CC BY
60
5. Алексеев З. Радон в вашем доме. - М.: Охрана труда и социальное страхование, 2001. - № 2. - С. 63-65.
6. Рубан А.Д., Забурдяев Г.С., Забурдяев В.С. Исследования газоди-нами-ческого состояния угольного пласта при его дегазации и увлажнении // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - Новосибирск, 2005, № 2. - С. 86-96.
7. Забурдяев, Г.С. Снижение запыленности воздуха в процессе работы горных комбайнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М.: МГГУ. - 2000. - С. 100-104.
|— Коротко об авторах-------------------------------------
Забурдяев Геннадий Семенович - кандидат технических наук, ИПКОН РАН.
------------------------------- © Ю.В. Шувалов, А.П. Веселов,
Н.А. Гаспарьян, 2006
УДК 622.8.807.2
Ю.В. Шувалов, А.П. Веселов, Н.А. Гаспарьян
ПАРОКОНДЕНСАЦИОННЫЙ СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЗРЫВОВ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ И ГАЗА
Лэрозоли и аэрогели угольной пыли в выработках и ыработанном пространстве представляют серьезную угрозу безопасности и эффективности ведения работ. Это связано, в первую очередь, с вероятностью взрывов самих аэрозолей или их смесей с метаном, а также вероятностью участия во взрывах сухих аэрогелей при переходе их во взвешенное (аэрозоли) состояние и, во-вторых, с вредным воздействием аэрозолей пыли на организм человека. Таким образом новые технологические решения по обеспыливанию выработок и выработанного пространства по прежнему остаются весьма актуальными.
Очистка воздуха, исходящего из очистных и подготовительных забоев приобретает большое значение в связи с ростом нагрузки на забой, высокими темпами проходки выработок, в том числе и буровзрывным способом. Особенно
большое значение очистка воздуха приобретает в связи с переходом на механизированную выемку без присутствия людей в забое при применении нисходящего проветривания. Последнее резко улучшает пылевую обстановку в очистных забоях, но создает неблагоприятные условия на откаточном горизонте. Немаловажное значение имеет и тот факт, что выносимая из забоя пыль в основном оседает на почве и стенках капитальных выработок, ухудшая пылевзрывобезо-пасность шахты, экологическую обстановку около воздуховыдающих стволов.
Разбавление вентиляционной струей свежего воздуха газа, поступающего из окружающего массива, до безопасных концентраций в основных выработках добычного участка, еще не является гарантией безопасности ведения работ. Неравномерность газовыделения по площади поверхности контакта пород с воздухом и во времени делает вероятным характер формирования газового режима выработок и требует значительных резервов производительности систем безопасности (вентиляторов, распределительных устройств и пр.) при надежном и стабильном контроле ситуации. Известно влияние на газовый режим выработок таких факторов, как механические процессы в выработанном пространстве, изменение барометрического давления атмосферного воздуха, технологических процессов в выработке и т.д. Измерения распределения скорости движения воздуха и концентрации газа в сечении самой лавы свидетельствуют об их неравномерности и зависимости от технологической операции. Диапазон стабильных изменений концентрации газа в сечении достигает 0,3-0,4 %, а эпизодические “всплески” могут превышать допустимые пределы и вызывать воспламенения газа, переходящие во взрывы пыли и газа.
Этому же способствуют слоевые и местные скопления газа в различных частях очистных и вентиляционных выработок, особенно при использовании для охраны последних многорядной органной крепи и сохранения части выработанного пространства пласта между нею и вентиляционной выработкой. Особую опасность они представляют при современной схеме проветривания участка с выносом газа из выработанного пространства на вентиляционный штрек, нерав-
номерным распределением по нему утечек воздуха и концентрацией в них газа. Ведение вспомогательных работ в вентиляционных выработках (подрывка почвы, доставка крепи и материалов и пр.) может также привести к пожаровзрывоопасной ситуации с чрезвычайными последствиями при переходе пламени в выработанное пространство.
