CC BY
13
mezhdunar. konf. po problemam gornoj promyshlennosti, stroitel'stva i energetiki: Tul-GU, Tula, 2009.
7. SNiP 2.03.01-84. Betonnye i zhelezobetonnye konstrukcii /Gosstroj SSSR, 1985.
79 s.
8. Spravochnik proektirovshchika promyshlennyh, zhilyh i obshchestvennyh zdanij i sooruzhenij. Raschetno-teoreticheskij. V 2-h kn. Kn.1. / pod red. A.A.Umanskogo. Izd.2-e, pererab. i dop. M.: Strojizdat, 1972. 600 s.
9. Koryakov A.E., Kopylov A.B., Savin I.I. Primenenie metoda konechnyh ele-mentov pri modelirovanii sdvizheniya elementov gornogo massiva// Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. NaukioZemle. 2017. Vyp. 4. S. 344-354.
УДК 622.333
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ АЭРОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ
ВЫРАБОТОК
А.Н. Качурин, О.А. Афанасьев, В.П. Стась
Уточнены закономерности динамики метановыделения из разрабатываемого угольного пласта и конвективно-турбулентной диффузии метана в подготовительных выработках при высокой скорости подвигания подготовительного забоя. Усовершенствован динамический метод расчета количества воздуха, обеспечивающий безопасность подготовительных работ по аэрологическому фактору. Приведены тосновные выводы и рекомендации.
Ключевые слова: метан, подготовительная выработка, угольный пласт, ме-тановыделение, аэрологическая безопасность.
Наиболее опасным видом аварий в шахтах являются взрывы метана. Статистика взрывов метано-воздушной смеси (МВС) в угольных шахтах России в целом и в Кузбассе в частности показывает, что эффективной системы профилактики этого вида аварий до сей поры, нет. Но в тоже время широко внедряется технология «шахта - лава», при которой добыча из одной лавы может достигать 20 - 30 тыс. т. в сут. Увеличивается глубина разработки, растет природная газоносность разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород. В этих условиях только директивное ужесточение нормативных требований к производственным процессам по газовому фактору не даст существенного снижения реальной метаноопасно-сти шахт [1 - 3].Наиболее перспективным в России является Кузнецкий угольный бассейн. Высокая метаноносность угольных пластов Кузбасса (до 20...25 м /т) является причиной возникновения газового барьера для современных высоко производительных технологий добычи угля и скоростной проходки подготовительных выработок. Динамика взрывов МВС,
количества пострадавших и погибших последних лет показывает, что увеличение добычи угля и проведение эффективных подготовительных работ для создания необходимого очистного фронта может осуществляться только при условии снижения риска такого вида аварий.
Особую актуальность эта проблема приобретает для подготовительных выработок, проводимых по разрабатываемому угольному пласту с высокой скоростью подвигания подготовительного забоя. Важнейшей системой технологии снижения риска и локализации последствий взрывов метановоздушной смеси является компьютерная технология прогноза динамики метановыделений в подготовительных выработках и адекватной оценки количества воздуха, необходимого для их проветривания.
Поэтому целью исследований являлось уточнение закономерностей метановыделения из разрабатываемого угольного пласта и конвективно -турбулентной диффузии метана в подготовительных выработках при большой скорости подвигания подготовительного забоя. Эти закономерности позволят усовершенствовать динамический метода расчет количества воздуха, обеспечивающего безопасность подготовительных работ по аэрологическому фактору [4 - 5].
Сравнительный анализ аэрогазодинамического состояния шахт ОАО «Южкузбассуголь» показывает, что, во-первых, шахты характеризуются исключительно высокой газообильностью, во-вторых, возможностью возникновения аварийных загазирований горных выработок и появлением взрывоопасных концентраций метана. На примере ш. «Алардинская» видно, что такие загазирования возникают и в подготовительных выработках. При этом подготовительные участки могут находиться в состоянии аварийного загазирования от нескольких минут, до десятков часов. Обобщение результатов натурных наблюдений позволило разработать модель формирования метановой опасности в подготовительной выработке (рис. 1).
