Аэродинамический способ торможения окислительных процессов в выработанных пространствах угольных шахт

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

© М. К. Лукин, Ю. М. Говорухин, 2013
УДК 622. 411. 33
М. К. Лукин, Ю.М. Говорухин
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ТОРМОЖЕНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
Затронута проблема окислительных процессов, которые могут возникнуть среди обрушенных и разрыхленных пород. Подземные эндогенные пожары — сложный вид аварий. С процессами самовозгорания потерь угля в выработанном пространстве связан ряд крупных техногенных аварий. Для прогноза зон с опасными аэродинамическими режимами системы «уголь-воздух» разработан метод оценки параметров воздухораспределения в выработанном пространстве пологих пластов средней мощности Кузбасса.
Ключевые слова: угольная шахта, аэродинамические режимы, программный комплекс «Геомеханика», окислительный процесс.
Сложенные из обрушенных и разрыхленных пород кровли, выработанные пространства представляют собой среды с высокой аэродинамической проницаемостью, которая, по сравнению с нетронутым массивом, больше на 2 — 4 порядка. Величина проницаемости зависит как от горно-геологических, так и горнотехнических факторов [1]. Аэродинамические сопротивления определяют направления и объёмы неконтролируемых потоков воздуха в обрушенной породной среде, содержащей значительное количество угля в виде потерь. При определённых условиях и свойствах угля могут начаться окислительные процессы и в дальнейшем произойти самовозгорание. Подземные эндогенные пожары — сложный вид аварий. Они же являются источниками воспламенения метановоздушной смеси, что приводит к взрывам, как в самом выработанном пространстве, так и в примыкающих к нему горных выработках. Последнее сопряжено с тяжкими последствиями.
С процессами самовозгорания потерь угля в выработанном пространстве связан ряд крупных техногенных аварий, произошедших на шахтах Кузбасса. В январе 2010 года на ОАО «Шахта «Распадская» ОАО «Рас-падская угольная компания» в выработанном пространстве произошло самовозгорание угля, что явилось причиной взрыва метановоздушной смеси с разрушением вентиляционных сооружений. В 2006 году в филиале «Шахта «Кушеяковская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь» в результате попадания молнии в дегазационную установку и распространения пламени в выработанное пространство в нём произошёл взрыв метана и самовозгорание угля [2, 3].
Для прогноза зон с опасными аэродинамическими режимами системы «уголь-воздух» разработан метод оценки параметров воздухораспреде-ления в выработанном пространстве пологих пластов средней мощности шахт Кузбасса. Он может быть использован на практике для сравнения и принятия технологических решений,
св и
Н О
л —
О