Аварии, происходящие на угольных шахтах, преимущественно связаны с пожарами и взрывами (около 60 %), обрушениями (25-30 %), газодинамическими явлениями (5-7 %) и другими причинами. Основные из этих аварий (90-95 %) происходят в подземных выработках. Наиболее опасными объектами по возгораниям и взрывам являются очистные забои, в которых, за последние 30 лет происходило более 45 % вспышек (взрывов) газа и угольной пыли. Основными источниками воспламенения при этом являлись фрикционное искрение (45,3 %), взрывные работы (34,2 %), аварии электрооборудования (14,9 %), эндогенные источники (3,2 %) и прочие (2,4 %).
Для обеспыливания исходящих струй в настоящее время применяют различные технические решения.
Наиболее распространенным является низконапорное орошение, применяемое в виде водяных завес по всему периметру горной выработки, основными параметрами их работы являются;
• давление на оросителях — до 2 МПа;
• эффективность — порядка 60 %;
• удельный расход воды — 10-25 литров на тонну перемещаемой горной массы.
Однако данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков, а именно:
• невысокую эффективность по улавливанию респира-бильной фракции пыли;
• обуславливает значительную обводненность выработки;
• имеет значительный влагоунос, обуславливающий намокание спецодежды персонала.
Пневмогидроорошение имеет более высокую эффективность, но требует подвода сжатого воздуха, без которого оно
работает как обыкновенное орошение, имея те же недостатки, что и низконапорное орошение.
Высоконапорное орошение требует рабочего давления до 25 МПа, что обуславливает его высокую энергоемкость и применение высоконапорных насосов.
Водовоздушные эжекторы также могут применяться для обеспыливания исходящих струй, но только в закрытых кожухах и бункерах, при этом для обеспечения их эффективной работы важно обеспечить в закрытом пространстве перегруза значительное разряжение для предотвращения выноса пыли в выработку.
Широко применяются для этих целей туманообразовате-ли, но они требуют значительной протяженности генерации тумана, имеют значительный его унос, что значительно уменьшает эффективность их работы.
Пылеулавливание и пылеотсос могут применяться для обеспыливания исходящих струй, но они энергоемки, а сухое пылеулавливание к тому же требует постоянной регенерации фильтров. Таким образом, на основе анализа современного состояния вопроса обеспыливания вентиляционных струй поставлена задача обосновать возможность создания и реализовать на практике техническое решение указанного выше предназначения, со следующими конструктивными особенностями и параметрами работы:
- высокую эффективность по улавливанию тонких фракций пыли (до 90 %);
- недопускало бы при своей работе влагоунос, обеспечивая утилизацию шлама;
- имело рабочее давление, позволяющее его подключить к противопожарному составу при рабочем давлении до 1 МПа;
- позволяло бы осуществлять транспортные операции в выработке;
- не влияло бы на устойчивость и надежность функционирования вентиляционной сети шахты за счет компенсации аэродинамических потерь вентиляционного потока за счет работы самого устройства;
- было бы дешево, просто в монтаже, эксплуатации.
В качестве такого решения может быть предложен пароконденсационный способ предотвращения взрывов угольной пыли и газа.
В основе метода ле-
3 жит подача в воздушный поток струи пара при атмосферном давлении.
4 Пар, поступая в область сравнительно низких температур, постепенно кон-
5 денсируется, образуя капельки воды, которые, соединяясь с частицами пы-
5 ли, обеспечивают их оса-
ждение. Известные конструкции парогенераторов, использующие для парообразования огневые и электрические нагревательные элементы, не удовлетворяют требованиям правил безопасности в подземных горных выработках и не допускаются к применению в подземных условиях. С этой целью целесообразно использовать агрегаты, обеспечивающие непосредственное Схема магистрального па-
преобразование механической рогенератора: 1 - узел п°д-Г Г вода воздуха и жидкости; 2 -
энергии жидкости в тепловую за корпус парогенератора; 3, 4, 5, счет гидродинамического трения 6 - форсунки-
и других видов потерь энергии. туманообразователи
Генерация пара и выпуск его ___________________________
за ограждающую конструкцию механизированной крепи может производиться от передвижной установки (см. рисунок), находящейся в верхней части лавы, совмещенной и передвигаемой вместе с крепью. Выпуск пара может производиться через шланги, как в верхней части, где наблюдается максимум утечек воздуха (до 40 % от общего количества), так и распределено по лаве (2-3 пункта выпуска) через гибкие шланги.
Система может быть совмещена с пылевзрывозащитой и других выработок добычного участка, а также работать с подачей в пароконденсат ингибирующих добавок, дополнительно снижающих взрывоопасность отложений пыли и взрывоопасность газовоздушной смеси.
Технологическая схема конденсационного пылеувлажне-ния на выемочном участке включает в себя оросительное устройство на выемочном комбайне, средства пылеподавле-ния (форсунка и мешковина) на пересыпе угля из очистного забоя на штрековый конвейер и на последующих пунктах пересыпов, туманообразующая завеса за очистным забоем, парогенераторы в нишах с шагом 200-300 м перед лавой и на сопряжении с воздухоподающей выработкой. Парогенераторы выбираются с учетом конкретных особенностей выработок по следующим параметрам: мощность двигателя, затраты мощности на парообразование, давление воды на входе в рабочую полость, характеристика сопла для истечения пара и диаметра паропровода, диаметр водовода.
Эффективность использования парогенераторов была подтверждена испытаниями на шахтах ОАО «Воркутауголь» и ОАО «Ленинградсланец». Экономическая оценка способа может быть сделана на основе сравнения с базовым вариантом (туманообразующая завеса).
Таким образом, при сопоставимых условиях работы средств профилактики взрывов пыли, обеспечивается интенсивное пылеотложение на участке, снижение запыленности воздуха в 1,7-7,3 раза и при работе пароконденсационной установки стабильное поддержание избыточной влажности аэрогелей в сечении выработки на безопасном уровне. Большая автономность и мобильность ПКС (пароконденсационная система), малый расход воды и экономичность работы позволяют считать систему конкурентоспособной по отношению к наиболее эффективным отечественным и зарубежным аналогам средств профилактики взрывов пыли. Таким образом эффективным физико-химическим способом профилактики возгорания и взрывов пыли и газа в выработанном пространстве является подача, за счет депрессии шахты, с утечками воздуха пароконденсата с ингибирующими добавками,
конденсация которых обеспечивает увлажнение пыли до взрывобезопасных пределов, ее связывание и снижает взрывоопасность газовоздушных смесей.
---------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мясников А.А., Старков С.П., Чикунов В.И. Предупреждение взрывов газа и пыли в угольных шахтах. - М.: Недра, 1985.
2. Шувалов Ю.В., Соболев В.В., Глобин А.Н., Веселов А.П. Аэрогазо-пылединамика выработанных пространств. Записки СПГГИ, СПб: Изд-во СПГГИ, 1995, т.1.
3. Шувалов Ю.В., Белозеров А.В. Теоретические основы конденсационного увлажнения и подавления пыли/Сб. Физические процессы горного производства. СПб: Изд-во СПГГИ(ТУ), 1992, с. 77-82.
4. Шувалов Ю.В., Соболев В.В., Глобин А.Н., Веселов А.П. Аэрогазодинамика выработанных пространств. Записки СПГГИ, СПб: Изд. СПГГИ, 1995, т.1, 95-101 с.
і— Коротко об авторах--------------------------------------------
Шувалов Ю.В. - профессор, доктор технических наук,
Гаспарьян Н.А. - аспирант,
Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет),
Веселов А.П. - кандидат технических наук, Министерство энергетики.
----------------------------- © Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева,
М.С. Плаксин, 2006
УДК 622.86
Г.Я. Полевщиков, Т.А. Киряева, М.С. Плаксин
КОНТРОЛЬ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ПО ДИНАМИКЕ МЕТАНООБИЛЬНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНОЙ ВЫРАБОТКИ