Рис. 1. Модель формирования опасной ситуации в подготовительной
выработке по газовому фактору
Таким образом, на формирование метановой опасности влияет фильтрация и десорбция метана в угольном пласте, диффузия метана в отбитом угле, режим работы ВМП и конвективно-турбулентная диффузия метана в атмосфере подготовительной выработки [6 - 7].
Теоретические исследования показали, что для прогнозирования процесса формирования метановой опасности в подготовительных выработках необходимо учитывать конечную скорость распространения давления метана в угольном пласте. При этом закон сопротивления при фильтрационном движении метана в угольном пласте представляет собой функциональную связь газового потока с градиентом давления газа и локальной скоростью изменения газового потока для произвольно выбранной точки в рассматриваемой области угольного пласта. А газовая проницаемость угольного пласта представляет собой обобщенную характеристику свойств метана, коллекторских свойств угольного и релаксации процесса фильтрационного движения метана, при этом численное значение газовой проницаемости пропорционально третьей степени эффективной пористости горного массива.
Таким образом, процессы фильтрации метана в угольном пласте описываются уравнением гиперболического типа, а применение уравнений параболического типа является физически обоснованным для длительных периодов времени. Газовыделение в призабойное пространство подготовительной выработки из обитого угля, с точки зрения фундаментальных положений неравновесной термодинамики, представляет собой процесс релаксации, обусловленный внешними воздействиями на угольный пласт, приводящими к резкому увеличению площади газоотдающих поверхностей [8 - 9].
Современные технологии и технические средства отработки угольных пластов обеспечивают увеличение производительности очистных участков на порядок. Разумеется, что это приводит к тому, что в несколько раз возрастает скорость подвигания подготовительных забоев. Рассматривая угольные пласты, которые отрабатывают по технологии «шахта - лава», процесс фильтрационного движения метана считать ламинарным и одномерным [10].
Учитывая высокую скорость подвигания подготовительного забоя, необходимо использовать уравнение фильтрации гиперболического типа. Проектная длина подготовительной выработки на 1 - 2 порядка превышает мощность разрабатываемого угольного пласта и размеры зоны естественного газового дренирования, поэтому, физически обосновано, можно рассматривать одномерное полубесконечное пространство, что позволяет использовать граничные условия первого рода. Тогда решение уравнения фильтрации, описывающее нестационарное поле давлений метана будет иметь следующий вид:
2 2 Р - Ро 2 2 Р2 - Ро
= <ехр
-0,52 )°'5 + 0,52 )
V- 0,5
X
X
г
! (
х2 - 22ггх~уЛ) 0 5 ехр (- 0,5хгг"1) х
2(гг х )
XI
0,5г;
-1 (х2-2 2гг хуп )0,5'
Зх >ст,
г-2 (гг х у.1 )0,5
(1)
2 2 0 5
где I: [0,5/^г(х - г 1Г/ ху.п) , ] - модифицированная функция Бесселя первого порядка для аргумента, записанного в квадратных скобках; а0[? - г(1г / Хуп)05] - единичная функция Хевисайда; p - давление свободного метана в трещиновато-пористой структуре угля: 2 - пространственная координата; ? - время; - период релаксации процесса ламинарной фильтрации метана в угольном пласте; ху.п - пьезопроводность угольного пласта, зависящая от фильтрационных и сорбционных свойств угля; р0 , рс - давление свободного метана в угольном пласте и на поверхности обнажения пласта соответственно.
Из соотношения (1), следует аналитическая зависимость для расчета метановыделения с единичной площади поверхности обнажения угольного пласта 1уд п = 1уд н ехр (-0,5г / гг) 10 (0,5г / гг), где 1уд н - начальная скорость газовыделения, м /(м2 -•мин); 10 (0,5тг) - модифицированная
функция Бесселя нулевого порядка.
