Метод оценки эффективности использования дегазационных систем угольных шахт

Малашкина В.А.

К 70-летию КАФЕДРЫ

«аэрология : и . охрана : труда» : .

УДК 522.817.9:661.184.35

В.А. Малашкина

МЕТОД ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

і

Шг -X Qn

Ес =

_ 1

(1)

XQc

і

ост глубины разработки каменноугольных пластов и интенсификация процессов выемки приводит к значительному увеличению метановыделения в горные выработки угольных шахт.

В настоящее время 86 % всей подземной добычи угля в странах СНГ дают газовые и сверхкатегорные шахты, число которых составляет 82 % от общего количества.

Обеспечение безопасных условий труда шахтеров и увеличение производственной мощности угольных шахт возможны в настоящее время только при эффективном ведении дегазационных работ.

Шахтный метан является ценным химическим сырьем и высококалорийным экологически чистым топливом, сжигание которого по сравнению с другими видами топлива дает минимальные выбросы вредных веществ в атмосферу.

Эффект, получаемый при дегазации угольных шахт прямо пропорционален эффективности использования дегазационной системы, для чего предложен следующий метод.

Для реализации метода необходимы следующие исходные данные:

• действительный объемный расход метановоздушной смеси на выходе из действующей дегазационной скважины,

Qc;

• объемный расход метана на выходе из действующей дегазационной скважины, Qм;

• плотность воздуха в окружающих горных выработках,

св;

• длина подземного дегазационного газопровода, L;

• длина наземного дегазационного газопровода (от ваку-ум-насосной станции до потребителя шахтного метана), Lн;

• действительный объемный расход метановоздушной смеси на входе в вакуум-насосную станцию, Qд ;

• объем конденсата сливаемого из подземного газопровода в м3 за одно обслуживание, V

Порядок расчета

Определяем показатель эффективности использования дегазационных скважин

Епр =

_ <2д - <2с

Qд

где Qmi - объемный расход метана на выходе из і - ой скважины, м3/с; Qci -объемный расход метановоздушной смеси на выходе из і - ой скважины,

м3/с.

Показатель эффективности использования подземного вакуумного газопровода определяется

Епг= Епр + Епс, (2)

Показатель эффективности использования подземного вакуумного газопровода

(3)

Показатель эффективности использования подземного газопровода, учитывающий его пропускную способность

Е = рв пс

(2рв- (2д

Qд

(4)

где Qpв - расчетный объемный расход метановоздушной смеси в вакуумном подземном газопроводе при его максимальной пропускной способности, то есть при отсутствии частичного заполнения водой, угольной и породной пылью, м3/с.

4 КУЬ

Qрв = Qd (1----------^ ),

пБ2 L

(5)

где К - количество остановов дегазационной установки в сутки для слива конденсата из подземных газопроводов.

Эффективность использования вакуум-насосной станции определяется следующим образом

_ Rд

Евнс =

Rp

(6)

где Рд, Rp - аэродинамическое сопротивление подземной дегазационной сети соответственно действительное и расчетное, Па мин2/м6.

При этом

Rд =

Рб'

Ql

Рб - Рв

Q2

(7)

(8)

где рб, рв - давление соответственно среднее барометрическое на уровне вакуум-насосной станции и во всасывающем патрубке вакуум-насоса, Па; Qнв , Qд - объемный расход метановоздушной смеси у вакуум-насосной станции соответственно расчетный (при минимально возможных в рассматриваемом случае притечках воздуха через неплотности фланцевых соединений, а также при отсутствии конденсата в трубопроводе), м3/с.

Тогда

Rp =

Евнс =

Як

Qd

Qm = Qн (l

4 KV,

k

nD2 L

),

(9)

(lO)

где Qн - расчетный расход метановоздушной смеси (при минимально возможных в рассматриваемом случае притеч-ках воздуха через неплотности фланцевых соединений) на входе в вакуум-насосную станцию, м3/с.

Qн = Qд - Ьн L (р1 - р2) 1/св, (11)

где Ьн - нормативный параметр негерметичности соединений звеньев труб на рассматриваемом участке (без замены типа прокладок фланцевых соединений), с; р1 , р2 -абсолютное давление в трубопроводе соответственно в начале и конце рассматриваемого участка, Па.

Зависимость (10) с учетом формулы (11) может быть представлена

Q = &дРв - КЦрх - Р2)\пЪ2L - 4КУк)

Qнв 0 .

рвпЪ L

(l2)

Показатель эффективности использования наземного напорного газопровода

Енг = Еут + Епр.с. (13)

Показатель эффективности использования наземного дегазационного газопровода с точки зрения его герметичности

Еут =

_ Qd - Ядк

Яд

(l4)

где Qдк - объемный расход метановоздушной смеси на входе в котельную, м3/с

Одк = Од - ДQy, (15)

где ДОУ - утечки метановоздушной смеси в окружающую

атмосферу на участке наземного трубопровода, соединяющего вакуум-насосную станцию и котельную, м3/с.

В соответствии с исследованиями проф. Ю.А. Цейтлина

ДОУ = СУ (рн1 + рнвХ (16)

где СУ - коэффициент, зависящий от длины участка тру-

бопровода и состояния (герметичности) соединений труб на нем, м3/с.Па; СУ = (0,9...1,3) 10-10 Lн ; рн1, рн2 - абсолютное давление в трубопроводе соответственно в начале и конце рассматриваемого наземного участка, Па.

Показатель эффективности использования наземного дегазационного газопровода с точки зрения его пропускной способности

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

_ Якв Ядк

Q

(l7)

рв

где - расчетный расход метановоздушной смеси на входе в котельную при условии отсутствия конденсата в газопроводе, м3/с.

_\2д - Су(Рн1 - Рн2 ЖпЪ2 ^ - 4К^кн)

Окв = ~ . (18)

пЪ 2Lн

Обобщающий показатель оценки эффективности использования дегазационной установки угольной шахты

Е = Ес + Енг + Евнс + Енг. (19)

При отсутствии потребителя шахтного метан показатель эффективности использования наземного напорного дегазационного газопровода не определяется и при расчете обобщающего показателя не учитывается.

Максимально возможная эффективность рассматриваемой дегазационной установки определяется

Еі = Есі + Енгі + Евнсі + Енгі.

(2O)

Определяем показатель максимальной эффективности использования дегазационных скважин на рассматриваемом участке

SQcil SQm

Eci =

_ i

i

(2l)

XQcг1

1

где Осі1 - объемный расход метановоздушной смеси на выходе из і-ой дегазационной скважины с минимальными при-течками воздуха из окружающей атмосферы и максимальным извлечением метана, м3/с.

Ос1 = Ом + Ов, (22)

Тогда

Ос1 = Кс - все'бД? + вс Д?с. (23)

Значение показателя максимально возможной в рассматриваемом случае эффективности использования подземного вакуумного газопровода

Епг1 = Епр1 + ЕпсЬ (24)

где ЕпрІ =

QP - Qcl

~oP~

P

ЕпсІ

Q8 - QP

Qp

(25)

(2б)

Расход метановоздушной смеси Qр = Qд - Ьні L (pi - P2) І/св, (27)

где ЬнІ - нормативный параметр негерметичности соединений звеньев труб на рассматриваемом участке, учитывающий возможность выбора рационального профиля прокладок для фланцевых соединений, с.

Значение расхода метановоздушной смеси на входе в вакуум-насосную станцию при возможной замене типа прокладок фланцевых соединений рассчитывается по формуле

Q = \Ядрв - bHlL(pl - р2)\nD>2L - 4KVJ (28)

Q rs . (28)

Рв nD L

Показатель максимально возможной эффективности использования вакуум-насосной станции

Евнс

q2,

(29)

Показатель максимальной эффективности использования наземного газопровода

Енг 1 = Еут1 + Еп1, (30)

E Qp - Qpk

где Еуті = -------------------

ут Qp

_ Явк - Qpk Епі-----------------------,

QH8

(31)

(32)

где Орк, Овк - расчетный объемный расход метановоздушной смеси на входе в котельную соответственно при применении прокладок профиля, обеспечивающего минимальные утечки; при минимальных утечках, обеспечиваемых выбором прокладок и отсутствии скоплений воды в газопроводе,

м3/с.

QpK Qp -+ Cy (рн1 + Рн2),

(33)

„ _ Ъд - Су ( Рн1 + Рн2)\tD2Lh - \KVm) _

QKB 0 . (34)

%D2Lh

Анализируя результаты расчета по предлагаемому методу можно определить эффективность использования каких элементов технологической схемы дегазационной установки может быть повышена, а также какие технические мероприятия необходимо выполнить для их достижения.

Увеличение концентрации метана, в подаваемой на поверхность метановоздушной смеси, за счет проведения рекомендуемых технических мероприятий позволит не только обеспечить безопасные условия труда на подземных работах, но и снизить загрязнение окружающей атмосферы вредными выбросами, а также повысить количество утилизируемого метана.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Руководство по дегазации угольных шахт / Сергеев И.В., Забурдяев В.С., Рудаков Б.Е. и др. - М.: изд-во ин-та горного дела им. А.А. Скочинского, 1985, - 190 с.

2. Пучков Л.А., Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт. - М.: МГГУ, 1995. - 312 с.

3. ЛаврикВ.Г., Селивра АА. Шахтные дегазационные установки. - Донецк.: ДПИ, 1975. - 28 с.

4. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. - М.: Недра, 1986. -448 с.

5. Малеев В.Б., Малашкина ВА. Водоотлив и дегазация угольных шахт. - М.: Недра, 1995. - 208 с.

6. Малашкина В.А., Малеев В.Б. Ремонт и эксплуатация стационарного оборудования угольных шахт. - М.: Недра, 1990. - 483 с.

7. Морев А.М., Сахаров НМ. Дегазация угольных шахт и использование метана. - Донеце: Донбасс. 1974. - 109 с.

Малашкина Валентина Александровна - профессор, доктор технических наук, кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.

НОВЫЕ ПРЕПРИНТЫ ИЗДАТЕЛЬСТВА МГГУ

J

---------------------------------1---------------------------------------

1. Дмитриев А.П. «Академик В.В. Ржевский - основатель научного направления «Физика горных пород и процессов»

(к 80-летию В.В. Ржевского).

2. Михеев О.В., Шундулиди И.А., Казанцев В.Г., Магдыч В.И. «Разработки и применение автоматизированных средств при планировании и сопровождении горных работ».

3. Гитис Л.Х. «Кластерный анализ: основные идеи и методы».

4. Ганицкий В.И. «Школа академика Владимира Васильевича Ржевского».

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Малашкина В. А.

Текст научной работы на тему «Метод оценки эффективности использования дегазационных систем угольных шахт»