Научная статья на тему 'Аэродинамический способ торможения окислительных процессов в выработанных пространствах угольных шахт'

Аэродинамический способ торможения окислительных процессов в выработанных пространствах угольных шахт Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
62
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГОЛЬНАЯ ШАХТА / COAL MINING / АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ / AERODYNAMIC MODES / ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС "ГЕОМЕХАНИКА" / THE PROGRAM COMPLEX "GEOMECHANICS" / ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС / OXIDATIVE PROCESS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Лукин Михаил Константинович, Говорухин Юрий Михайлович

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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Лукин Михаил Константинович, Говорухин Юрий Михайлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Aerodynamic method of breaking oxidation process in mined-out space of coal mining

Touched upon the problem of oxidation processes, which may arise among the gob and distended rocks. Underground endogenous fires complicated type of accidents. With the processes of spontaneous combustion of coal losses in the worked-out space is a number of major industrial accidents. For the forecast of zones with dangerous aerodynamic modes of the system «coal-to-air» have developed a method of estimation of parameters of air distribution in the worked-out space of flat layers of the average power of Kuzbass.

Текст научной работы на тему «Аэродинамический способ торможения окислительных процессов в выработанных пространствах угольных шахт»

© 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,

\\

270

240-

ГЗ

Ц ь 210-

ri

X >, 180-

О

и о 150

г

о ? ! 20-

и

■в г 90-

я

с 60

в.

а 30

П--

I I

40

—I-]-,-r----|-1-r--,—

80 120 160 200 240 280 320 360 400

840

820 П

К 00 $ о

7 НО О

и

760 л

740 3

5

720 5*

700 i—

680 и 47+

660 5

-S-

640

620 О

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

% Л.

§

' л 8

50 100 150 200 250 300 350 400

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

и S

И «

с. н .0

Ь CJ G Р. О Ifi

и

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,

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)

50

7.1

1 1 о о с о 00

о Р Ъ о о

% о о Г—1 с: о о

ОО о

г [ т Цйй «

Л/

0 50 100

100

50

г'У

о I

I I

о §

о'

Н=2.1

# «а1

Щ

I

О'

о

50

100

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».

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

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 № 2000610937; Заявка № 2000610798 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 № 2000610940. - 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 № 2001610645; Заявка № 2001610402 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 НИ. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах / Н.И. Линденау, В.М. Ма-евская, В.Ф. Крылов. — М.: Недра, 1977. — 320 с. ИШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Лукин Михаил Константинович— аспирант, [email protected], Московский государственный горный университет, Говорухин Юрий Михайлович— старший преподаватель, Сибирский государственный индустриальный университет, [email protected]

А

ГОРНАЯ КНИГА -

Современная геодинамика и вариации физических свойств горных пород

Ю.О. Кузьмин, B.C. Жуков 2012 год 264 с.

ISBN: 978-5-98672-327-3

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.

1

L

г1

S

htTVt-f

Ы ожимшш

¡2 тщшлмим,

и влтлшш

ФИЧИЧКСКИХ

спопгт

imrwx 1имчи1

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.