В период проведения выработки дебит метана в подготовительную выработку 1п о с элементарной поверхности обнажения угольного пласта dS
можно определить как Ж1п.о = пту. пКп. з 1уд. н ехр (-0,5г / гг) 10 ( 0,5г / гг) Жг, где п
- количество поверхностей обнажения угольного пласта, контактирующих с атмосферой подготовительной выработки; туп и Упз - мощность разрабатываемого угольного пласта и скорость подвигания подготовительного забоя соответственно. Интегрируя это уравнение, получим, что
г
1п.о (г) = птуп Упзз1уд,н{ехр(- 0,5^/гг)^ (0,5£/гг)^ при г < Тпв, (2)
0
где Тпв - срок проведения подготовительной выработки.
Следовательно, максимальное значение метановыделения будет при ? = Тп.в, т.е. 1Г = 1п о (Тп в). В период обособленного проветрива-
и«
ния выработки дебит метана в подготовительную выработку 1п о с элементарной поверхности обнажения угольного пласта dS можно определить как
Ж1*
пт,
мЬпв1уднехр(-0,5г/гг) 10(0,5г/гг)Жг, где Ьпм - проектная длина под-
готовительной выработки. Интегрируя данное уравнение, получим,
1*о (0 = С ехр [-0,5хг"1 (х - Тпя)] 1о 1 (х - Тпя)] при X > Тпя . (3)
Модифицированная функция Бесселя нулевого порядка может быть представлена в интегральном виде, тогда, вводя обозначение т = 0,5 XX/1, можно записать, что
¡по (х) = 0,318 Пту.пХУп.31уд.н®1 (т) при т < Тп.в ; (4)
С* (Тпв ) = 0,318 пШуМХгУп.31удн®1 (тпв); (5)
С. о (Х) = 1Г©2 (т - Тп.в ) при т > Тп.в , (6)
где тпв = 0,5 ТпЛг'1; тпв - безразмерный срок проведения подготовительной выработки;
©1 (£) = Iехр(-£)]"[ехр^0) + ехр(-£ са$0)]й0 ^;
0 0
©2 ($) = 0,159ехр [-(^-тп, )]х
%
х|{ехр[(£ - тп.в )+ ехр[-(£ - тп.в )й0 .
0
Функции ©1(£) и ©2(£) представляют собой безразмерные значения метановыделения с поверхности обнажения угольного пласта в соответствующие моменты времени, которые присваиваются переменной Результаты вычислительных экспериментов, проведенных для возможных интервалов изменения исходных данных, отражающих условия проведения подготовительных выработок в шахтах Кузбасса, позволили получить инженерные формулы для расчета этих функций. Аппроксимации функций ©1(^) и ©2(£) представлены в табл. 1 - 2.
Аппроксимации, заданные соотношениями табл. 1, характеризуются значениями коэффициентов корреляции от 0,995 до 0,999, а заданные соотношениями табл. 2, коэффициентами корреляции от 0,967 до 0,996.
Таблица 1
Аппроксимации зависимости ©1 = ©1(^)
Интервал безразмерной длительности технологического периода £ Теоретически обоснованная аппроксимирующая формула Коэффициент корреляции
[0, 10] ©1 (£) = 0,3787£3 - 2,4678£2+6,7909£ - 0,367 0,999
[10, 100] ©1 (£) = 0,0003£3 - 0,0329£2+1,5865£, +1,177 0,995
Погрешность аппроксимации не превышает 1 %. Из формул (4), (5) и (6) следует, что интенсивность метановыделения непосредственно связана со скоростью подвигания подготовительного забоя и проектной длиной подготовительной выработки.
Анализ этих зависимостей показывает, что в процессе проведения выработки метановыделение нарастает за счет увеличения площади газо-отдающей поверхности. Газоотдающая поверхность вначале находится под перепадом давления приблизительно равным значению pl~ p2. Затем происходит дегазация краевой части угольного пласта, контактирующей с атмосферой подготовительной выработки, в соответствии с закономерностью (6). Аппроксимация кривой газового истощения приведена в табл. 2.
Таблица 2
Аппроксимации зависимости®2 = ©2(£)
Интервал безразмерной длительности технологического периода £ Теоретически обоснованная аппроксимирующая формула Коэффициент корреляции
^ [0, 3] ©2 (£) = -0,0467£3 + 0,3314£2 - 0,8283£, + 0,9957 0,999
[3, 10] ©2 (£) = -0,0003£3 + 0,0074£2 - 0,0738£, + 0,4012 0,998
[10, 50] 02 (£) = 5 • 10-5 - 0,0047Е, + 0,1695 0,983
[50, 100] 02(£) = 2•Ю-6- 0,0008£, + 0,0908 1,000
В подготовительном забое в процессе проведения подготовительных выработок, проводимых частично или полностью по углю, происходит разрушение угля исполнительными органами проходческих комбайнов. Отбитый уголь дробится на блоки, которые можно заменить эквивалентными сферами, радиус которых соответствует некоторой эффективной величине, определяемой гранулометрической кривой, представляющей собой закон распределения разрушенного угля по фракциям различного размера. Тогда можно ввести следующие допущения: кусок отбитого угля заменяется эквивалентной сферой, которая дегазируется в диффузионном режиме; движущей силой диффузионного переноса является градиент остаточной газоносности рассматриваемой угольной сферы. Поэтому уравнение и краевые условия, описывающие метановыделение из куска отбитого угля, будут иметь следующий вид:
— = D dt
^ д2x 2 dx^ + ■
dr2 r dr у
, x (r,0) = x3 = const, x (R, t) = xÄ ( t), (7)
где x, x3- значение газоносности эквивалентной угольной сферы и газо-
355
носность угля в неразрушенной части подготовительного забоя соответственно; Я - радиус эквивалентной сферы, равный среднему размеру куска отбитого угля; В - коэффициент диффузии метана в отбитом угле.
Физически обоснованным является допущение х{Я, X) «хю, с учетом которого решение краевой задачи (7) получено в следующем виде:
x ( r, t ) =
Хж (Хз Хж )X(-1)n (шг) sin(шг / R)exp| -(ш / R) Dt
n=1 L
Таким образом, было установлено, что скорость газоотдачи поверхностью угольной сферы с учетом зависимости (8) и закона А. Фика можно записать в виде: j| « j exp(-9,87 Foö), где j- начальная скорость газоотдачи поверхностью угольной сферы; FoD- диффузионный критерий Фурье. В итоге была получена следующая формула для расчета метановы-деления из отбитого угля:
= 2,083 • 10-3 S4Vn.3 у у (Хз - Хю) м3/мин , (9)
где S4 - площадь поперечного сечения подготовительной выработки в про-
2 /3
ходке, м ; уу - плотность угля, т/ м ; хз, хю- значения остаточной газоносности отбитого угля в забое и при атмосферном давлении соответственно, м3/т.
Сравнение теоретических результатов с данными шахтных наблюдений свидетельствует об удовлетворительном совпадении характера кривых дегазации отбитого угля.
Газовые ситуации на подготовительных участках моделировались с помощью одномерного уравнения конвективно -турбулентной диффузии газовой примеси в воздухе. При этом рассматривалась однородная и изотропная турбулентность. Решение уравнения конвективно-турбулентной диффузии получено в следующем виде:
С (/, t) = Щпя / Qn в {[1 - exp (-ucpt / Ln B )] + 0,5exp (-ucpt / LnВ ):
(8)
'П .В
/
х| exp(ис/,х / Ьпв ) I expК^Ъ ^ erfc^0,5К / л/г - 4Ьх ^ +
0
+exp ( Ку[ь ) erfc ( 0,5К/7т+7Ът)| йх, (10)
где С = с - сН; с - объемная концентрация метана в воздухе подготовительной выработки; сН - объемная концентрация метана на свежей струе, поступающей в подготовительную выработку; иср - средняя скорость движения воздуха по подготовительной выработке; ЬП.В - проектная длина подготовительной выработки; 1п в,0.П.В~ абсолютная газообильность и объем подготовительной выработки; К = I/ у^Щ ; Ъ = 0,25и^ / Б + и / Ьпв .
