авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 ||

Повышение пылегазовой безопасности выработок добычных участков угольных шахт на основе пенопородных ленточных аэродинамических сопротивлений

-- [ Страница 2 ] --

2. В качестве надежного средства управления пылегазовым режимом выработанных пространств и выработок добычных участков угольных шахт может быть рекомендована твердеющая пена, полученная смешением в водном растворе пенообразователя «Сульфанол» (3-5 %), стабилизатора - смолы карбамидоформальдегидной с пониженным содержанием формальдегида (24-27 %) и отвердителя в виде сульфокислоты технической (11-16 %), кратностью до 40 и устойчивостью до трех месяцев.

По итогам исследований предложен состав для защиты выработанного пространства и профилактики эндогенных пожаров (табл. 1), содержащий пенообразователь на основе «Сульфанол», стабилизатор, отвердитель и воду, согласно изобретению, в качестве стабилизатора используют смолу карбамидоформальдегидную, отвердитель – сульфокислота техническая или его аналог и воду, при следующем соотношении компонентных масс, %:

Сульфонол 3…5;

Смола карбамидоформальдегидная 24…27;

Сульфокислота техническая 11…16;

Вода остальное.

Таблица 1 - Требования к исходным продуктам твердеющей пены

Наименование компонентов Документ Свойства компонентов
Смола карбамидоформальдегидная (стабилизатор) ГОСТ 14231-78 ТУ 2223-001-51119346-2003 Однородная суспензия от белого до светло-желтого цвета без посторонних включений. Плотность 1100-1300 кг/м3, массовая доля свободного формальдегида не более 0,25 %, условная вязкость по вискозиметру ВЗ-4 после изготовления 20-35 с. После хранения в течение 60 суток не более 200 с, смешиваемость смолы с водой при 293±274 К в соотношении по объему 1:2 полная (коагуляция не допускается, сухой остаток 51± 2 %).
Сульфонол (пенообразователь) ТУ 84-509-81 Порошок белого цвета, хорошо растворим в воде, насыпная плотность 110-170 кг/м3.
Сульфокислота техническая (пластификатор, отвердитель) ТУ 2471-005-55841212-2005 Образуется при действии серной кислоты на высококипящие фракции нефти при очистке нефтепродуктов (керосина, газойля, солярного масла), темно-коричневая жидкость, хорошо растворима в воде, имеет плотность 1136 кг/м3, вязкость 32 с.

Предложенный состав представляет собой долгоживущую пенную смесь высокой кратности (до 40), образованную при механическом перемешивании используемых компонентов с использованием стандартных пеногенераторов. В выработанном пространстве формируют изолирующие полосы с обрушением в неё пород кровли за крепью, позволяющие практически полностью устранить проникновение опасных по взрыву газа и пыли в горные выработки, вызванное низкой скоростью «слёживаемости» обрушенной породы в выработанном пространстве. Происходит перемещение утечек аэрогелей к призабойному пространству за пределы зоны высоких концентраций метана и препятствование перемещению пыли как внутри выработанного пространства, так и выхода её в рабочие пространства.

Опытами установлено, что полученная пена является практически воздухонепроницаемой. При непосредственном воздействии пламени ее поверхностный слой обугливается, но пламя по поверхности не распространяется. Твердеющая пена не накапливает в себе влагу, не является токсичной, является пожаробезопасной, выдерживает температуру до 200oС.

Затвердевание и приобретение эластичности происходит по мере истечения из пены жидкости и не превышает 24 часов. Период распада пены в лабораторных условиях оценивается порядка 2,5 – 3 месяцев.

Фильтрационные свойства твердеющей пены толщиной 30 см различных составов определялись по ГОСТ 25891-83 «Методы определения сопротивления воздухопроницанию ограждающих конструкций» (табл. 2).

Заполнение пеной свободного пространства в пределах извлекаемой мощности пласта обеспечивает ее всплывание между кусками обрушающейся затем на нее непосредственной кровли, заполнение пустот и даже образующейся полости между непосредственной и основной кровлей за счет разряжения воздуха в этом пространстве. В результате этих процессов увеличивается сопротивление движению утечек воздуха и пыли, вплоть до полной изоляции выработанного пространства.

Таблица 2 - Аэродинамические свойства слоя твердеющей пены

толщиной 300 мм

№ состава Объемный расход воздуха Q, 106м3/ч Воздухопро-ницаемость образца, G кг/м2ч Кратность
1 298 0,021 10...15
2 322 0,023 25...30
3 342 0,024 40...44
4 360 0,028 43...45
5 520 0,038 47...50
6 935 0,067 49...52

По результатам исследований получен патент на изобретение № 2334110 «Состав для защиты выработанного пространства и профилактики эндогенных пожаров».

