Определение рациональных параметров средств генерации пульсирующего режим в условиях угольных шахт по результатам математического моделирования Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

что придает ей мобильность и технологичность необходимую для этих условий.

|— Коротко об авторах-

Филин Александр Эдуардович - Московский государственный горный университет.

- © А.Э. Филин, 2006

УДК 622.86 А.Э. Филин

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ СРЕДСТВ ГЕНЕРАЦИИ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО РЕЖИМ В УСЛОВИЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

90

Следующим этапом является оценка влияния такого определяющего фактора, как влияние на процесс газопереноса расхода воздуха (газовоздушной смеси) генератора пульсирующего режима - пульсатора. Результаты моделирования представлены на рис. 1 и 2. Расход воздуха пульсатора представлен в диапазоне Ор= 0,25 -г- 3 м3/с, а остальные параметры моделирования, заданы следующими границами - расстояние от скопления до установки 1_ = 100 м, концентрация скопления газа с дискретными значениями концентраций 2 %, 5 %, 50 %, при концентрации газа в поступающей струе С1 = 0,3 %, на исходящей участка С2 = 0,75 %, скорости воздушного потока V = 0,5 м/с, статической депрессии АР = 25 Па на участке, где применяется пульсирующий режим вентиляции.

По результатам моделирования процесса газопереноса при указанных параметрах посредством пульсирующего режима можно сделать следующие выводы. С увеличением расхода воздуха пульсатора временной интервал для разрушения скопления газа уменьшается. Минимальные временные интервалы приходятся на значения Ор = 1-3 м3/с, где время дезинтеграции 1 соответственно принимает значения от 18 до 30 мин. Однако техническое исполнение устройств типа «пульсатор» является сложным как равно и дальнейшая их эксплуатация в условиях горных выработок с малым сечением, т.е. в ограниченных пространствах. Установки с таким расходом газовоздушной смеси целесообразно изготавливать и применять в условиях горных выработок с большим сечением, но для этого необходимо обоснование его применения в подобных условиях.

91

Рис. 1

Графики для определения времени разрушения скопления газа в зависимости от расхода пульсатор» (С1=ЦЗ*, 02=0,75%, 1_=20С1 ы,У=0,5 м/с).

О 50 100 150 300 250

цшн, ншуты

Рис. 2

Изменение концентрации в скоплении газа в сторону ее увеличения приводит к увеличению временного ресурса на разрушение скопления газа. Например, при выше описанных условиях газопереноса время разрушения скопления газа с концентрацией 50 % увеличиться на 25-30 % по сравнению со скоплением за с 2 % -м содержанием газа.

92

При расходе установкой газовоздушной смеси от 0,5 м3/с до 1 м3/с временной интервал составит для 2 % -го скопления от 42 мин до 30 соотвественно, для 50 % -го скопления этот интервал будет увеличен на 25-30 %. Такой расход при не очень высоких концентрациях газа в скоплении может быть рациональным, кроме этого выполнение устройств генерации пульсирующего режима вентиляции с таким расходом в сочетании с промышленными видами вентиляторов местного проветривания типа ВМ-6 является достаточно технологичным, а вентиляция эффективной в данных условиях для выработок с сечением до 12 м2.

Отсюда следует вывод: для выработок с небольшим сечением (до 12 м2) следует применять устройства генерации пульсирующего режима с расходом, близким значению 0,75 м3/с, при относительно невысоких значениях концентрации газа в скоплении и некоторым (не нулевым) насыщением газа в поступающей струе. Например, для скоплений метана в горных выработках угольных шахт расход газовоздушной смеси пульсатором следует принимать именно это значение параметра. Такой или близкий к нему расход позволяет создать компактную и сопоставимую по размеру с ВМП установку для пульсирующего режима проветривания, что придает ей мобильность и технологичность необходимую для этих условий.

Более низкий расход, т.е. менее 0,5 м3/с, при заданных параметрах внешних факторов, имеет низкую эффективность. Время дезинтеграции скопления в этом случае достигает 45 и более минут для 2 %-го содержания газа не говоря о больших концентрациях. Это ограничивает применение пульсирующего режима при заданных параметрах особенно в тех случаях, когда речь идет о необходимости быстро раз-газировать скопления газа или воздействовать на них на значительных расстояниях. При таких расходах газовоздушной смеси энергия импульса давления естественным образом принимает гораздо меньшие значения, что снижает эффективность применения пульсирующего проветривания, как по показателю времени дезинтеграции, так и по показателю дальности воздействия.

93

При увеличении расстояния от пульсатора до скопления газа при заданных параметрах до 200 м временной интервал дезинтеграции скопления метана увеличивается приблизительно в 1,5 раза (рис. 2), что подтверждает вывод о невозможности применения установок «пульсатор» с расходом менее 0,5 м3/с в горных выработках, где зафиксированы или предполагаются обширные (протяженные) зоны со скоплениями газа.

Однако применение установок является рациональным в случаях, когда необходимо разрушение скоплений газа в горных выработках с ограниченным пространством и компактным размещением зон со скоплениями газа. Малый расход пульсатора позволяет, во первых, создавать минипульсато-ры, имеющие малые габариты и вес, что делает этот подвид установок высокомобильными и предназначенными для точечного воздействия на скопления газа, т.е. при необходимости осторожного и локального разгазирования горных выработок или иных зон при ведении горных работ или спасательных работах при чрезвычайных ситуациях различного происхождения с проявлениями газового фактора. Во вторых, малогабаритные пульсаторы позволят более экономично, как изготавливать, так и обеспечивать безопасность ведения гонных работ и управляемость разгазирования при аварийных видах работ.

Потенциальными потребителями этого типоразмера пульсаторов могут быть очистные забои угольных шахт, городские коллекторы различного назначения и горноспасательные части. Возможно применение этих миниустановок и на поверхности - например, при разгазировании помещений при тушении пожаров и особенно ликвидации их последствий.

На рис. 3 представлены результаты математического моделирования при заданных ранее параметрах: расход воздуха пульсатора представлен в диапазоне Ор = 0,25 -г- 3 м3/с; остальные параметры моделирования, заданы следующими- расстояние от скопления до установки 1_ = 100 м концентрация скопления газа с дискретными значениями концентраций 2%, 5 %, 50 %, при концентрации газа на исходящей участка С2 = 0,75 %, скорости воздушного потока V = 0,5

94

м/с, статической депрессии АР = 25 Па на участке, где применяется пульсирующий режим вентиляции. Значение концентрации газа в поступающей струе изменено до близкого к нулевому С^0,0 %,

Полученная динамика процесса газопереноса при замене значения концентрации газа в поступающей струе на нулевое показывает значительные изменения позитивного характера. Временной интервал сокращается в разы и достигает при расходе пульсатора 3^1 м3/с диапазона 1 = 3^6 мин соответственно_

Графики для определения времени разрушения скопления газа в зависимости от расхода пульсатора {С 1=0% С2=0,7Э%,1_=2{)0 м ,4^=0,5 м/с}.

О 5 10 15 20 25

^¡енп, вп^ты

[■ <;з=а ,112----оз=ао5 — 1:3=0.51

Рис 3

для скопления с 2 %-м содержанием газа, а для 50 %-го скопления - 1 = 4^7 мин, т.е. без существенных различий во времени дезинтеграции скоплений газа для реальных условий процесса газопереноса в горных выработках.

При рассмотрении процесса газопереноса в диапазоне расхода воздуха пульсатора 0Р = 1 -г- 0,5 м3/с временной интервал разрушения скопления газа составит 1 = 6^8 мин соответственно для скопления с 2 %-м содержанием газа, а для 50 %-го скопления - 1 = 7^10 мин.

При расходе 0Р = 0,5 -г- 0,25 м3/с временной интервал разрушения скопления газа составит в среднем без существенных отличий 1 = 9^18 мин соответственно для скоплений как с 2 %-м содержанием газа, так для 50 %-го скопления.

95

Вывод из результатов данного режима пульсирующей вентиляции при заданных параметрах моделирования процесса следующий: при снижении содержания концентрации газа в поступающей струе время разрушения скоплений газа практически одинаково для любой концентрации в диапазоне от 2 до 50 %

|— Коротко об авторах-

Филин Александр Эдуардович - Московский государственный горный университет.

© I .и. ишрунин, 2ииь'

УДК 622.44

Г. О. Петрунин

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СХЕМ ПРОВЕТРИВАНИЯ ТУПИКОВЫХ ВЫРАБОТОК

ри добыче твердых полезных ископаемых горно-под-

II готовительные работы играют приоритетную роль в стабильном развитии всех горнодобывающих отраслей.

Основными видами (способами) проведения горноподготовительных выработок являются: механическое разрушение горного массива с помощью комбайнов, механизированных комплексов, отбойных молотков, а также буровзрывной способ.

Тенденция их развития заключается в разработке и внедрении высокопроизводительной проходческой технологии, базой которой являются комбайны избирательного действия, более совершенная буровая техника, эффективные ВВ.

При строительстве новых и реконструкции действующих шахт, проведение полевых выработок и с присечкой крепких пород, взрывные работы являются основным способом разрушения горных массивов. Ежегодно только в угольной промышленности расходуется 70 тыс. т ВВ.

При любом способе проведения, проходка горных выработок отличается высокой опасностью проявления многочис-

9Ь