Анализ результатов вычислительных экспериментов, выполненных с использованием зависимости (9), показывает, что, во -первых, поля кон-
'В Jx
центрации метана в воздухе подготовительных участков стремятся к некоторому стационарному состоянию. Во -вторых, динамический расчет количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных участков, целесообразно осуществлять, используя решения стационарного уравнения конвективно-турбулентной диффузии. Следовательно, переходя к решению стационарной задачи газовой динамики подготовительных участков, мы вносим определенный коэффициент запаса. При этом в любом случае анализ газовой ситуации для расчета количества воздуха должен быть ориентирован на максимальные концентрации метана, возникающие в шахтном воздухе.
Количество воздуха, подаваемого в подготовительный забой (0п.з), определяют как произведение подачи вентилятора местного проветривания ^ВМП) на коэффициент доставки воздуха При этом количество воздуха, протекающего по подготовительной выработке (0ПВ), увеличивается по мере приближения к ее устью. Натурные наблюдения показывают, что продольной турбулентной диффузией метана в подготовительной выработке можно пренебречь и рассматривать, только его конвективный перенос, тогда уравнение стационарной одномерной конвективной диффузии можно записать в следующем виде:
1"а (ь»р ^
С л т \
1 + а,Ч1В
^ПВ
QвМП С0 + !п.в QвМП (1 + а^ПВ )
(10)
где Ьтр = ЬПВ - Ьпз; Ьтр - длина вентиляционного трубопровода; ЬПВ -проектная длина подготовительной выработки; Ьп з - длина призабойной зоны; а - эмпирический коэффициент, характеризующий уменьшение коэффициента доставки воздуха с увеличением расстояния; С, - текущая координата; с - концентрация метана в произвольной точке подготовительной выработки; с0 - концентрация метана в свежей струе воздуха; 1п.в -метановыделение в подготовительную выработку.
В соответствии с требованиями действующих Правил безопасности приняты условия с(0) = сп.з, с(Ьтр) = ПДК, где сп.з - концентрация метана в призабойном пространстве. Это позволило получить формулу для расчета подачи ВМП, необходимой для проветривания подготовительной выработки с учетом конвективного переноса метана,
д =_1 п. в [1 - ехР(-Мп ^2)]_ (п)
ВМП (1 + аЬш )[ПДК - сп. з ехр (-^11п ^2 )] - с0 [1 - ехР (-^11п А,2 )] '
где = (1 + аЬПВ ) 1 ЬПВ ; ^2 = 1/(1 - аЬтр ) .
Для обеспечения безопасности подготовительных выработок по аэрологическому фактору разработан новый способ определения метановой опасности подготовительных выработок. Предлагаемый способ заклю-
чается в определении геометрических параметров подготовительной горной выработки, ее абсолютной газообильности и режима работы ВМП. Также определяют фильтрационные и диффузионные параметры переноса метана воздушной струей, и концентрацию метана в призабойном пространстве подготовительной выработки, концентрацию метана в свежей струе воздуха и коэффициент турбулентной диффузии метана в воздухе. Определяют среднюю концентрацию метана на выходе из подготовительной выработки из соотношения:
х ( 1 - exp
c(Ьи „) = с +1 /u S
\ П.В; 0 п.в ср п
-^0,25(иср /Вт)
0,5uср /БТ -\/0,25(%р /БТ )2 + %ср /БТ^ 1
(12)
/ \ 0,333
где и =кут/яв (N^1Я ) ; N - потребляемая мощность ВМП; Ятр - аэродинамическое сопротивление вентиляционного трубопровода; КПД ВМП; к - коэффициент утечек воздуха из вентиляционного трубопровода; $>ПВ - площадь поперечного сечения подготовительной выработки.
А метановую опасность подготовительной выработки определяют, сравнивая среднюю концентрацию метана на выходе из подготовительной выработки с ПДК и нижним пределом взрывчатости метановоздушной смеси. Если эта концентрация меньше ПДК, то ситуация не опасная, если средняя концентрация метана превышает ПДК, то ситуация опасная и если средняя концентрация метана превышает нижний предел взрывчатости ме-тановоздушной смеси, то ситуация чрезвычайно опасная.
Практика газовоздушных съемок показала, что основные погрешности при оценке аэрологической безопасности возникают при измерении площади поперечного сечения подготовительной выработки. Поэтому был разработан новый способ определения площади поперечного сечения подготовительной выработки, который снижает трудоемкость фиксации точек по контуру выработки и повышает точность определения площади поперечного сечения [11]. Результаты практической апробации показывают, что точность определения площади поперечного сечения горной выработки повышена, а трудоемкость фиксации точек по контуру выработки большого объема снижена на 70 %.
Таким образом, на основе результатов экспериментальных и теоретических исследований уточнены закономерности динамики метановыде-ления из разрабатываемого угольного пласта и конвективно-турбулентной диффузии метана в подготовительных выработках при высокой скорости подвигания подготовительного забоя, что позволило усовершенствовать динамический метод расчета количества воздуха, обеспечивающий безопасность подготовительных работ по аэрологическому фактору.
Основные выводы и практические рекомендации заключаются в следующем.
1. Высокая цена отказов, особенно катастрофических, в системе оценки управления уровнем метановой опасности подготовительных участков выдвигает на первый план задачу разработки эффективных профилактических мероприятий и своевременному вводу их в действие. Элементарный анализ событий, формирующих опасную газовую ситуацию по фактору взрыва метано-воздушной смеси, показывает, что концентрация метана в воздухе является главной характеристикой метаноопасности.
2. Достоверный прогноз динамики метанообильности подготовительной выработки основывается на адекватном законе сопротивления при фильтрации метана в угольном пласте, который отображает функциональную связь газового потока с градиентом давления газа и локальной скоростью изменения газового потока, поэтому метановыделение с поверхности обнажения пласта в подготовительную выработку следует описывать уравнением в частных производных гиперболического типа.
3. Сосредоточенные утечки воздуха на стыках труб вентиляционного трубопровода в подготовительной выработке целесообразно моделировать эквивалентными распределенными утечками, при которых изменение количества воздуха по длине трубопровода уменьшается пропорционально произведению объемного потока воздуха на коэффициент доставки, который является монотонно убывающей функцией длины трубопровода.
4. Поля концентраций метана в воздухе подготовительных выработок стремятся к некоторому стационарному состоянию, поэтому динамический расчет количества воздуха, необходимого для проветривания мета-нообильных подготовительных участков, при проектировании вентиляции целесообразно осуществлять, используя решения уравнения стационарной конвективно-турбулентной диффузии для граничных условий первого рода.
5. Прогнозная оценка безопасности подготовительной выработки по аэрологическому фактору основывается на определении средней концентрации метана в исходящей струе с учетом геометрических параметров подготовительной горной выработки, ее абсолютной газообильности, режима работы вентилятора местного проветривания, фильтрационных свойств угольного пласта и параметров конвективно-турбулентного диффузионного переноса метана воздушной струей.
6. Безразмерные значения метановыделения с поверхности обнажения угольного пласта для соответствующих значений безразмерного времени целесообразно аппроксимировать кубичными и квадратичными многочленами для временных интервалов и технологических периодов. Точность аппроксимации характеризуется значениями коэффициентов корреляции от 0,995 до 0,999 на период проведения выработки, и коэффи-
циентами корреляции от 0,967 до 0,996 на период обособленного проветривания. Погрешность аппроксимации не превышает 1 %.
