Розробка методу і технічних засобів забезпечення безпеки людей при пожежах у метрополітені

Методи дослідження. У роботі використано комплексний метод досліджень, що включає в себе: аналіз і узагальнення науково-технічних досягнень в області вентиляційних і теплових розрахунків при пожежах у промислових спорудах; математичне моделювання з використанням основних законів термодинаміки, тепломасопереносу й аерології; імітаційне моделювання процесів розподілу компонентів газового середовища і теплоти на ділянках підземних споруд метрополітену з примусовою вентиляцією (примусовою конвекцією) і вентиляцією, обумовленою тепловими джерелами тяги (вільна конвекція) ; метод експертних оцінок; експериментальні дослідження факторів, що визначають теплову і газову обстановку в аварійному об'єкті, застосування методів математичної статистики для перевірки достовірності отриманих результатів.

Основні наукові положення, що виносяться на захист, їхня новизна:

Розкрито механізм формування перехідних процесів при пожежі в метрополітені за рахунок примусової і вільної конвекції з урахуванням теплового опору і депресії інерційних сил, який полягає в зміні величини і спрямованості вентиляційних потоків. Встановлено, що період стабілізації повітряного потоку при пожежі становить не менше 600 с, що співрозмірно з тривалістю виведення пасажирів із ЗУП. Встановлено також наявність сплеску вмісту токсичних компонентів у початковий період стабілізації повітряного потоку через те, що у вогнище пожежі повертаються продукти горіння.

Розкрито умови переносу теплоти і токсичних компонентів у газоповітряному середовищі при горінні рухомого складу в тунелі метрополітену, що полягають у формуванні зони ураження пожежею за температурним і токсичним факторами. При цьому встановлено залежність параметрів зони ураження пожежею від теплової потужності пожежі, місця розташування палаючого потягу, теплофізичних параметрів тунелю й аеродинамічних параметрів вентиляційної мережі. Встановлено, що після припинення пожежі виникає високотемпературна теплова хвиля. Також встановлено, що дальність і тривалість поширення токсичних компонентів може перевищувати ці показники для для теплового потоку поширення.

Експериментально встановлено можливість порушення вентиляційного режиму, застосованого при пожежі в метрополітені, унаслідок дестабілізуючої дії вільної тяги, теплової депресії пожежі, вітрового напору, конвективних потоків і т. ін. Визначено, що забезпечити стійке провітрювання перегінних тунелів метрополітену під час пожежі можливо, якщо в аварійному режимі швидкість руху повітря у тунелі становитиме 1, 5-2, 0 м/с і більше.

Виявлено умови низької ефективності діючих аварійних вентиляційних режимів, що полягають у непогодженості роботи вентиляційних установок, які в одних випадках спрямовують повітряні потоки назустріч один одному, а в інших – працюють на «розрив» повітряного потоку, і великої тривалості перехідних аеродинамічних режимів (2-3 години) унаслідок недостатності сил, прикладених до повітряних потоків і подолання інерційних сил. При цьому встановлено, що при пожежі в перегінному тунелі метрополітену показник стійкості вентиляційного потоку прямо пропорційний, а тривалість перехідних аеродинамічних процесів – обернено пропорційна до квадрата швидкості руху повітря.

Обґрунтовано принцип забезпечення безпеки людей при гасінні пожеж у метрополітені, що базується на комплексному використанні параметрів зони ураження пожежею, аварійних вентиляційних режимів, технічних засобів регулювання вентиляційної системи, засобів захисту органів дихання, а також технічних рішень, спрямованих на зменшення зони ураження пожежею (автомобіль АПП-2, радіоспостереження і контроль за протипожежним захистом об'єкта, геоінформаційні технології в системах оперативно-диспетчерського керування).

Наукова новизна отриманих результатів полягає в розкритті закономірностей розвитку пожеж у метрополітені при горінні рухомого складу, обґрунтуванні параметрів зони ураження пожежею, встановленні причин низької ефективності існуючих аварійних вентиляційних режимів і створенні комплексного методу забезпечення безпеки людей під час ліквідації пожеж у метрополітені.

Практична цінність отриманих результатів. Створена комп'ютерна модель динаміки ЗУП на пожежонебезпечному об'єкті дозволяє здійснювати науково обґрунтований оперативний вибір маршрутів евакуації людей, засобів захисту і способів ліквідації пожежі. Її використання в сукупності з розробленими технічними засобами сприяє підвищенню якості прийнятих рішень у складних умовах, скороченню тривалості гасіння пожежі і зниженню матеріальних збитків, забезпечує підвищення рівня безпеки людей.

Реалізація висновків і результатів роботи здійснена шляхом їхнього використання підрозділами Державної пожежної охорони під час ліквідації наслідків аварій у підземних спорудах метрополітену.

Особистий внесок автора. Особистий внесок автора в одержанні наукових результатів, викладених у дисертації і відображених у наукових працях, полягає в експериментальному визначенні параметрів розвитку ЗУП; у розробленні математичної і комп'ютерної моделей динаміки її розвитку в залежності від потужності теплових і газових джерел, з урахуванням вентиляційних параметрів аварійного об'єкта; у створенні методики комп'ютерного моделювання ЗУП у вентиляційній мережі метрополітену та в розробленні методу і технічних засобів забезпечення безпеки людей під час ліквідації пожежі в метрополітені.

Апробація роботи. Основні результати окремих розділів і роботи в цілому повідомлено на Міжнародній науково-практичній конференції “Крупные пожары: предупреждение и тушение” (ВНДІПО МВС Росії, м. Москва, 30-31 жовтня 2001 р.), Міжнародній науково-практичній конференції “Пожежна безпека – 2001” (Львівський інститут пожежної безпеки МВС України, м. Львів, 20-22 листопада 2001 р.), на засіданні науково-технічної ради Українського НДІ пожежної безпеки МВС України, на науково-технічних семінарах науково-дослідного центру проблем пожежогасіння і рятівних робіт УкрНДІПБ МВС України.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових праць, з яких 7 статей, що вийшли у виданнях, включених у перелік ВАК України, і 2 тези доповідей на конференціях.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів і загальних висновків, містить 212 сторінок друкованого тексту, 27 таблиць, 40 ілюстрацій і 2 додатків, список використаних джерел з