Оптимизация аэрогазодинамических режимов угольных шахт

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Н. О. КАЛЕДИНА
Оптимизация аэрогазодинамических режимов угольных шахт
Метан, в значительных объемах выделяющийся из угольных пластов при их разработке, играет неоднозначную роль. С одной стороны, он представляет собой производственную опасность (вследствие взрывоопасности в смеси с воздухом) и экологическую вредность (как один из газов, вызывающих «парниковый эффект»). С другой стороны, этот газ сам относится к ценным энергетическим и химическим ресурсам. Поэтому при ведении горных работ целесообразным является улавливание, отведение и использование метана в целях осуществления рационального природопользования. Другими словами, работу вентиляционной и дегазационной систем следует организовать так, чтобы безопасные по газовому фактору параметры рудничной атмосферы сочетались бы с максимально возможным извлечением газа, пригодного для промышленного использования.
Функционирование шахтных вентиляционных и дегазационных систем можно отразить в многоуровневой иерархической модели шахты [1,2] в виде совокупности газовоздушных потоков, транспортируемых по вентиляционно-дегазационной сети. Стремление обеспечить максимально возможное удаление метана методами дегазации, позволяющими использовать извлекаемый метан, можно выразить целевой функцией, отражающей максимизацию коэффициента дегазации на каждом уровне технологической иерархии:
шах
(1)
где 1д. и 1в1 — суммарный поток (дебит) метана в элементах соответственно дегазационной и вентиляционной сети, обслужи-
вающих г-ыи уровень технологической иерархии шахты.
Суммарные дебиты метана в элементах дегазационной и вентиляционной сетей I-го уровня иерархии формируются из дебитов метана в дегазационных трубопроводах и дебитов метана в горных выработках с исходящей вентиляционной струей, обслуживающих технологические элементы шахты /-го уровня. Такая запись отражает приоритет целей ресурсосбережения и защиты атмосферы. Однако, в знаменателе данного выражения суммируются потоки, не эквивалентные по своему энергетическому качеству. Качество энергетических ресурсов определяется величиной полезной работы, которую может совершить данный поток. Поэтому качество энергии в потоках вентиляционной и дегазационной сетей существенно различно: энергетическая ценность газовоздушной смеси в дегазационных трубопроводах значительно выше, чем в исходящих вентиляционных струях за счет более высоких концентраций метана.
С учетом этого более правомерным критерием оценки эффективности совместного функционирования шахтной вентиляции и дегазации представляется отношение потоков, удаляемых тем и другим способом:
'ді
шах
(2)
Формально значения (1) и (2) равнозначны, но с энергетической точки зрения второй критерий более показателен, поскольку выражает соотношение потоков разного энергетического качества.
Этот показатель отражает приоритетность потока более высокого качества любого элемента шахты на каждом уровне иерархии.
Предлагаемый критерий является, таким образом, универсальным, с точки зрения управления газовыделением, поскольку отражает эффективность как вентиляции, так и дегазации, и их соотношение. Максимизация этого критерия по сути отражает стремление сохранить на всех уровнях иерархии высокое энергетическое качество метана, выделяющегося при добыче угля.
Каждый уровень технологической иерархии шахты в рассматриваемой модели представлен всей совокупностью горных выработок, обслуживающих элементы данного уровня. Следовательно, выражая потоки газа через его концентрацию, получим следующую запись для каждого уровня иерархии:
2---------& gt- тах
2с& lt-/6у (3)
Требования Правил безопасности (ПБ) относительно допустимых концентраций метана в каждой выработке можно выразить следующим образом
С, & lt- С*а (4)
где г — уровень иерархии технологи-
ческой схемы шахты-
/ - индекс звена (горной выра-
ботки), обслуживающего технологический элемент го уровня иерархии-
С-, С{* - содержание метана соответственно в характерной точке вентиляционной сети и допустимое по ПБ для данной точки /-го звена г'--го уровня уерархии-
Сду — содержание метана в харак-
терной точке /-го элемента дегазационной сети г'--го уровня-
?(/ - Расх°Д воздуха в /-ой выра-
ботке г-го уровня-
{2ду — дебит газовоздушной смеси в
/-ом элементе дегазационной сети на г-ом уровне иерархии.
Подобная постановка задачи оптимизации соотношения режимов проветривания и дегазации для угольных шахт обладает следующими достоинствами.
Во-первых, она позволяет целенаправленно организовать извлечение метана путем упорядочения и согласования всех элементов дегазационной и вентиляционной систем по уровням технологической иерархии на базе однотипных критериев (2). Это обеспечивает максимизацию рационального освоения метана, выделяющегося из угленосной толщи, в целом, по шахте: чем выше значения критериев на нижележащих уровнях, тем более высокое значение принимают они на вышележащих.
Во-вторых, поуровневая систематизация вентиляционно-дегазационных режимов обеспечивает методическую однотипность решения задач их оперативного контроля.
В-третьих, появляется возможность использования единой стратегии управления газовыделением совместно средствами вентиляции и дегазации, которая способна на базе газового мониторинга шахты обеспечить наиболее рациональное освоение шахтного метана при соблюдении всех ограничений, накладываемых ПБ.
Рассмотренный подход к оптимизации аэрогазодинамических режимов шахт позволяет упорядочить имеющийся практический опыт управления газовыделением и полученные научные результаты в виде установленных закономерностей взаимодействия режимов вентиляции и дегазации
[3], целенаправленно использовать их для последовательного устойчивого совершенствования вентиляции и дегазации шахт с учетом экологического аспекта функционирования этих систем.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой