следует сформулировать пять следующих 
основных условий, которые называются условиями однозначности:
выбор формы тела путем обоснования геометрического подобия между 
реальным процессом и его предполагаемой геометрической моделью
установление   начальных   условий   в   рассматриваемом   массиве   горных 
пород или в горной массе;
установление граничных условий при выбранной геометрической модели 
реального теплового процесса в горных породах;
наличие   внутренних   источников   тепла,   их   местоположение   и 
интенсивность, в нашем случае теплота окислительных и восстановительных 
реакций;
знание теплофизических свойств горных пород, участвующих в данном 
термодинамическом процессе.
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
45

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Условия   однозначности   позволяют   сформулировать   ту   или   иную 
тепловую модель реального термодинамического процесса. После их выбора 
необходимо   решить   дифференциальное   уравнение   теплопроводности 
применительно   к   заданной   геометрической   модели   и   краевым   условиям.   В 
результате   получим   выражение,   в   которой   зависимой   переменной   является 
безразмерная   те6мпература,   а   независимыми   переменными   –   безразмерная 
координата   (в   задачах   с   установившимся   режимом),   критерий   Фурье   (при 
неустановившемся режиме с граничными условиями первого и второго родов) 
или   критерий   Фурье   и   критерий   Био   (   при   неустановившемся   режиме   и 
граничных условиях третьего рода).
Практически   любой   термодинамический   процесс   горного   производства 
можно   описать   с   достаточной   точностью   аналитически   посредством 
использования   готовых   решений   применительно   к   известным   простым 
тепловым моделям или к их сочетанию.
Процесс   теплообмена   между   скоплением   угля   и   окружающей   средой 
зависти   от   многих   факторов,   основными   из   которых   являются   масса   угля, 
теплофизические свойства угля и вмещающих пород, скорость движения струи 
воздуха и интенсивность выделения тепла в результате окисления угля.
По характеру передачи тепла различают три вида теплообмена: за счет 
теплопроводности,   конвекции   и   излучения.   Явление   теплового   излучения 
начинается при температуре более 400
 0
С. Воспламенение угля происходит при 
температуре 300-350
  0
С, поэтому тепловое излучение не влияет на развитии е 
процесса самовозгорания угля.
Физическая сущность теплообмена за счет теплопроводности состоит в 
передаче  тепла от слоя с высокой температурой к слою с низкой. Этот  вид 
теплообмена характеризуется коэффициентом теплопроводности 
ρ
λ
⋅
⋅
=
c
a
,                                                        (1.12)
где   a - коэффициент температуропроводности, м
3
/ч;
         c - теплоемкость угля, ккал/кг 
0
С;
         
ρ
 - плотность угля, кг/м
3
.
Горные породы, уголь, газы, имеющие 
λ
=0,12-2,0 ккал/м
⋅
ч 
0
С, относятся к 
плохим проводникам. В свою очередь, горные породы с  
λ
=0,8-1,5 ккал/м
⋅
ч  
0
С 
(песчаники и известняки) относят к хорошим проводникам тепла, а углистые и 
глинистые сланцы с =0,15-0,19 ккал/м
⋅
ч 
0
С – к плохим.
Между теплоемкостью угля и выходом летучих веществ на сухую массу 
при температуре до 100
 0
С существует линейная зависимость
C
24-100
=0.242(1-0.08V
c
),                                       (1.13)
 где   V
c
 -  выход летучих веществ на сухую массу, %.
Низкая   теплопроводность   малометаморфизованных   углей   создает 
благоприятные   условия   для   развития   окислительных   процессов.     Этим 
объясняется возможность их самовозгорания в небольших количествах – 1-2 т.
Термические   параметры   угля   увеличиваются   с   ростом   температуры.   В 
интервале температур от 20 до 100  
0
С теплопроводность угля возрастает  по 
линейной зависимости, а свыше 100 
0
С – по степенной.
        
