CC BY
7
© И.В. Курта, Г.И. Коршунов, С.М. Скударнов, С.В. Ковшов, 2012
УДК 622.457.36
И.В. Курта, Г.И. Коршунов, С.М. Скударнов, С.В. Ковшов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНО ДОПУСТИМОГО АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГАЗОДРЕНАЖНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ИЗОЛИРОВАННОГО ОТВОДА МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ
На основании исследований распределения воздушных потоков при управлении аэро- и газодинамическими процессами, установлено оптимальное соотношение между аэродинамическими сопротивлениями газодренажной и очистной выработок, учет которого позволит устойчиво разделять воздушные потоки на выемочном участке при реализации изолированного овода метановоздушной смеси. Ключевые слова: метан, изолированный отвод, выемочный участок, аэродинамическое сопротивление.
Шахтные наблюдения показывают, что общее метано-выделение на современных, высокотехнологичных выемочных участках при нагрузках более 20 тыс. т в сутки может превышать 150 м3/мин [1, 2]. Более 80 %, газового баланса таких участков формируется за счет мета-новыделения в выработанное пространство. При такой метанообильно-сти велик риск возникновения местных скоплений метана на сопряжении лавы с вентиляционной выработкой, что определяет комбинированную схему проветривания [3].
В тоже время, комбинированная схема проветривания может быть базовой для решения проблем обеспечения эффективности и безопасности подземной добычи угля только при условии эффективного распределения и устойчивого разделения воздушных потоков на выемочном участке, а также при постоянной эффективности отвода метана во времени по сети газодренажных выработок. Поэтому весьма важными являются
исследования направленные на установление параметров выемочного участка, при которых распределение объемов воздуха, идущих на проветривание лавы и изолированный отвод метановоздушной смеси осуществляется наиболее эффективно.
Для установления оптимальных параметров изолированного отвода МВС проводились экспериментальные исследования, направленные на изучение закономерностей распределения воздушных потоков в пределах выемочного участка.
В соответствии с разработанной методикой в призабойном пространстве лавы по пути движения воздуха были произведены газовоздушные съемки на 6-ти шахтах входящих в состав ОАО «СУЭК-Кузбасс», все лавы проветривались по комбинированной схеме, мощность пластов составляла от 1,7 до 4,5 м. При проведении замеров лавы разбивались на замерные пункты, расположенные через десять секций крепи в направлении от конвейерного к вентиляционному штре-
ку, очистное пространство в замерных пунктах — на три дорожки. Первая замерная линия располагалась между стойкой крепи и защитным щитком, вторая — между конвейером и стойкой крепи и третья между грудью забоя и конвейером (рис. 1
разрезы А-А, Б-Б, В-В). На рис. 1 в качестве примера представлена схема размещения замерных пунктов в лаве 25—93 шахты «Им. С.М. Кирова».
При проведении шахтных замеров в лаве длиной 242 м было 140 секций механизированной крепи.
Рис. 1. Схема расположения замерных пунктов в лаве 25-93
Ü.S
0.4
0.2
fуголь в оздух / У 3
/ ] // / А
ч
\ \ с г ^ W — 4 \ Ч
/ 4 - '2 ^ / * - .— -J я •
/ / Q
/
Q: мЗ/мнн 2500
2000
О 17 3-1 69 86 103 121 138 155 172 190 207 225 242
Ь,и
Рис. 2. Изменение расхода воздуха ^) н концентрации метана по замерным дорожкам: 1 — на границе с выработанным пространством, 2 — на средней дорожке, 3 — у разрабатываемого пласта в призабойном пространстве лавы во время работы комбайна по зачистки угля
Количество замерных пунктов про длине лавы - 13.
На рис. 2 приведено графическое отображение результатов измерений концентрации метана и расхода воздуха в рассматриваемой лаве.
Установлено, что основным источником метановыделения в очистную выработку в условиях экспериментов является разрабатываемый пласт, при этом расход воздуха на пути следования по лаве оставался практически неизменным, значительное снижение наблюдалось только на первых и последних 15 метрах за счет утечек в завал. По результатам шахтных наблюдений и анализа опыта эксплуатации комбинированных схем проветривания выявлена ключевая роль в воздушном балансе выемочного участка воздуха, отделяющегося на сопряжении лавы с газоот-водящей выработкой.
Эффективность функционирования комбинированных схем проветривания зависит от правильности выбора их основных параметров, таких как распределение воздушных потоков между выработками и выработанным пространством, дебита метана, количества воздуха, подаваемого на участок и утечек в выработанное пространство, пространственного распределение действующего напора и т.д.
Шахтные наблюдения за распределением объемов воздуха для проветривания лавы и изолированного отвода метановоздушной смеси (МВС), а также опыт эксплуатации комбинированных схем проветривания свидетельствуют о ключевой роли в воздушном балансе выемочного участка воздуха, отделяющегося на сопряжении лавы и газоотводящей выработки.
В свою очередь депрессия газоот-водящей выработки должна обеспечи-
вать расход МВС необходимый для реализации комбинированного проветривания и снижения риска образования опасных скоплений метана на сопряжении лавы с погашаемой вентиляционной выработкой. Причем согласно действующему нормативному документу [4] количество воздуха отделяющегося на сопряжении лавы с газоотводящей выработкой должно быть не менее 30 % от общего количества утечек, в этом случае эффективность отвода МВС будет составлять 50 %.
Исходя из данного условия для определения энергетического баланса сети, позволяющего с заданной эффективностью производить отвод МВС, в соответствии с установленным посредствам газовоздушных съемок распределением воздушных потоков на выемочных участках, была рассмотрена схема распределения воздуха в замкнутом контуре, имеющая вид треугольника (рис. 3), и составлен энергетический баланс выемочного участка.
О, + О,)
= (( -1) Рис. 3. Распределение воздушных потоков на выемочном участке
Согласно закону однозначности напоров, алгебраическая сумма депрессий всех ветвей замкнутого контура не содержащего источника энергии равна нулю, был составлен энергетический баланс выемочного участка:
1,69Я о2 = Я - <32и .
' л^ уг ^уг .в вп ^оз оз
С учетом приведенных в [4] коэффициентов определено соотношение между аэродинамическими сопротивлениями дренажной выработки и лавы, для обеспечения надежного распределения воздушных потоков при реализации комбинированной схемы проветривания выемочного участка:
(
R = 0,6 R
(( + Кпш -1)
к2 (( -1)2
где Ял — максимально допустимое аэродинамическое сопротивление погашаемой за лавой выработки для организации эффективного распределения воздушных потоков.
Учет представленной зависимости позволит производить выбор параметров газодренажной сети при которых изолированного отвод метановоздушной смеси будет осуществляться с эффективностью не менее 50 %, что согласно требованиям «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт» обеспечит ликвидацию опасных скоплений метана на сопряжении лавы с погашаемой вентиляционной выработкой.
1. Курга И.В. Сравнительная оценка фактической и прогнозной газообильностей очистных забоев угольных шахт / И.В. Курта, Г. И. Коршунов, Р. С. Истомин, Е.П. Ютяев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) № 8 2011, с. 298-299.
2. Курга И.В. Управление газовыделением на выемочных участках угольных шахт - ключевой фактор создания безопасных условий труда. // Записки Горного института. Т. 187. СПб, 2011.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Курга И.В. Проветривание высокопроизводительных газообильных выемочных участков при многоштрековой подготовке / И.В. Курта, Г.И. Коршунов, Е.П. Ютяев // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал) № 6 2011, с. 21-24.
4. Руководсгво по проектированию вентиляции угольных шахт — Министерство Угольной промышленности СССР, Макеевка: МакНИИ, 1989. Ш
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Курта И.В. - аспирант, e-mail: IvanKurta@yandex.ru,
Коршунов Г.И. - доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Безопасность производств»,
Ковшов С.В. - кандидат технических наук, ассистент кафедры «Безопасность производств», Санкт-Петербургский государственный горный университет, Скударнов С.М. - директор по персоналу, ОАО «СУЭК»,
Аверьянов Константин Анатольевич — аспирант, Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова.
Д.___
