Метод пульсирующей вентиляции для дезинтеграции скоплений метана в горных выработках угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

явиться ведение предварительной дегазации угольных пластов на высокопроизводительных очистных участках.

Применение комплекса существующих способов и средств снижения концентрации метана в горных выработках позволит повысить безопасность ведения горных работ и в конечном итоге увеличить нагрузку на очистные забои.

---------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Забурдяев В.С. Способы извлечения метана на шахтах России // Безопасность труда в промышленности. - 2005. - № 9. - С. 45 - 49.

2. Методические основы проектирования дегазации на действующих и ликвидируемых шахтах/ B.C. Забурдяев, А.Д. Рубан, ПС. Забурдяев и др. — М.: ННЦ ГП-ИГД им. А.А. Скочинского, 2002. — 316 с

3. Рубан А.Д., Забурдяев B.C. Проблемы безопасной разработки высокогазоносных угольных месторождений // Геотехнологические проблемы комплексного освоения недр. ИГД УрО РАН. — Вып. 2 (92). — Екатеринбург, 2004. — С. 86-98.

4. Руководство по дегазации угольных шахт России // ННЦ ГП-ИГД им А.А. Скочинского. Люберцы, 2002. - 216 .

і— Коротко об авторах

Подображин Александр Сергеевич - студент, Московский государственный горный университет.

-А

^--------

-------------- © А.Э. Филин, 2006

УДК 622.82; 622.411.3

МЕТОД ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ДЛЯ ДЕЗИНТЕГРАЦИИ СКОПЛЕНИЙ МЕТАНА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

^проветривание горных выработок газообильных

I I угольных шахт является задачей, при которой возникают проблемы обеспечения необходимым количеством воздуха в исходящих выработках, рабочей зоне очистного забоя и т.д. Потребность в повышенном расходе воздуха на таких участках вызвана свойствами метана формировать опасные скопления при определенных параметрах воздушной струи и пространственных особенностей расположения горных выработок - наклонное залегание, высокие показатели аэродинамического сопротивления, удаленность от вентиляционных стволов и т.п. Наиболее известным и распространенным методом является увеличение скорости движения воздуха в выработках, где наблюдаются формирование скоплений метана, при этом расход воздуха может в разы превышать оптимальный расход, что приводит к ухудшению экономических и технологических показателей предприятия.

Увеличение расхода воздуха в нескольких ветвях, имеющих значительную протяженность, является в целом ущербным методом для общешахтной вентиляционной сети, так как далеко не всегда вся ветвь подвержена процессу формирования скоплений метана в ней. Как правило, только некоторые участки ветви имеют такую тенденцию. Однако современное положение дел по дезинтеграции скоплений метана в таких ветвях показывает, что увеличенный расход работает на всю ветвь, и на всей ветви идут энергетические потери воздушной струи.

Такое состояние вызывает необходимость поиска новых концептуальных подходов. Творческим коллективом МГГУ на кафедре Аэрологии и охраны труда предлагается один из таких методов, при котором основная идея заключается в местном увеличение энергетических параметров воздушной

струи только на участках, где возможно формирование скоплений метана. Такое воздействие возможно посредством различных технических устройств.

Техническое устройство, позволяющее изменять свойства воздушной струи, должно на некотором заданном участке горной выработки по своей сути увеличивать перемешивающие свойства, в том числе и за счет увеличения скорости потока воздуха. Применение обычного вентилятора (вентилятора - турбулизатора), как показал опыт, имеет ограниченное по протяженности воздействие на воздушный поток.

Ранее в исследованиях под руководством профессора Ушакова К.З., ученых ВостНИИ [1, 2, 3] были определены оптимальные параметры применения устройств, типа Пульсатор - частота пульсаций 7 с-1, максимальный радиус воздействия действия до 300-320 м, радиус наиболее эффективного воздействия 100 м, работа установки разрешена при концентрации метана в воздушной струе при значениях, разрешенных Правилами безопасности.

Поскольку формирование скоплений метана связано с его всплывающими свойствами и описывается критерием Аг

- т.е. через отношение подъемной силы, обусловленной различием плотностей тяжелой и легкой фаз, и сил молекулярного трения в потоке с учетом геометрических размеров воздушного потока - то решение задачи сводится к решению уравнения для определения дополнительного расхода от технического устройства (пульсатора) Qр, исходя из факторов, относящихся к данному виду критерия подобия и уравнение в общем виде имеет вид:

Анализ данного уравнения показывает, что процесс вентиляции горных выработок газообильных шахт в первую очередь зависит от таких параметров, как расход воздуха в горной выработке Ов, концентрация метана св в воздушной струе, а также расход Оск и концентрация метана в скоплении метана сск. Следовательно, частное определение дополнительного расхода от пульсатора Ор при различных сечениях горной выработки dг является функцией от этих показателей:

Qр = f (Qв, ЛQ, св, сск¡, ск, dг),

(1)

Qр = f (Qв, св, ССК}, dг),

(2)

Рассмотрим вентиляцию горных выработок, как мгновенный или незначительный по времени процесс газопереноса метана от стенок выработки по всему сечению воздушной струи. В этом случае расход метановоздушной смеси при взаимодействии со скоплением метана Qобщ определяется из выражения:

При этом расход чистого метана Qм на данном участке за единицу времени определяется с учетом условий, когда концентрация метана в воздушной среде не равна 0 %, а в скоплении не равна 100 %, из выражения:

Отношение расхода метана в скоплениях к расходу метановоздушной смеси является концентрацией метана в конце участка ск, где процессы газопереноса уже произошли:

Если принять, что на локальных участках горных выработок значение концентрации в конце участка ск должно стремиться к значению концентрации в начале участка св - как гарантия безопасного условия ведения горных работ по газовому фактору - по всему сечению горной выработки, то выражение (4) и является таким условием расхода воздуха с

св = ^ 1 Qо6щ ~ск, (6)

Учитывая, что расход воздуха при современных методах борьбы со скоплениями метана является нерациональным, т.е. избыточным, то из выражения (5) получаем данный расход метановоздушной смеси Q06Щ,

где ЛQ - величина избыточного расхода метановоздушной смеси, формирующая заданную скорость потока, для получения необходимых параметров газопереноса в горной выработке.

Если предположить, что энергия дополнительного расхода воздуха ЕAQ при естественном распределении в системе общешахтной вентиляционной сети будет направлена на формирование только процесса газопереноса относительно плоскости сечения горной выработки, то механизм пульси-

(3)

(4)

(5)

(7)

рующего режима вентиляции с расходом метановоздушной смеси Qn, формируемый посредством установки «Пульсатор», и позволяющий за короткий промежуток времени выровнять концентрацию метана в воздушной струе и скоплении метана до значения « ск является «скоростным» (энергетическим) эквивалентом этого дополнительного расхода EQn.

Отсюда энергия расхода метановоздушной смеси подаваемого пульсатором Qn является тождественной энергии дополнительного расхода воздуха при распределении в системе общешахтной вентиляционной сети на данном участке или ветви AQ, т.е.:

EQn = EAQ, (8)

Для количественной оценки параметров AQ и Qn была сформирована и использована матрица полного факторного опытно-промышленного эксперимента по исследованию пульсирующей вентиляции с помощью установки «Пульсатор П1», как прототипа установки П2. В матрице были заложены такие параметры работы установки, как расход воздуха пульсатора, частота импульсов, время работы, размещение относительно исследуемых скоплений метана; параметры выработки

- ее сечение, гидравлический диаметр; параметры метановоздушной смеси - концентрация метана в начале участка воздействия и его конце, концентрация метана в скоплении метана и динамика изменения их концентрации при работе установки, скорость движения воздуха по выработке, расход воздуха, статическое давление в месте установки и в месте скопления метана, разность статических давлений, температура. Применив статистическую обработку данных параметров для получения многофакторной регрессии процесса газопереноса, при пульсирующем режиме вентиляции была, получено следующее уравнение для определения необходимого расхода метановоздушной смеси пульсатора:

Qn = 0,504*Qe'0,888*св0,042 *СсК-°’016*0г,0’981, (9)

и избыточного расхода воздуха системой общешахтного распределения метановоздушной смеси

AQ = - 2,426*Qe1015* св-0’049 *Сск ’004■ (10)

Используя выражения 9 и 10, получаем необходимые параметры режима вентиляции при пульсирующем режиме в конкретном случае.

Рассмотрим пример расчета необходимого (минимального) расхода воздуха пульсатора П2 для дезинтеграции скоплений метана в газообильной горной выработке угольной шахте с заданными параметрами при помощи пульсирующего режима вентиляции.

Предположим, что в горной выработке с диаметром «3 м, т.е. сечением -7,1 м2 поступает воздух с расходом 10 м31с и концентрацией метана в нем 0,2 % (0,002 дол. ед.). Крепь арочная - условно принимаем, что сечение выработки близко к сечению трубы и может быть определено как площадь круга. Содержание метана в местном скоплении составляет 23 %

Гидравлический диаметр выработки тогда равен: бг, = 4*7,1 м2 1(2*3,14*1,5) м = 28,419,4 = 3,01 м

Подставив все исходные данные в выражение (9) получим необходимый минимальный расход воздуха пульсатором Qп для эффективной дезинтеграции скопления метана на данном участке:

Qп = 0,504*10 -°888*0,002 °’042 *0,23-0,016*3,01°981= 0,15 м3/с.

Задав полученный расход воздуха пульсатором П2 данное скопление метана будет дезинтегрировано в пределах 810 мин и его дальнейшее формирование будет предупреждено при постоянной работе установки.

Снижение естественного расхода воздуха ЛQ в системе общешахтной вентиляции для данной ветви получаем из выражения (10):

ЛQ = - 2,426*10 1,015* 0,002-°°49 *0,23°,°°4 = 3,12 м3/с

Что дает экономию порядка 30 % от общего расхода воздуха в данной ветви.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. Москва: Издательство МГГУ 2004 г. (420-472 сс)

2. Отчет по НИР «Разработка способа и создание средств пульсирующей вентиляции газообильных горных выработок» Москва: каф. АОТ

2002 г.

3. Отчет по НИР «Разработка способа и создание средств пульсирующей вентиляции газообильных горных выработок» Москва: каф. АОТ

2003 г.

|— Коротко об авторах------------------------------------------

Филин Александр Эдуардович - Московский государственный горный университет.

^-------------------------------------© м.в. шинкевич, н.ю. Назаров,

2006

УДК 622.371

М.В. Шинкевич, Н.Ю. Назаров

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕГАЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПЛАСТА

Наблюдающийся в настоящий период рост добычи угля в Кузнецком угольном бассейне сопровождается выраженной тенденцией роста производительности выемочных участков, особенно при разработке пологих пластов комплексно-механизированными забоями. Однако отработка многих лав ведется с существенно ограниченной по газовому фактору производительностью. Эти обстоятельства заставляют признать, что наиболее распространенная в Кузбассе комбинированная схема проветривания [1] комплексномеханизированного вые-мочного участка, основанная на разжижении меньшей части выделяющегося метана вентиляционной струей и оттеснении от забоя с последующим изолированным отводом большей составляющей газового баланса, требует преобразования в комплексную схему.

В 60-80-х годах проф. А.А. Мясниковым для рассматриваемых условий было предложено комплексное управление газовыделением на выемочном участке, частным случаем ко-