CC BY
12
к. Х. Ли
инженер ОАО «НЦ ВостНИИ»
УДК 622.457.2
ТЕКУЩИЙ Прогноз МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ПРОВЕТРИВАНИЯ
ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ВЫРАБОТОК
Рассматривается состояние вопроса текущего прогноза метановыделения и параметров проветривания при проведении подготовительных выработок. Показана методология текущего прогноза. Предлагаются методы решения отдельных задач аэрогазодинамики подготовительных выработок. Дается алгоритм текущего прогноза параметров проветривания выработки.
Ключевые слова: ТЕКУЩИЙ ПРОГНОЗ, МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕ, ПРОВЕТРИВАНИЕ, ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ВЫРАБОТКИ
При расчетах проветривания газообильных подготовительных выработок используется следующая последовательность операций: вначале определяется метановыделение в выработку, затем находится расход воздуха, необходимый для ее проветривания, после чего выбирается вентилятор местного проветривания (ВМП), обеспечивающий этот расход. Такие расчеты необходимы для оценки возможностей проветривания выработки на максимальную длину. Фактически, длина выработки меняется от 0 до Lmgx. При этом увеличивается метановыделение в выработку и расход воздуха, необходимый для проветривания. С учетом этого фактора большинство ВМП имеют 3 режима работы: пониженный, средний и усиленный, которые должны зависеть от динамики осложнения газовой обстановки в выработке. Сложность вызывают вопросы о возможности изменения топологии трубопровода для улучшения проветривания выработки, порядке смены режимов, замене ВМП. Кроме того, нецелевая трата энергии на проветривание влечет за собой значительные потери электроэнергии. Кардинальным методом решения этих вопросов является текущий прогноз параметров проветривания при проведении подготовительных выработок и его реализация. Ниже излагается его методология и методы расчета.
Методология текущего прогноза
После проведения выработки на длину от 100 до 150м по данным телеметрии о концентрации метана определяются параметры метановыделения из массива и отбитого угля [1, 2].
Строится прогноз состояния проветривания выработки на длину 300 м. При необходимости корректируются средства проветривания [5].
Определяются начальные аэродинамические параметры трубопровода и вентилятора [3, 4].
Строится прогноз состояния проветривания выработки на последующую длину выработки.
Возвращение к п. 1-3 при новой длине выработки (более чем на 300 м).
Решения отдельных задач аэрогазодинамики
Текущий прогноз метановыделения в выработку из отбитого угля, с обнаженной поверхности осуществляется по данным телеметрии о концентрации метана и замерам расхода воздуха в устье выработки по формуле:
/ =Sk в 100
МОД.
, мз/мин (1)
где Оф - фактический расход воздуха в выработке во время замеров концентрации метана, м3/мин;
С - среднее из максимальных значений
max r m
концентрации метана за период измерений, %;
C 0 - концентрация метана, обусловленная метановыделением из обнаженных поверхностей (при отсутствии отбойки и разгруженном от угля конвейере), %;
L - фактическая и проектная длина выработки, м.
83
Первое слагаемое правой части характеризует долю концентрации за счет метановыде-ления из отбитого угля, второе - с обнаженных поверхностей.
Состояния проветривания выработки на длину 300 м определяется по формулам (1) и О 300 = 1001300. Фактический расход воздуха в выработке должен превышать эту величину.
Начальные аэродинамические параметры трубопровода и вентилятора определяются после проведения выработки на длину 300 м по результатам работ [3, 4].
В работе [3], в зависимости от аэродинамических параметров вентиляционных труб, определены:
- коэффициент утечек воздуха Кут = Ов/О0; где Ов - производительность вентилятора,
м3/с;
О0 - расход воздуха в забое (конце трубопровода), м3/с;
^ = [1+0,3![р]3
где в - безразмерный параметр; - падение давления воздуха в трубопро-
в°д^ Ртр;
где г0 -аэродинамическое сопротивление 1м длины трубопровода диаметром d0, кг*с2/м9; L - длина трубопровода, м; а - второй безразмерный параметр.
Безразмерные параметры а и в следующим образом зависят от физических параметров трубопровода:
где гст - коэффициент сопротивления путей утечек воздуха в стыке трубопровода и по телу звена трубы, кг^с2/м4;
1зв- длина звена трубопровода, м.