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 
2013
46

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Зависимость   теплопроводности   от   температуры   до   100
о
  С   выражается 
уравнением
(
)
[
]
20
1
20
−
+
⋅
=
t
Т
β
λ
λ
,                                        (1.14)
где   
β
 - температурный коэффициент, 
β
 = 0,02.                             
Термические параметры угля повышаются с увеличением его влажности. 
Коэффициент   теплопроводности   угля   при   увеличении   влажности   до   10   % 
возрастает линейно
в
д
P
W
γ
γ
λ
π
λ
⋅
⋅
⋅
=
4
2
,                                         (1.15)
где   W
P
  - рабочая влажность угля, %;
        W
P
, W
у 
- плотность соответственно угля и воды, кг/м
3
;
        
λ
2
 -  коэффициент теплопроводности воды, ккал/м
⋅
ч 
0
С.
При   дальнейшем   увеличении   влажности   теплопроводность   угля 
постепенно приближается к теплопроводности воды.
Передача тепла   конвекцией играет большую роль в развитии процесса 
самовозгорания угля. От нее зависят оптимальная величина притока воздуха к 
массе угля, в которой по условиям те6плообмена возможно самовозгорание, ее 
геометрическая форма и размер. При естественной конвекции движение газа 
обусловливается его плотностью и подъемной силой, зависящей от перепада 
температур.
Вынужденная   конвекция   происходит   под   воздействием   внешнего 
источника   энергии.   Она   оказывает   влияние   на   величину   притока   воздуха   и 
теплообмен в скоплениях разрыхленных масс и деформированных целиках угля 
и является одним из главных факторов, способствующих самовозгоранию угля.
Существует критическая скорость струи воздуха, при которой накопления 
тепла   в   насыпном   слое   угля   не  происходит.   С   увеличением   крупности   угля 
влияние   вынужденной   конвекции   на   распределение   тепла   возрастает 
вследствие   уменьшения   аэродинамического   сопротивления   слоя   угля   и 
повышения коэффициента  конвективного теплообмена.
При   ламинарном   режиме   движения   газа   большое   влияние   на 
распределение   тепла   оказывают   естественная   и   вынужденная   конвекции, 
предопределяющие эллипсоидную форму изолиний вокруг источника тепла.
Радиус теплового равновесия  r  зависит от мощности источника тепла, с 
увеличением температуры величина  r  возрастает. В связи с этим зарождение 
очагов   самонагревания   возможно   в   массе   угля,   значительно   меньшей 
критической,   и   притоке   воздуха   ниже   оптимального   предела.   При   большом 
притоке воздуха самонагревания угля не происходит вследствие выноса тепла.
В динамической воздушной среде при скорости движения воздуха через 
насыпной слой угля 0,6-6,0 м/ч изотермы вытягиваются по направлению потока 
и   имеют   характерный   прогиб   в   месте   поступления   свежей   струи   воздуха. 
Реакция окисления протекает интенсивно по оси потока, где скорость движения 
максимальна.
Вестник Кокшетауского технического института МЧС Республики Казахстан. № 2. 2013
47

Теоретические и практические аспекты предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
По   высоте   слоя   угля   и   в   сечении   его   температура   возрастает   с 
неодинаковой   скоростью,   что   обусловлено   скоростью   струи   воздуха, 
температурой   и   парциальным   давлением   кислорода.   В   местах,   где   скорость 
струи   воздуха   приближается   к   оптимальной,   а   температура   и   парциальное 
давление   кислорода   более   высокие,   реакция   окисления   протекает   наиболее 
интенсивно.
С увеличением скорости движения струи воздуха в 10 раз (с 0,6 до 6,0 
м/ч) интенсивность накопления тепла реакции окисления возрастает в 6,5 раз 
даже   при   отсутствии   теплоизоляции.   Это   объясняется   низкой 
теплопроводностью угля и большой его аккумулирующей способностью.

жүктеу/скачать 1,1 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: