бжд. Практикум Издательство Иркутского государственного технического университета 2015
 Скачать 2.74 Mb.
|
|
Рис. 6.1. Продольный разрез гидротехнического сооружения на реке Исходные данные могут быть определены по топографической карте местности и технической документации сооружения или объекта. Напри- мер, абсолютные высоты береговых линий реки находят по горизонталям высот или посредством построения профиля местности в требуемых сече- ниях по топографической карте местности. По карте определяются также значения глубин реки и высоты промплощадки объекта. Техническая до- кументация используется для определения уровня воды в верхнем бьефе плотины и ее длины, Для : подготовки исходных данных могут использо- ваться также результаты инструментальных измерений. При заблаговременном прогнозировании рекомендуется выполнять расчеты для случаев, когда разрушению подвергается 25, 50, 100 % тела плотины. Приближенные расчеты прорана плотин (В р , м) выполняются с ис- пользованием следующих зависимостей: плотины бетонные на мягком основании B p =0,45 ∙ L п d + 0,03 C (6.1) плотины бетонные на скальном основании B p = 0,5 ∙ L п ∙ d (6.2) плотины из песчаных материалов B p =100L п d+0,16C (6.3) 99 плотины из суглинистых материалов B p =0,4 L п d +0,08C (6.4) плотины из каменно-набросных материалов B p =0,4 L п d +0,l С (6.5) плотины из смешанных материалов B p =(100+0,5L 6 )d+0,16C (6.6) где d=exp (–3 10 9 V o /H o ); C=V o 0,5 (H o –h o ) -0,,65 ; V o – объем воды в водохранилище, м 3 ; Н о – глубина водохранилища, м; L п – длина плотины, м; L 6 – длина бе- тонной части плотины, м. Состав и содержание методики прогнозирования последствий гидро- динамических аварий распространяются на случай внезапного разрушения гидротехнических сооружений (плотины, дамбы, перемычки, шлюзы и другие искусственные плотины) и природных образований (косы, отмели и другие естественные плотины). Прогнозирование параметров волны прорыва относительно анализиру- емого объекта осуществляется в следующем порядке. 1. Определяют относительное значение прорана (В отн ): В отн = B/L , где В – величина прорыва, м; L – длина плотины, м. 2. Рассчитывают значение гидравлического уклона водной поверхности на рассматриваемом участке реки (i): i = (Н бп –h 0 ) – (Н бм –h к )/L , где Н бп – абсолютная высота береговой линии реки в нижнем бьефе плоти- ны, м; h o – средняя глубина реки в нижнем бьефе плотины, м; Н бм –абсолютная высота береговой линии в створе объекта, м; Н к – средняя глубина реки в створе объекта, м; L – yдалекие рассматриваемого створа объекта от места аварии (аварийной плотины), м. 3. Определяют величину вспомогательной зависимости: i ∙ L/H o , где Н 0 – высота уровня воды в верхнем бьефе плотины (принимается из тех- нической документации гидротехнического сооружения), м. 4. Рассчитывают значения высоты расположения площадки объекта по отношению к нормальному уровню воды в реке в рассматриваемом створе объекта(h м , м). Используется топографическая карта или другая до- кументация. 5. Определяют максимальную высоту волны прорыва (h, м) в створе объекта: h = A 1 / (B 1 + L) 0,5 где A 1 B 1 – размерные коэффициенты (табл. 6.1). 100 6. Определяется скорость волны прорыва (V, м/с) в створе объекта: V= A 2 / (B 2 + L) 0,5 где A 2 B 2 – размерные коэффициенты (табл. 6.1). 7. Определяют среднюю высоту затопления (h ср ,м). Высота затопления определяется как высота прямоугольника эквива- лентного по площади смоченному периметру затопления в створе объекта при максимальной высоте затапливаемого в этом створе участка местности: h ср = S п / b к где S – площадь прямоугольника, м 2 ; b – ширина реки в створе объекта, м. Для этого с использованием карты или других данных строится про- филь поперечного разреза местности и реки в створе объекта (рис. 6.2). Затем строится прямоугольник (рис. 6.3) с площадью (S n ), равной площади смоченного периметра (S riер ) затопления в створе объекта при максималь- ном затоплении (рис. 6.2, заштрихованная область) Рис. 6.2. Поперечный разрез реки и местности в створе объекта Рис. 6.4. Профиль шаблона русла реки 8. Определяют максимальную высоту затопления (h зат , м): h зат , = h – h м 9. Рассчитывают среднюю скорость потока воды по площадке за- топления (V ср ,м/с): V ср = V(h зат / h ср ) Рис. 6.3. Расчетный прямоугольник 101 10. Определяют время прихода к створу объекта гребня (t гp , ч) и фронта (t фp ,ч) волны прорыва (рис. 6.1). Величины t гp t фp определяются с использованием данных табл. 6.2. 11. Оценивают продолжительность затопления территории объекта 1(ч) после прихода волны прорыва в рассматриваемый створ: t = k (t гp – t фp ) ∙ (l–h м /h) , где k – коэффициент расчета времени (табл. 6.3). Алгоритм оценки воздействия волны прорыва на объекты Последовательность проведения такого анализа заключается в следу- ющем. Дается предварительная оценка возможных разрушений (поврежде- ний) основных блоков объекта. Используется табл. 6.4. Результаты оценки оформляются в виде таблицы: содержание левой части которой конкрети- зируется по блокам объекта, правой – по видам разрушений (легкие, средние и т. п.). Дается оценка ожидаемой степени разрушений (повреждений) блоков объекта. Используются предварительные данные по п.1 и табл. 6.5. При использовании табл. 6.4 значение скорости течения воды через территорию объекта (U з , м/с) вычисляется по зависимости U 3 = f ∙V, где V – скорость волны прорыва в створе объекта, м/с; f – коэффици- ент учета смещения площадки объекта от русла (табл. 6.6). Порядок выполнения работы 1. Внимательно изучить основные положения и методику выполне- ния расчета. 2. Выбрать вариант задания по табл. 6.7. 3. Выписать из таблицы исходные данные. Номер варианта соответ- ствует порядковому номеру студента в журнале. 4. Рассчитать параметры волны прорыва, используя исходные дан- ные своего варианта. 5. Сделать заключение о воздействии волны прорыва на объекты экономики. 6. Оформить отчет о выполнении работы в соответствии с требова- ниями к оформлению практических работ и защитить ее у преподавателя. 102 Таблица 6.1 Коэффициенты расчета параметров волны прорыва Относит, поран Вогн (без- размер.) Высота уровня воды в водохра- нилище Но.м Значения расчетных коэффициентов при гидравлическом уклоне водной поверхности i = 1 ∙ 10 -4 i = 5 ∙ 10 -4 i = 10 ∙ 10 -4 A 1 B 1 А 2 В 2 A 1 B 1 А 2 В 2 A 1 B 1 А 2 В 2 1,0 20 40 80 150 250 100 280 720 1880 4000 90 150 286 500 830 9 20 39 78 144 7 9 12 15 199 70 180 480 1240 2600 50 76 140 234 370 13 24 52 100 174 10 12 16 26 25 40 110 300 780 1650 18 30 60 106 168 16 32 62 116 208 21 24 29 34 40 0,5 20 40 80 150 250 128 340 844 2140 4520 204 332 588 1036 1978 11 19 34 62 100 11 14 17 23 27 92 224 544 1280 2600 104 167 293 514 830 13 23 43 79 130 23 25 31 38 46 56 124 320 940 1840 51 89 166 299 470 18 32 61 113 187 38 44 52 62 79 0,25 20 40 80 150 250 140 220 880 2420 4740 192 388 780 1450 2420 8 13 23 41 67 21 21 21 20 16 60 192 560 1360 2800 200 276 320 572 932 4 19 41 77 126 33 36 41 51 62 40 108 316 840 1688 38 74 146 172 452 15 30 61 114 196 43 50 65 89 116 Таблица 6.2 Время прихода в часах гребня (trp)n фронта(1фр) волны прорыва в рассматриваемый створ L, км Н о = 20, м Н о = 40, м Н о =80 i = 10 -3 i = 10 -4 i = 10 -3 i = 10 -4 i = 10 -3 i = 10 -4 t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр t фр t гр 5 0,2 1,8 0,2 1,2 0,1 2,0 0,1 1,2 0,1 0,1 0,1 1,1 10 0,6 4,0 0,6 2,4 0,3 3,0 0,3 2,0 0,1 0,4 0,2 1,7 20 1,6 7,0 2,0 5,0 1,0 6,0 1,0 4,0 0,4 1,0 0,5 3,0 40 5,0 14 4,0 10 3,0 10 2,0 7,0 1,0 2,0 1,2 5,0 80 13 30 11 21 8,0 21 6,0 14 3,0 4,0 3,0 9,0 150 33 62 27 43 16 40 15 23 6,0 9,0 7,0 17 200 160 230 113 161 95 140 70 98 25 32 035 59 Таблица 6.3 Коэффициент расчета времени затопления территории волной прорыва i∙L Н о Значение коэффициента при высоте плотины в долях от средней глубины реки в нижнем бьефе H 0 =10∙h o H 0 =2 0∙h o 0,05 15,5 18,0 0,1 14,0 16,0 0,2 12,5 14,0 0,4 11,0 12,0 0,8 9,5 10,8 1,6 8,3 9,9 3,0 9,9 9,6 5,0 7,6 9,3 103 Таблица 6.4 Характер разрушений объекта при воздействии волны прорыва Элементы инженерно- технического комплекса Параметры волны прорыва, вызывающие виды раз- рушений на объекте легкие слабые средние сильные h з а т , м U 3 , м/с h з а т , м U 3 , м/с h з а т , м U 3 , м/с h з а т , м U 3 , м/с Промышленные здания с легким металлическим каркасом 1,5 0,5 2,0 1,0 4,0 2,0 5,0 2,5 Промышленные здания бес- каркасные 3,5 0,5 2,0 1,0 4,0 2,0 5,0 2,5 Кирпичные административ- ные и вспомогательные зда- ния 1,5 0,5 2,0 1,0 3,0 1,5 4,0 2,0 Деревянные здания в 1 – 2 этажа 1,0 0,5 1,0 1,0 2,5 1,0 3,5 1,5 Сборные и легкие деревян- ные здания 1,5 0,5 2,0 1,0 2,5 1,5 3,5 1.5 Емкости, трубопроводы на опорах 1,0 0,5 1,0 1,0 2,0 2,0 4,0 4,0 Сооружения на подвижных опорах 1,5 0,5 2,5 1,0 2,5 1,5 3,5 2,5 Мосты, эстакады – – – – 0,5 1,0 1–2 1,5–2 Дороги с твердым покрыти- ем – – – – – – 1,0 1,8–2,5 Автомобильный и железно- дорожный транспорт – – – – 1,0 1–1,5 1,5 2,0 104 Таблица 6.5 Характеристика возможных разрушений и повреждений на промышленном объекте при затоплении волной прорыва Вид разрушений Возможное состояние сооружений и оборудования на промобъекте при затоплении Вид восстанови- тельных работ Легкие Размягчение грунта у основания и снижение проч- ности крепления оборудования на основании. За- носы производственных колодцев, туннелей, при- емников и т. д. Частичное повреждение при боров контроля, релейной защиты, автоматики. Залив контактов, аккумуляторных батарей, двигателей и др. Текущий ремонт (несколько суток) Слабые Подмыв фундаментов зданий, сооружений, ча- стичное проседание опор и оснований. Трещины и теплоизоляции. Перекосы, разбухание оконных и дверных проемов. Повреждение приборов, частич- но электропроводки. Перекос резервуаров, ограж- дения и др. Средний ремонт (несколько недель) Средние Перекос отдельных опор, деформация элементов ограждения, арматуры и т. д. Проседание некото- рых сооружений и агрегатов из-за сдвига фунда- мента и основания. Падение внутренних стен пере- городок. Разрушение обваловки емкостей. Повре- ждение изоляции кабельных линий, частичный о6рыв контактов, повреждение трубопроводов. Внутреннее замыкание обмоток трансформаторов. Разрушение приборов, средств связи и вычисли- тельной техники и др. Капитально- восстановительные работы (несколько месяцев) Сильные Повреждение и разрушение стенового ограждения, деформация перекрытий. Повреждение фундамен- тов, разрушение эстакад, галерей. Перекос колонн, баков, опор трубопроводов. Обрыв токопроводов, повреждение кабельных линий, подъездных путей. Падение отдельных опор. Серьезное повреждение автотракторной техники и железнодорожного транспорта. Опрокидывание некоторых резервуа- ров, коммутационных шкафов, ограждений и др. Капитально- восстановительные работы с привлече- нием строительных и спецремонтных организаций (от нескольких меся- цев до года) Таблица 6.6 Коэффициент смещения объекта от русла реки h зат /h М = 1,25 М = 2,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,6 0,72 0,6 0,76 0,96 0,8 0,92 1,18 1,0 1,12 1,32 Примечание.Параметр профиля поперечного сечения русла (М) определяется путем сравнения попереч- ного профиля русла с шаблоном (рис. 6.4) 105 Таблица 6.7 Варианты заданий к практической работе по теме «Определение параметров волны прорыва при гидродинамической аварии» № ва- рианта Тип плотины Дина плотины, м Глубина водохра- нилища,м Oбъем воды в водохра- нилище , тыс м 3 Высота нижнего бьефа, м Высота верхнего- бьефа, м 1 Бетон 100 20 10 10 40 2 Бетон 200 40 30 10 80 3 Бетон 400 60 20 20 50 4 Бетон 800 80 40 20 40 5 Бетон 300 100 60 15 60 6 Бетон 800 120 45 15 40 7 Бетон 800 150 200 20 60 8 Бетон 1000 180 300 30 70 9 Бетон 80 200 400 20 60 10 Смеш. 12 14 15 3 7 11 Смеш. 17 7 33 4 23 12 Смеш. 12 12 18 3 18 13 Смеш. 26 6 42 8 14 14 Смеш. 10 10 37 7 15 15 Смеш. 17 17 18 6 13 106 Практическая работа 7 Виды аварий на угольных разрезах Цель работы: знакомство с видами аварий на угольных разрезах. Теоретические положения Актуальность вопросов по предупреждению производственного травматизма и аварийности на угледобывающих предприятиях не сни- жается в течение длительного времени. Из сопоставления показателей производственного травматизма по Иркутской области с ведущими странами мира следует то, что в угольной промышленности бассейна относительный показатель количества травм на 1 миллион тонн добыва- емого угля существенно выше. По сравнению с США и Великобрита- нией показатель выше в 5–10 раз. Производственный травматизм нано- сит большой социальный ущерб, связанный с потерей трудоспособно- сти значительным количеством трудящихся, и экономический ущерб. Основные материальные потери включают: затраты по временной не- трудоспособности пострадавших; затраты, связанные с авариями, при которых происходят несчастные случаи и выходят из строя машины, оборудование, горные выработки; затраты, связанные с простоями про- изводственных мощностей и оборудования; экономические потери, объ- ясняемые потерей трудовых ресурсов. Безопасность труда на угледо- бывающих предприятиях зависит от профессиональной подготовки и личностных качеств рабочих и инженерно-технических работников, от соблюдения ими правил безопасного ведения горных работ, от своевре- менного прогнозирования соответствующими службами состояния гор- ных выработок и массивов пород и угля, от качества применяемых способов и средств техники безопасности. Исключительно важным яв- ляется устранение инженерных просчетов в вопросах безопасности тру- да на стадиях проектирования и эксплуатации объектов. На угольных разрезах, являющихся опасными производственными объектами, согласно ФЗ № 116 от 21 июля 1997 года проявляются ава- рии: разрушение зданий и сооружений, разрушение технических устройств, неконтролируемый взрыв, выброс опасных веществ. На стадии проектирования объектов угольного разреза устанавли- вают границы опасных зон, в которых могут проявляться аварии, и раз- рабатывают мероприятия по предупреждению аварий. Если на стадии эксплуатации возникает опасность проявления аварии, то горные рабо- ты осуществляют по специальному проекту, в котором предусмотрены мероприятия по промышленной безопасности. Границы опасных зон 107 обозначают на планах горных работ и на местности, где выставляют спе- циальные знаки. Все аварии можно разделить на два класса. Для аварий первого класса в качестве управляемых параметров, которые определяют усло- вия формирования и предотвращения конкретной аварии, определяют значение какого-либо параметра природных или горнотехнических усло- вий, от которого зависит проявление данной аварии. Значение этого па- раметра обычно указано в Правилах безопасности или техническом до- кументе. Например, в качестве параметра, определяющего условия формирования обрушения пород из рабочего уступа на угольном разре- зе, принимают высоту рабочего уступа. Согласно Правилам безопасности высота рабочего уступа не должна превышать высоту черпания экска- ватора. Для аварий второго класса значения управляемых параметров определяют в специально разработанных математических моделях формирования и предотвращения каждой конкретной аварии. Отсут- ствие контроля значений управляемых параметров приводит к проявле- нию аварий. Обычно авария состоит из ряда последовательно проявля- ющихся нескольких опасных производственных факторов. В качестве примера ниже приведены данные по аварии на шахте « Тайжина» ПО « Южкузбассуголь». Авария произошла в апреле 2004 года в лаве по пласту Е5 на глубине 650 м. Мощность пласта 3,2 м, нагрузка на лаву 4000 тонн в сутки. Отход лавы от разрезной печи 746 м. В основной кров- ле пласта залегает слой песчаника, мощность которого на начало работы лавы равна 7 м. На момент аварии мощность слоя песчаника увеличи- лась до 20 м. Непосредственная кровля – слоистый алевролит мощно- стью 12 м. Лава оборудована механизированным комплексом фирмы «Глинник». Последовательность развития аварий можно описать следую- щими этапами. 1 этап. Произошло обрушение основной кровли на большой пло- щади. Перерасчета шага обрушения основной кровли при увеличении ее мощности не проведено. Обрушение основной кровли произошло с заколом кровли вдоль забоя лавы. По заколу кровля пласта опустилась, крепь лавы просела на 0,3–0,5 м и наклонилась на забой. При этом дина- мическом ударе на крепь лавы произошел воздушный удар, что свиде- тельствует о вытеснении из выработанного пространства большого ко- личества воздуха. При воздушном ударе из выработанного простран- ства в лаву и прилегающие выработки выбросило метан, концентрация которого составила 8 %. Воздушный удар проявился в виде «хлопка» и движения воздушной волны, которая подняла отложившуюся пыль во взвешенное состояние. 2 этап. При динамическом и воздушном ударах на сопряжении конвейерного штрека и вентиляционной печи обрушилась кровля гор- 108 ной выработки. Сопряжение находилось впереди лавы на 80 м. Сопря- жение закреплено анкерной крепью. Длина анкеров 2,4 м. Обрушившей- ся породой нарушена изоляция кабеля под напряжением. 3 этап. Нарушение изоляции кабеля вызвало его короткое замы- кание. Произошел взрыв метана с участием во взрыве угольной пыли. В прилегающих выработках и по ходу исходящей струи воздуха погибли люди. Наблюдался сначала « хлопок» и с некоторой задержкой признаки взрыва. Официальными причинами аварии определены: – обрушение основной кровли мощностью до 20 м на большой площади; – выброс метана из выработанного пространства при воздушном ударе; – обрушение кровли на сопряжении конвейерного штрека и венти- ляционной печи в 80 м впереди лавы; – взрывоопасная концентрация метана и угольной пыли; – повреждение изоляции кабеля. Ниже приведены виды аварий для угольных разрезов по груп- пам, выделенным в федеральном законе « О промышленной безопасно- сти опасных производственных объектов». Аварии, связанные с разрушением зданий на промплощадке и со- оружений в пределах горного отвода, приведены в табл. 7.1. |