V - коэффициент Пуассона для трубного материала;
5 - толщина стенок труб, м;
Е - модуль Юнга трубной ткани, кг/м2;
В работах [3, 4] предложен метод расче-
та системы «вентилятор - трубопровод», где производительность вентилятора определяется формулой Ов = О0Кут , а расход воздуха в забое рассчитывается путем решения уравнения
г0Ос21-Кут125е^=а-в(О0К^,
где а, в - параметры аэродинамической характеристики вентилятора или режима его работы, указанные в монографии [4].
Параметр г0 определен исследованиями [3].
Строится прогноз состояния проветривания на последующую длину выработки. Прогноз проводится на очередной этап проведения, например 600 м. Вначале корректируются параметры средств проветривания (режимы работы ВМП) на основе перерасчетов параметров мета-новыделения и проветривания. Если на определенном этапе проведения выработки мощности действующего ВМП не хватает, то последовательно решается вопрос об изменении топологии трубопровода [6], наращивании установки ВМП [3], ее замене или других кардинальных мероприятиях.
Итак, текущий прогноз проветривания выработки можно представить следующим алгоритмом [5]:
1. Строится прогноз состояния проветривания выработки на первоначальную длину, например, 300 м. На начальном этапе проведения выработки, при длине от 100 до 150 м, без возникновения проблем с проветриванием, определяются аэромеханические параметры вентиляционных труб без утечек воздуха и параметры метановыделения в выработку по источникам, которые в дальнейшем корректируются.
2. По окончании первого этапа проведения выработки определяются фактические параметры метановыделения и проветривания и дается прогноз на последующие 300м.
3. На последующих этапах проведения выработки, например через каждые 300 м, корректируются параметры средств проветривания (режимы работы ВМП) на основе перерасчетов параметров метановыделения и проветривания.
4. Если на определенном этапе проведения выработки мощности действующего ВМП не хватает, то последовательно решается вопрос об изменении топологии трубопровода [6], наращивании установки ВМП [3], ее замене или других кардинальных мероприятиях.
84
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Казаков, С. П. Текущий прогноз метановыделения в выработки при современных темпах проходки / С. П. Казаков, К. Х. Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, 2013. - №1.1. - C. 24-28.
2. Казаков, С. П. Использование данных телеконтроля концентрации метана в выработке для текущего прогноза метановыделения / С. П. Казаков, К. Х. Ли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, 2013. - №1.2. - C. 29-32.
3. Казаков, С. П. Проветривание подготовительных выработок угольных шахт Кузбасса / С. П. Казаков, А. М. Ермолаев, С. А. Прокопенко // Изд-во Томского политехнического университета, Томск. -2013. - 210 с.
4. Казаков, С. П. Расчет системы «Вентилятор - трубопровод» для современных средств проветривания подготовительных выработок шахт / С. П. Казаков, Б. А. Гриценко, К. Х. Ли, В. Б. Попов // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, 2012. -№ 2. - С. 68-71.
5. Казаков, С. П. Оперативная оценка аэродинамических параметров вентиляционных трубопроводов и последующий прогноз проветривания подготовительных выработок / С. П. Казаков, Б. А. Гриценко, К. Х. Ли, В. Б. Попов // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. - Кемерово, 2012. - № 2. - С. 63-67.
6. Казаков, С. П. Аэродинамика комбинированных трубопроводов / С. П. Казаков, К. Х. Ли // Безопасность труда в промышленности, 2013. - № 2. - C. 40-41.
RECENT FORECAST OF METHANE Ли Константин Хиунович
EMISSIONS INTO WORKINGS AND e-mail: ncvostnii@yandex.ru
VENTILATION PARAMETERS DURING THE
DEVELOPMENT WORKINGS
K. Kh. Li
Recent forecast of methane emissions and
ventilation parameters during the development
workings are investigated. A methodology of the
recent forecast is presented. The methods of
solving individual issues aerogasdynamics of
the development workings are suggested. The
recent forecast algorithm of development workings
ventilation parameters is given.
Key words: RECENT, FORECAST,
METHANE, EMISSIONS, VENTILATION,
DEVELOPMENT, WORKINGS
85