3. Безопасность и эффективность ведения работ обеспечивается использованием аэродинамических сопротивлений ленточного типа в выработанном пространстве у очистного забоя и вентиляционного штрека, позволяющие уменьшить объемы фильтрации газа и вынос пыли из выработанного пространства от 60 до 80 %.

Для оценки эффективности предложенного способа управления пылегазовым режимом было использовано математическое моделирование процесса формирования утечек воздуха с помощью программы «modeflow», в рамках которого было решено 12 модельных задач, при этом варьировались размеры зон повышенных сопротивлений, возникающих при запенивании соответствующих областей выработанного пространства. Результаты моделирования показали, что повышение сопротивления выработанного пространства в 2-3 раза (кривая 1), в 5 раз (кривая 2) и в 10 раз (кривая 3) позволяет существенно изменять характер распределения утечек в выработанном пространстве, их удельную и абсолютную величину по сравнению с базовой бесцеликовой схемой (кривая 0) (рис. 2). Предложенный способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа повышает сопротивление выработанного пространства в 7-10 раз, снижая относительные значения утечек аэрозолей от 60-80 %.

При этом меняется характер движения утечек в выработанном пространстве с выравниванием удельных поступлений по длине штрека, что будет способствовать снижению вероятности взрывов газовоздушной смеси.

Рисунок 2 - Влияние аэродинамического сопротивления на утечки

воздуха в лаве и штреке при использовании полос твердеющей пены.

Разработанная пеногенерирующая система управления пылегазовым режимом выработанных пространств включает в себя (рис. 3): два компрессора 4 с ресиверами, ёмкости для образования смеси (пеногенераторы) 5, система трубопроводов 8 подачи смеси раствора и сжатого воздуха к пеногенераторам с электрозолотниковыми или клапанными распредустройствами, трубопроводы 9 подачи пены к стволам-форсункам 6, 7, ёмкости 1 для хранения веществ, входящих в рецептуру пен, блоки управления с распределителями – БУ, дозаторы 2, насосы 3.

 Пеногенерирующая система-5

Рисунок 3 - Пеногенерирующая система управления пылегазовым

режимом добычного участка

Схема испытываемого пеногенератора для образования твердеющей пены представлен на рисунке 4 и включает в себя компрессор 1 с ресивером 2, позволяющий создавать давление до 1,6 МПа, соединенный трубопроводом 3 с распределителем 8 и форсунками 10, ёмкость 4 для хранения веществ смеси, дозатор 5, ёмкость смеситель 6, отградуированная с шагом 1 литр и соединённая трубопроводом 7 с распределителем 8, блоки управления 9, форсунки 10 с диаметром сопла 0,5…1,5 мм, а также блок 11 крепления распределителя, блоков управления и форсунок. Стволы-форсунки распылителей пены выполнены в виде пневмогидравлических форсунок с соплами Лаваля с различными диаметрами выходных отверстий. В зависимости от диаметра сопла возможна регулировка кратности пены и соотношения твёрдое/жидкое.

Технико-экономическая оценка применения твердеющих пен для создания ленточных аэродинамических сопротивлений свидетельствует о целесообразности их применения и составляет 681 руб., для приготовления 1 м3 твердеющей пены.

 Схема пеногенерирующей-6

Рисунок 4 - Схема пеногенерирующей установки

В таблице 3 представлено сравнение себестоимости и стоимости агрегатов для создания аэродинамических сопротивлений на 1 тонну добытого угля для условий пласта «Тройной» шахты «Северная» ОАО «Воркутауголь» со следующими характеристиками: мощность пласта 2,5 м, скорость подвигания очистного забоя – 3-5 м/сут, длина лавы 200 м, объем очистной добычи – 2000 т/сут, содержание в ней угля 42,9 %. Сравнивались следующие материалы: твердеющая пена, пенобетон автоклавного твердения, газобетон неавтоклавного твердения и бетон. Толщина слоев используемых материалов вдоль очистного забоя 500 мм, вдоль вентиляционного штрека – 300 мм.

Сравнительный анализ показывает рациональность использования твердеющей пены для создания аэродинамических сопротивлений. Стоимость материалов, сравниваемых по показателям пылегазопроницаемости с твердеющей пеной, значительно дороже.

Таблица 3 - Сравнительная таблица себестоимости материалов

для создания аэродинамических сопротивлений у очистного забоя

Материал Себестоимость (руб./1 м3) Стоимость оборудования, руб. Сопротивление воздухопрони-цаемости R, м2чдаПа/кг Стоимость исп. на 1 т добытого угля, руб.
Твердеющая пена 681 57600 30-40 80
Газобетон н-а/т 1700 230000 20 203
Пенобетон а/т 2224 300000 40 266
Бетон 1600 - 70 191

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-исследовательскую работу, в которой поставлена и решена актуальная задача повышения безопасности труда работающих на подземных горных работах путем разработки новых способов управления пылегазовым режимом выработанных пространств на основе пенопородных ленточных аэродинамических сопротивлений.