7. Обеспечение безопасности проведения подготовительных выработок по аэрологическому фактору основывается на прогнозных оценках метановой опасности в проектах вентиляции выработок и мониторинге метановой опасности в течение всего периода их существования.
Список литературы
1. Качурин Н.М., Каледина Н.О., Качурин А.Н. Выделение метана с поверхности обнажения угольного пласта при высокой скорости подвига-ния подготовительного забоя // Безопасность жизнедеятельности. 2012. № 5. С. 8 - 11.
2. Качурин Н.М., Фатуев В.А., Качурин А.Н. Математические модели газодинамики тоннелей в период строительства // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 1. Ч. 2. 2012. С 100 - 113.
3. Качурин Н.М., Каледина Н.О., Качурин А.Н. Выделение метана с поверхности обнажения разрабатываемого угольного пласта при высокой скорости проходки // Известия вузов. Горный журнал. 2013. № 3. С. 25-31.
4. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурин А.Н. Прогноз абсолютной ме-танообильности очистных и подготовительных участков угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 89-102.
5. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Обоснование динамического метода расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и предельно допустимая производительность очистного участка по газовому фактору // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С.296-305.
6. Качурин Н.М., Стась Г.В., Качурин А.Н. Прогноз абсолютной ме-танообильности очистных и подготовительных участков угольных шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 89-102.
7. Грязев М.В., Качурин Н.М., Стась Г.В. Обоснование динамического метода расчета количества воздуха для проветривания очистного забоя и предельно допустимая производительность очистного участка по газовому фактору // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 2. С. 296-305.
8. N. Kaledina, A. Kachurin. Methane emanation from coal seam side face by the high advance rate of development face // Underground Mining Engineering. BelgradeUniversity. 2013. June. P. 6 - 9.
9. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Вакунин Е.И. Газовыделение с поверхности обнажения метаноуглекислотоносных угольных пластов // Известия вузов. Горный журнал. 1994. № 2. С. 43-49.
10. Ермаков А.Ю., Качурин Н.М., Сенкус В.В. Системный подход к технологии оценки метановой опасности очистных участков шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 4. С. 106-118.
11. Способ определения площади поперечного сечения горной выработки большого объема: пат. 2463551; опубл. 10.10.2012.
Качурин Александр Николаевич,канд. техн. наук, инж., ecology_ tsu_tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Афанасьев Олег Александрович, канд. техн. наук, инж., ecology_ tsu_tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Стась Виктор Павлович, асп., ecology_ tsu_tula@ mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
FORECASTING METHANE EMISSION AND AEROLOGICAL SAFETY OF DEVELOPMENT WORKINGS
The laws governing the dynamics of methane release from the coal seam under development and convective-turbulent diffusion of methane in the development workings at a high rate of advance of the preparatory face have been clarified. The dynamic method for calculating the amount of air has been improved, ensuring the safety of the preparatory work on the aerolog-ical factor. The main conclusions and recommendations are given.
Key words: methane, development working, coal seam, methane emission, aerological safety.
Kachurin Alexander Nikolaevich, Candidate of Technical Science, Engineer, ecolo-gy_ [email protected], Russia, Tula, TulaStateUniversity,
Afanasiev Oleg Alexandrovich, Candidate of Technical Science, Engineer, ecology_ [email protected], Russia, Tula, TulaStateUniversity,
Stas Victor Nikolaevich, Post Graduate Student, ecology_ [email protected], Russia, Tula, TulaStateUniversity
Reference
1. Kachurin N.M., Kaledina N.O., Kachurin A.N. Vydelenie meta-na s poverhnosti obnazheniya ugol'nogo plasta pri vysokoj skorosti podviganiya podgotovitel'nogo zaboya // Bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2012. № 5. S. 8 - 11.
2. Kachurin N.M., Fatuev V.A., Kachurin A.N. Matematicheskie modeli gazo-dinamiki tonnelej v period stroitel'stva // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. Vyp. 1. CH. 2. 2012. S 100 - 113.
3. Kachurin N.M., Kaledina N.O., Kachurin A.N. Vydelenie meta-na s poverhnosti obnazheniya razrabatyvaemogo ugol'nogo plasta pri vysokoj skorosti prohodki // Izvestiya vuzov. Gornyj zhurnal. 2013. № 3. S. 25-31.
4. Kachurin N.M., Stas' G.V., Kachurin A.N. Prognoz absolyutnoj metanoobil'nosti ochistnyh i podgotovitel'nyh uchastkov ugol'nyh shaht // Izvestiya Tul'skogo gosudarstven-nogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 1. S. 89-102.
5. Gryazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Obosnovanie dinami-cheskogo metoda rascheta kolichestva vozduha dlya provetrivaniya ochistno-go zaboya i predel'no dopustimaya proizvoditel'nost' ochistnogo uchast-ka po gazovomu faktoru // Izvestiya Tul'skogo gosudar-stvennogo uni-versiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 2. S.296-305.
6. Kachurin N.M., Stas' G.V., Kachurin A.N. Prognoz absolyutnoj metanoobil'nosti ochistnyh i podgotovitel'nyh uchastkov ugol'nyh shaht // Izvestiya Tul'skogo gosudarstven-nogo universiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 1. S. 89-102.
7. Gryazev M.V., Kachurin N.M., Stas' G.V. Obosnovanie dinami-cheskogo metoda rascheta kolichestva vozduha dlya provetrivaniya ochistno-go zaboya i predel'no dopustimaya proizvoditel'nost' ochistnogo uchast-ka po gazovomu faktoru // Izvestiya Tul'skogo gosudar-stvennogo uni-versiteta. Nauki o Zemle. 2018. Vyp. 2. S. 296-305.
8. N. Kaledina, A. Kachurin. Methane emanation from coal seam side face by the high advance rate of development face // Underground Mining Engineering. Belgrade University. 2013. June. P. 6 - 9.
9. Sokolov E.M., Kachurin N.M., Vakunin E.I. Gazovydelenie s poverhnosti obna-zheniya metanouglekislotonosnyh ugol'nyh plastov // Izvestiya vuzov. Gornyj zhurnal. 1994. № 2. S. 43-49.
10. Ermakov A.YU., Kachurin N.M., Senkus V.V. Sistemnyj pod-hod k tekhnologii ocenki metanovoj opasnosti ochistnyh uchastkov shaht // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2018. № 4. S. 106-118.
11. Sposob opredeleniya ploshchadi poperechnogo secheniya gornoj vyrabotki bol'shogo ob"ema: pat. 2463551; opubl. 10.10.2012.
УДК 622.8.807.2
АЭРОДИНАМИКА ПЫЛЕВЫХ ПОТОКОВ И СЕДИМЕНТАЦИИ
МЕЛКОДИСПЕРСНОЙ ПЫЛИ В ПЫЛЕУЛОВИТЕЛЯХ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
А. А. Хадарцев, С. З. Калаева, Г. В. Стась, К. М. Муратова
Теоретически и экспериментально установлено, что высокоэффективные технические средства для сепарации мелко- и тонкодисперсной пыли наиболее возможны и эффективны только при разработке технологии, совмещающей центробежные и инерционные силы в одном аппарате и позволяющей резко увеличить скорость движения газопылевых потоков в рабочих частях пылеуловителя-сепаратора. Разработана математическая модель газодинамических процессов в элементах пылеуловителя, совмещающего в своей работе принципы центробежной и инерционной сепарации.
Ключевые слова: аэродинамика, пыль, седиментация, сепарация, пылеуловитель, гранулометрический состав.
