Метано- и пылевыделение в процессе работы шнековых исполнительных органов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ных месторождений, обеспечивающих устойчивое регулируемое поступление достаточного по природным и технологическим условиям количества воздуха в выработки; замедление окислительных процессов в выработанных и обрушенных пространствах и снижение возможности скопления мертвого воздуха в не действующих тупиковых выработках и естественных пустотах. Надлежащее решение этой проблемы возможно только при своевременном и квалифицированном изучении газового фактора на всех этапах освоения месторождения: геологической разведке, проектировании, ведении горнокапитальных, подготовительных и очистных работ, ликвидации производства.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Матвиенко Н.Г. Выделение природных газов при освоении рудных месторождений. - М.: Наука, 1988. - 230 с.

2. Лидин Г.Д. Процессы обескислороживания воздуха в подземных выработках. Сб. Проблемы разработки угольных месторождений. - М.: СФТГП ИФЗ АН СССР, 1969. - С. 142-146.

3. Веселовский В.С. Физические основы самовозгорания угля и руд. - М.: Наука, 1972. - 148 с.

4. Воронюк А.С. Рациональные схемы и параметры вскрытия рудных месторождений. - М.: Наука, 1993. - 250 с.

5. Веселовский В.С., Виноградова Л.П., Терпогосова Е.А., Орлеанская Г.Л. и др. Прогноз и профилактика эндогенных пожаров. - М.: Наука, 1975. - 160 с.

6. Устинов М.И. Избранные труды. Проблемы вскрытия и подготовки запасов шахтных полей угольных месторождений. М.: Издательство государственного университета Культуры, 1996. - 328 с..

7. Воспроизводство вскрытых и подготовленных запасов угля на шахтах. -М.: Недра, 1990. ЕШ

— Коротко об авторах -

Воронюк А.С., Матвиенко Н.Г. - ИПКОН РАН.

--© Г. С. Забурдяев, И. А. Новикова,

А.С. Подображин, 2008

Г.С. Забурдяев, И.А. Новикова, А.С. Подображин

МЕТАНО- И ПЫЛЕВЫДЕЛЕНИЕ В ПРОЦЕССЕ РАБОТЫ ШНЕКОВЫХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ

242

ОРГАНОВ

Метановыделение из частиц угля разных размеров за 120 с при начальном давлении 3 МПа (по данным В. В. Ходота) увеличивается в 50 раз при уменьшении радиуса частиц угля в 125 раз (табл. 1) [1].

С учетом данных, изложенных в табл. 1, построена дифференциальная зависимость удельного метановыделения от диаметра частиц (рис. 1).

Характерно резкое снижение дифференциальной кривой с увеличением размера частиц угля до 600-700 мкм, далее идет плавное выполаживание. При этом наиболее взрывчатая пыль состоит из частиц размером менее 0,1-0,06 мм (100-60 мкм). По числу частиц - в среднем менее 70 мкм. При взрыве мелких частиц в нем могут принимать участие и частицы размером до 0,75-1 мм (750-1000 мкм) [2].

Основным источником метановыделения в призабойное пространство лавы является отрабатываемый пласт. Метановыделение в очистной забой определяется с учетом площади поперечного сечения призабойного пространства очистной выработки для прохода воздуха, скорости движения воздуха в очистной выработке, концентрации метана соответственно в поступающем и исходящем из лавы потоках воздуха, а также с учетом особенностей схем проветривания и доли метановыделения из разрабатываемого пласта в при-забойное пространство лавы. На пластах с вынимаемой мощностью 1,5-4,5 м и минутной

Таблица 1

Метановыделение из частиц угля разных размеров за 120 с при начальном давлении газа 3 МПа

Радиус частиц, мкм 7500 750 380 190 60

Количество метана, см3/г 0,39 1,38 3,62 6,9 20,0

243

а, м3/т

-.--I-1-».--.....-.....1.--1-1-1-1

200 400 600 800 1 ООО 1200 1400 мкм

Рис. 1. Изменение относительного метановыделения от размера угольных частиц

производительностью очистного комбайна 5,1-9,0 т/мин необходимая степень скважинной дегазации угольного массива должна достигать 0,35-0,45 по уровню снижения метановыделения из разрабатываемого пласта в призабойное пространство лавы [3].

Допустимое метановыделение из разрабатываемых пластов для некоторых пластов Кузбасса изменяется в пределах от 6 до 22 м3/мин (рис. 2) [3], при этом остаточная метаноносность углей и сорбционная газоемкость при давлении 0,2 МПа составляют 2-3 м3/т, причем остаточная метаноносность антрацитовых углей достигает 3,5 м3/т [4].

Исследования показали, что конструктивные особенности шнековых исполнительных органов при прочих равных условиях играют важную роль на выделение метана и образование пыли в процессе работы горных машин. Рассмотрены конструктивные особенности шнеков отечественных очистных комбайнов. Использованы данные Отделения проблем разрушения угля и горных пород ИГД им. А.А.Скочинского, представленные В.З.Меламедом и обработаны в ИПКОН РАН.

244

Рис. 2. Изменение метановыделения от производительности очистного комбайна: 1 - пласт 14 (шахта «Абашевская»); 2-3 - пласты 25 и 24 (шахта им. С.М.Кирова); 4 - пласт 3-3а (шахта «Алардинская»); 5 - пласт 6-6а (шахта «Рас-падская»)

245

Таблица 2

Выход фракции угольной пыли в лаве

Размер фракции, Тип Выход фракции (%) при скорости подачи комбайна, м/мин (числитель) и по производительности, т/мин (знаменатель)

мм 1 2,43 2 4,26 3 7,29 4 9,72 5 12,15 6 14,58

-0,07 ШТ 1,740 1,354 1,230 1,162 1,120 1,098

-6,0 126 27,8 22,3 20,5 19,5 18,8 18,5

-0,07 ШТП 2,091 1,555 1,341 1,240 1,183 1,154

-6,0 126 32,4 25,2 22,1 20,6 19,8 19,3

-0,07 ШРП 2,358 1,747 1,504 1,389 1,323 1,288

-6,0 126 35,7 27,9 24,5 22,8 21,9 21,3

-0,07 ШРП 2,415 1,804 1,561 1,450 1,387 1,345

-6,0 166 36,4 28,6 25,3 23,7 22,8 22,2

-0,07 ШРП 1,767 1,347 1,213 1,151 1,113 1,087

-6,0 206 30,6 24,3 22,1 21,1 20,5 20,1

Шнеки ШТ 126-56-1, ШТП 126-56-2, ШРП 126-56-2 и ШРП 166-59-2 устанавливаются на комбайнах 1 ГШ 68, 2 ГШ 68, 2 ГШ 68Б, ГШ 200, КШ 1 КГУ, 2 ЗКУ 13. Шнек ШРП 206-59-2 предназначен для комбайнов КШ 3М, 1 КШЭ, КШУ и К 500. Показатели, учитывающие выделение метана, образование пыли и изменение удельного пылевыделения в процессе работы шнеков типа ШТ 126, ШТП 126 и ШРП 126 рассчитывались при мощности пластов 1,8 м, шнеки ШРП 166 и ШРП 206 - соответственно 2,5 и 3,5 м. При расчетах сопротивляемость пласта резанию принималась 200 кН/м, угол наклона пласта 10°, показатель способности угля к измельчению 0,66.

Выход пылевой фракции в процентном содержании данной фракции в общей массе добытого полезного ископаемого от скорости подачи комбайна сведен в табл. 2.

Результаты расчетов сортности добываемого угля осуществлялись применительно к работе комбайна 1 ГШ 68, оснащенного шнеками ШТ 126-1, ШТП 126-2, ШРП 126, ШРП 166 и комбайна 1 КШЭ, оснащенного шнеками ШРП 206-2.

Анализ табл. 2 показывает, что с изменением скорости подачи комбайна при различных типах шнеков выход пылевой фракции варьирует в пределах 1,09-2,41 % (см. табл. 3). Таблица 3

246

Выход фракции пыли менее 0,07 мм (менее 70 мкм) в процессе работы различных типов шнеков

Тип шнека Выход пылевой фракции в лаве, %

ШТ 126 1,74-0,90

ШТП 126 2,09-1,15

ШРП 126 2,36-1,29

ШРП 166 2,41-1,34

ШРП 206 1,77-1,09

Рис. 3. Изменение выхода пылевой фракции 0,07 мм (70 мкм) и фракции 6 мм от скорости подачи очистных комбайнов 1 ГШ-68 и 1 КШЭ * соответственно со шнеками ШТ126 и ПРП 206 (а) и фракции менее 0,07 мм (70 мкм) с увеличенным масштабом оси ординат (б): 1(о) и 1 '(•) - шнеки ШТ 126 и ШРП 206, фракция менее 0,07 мм; 2, 2' - то же, фракция 6 мм

Примечание - * Комбайны 1 КШЭ и К-500 используются на шахте «Распадская»

247

Рис. 4. Изменение выхода крупных фракций угля в лаве от скорости подачи комбайна 3-6 - шнек ШТ 126, 3'-6' - шнек ШРП 206 (соответственно +13, +25, +50 и +100 мм)

Характерной особенностью является то, что с увеличением скорости подачи и, естественно, производительности очистного комбайна, выход пылевой фракции менее 70 мкм незначительно снижается (рис. 3). С точки зрения пылевого и газового факторов наиболее предпочтительными являются шнеки ШТ 126 и ШРП 206. При этом выше отмеченные показатели этих шнеков, а именно выход пылевой фракции и особенно производительность комбайна свидетельствуют о том, что лучшим шнеком является шнек ШРП 206. Производительность комбайна со шнеком ШРП 206 при мощ-

248

ности пласта 3,5 м в 2 раза больше, чем со шнеком ШТ 126 при мощности пласта 1,8 м, а выход пылевой фракции, если отнести к 1 т добытого угля - практически одинаковый (см. рис. 3).

Самый высокий выход фракции +13 мм. Он зависит от скорости подачи комбайна и изменяется в пределах от 55 до 70 %. Выходы фракций +25 мм, +50 мм и +100 мм по сравнению с фракцией +13 мм по оси ординат устойчиво снижаются и составляет соответственно 40-60, 20-44 и 8-27 %. В отличие от фракций менее -0,07 и -6 мм, выход которых незначительно снижается с увеличением скорости подачи комбайна, выход крупных фракций напротив с увеличением скорости увеличивается (рис. 4).

Таким образом, с увеличением скорости подачи очистного комбайна и, естественно, его производительности выход пылевой фракции в лаве менее 70 мкм снижается, снизится и метановыделе-ние.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов / А.Д. Рубан, Г.С. Забурдяев, В.С. Забурдяев; Институт проблем комплексного освоения недр РАН. - М.: Наука, 2007. - 279 с.

2. Рудничная вентиляция: справочник / Н.Ф. Гращенков, А.Э. Петросян, М.А. Фролов и др.; Под редакцией К.З. Ушаков. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Недра, 1988. - 440 с.

3. Рубан А.Д., Забурдяев В.С., Забурдяев Г.С. Обоснование параметров совместной технологии дегазации и увлажнения высокогазоносных угольных пластов. - М.: Уголь, №6, 2007. - С. 52-55.

4. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт - Макеевка-Донбасс: МакНИИ, 1989. - 319 с. ГТТт

— Коротко об авторах -

Забурдяев Г.С. - кандидат технических наук. вед. специалист, ИПКОН РАН,

Новикова И. А. - горный инженер, научный сотрудник, ИПКОН РАН, Подображин А.С. - горный инженер.

Д_

--© А.Д. Рубан, В.С. Забурдяев,

2008

249