о к
ЕГ О
3 си
со ее К
К & amp-
Я
270 240 210 1804 150 1 209 060 300-
0
40
-I-1−1-1−1-1−1-1-^г-
80 120 160 200 240 280 320 360 400
840 820 800 780 760 740 720 700 680 660 640
К Е-
и
0 Й (и
СЙ
Я Я
1 О
о.
я
И
я
и
я я
я
-е-•е-
со
620 ^ 600
Длина выработанного пространства, м Рис. 1. Изолинии коэффициента проницаемости пород в выработанном пространстве условного выемочного участка (0,3 м от почвы пласта): 1 — очистной забой- 2 — пространство за секциями механизированной крепи- 3 — сохранённая часть вентиляционного штрека- 4 — погашенная часть конвейерного штрека- 5 — монтажная камера- 6 -направление подвигания очистного забоя
50 100 150 200 250 300 350
I
0. 0054
0. 005
0. 0046
0. 0042
0. 0038
0. 0034
0. 003
0. 0026
0. 0022
0. 0018
0. 0014
0. 001
0. 0006
0. 0002
Я
я я
сч Л н -а
и я
•(c)н
л н о о
& amp-Ч
о «
О
Длина выработанного пространства, м Рис. 2. Изолинии скорости фильтрации воздуха в выработанном пространстве для комбинированной схемы проветривания при одноштрековой подготовке выемочного столба: 1 — очистной забой- 2 — пространство за секциями механизированной крепи- 3 — сохранённая часть вентиляционного штрека- 4 — погашенная часть конвейерного штрека- 5 — монтажная камера- 6 — направление подвигания очистного забоя- 7 — область выработанного пространства с большими потерями угля (рисунок 3 а)
Длина выработанного пространства, м
Рис. 3. Изолинии скорости фильтрации воздуха в выработанном пространстве для комбинированной схемы проветривания при многоштрековой подготовке выемочного столба: 1 — очистной забой- 2 — пространство за секциями механизированной крепи- 3 — монтажная камера- 4 — фланговая газодренажная выработка- 5 — сохранённая часть вентиляционного штрека- 6 — параллельный штрек- 7 — погашенная часть конвейерного штрека- 8 — направление подвигания очистного забоя- 9 — область выработанного пространства с большими потерями угля (рис. 3, б)
Рис. 4. Изолинии скорости фильтрации (м/с) в области выработанного пространства с большими потерями угля (дизъюнктивное нарушение) для комбинированной схемы проветривания: а — при одноштрековой подготовке- б — при многоштрековой подготовке
позволяющих снизить скорости фильтрации в обрушенной среде на участках с большими потерями угля и, таким образом, исключить опасные зоны.
Для реализации данного метода использованы:
— программный комплекс «Геомеханика» [4−6] для описания геомеханических процессов в углепородном массиве по мере отработки выемочного столба. Разработан программный модуль «Аэродинамика» на выхо-
де из которого получены коэффициенты проницаемости и макрошероховатости-
— офисная программа ОрепО! fice. org Са1с для расчёта скорости фильтрации воздуха в выработанном пространстве.
На рис. 1 приведены полученные в комплексе «Геомеханика» изолинии коэффициента проницаемости уплотнённых горных пород в выработанном пространстве условного выемочного участка. Расстояние между изолиниями отражает динамику подвига-ния очистного забоя в течение отработки выемочного столба.
Одним из факторов, обуславливающих развитие процессов окисления угля в выработанных пространствах, является доступ воздуха к местам концентрированных потерь. По данным исследований, проведённых в МГГУ [1], пожароопасные скорости фильтрации находятся в пределах
1 • 10−5 — 1−10−3 м/с. По данным НЦ ВостНИИ [7, 8], пожароопасными являются утечки воздуха от 0,1 до 0,9 м3/(мин-м2), при этом наиболее благоприятные условия процесса окисления создаются при притоке воздуха от 0,3
до 0,6 м3/(мин-м2). Пожароопасные значения фильтрационных скоростей зависят от ряда факторов и должны определяться с учётом конкретных горно-геологических условий.
В OpenOffice. org Са1с рассчитаны значения скоростей фильтрации в выработанном пространстве для комбинированной схемы проветривания условного выемочного участка:
— при одноштрековой подготовке выемочного столба (рис. 2, 4, а) —
— при многоштрековой подготовке выемочного столба (рис. 3, 4, б).
Как видно из рис. 2−4, скорости фильтрации в выработанном пространстве в области концентрированных потерь угля (дизъюнктивное нарушение) могут быть снижены при использовании различных горнотехнических решений. Таким образом, применение разработанного метода оценки параметров воздухораспре-деления при проектировании выемочных участков на пологих пластах позволяет прогнозировать фильтрационные потоки в обрушенной породной среде в целях снижения скорости окислительных процессов.
1. Пучков Л. А. Аэродинамика подземных выработанных пространств / Л. А. Пучков. — М.: МГГУ, 1993. — 266 с.
2. Акт технического расследования причин аварии, произошедшей 20 июля 2006 года в филиале «шахта «Кушеяковская» ОАО «ОУК «Южкузбассуголь».
3. Вишняков М. А. Разработка методики прогноза параметров метановыделения при неравномерном движении очистного забоя угольных шахт Кузбасса / М. А. Вишняков, В. В. Мячин // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов, под общей ред. В. Н. Фрянова. -
— СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Новокузнецк: Сиб. гос. индустр. ун-т, 2010. — С. 379 — 388
4. Программа подготовки данных для проведения расчётов геомеханических параметров угольных шахт методом конечных элементов / В. Н. Фрянов, Ю. А. Степанов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 000 610 937- Заявка № 2 000 610 798 от 24. 06. 2000. Зарегистр. 21. 09. 2000. -М: Роспатент, 2000.
5. Имитационное моделирование работы механизированной крепи КМ138И в очистном забое угольной шахты / А. В. Степанов,
В. Н. Фрянов, Ю. А. Степанов / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 000 610 940. — М: Роспатент, 2000.
6. Программа расчёта геомеханических параметров для исследования взаимодействия секции механизированной крепи с углепородным массивом / А. В. Степанов, В. Н. Фрянов, Ю. А. Степанов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 001 610 645- Заявка № 2 001 610 402 от 02. 04. 2001. За-
регистр. 31. 05. 2001. — М: Роспатент, 2001.
7. Аэродинамический режим выработанных пространств при разработке угольных пластов длинными столбами по простиранию / А. А. Мясников [и др.]. — М.: ЦНИЭИ Уголь, 1972. — 18 с.
8. Линденау Н. И. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах / Н. И. Линденау, В.М. Ма-евская, В. Ф. Крылов. — М.: Недра, 1977. — 320 с. ГГШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ —
Лукин Михаил Константинович- аспирант, mihael. lukin@gmail. com, Московский государственный горный университет, Говорухин Юрий Михайлович- старший преподаватель, Сибирский государственный индустриальный университет, rector@sibsiu. ru
д
ГОРНАЯ КНИГА —
Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород
Ю. О. Кузьмин, B.C. Жуков 2012 год 264 с.
ISBN: 978−5-98 672−327−3
UDK: 551. 24: 551. 243:550. 342: 553:. 98:622. 1:622. 83
Обосновано существование нового класса современных геодинамических процессов в зонах разломов — параметрически индуцированных суперинтенсивных деформаций (СД) земной поверхности. Показано, что наличие СД-процессов в платформенных, асейсмичных регионах диктует необходимость перехода от понятия «активный разлом» к понятию «опасный разлом» и радикальной коррекции нормативов, регламентирующих эколого-промышленную безопасность. Впервые проведено лабораторное моделирование деформационных процессов в условиях искусственно созданного «геодинамического полигона» на образцах горных пород. Получена уникальная информация о динамике физических свойств горных пород в условиях длительно действующих (порядка 1 года) квазистатических нагрузок. Осуществлены эксперименты, имитирующие процесс разработки месторождений нефти или газа.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой