CC BY
27
© В.В. Смирняков, Е.П. Ютяев, 2014
УДК 622.81
В.В. Смирняков, Е.П. Ютяев
ОЦЕНКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА УТЕЧЕК ВОЗДУХА В ВЫРАБОТАННЫХ ПРОСТРАНСТВАХ
Рассмотрены основные методы расчета утечек в выработанные пространства пав при прямоточной и возвратноточной схемах проветривания выемочных участков и произведен их сравнитепьный анапиз. Авторами рассмотрены разпичные методики расчета утечек при прямоточной и возвратноточной схемах проветривания, по которым произведен расчет дпя одинаковых усповий выемочного участка. Установпено, что все рассмотренные методики расчета копичества воздуха, движущегося через выработанное пространство, основаны на данных, попученных дпя конкретных горно-технических и горно-геопогических усповий и не могут бьтть испопь-зованы в качестве универсапьных.
Ключевые спова: аэродинамика выработанных пространств, утечки, схемы проветривания, выемочный участок.
Основная проблема аэродинамики выработанных пространств заключается, с одной стороны, в необходимости разработки научно обоснованных методов расчета для определения количества воздуха, проходящего в зону обрушения - утечек. С другой стороны, эти методы должны иметь практическое значение, позволяя получить достоверные результаты, не задаваясь большим объемом исходных данных.
Особое значение эта проблема имеет при разработке газоносных угольных пластов. В настоящее время все схемы проветривания выемочных участков угольных шахт разделяются по ряду известных определяющих классификационных признаков. В зависимости от схемы проветривания различаются и пути утечек воздуха. Разработано и применяется в условиях производства большое количество различных схем проветривания, среди которых можно выделить две основные - прямоточная с выдачей исходящей струи на поддерживаемую за лавой вентиляционную выработку и возвратноточная с односторонним примыканием выработанного пространства.
Известно, что при применении традиционных схем проветривания выемочных участков (возвратноточной и прямоточной с подсвежением) очистные работы осложняются из-за наличия газоопасных зон: при возвратноточной схеме - на сопряжении лавы с воздухоотводящей выработкой за счет выноса метано-
воздушной смеси из выработанного пространства, а при прямоточной схеме с подсвежением - за счет вымывания из выработанного пространства утечками воздуха метановоздушной смеси в поддерживаемую на границе с выработанным пространством выработку.
Исследованию утечек воздуха в подобных условиях посвящен ряд фундаментальных работ таких ученых как Ушаков К.З., Пучков Л.А., Каледина Н.О., Патрушев М.А., Мясников A.A., Колесниченко Е.А. и др.
В общем виде расчетная схема при прямоточном движении воздуха выглядит так, как показано на рис. 1. В лаву поступает основное количество воздуха, которое по мере движения по ней сокращается за счет утечек в выработанное пространство. На выходе на вентиляционный штрек этот воздух подсвежается дополнительным количеством воздуха и по мере движения по вентиляционной выработке пополняется утечками из выработанного пространства. Основная задача здесь сводится к определению величины утечек, их распределения в зоне обрушения и расстояния, на котором количество воздуха на вентиляционном штреке становится максимальным и приблизительно равным поступающему количеству воздуха.
Рис. 1. Прямоточная схема движения воздуха: Q0 - основное количество воздуха, Qд - дополнительное количество воздуха, Qлп - количество воздуха, поступающее в лаву, Qли - количество воздуха в конце лавы, QyT - утечки воздуха, Qин - количество воздуха в начале вентиляционной выработки, Qyч.и - количество воздуха, исходящее с участка, Q(x) - количество воздуха в вентиляционной выработке, Ь - длина лавы, X - расстояние, на котором определяется количество воздуха в вентиляционной выработке
Авторами рассмотрены различные методики расчета утечек при прямоточной схеме проветривания, по которым произведен расчет для одинаковых условий выемочного участка [1-6]. Результаты в виде графиков представлены на рис. 2.
Из графиков видно, что все методики дают значительное расхождение как в количестве воздуха в начале вентиляционного штрека (60 %), так и в расстоянии выхода утечек на вентиляционной выработке (66 %). Сравнительные результаты по относительным показателям представлены в табл. 1.
В общем виде расчетная схема при возвратночном движении воздуха выглядит следующим образом (рис. 3). В лаву поступает основное количество воздуха, которое по мере движения по ней в первой части сокращается за счет утечек в выработанное пространство. Далее этот воздух пополняется утечками из выработанного пространства. После выхода из лавы весь воздух поступает на вентиляционный штрек. Основная задача сводится к определению величины утечек, их распределения в зоне обрушения и максимального расстояния, на котором утечки воздуха распространяются в выработанное пространство.
о
ОУЧ
1 6 5а56 7
j 6 3 . -
п /
Од
0 50 100 150 200 <- 250 300 350 400 450 SX-66 % .
Рис. 2. Результаты расчета утечек при прямоточной схеме: 1 - методика Патрушева М.А., Драницына Е.С., 2 - методика Колесниченко Е.А., Сморчкова Ю.П., Орешкина A.B., 3 - методика Милетича А.Ф., 4 - методика Мясникова А.А., Рябченко A.C., Садчикова В.А., 5а - методика Ушакова К.З., Клебанова Ф.С., Пучкова Л.А., 5б - методика Ушакова К.З., Клебанова Ф.С., Пучкова Л.А., 6 - методика Пучкова Л.А., 7 - результаты натурных наблюдений
Таблица 1
Сравнительные результаты расчета утечек при прямоточной схеме
Мето- Относи- Относи- Величина Относи- Относи-
дика тельная ве- тельная ве- утечек от- тельное ко- тельное
расчета личина уте- личина уте- носительно личество расстояние
утечек чек из лавы в выработанное про- чек на участке в выработанное натурных наблюдений ОУТ — воздуха в начале вентиляцион- распространения утечек
странство ОУТ/ОО, % простран-ствоОУТ/ ОУЧ, % ОУТ.Н / ОУТ.Н, % ного штрека ОИН/ ОУЧ,% X / Ь
1 62 31 24 69 1,13
2 74 37 49 63 3,3
3 17 8,5 -66 91,5 3,13
4 38 19 -24 81 3
5а 17 8,5 -66 91,5 1,87
5б 25 13 -50 87 1,87
6 37 18 -25 82 1,6
7 49 25 0 75 2,27
поступающее на участок, Qлп - количество воздуха, поступающее в лаву, Qли - количество воздуха в конце лавы, Qyт - утечки воздуха, Qyч.и - количество воздуха, исходящее с участка, Q(x) - количество воздуха в вентиляционной выработке, Ц Б - длина и площадь сечения забоя лавы, X - расстояние, на которое распространяются утечки воздуха в выработанном пространстве, Рут — площадь сечения зоны обрушения, в которой распространяются утечки воздуха
Согласно рассмотренным методикам для возвратноточной схемы проветривания произведен расчет для одинаковых усло-
вий выемочного участка, результаты в виде графиков представлены на рис. 4 [4, 6, 7, 8]. Все рассмотренные методики дают значительное расхождение в количестве утечек воздуха (74 %). Сравнительные результаты по относительным показателям представлены в табл. 2, из которой видно, что все методики дают значительное расхождение также и в определении глубины распространения утечек (56 %). Значительное отличие отмечено также и в сравнении с натурными наблюдениями, проведенными на участках с аналогичными горно-геологическими и горнотехническими параметрами, которые характеризуются ассимет-ричным характером утечек.
дика Ушакова К.З., Клебанова Ф.С., Пучкова Л.А., 4 - методика Ушакова К.З., Пуч-кова Л.А., 5 - результаты натурных наблюдений
Таблица 2
Сравнительные результаты расчета утечек при возвратноточной схеме
Мето- Абсолютная Относительная Величина уте- Относитель-
дика величина уте- величина уте- чек относи- ное расстоя-
расчета утечек чек на участке в выработан- чек на участке в выработан- тельно натурных наблюде- ние распространения
ное простран-ствоОУТ, м3/с ное простран-сгвоОУТ / ОУЧ, % нии ОУТ — ОУТ.Н/ ОУТ.Н, % утечек X / Ь
1 1,17 8,7 -83 0,22
2 11,05 83 62,5 0,51
3 2,28 17,1 -66,4 0,5
4 4,8 36,1 -29,4 0,5
5 6,8 51,1 0 -
В заключение можно привести основные выводы по оценке результатов расчета:
1. Все методы расчета количества воздуха, движущегося через выработанное пространство, основаны на данных, полученных для конкретных горно-технических и горно-геологических условий и не могут быть использованы в качестве универсальных.
2. Рассмотренные методики дают большое расхождение в определении количества воздуха в утечках (60 % для прямоточных схем и 74 % для возвратноточных схем) и глубины распространения зоны утечек в выработанном пространстве (66 % для прямоточной схемы и 57 % для возвратноточной схемы)
3. Все приведенные методики позволяют оценить движение воздуха только вдоль направления лавы и выработанного пространства и не учитывают распределение утечек по высоте зоны обрушения
4. Получены результаты, имеющие наибольшую сходимость с натурными наблюдениями по определению величины утечек для прямоточной схемы согласно методике № 4 (Мясников A.A. и др.) и для возвратноточной схемы согласно методике № 4 (Ушаков К.З. и др.). По глубине распространения зоны утечек в выработанном пространстве для обеих схем наибольшую сходимость дают интегральные методы расчета.
5. Для сложных схем проветривания и получения более достоверных результатов необходимы учет и дифференциация дополнительных факторов, влияющих на динамику утечек на выемочных участках
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Колесниченко Е.А., Сморчков Ю.П., Орешкин A.B. Динамика газовыделения и интенсивность выемки угля на шахтах ПО «Воркутауголь». Обзор ЦНИЭИуголь, — М., 1985.
2. Милетич А.Ф. Утечки воздуха в шахтах. — М.: Госгортехиздат, 1962.
3. Мясников A.A., Рябченко Л.С., Садчиков B.A. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. — М.: Недра, 1987.
4. Рудничная вентиляция: / Справочник под ред. К.З.Ушакова. — М.: Недра, 1988.
5. Патрушев М.А., Драницын Е.С. Проветривание высокомеханизированных лав. — Донецк: Донбасс, 1974.
6. Пучков Д.Д. Аэродинамика подземных выработанных пространств. — М.: МГГУ, 1993.
7. Устинов А.М., Калиев С.Г. Закономерности распределения утечек воздуха в выработанном пространстве лав при возвратноточной через целик
схеме проветривания. — В сб. научных трудов ВостНИИ, т. 19, Кемерово, 1973, С. 94-100.
8. Масляев А.Е., Линденау И.Н. Определение ширины проветриваемой зоны выработанного пространства при столбовой системе разработки. — В сб. научных трудов ВостНИИ, т. 19, Кемерово, 1973, С. 89-93. ШЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Смирняков В.В. — кандидат технических наук, Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», bp@spmi.ru,
Ютяев Евгений Петрович — кандидат технических наук, генеральный директор ОАО «СУЭК-Кузбасс».
ESTIMATION OF CALCULATION METHODS OF VENTILATION LOSSES IN MIND-OUT SPACES
Smirniakov V.V., PHD in eng. sc.
National mineral resources university «Mining University», Russia Utyaev E.P., PHD in eng.sc. SUEK-Kuzbass, Russia
The article describes the main methods of ventilation losses in mind-out spaces of long faces for direct-flow and back-flow schemes of air clearing for working arias and also their comparative analysis has been carried out. The authors have studied different accounting treatments of ventilation loss for direct-flow and back-flow schemes of air clearing, which have been used for calculation for equal terms of working area. It has been determined, that all reviewed accounting treatments of air amount, that flow through mined-out space, are based on data for specific mining and geological conditions and they can't be used as flexible.
Key words: aerodynamic of mind-out spaces, ventilation losses, schemes of air clearing, working aria, direct-flow scheme, back-flow scheme.
REFERENCES
1. Kolesnichenko E.A., Smorchkov U.P., Oreshkin A.V. Dynamic of gas evolution and intensity of coal mining in the mines PO «Vorkutaugol». Survey ZNlElugol. Moscow, 1985.
2. Miletich A.F. Ventilation losses in mines. Moscow, Gosgortehizdat, 1962.
3. Myasnikov A.A., Ryabchenko L.S., Sadchikov V.A. Gas control for bank excavation. Moscow, Nedra, 1987.
4. Mining ventilation: / Guide under editing of K.Z. Ushakov. Moscow, Nedra, 1988.
5. Patrushev M.A., Dranizyn E.S. Aeration of highly mechanized long faces. Donetsk: Donbass, 1974.
6. Puchkov D.D. Aerodynamics of undersurface mined-out spaces. Moscow, MGGU, 1993.
7. Ustinov A.M., Kaliev S.G. Mechanisms of ventilation losses sharing in mined-out spaces of long faces for back-flow schemes of air clearing through block. ln the collection of scientific works VostNll, vol. 19, Kemerovo, 1973, p. 94-100.
8. Maslyaev A.E., Lindenau I.N. Width definition of ventilation zone of mined-out space in pillar mining. — In the collection of scientific works VostNll, vol. 19, Kemerovo, 1973, p. 89-93.