Выполненные автором исследования позволяют сделать следующие выводы и дать рекомендации, направленные на улучшение безопасности работников угольных шахт:

1. Повышение нагрузки на очистные забои, ведущее к пропорциональному увеличению пылегазовыделения в выработки добычных участков, требует повышения эффективности применяемых мер дегазации подрабатываемых и надрабатываемых участков горного массива и существующих способов пылеподавления, в том числе путем применения новых рациональных способов управления пылегазовым режимом выемочных участков.

2. Наличие мощных источников пылеобразования в выработках формирует отложения сухой пыли наиболее взрывоопасных фракций (20-50 мкм) в труднодоступных для профилактической обработки местах (пространства за крепью и конструктивными элементами сооружений в горных выработках), количественно превосходящие нижние пределы взрывоопасности (20 г/м3).

3. Установлена зависимость пылевыделения и пылепереноса от расстояния в выработанном пространстве, с максимумом пылевыделения в очистном забое и экспоненциальным снижением содержания пыли при движении аэрозолей с утечками воздуха, позволяющие количественно определить миграцию пыли в воздушном потоке в зависимости от её крупности.

4. Рационален предложенный оригинальный способ создания изолирующего слоя, основанный на подаче перед посадкой непосредственной кровли в выработанное пространство за механизированной крепью долгоживущей пены различной устойчивости, которая заполняет свободное пространство в пределах извлекаемой мощности пласта, уменьшая объемы фильтрации пылевых аэрозолей в выработанном пространстве от 60 до 80 %. Способ защиты выработанного пространства и состав пены защищены патентами РФ на изобретение.

5. Экспериментально подтверждена возможность использования твердеющей пены для защиты выработанного пространства и профилактики эндогенных пожаров, причем толщина слоя твердеющей пены, достаточная для управления пылегазовым режимом выработанного пространства, варьируется от 300 мм и более, а долговечность превышает 60 дней при воздухопроницаемости 0,02…0,04 кг/м2ч.

6. Предложенная пеногенерирующая система управления пылегазовым режимом обеспечивает генерацию долгоживущих пен с кратностью от 30 до 40 и рекомендуется к использованию для условий добычных участков угольных шахт при управлении пылегазовым режимом методом устройства дополнительных аэродинамических сопротивлений в выработанном пространстве вслед за подвиганием очистного забоя. Структура и параметры пеногенерирующей системы зависят от ёмкости создаваемых полос запенивания, их количества и скорости подвигания очистного забоя.

7. Технико-экономическая оценка применения твердеющих пен для создания ленточных аэродинамических сопротивлений свидетельствует о целесообразности их применения и составляет 681 руб., на приготовление 1 м3 твердеющей пены в ценах сентября 2008 года. Использование твердеющих пен повышает себестоимость добычи угля для условий Воркутского месторождения на 80 руб./т.

Основные положения работы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шувалов Ю. В., Бульбашев А. И., Смирнов Ю. Д. Рациональные параметры и схемы управления пылегазовым режимом угольных шахт // Горный информационно-аналитический бюллетень – МГГУ, № 5, М., 2008 г. С. 50-59.

2. Шувалов Ю. В., Бульбашев А. И., Смирнов Ю. Д., Каменский А. А. Использование устойчивых пен и фазовых переходов воды в системах управления пылевым режимом горнодобывающих предприятий // Сборник трудов 5-ой международной научно-практической конференции «Освоение минеральных ресурсов Севера. Проблемы и решения» - Воркута, ВГГУ, 2007. С. 211-214.

3. Шувалов Ю. В., Смирнов Ю. Д., Каменский А. А. Безопасность промышленных процессов при подземной и открытой разработке угольных месторождений // Известия Самарского научного центра РАН, Спец. выпуск: «Безопасность. Технологии. Управление» - Самара, Самарский научный центр РАН, 2007, Т. 2. С. 84-88.

4. Литвиненко В. С., Шувалов Ю. В., Никулин А. Н., Гаспарьян Н. А., Смирнов Ю. Д., Каменский А. А. Новые технологии обеспечения безопасности при добыче полезных ископаемых в России // Записки горного института – СПб.: СПГГИ, 2007, Т.172. С. 178 – 185.

5. Шувалов Ю. В., Смирнов Ю. Д. Твердеющие смеси для защиты от негативного воздействия техногенеза и окружающей среды // Популярное бетоноведение - СПб., 2007 г. - № 18. С. 77 - 82.

6. Смирнов Ю. Д. Использование долгоживущих твердеющих пен для защиты рабочих пространств от взрывов пыли и газа // Записки горного института – СПб.: СПГГИ, 2007, Т. 174. С. 225 – 228.



Pages:     | 1 ||
 








 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.