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:   || 2 | 3 |

Режимавентиляции призабойного пространства подготовительныхвыработок при управляемомиспользовании энергетическогопотенциала воздушной среды

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Ткачук РоманВикторович

Обоснование режимавентиляции призабойного пространства

подготовительныхвыработок при управляемомиспользовании

энергетическогопотенциала воздушной среды

Специальность 25.00.21–«Теоретические основыпроектирования

горнотехническихсистем»

Автореферат

диссертации насоискание ученой степени

кандидата техническихнаук

Новочеркасск – 2009

Работа выполнена вШахтинском институте (филиале)Государственного образовательногоучреждения высшего профессиональногообразования «Южно-Российскийгосударственный технический университет(Новочеркасский политехническийинститут)»

Научныйруководитель:доктор технических наук

Колесниченко Игорь Евгеньевич

Официальныеоппоненты:доктор технических наук,профессор

Каледина Нина Олеговна

кандидат технических наук

Смирнов Олег Владимирович

Ведущаяорганизация: Учреждение Российской АкадемииНаук -

Институт проблемкомплексного освоения недр,

г. Москва

Защита состоится «22»декабря 2009 г. в 13 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.304.07 приГосударственном образовательномучреждении высшего профессиональногообразования «Южно-Российскийгосударственный технический университет(Новочеркасский политехническийинститут)» по адресу: 346428, г. Новочеркасск,Ростовской области, ул. Просвещения, 132, ауд.107. тел.\факс (863-52) 2-84-63, e-mail: ngtu@novoch.ru.

С диссертацией можноознакомиться в библиотекеГосударственного образовательногоучреждения высшего профессиональногообразования «Южно-Российскийгосударственный технический университет(Новочеркасский политехническийинститут)», с авторефератом – на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан« » ноября 2009года

Ученый секретарь

диссертационногосовета Колесниченко Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальностьработы. При нагнетательномспособе проветривания в условияхстеснённого призабойного пространстванеобходимо разбавлять выделяющийся метанв забое выработки. Чтобы предотвратитьвозгорание метановоздушной смеси,исходящий поток от забоя должен иметьбезопасную концентрацию при проходепотенциальных источников нагревания. Этоможет быть достигнуто при выборесоответствующего режима вентиляциипризабойного пространства.

Производственный опытпоказал, что применяемые методы расчётарежимов вентиляции призабойногопространства не всегда обеспечиваютразбавление выделяющихся объёмов метана.Нормативные условия и расчёты расходавоздуха базируются на эмпирическихзакономерностях, которые не учитываютфизические процессы в воздушной средепризабойного пространства выработки, и негарантируют доставку необходимого расходасвежего воздуха к местам выделения метанаи предотвращение формированиявзрывоопасных смесей.

Реальная эффективностьвентиляции призабойного пространстваможет быть достигнута в результатеприменения эффективных схем и режимоввентиляции призабойного пространства,основанных на управлении энергетическогопотенциала массы свежего воздуха,истекающей из вентиляционной трубы. Подуправлением кинетической энергиейпонимается повышение энергии струисвежего воздуха в результате увеличения еёскорости в площади выходного отверстиявентиляционной трубы, в результатекоторого увеличится дальнобойностьотброса с одновременным уменьшениемпотерь воздуха на пути доставки.

Продолжающиесявоспламенения и взрывы метановоздушнойсреды в призабойных пространствахподготовительных выработок на шахтах вРоссии и за рубежом свидетельствуют обактуальности решаемой в диссертациизадачи обоснования режимов вентиляциипризабойного пространства.

Данная диссертационнаяработа выполнялась по госбюджетнойнаучно-исследовательской теме «Разработкасистемы и режимов вентиляции дляобеспечения взрыво- и пожаробезопасности вгорных выработках и выработанныхпространствах метанообильных выемочныхучастков при интенсивной выемкеугля».

Цель работы –обоснование режимов вентиляциипризабойного пространстваподготовительных выработок, при которыхобеспечивается доставка необходимогорасхода воздуха до забоя для эффективногоразбавления выделяющегося метана.

Основная идеяработы заключается виспользовании энергетического потенциаланагнетаемого в призабойное пространствосвежего воздуха для повышениядальнобойности и эффективности доставкидо забоя, так как расход в струеуменьшается после отрыва от трубы из-заутечек в исходящий от забоя поток.

Методыисследований. Для решения поставленных задачиспользовались методы исследования:системный анализ литературныхисточников, нормативных документов,результатов исследований других авторов ипроизводственного опыта; аналитическиерасчёты с применением фундаментальныхфизических законов; шахтные эксперименты;физическое моделирование; лабораторныеисследования; расчеты на ЭВМ.

Обоснованность идостоверность научных положений,выводов и рекомендаций подтверждаются:применением фундаментального законасохранения энергии при обоснованиизакономерностей распространениявоздушной струи из выходного отверстиявентиляционной трубы; сходимостьюрезультатов аналитических иэкспериментальных исследованийраспространения воздушного потока впризабойном пространствеподготовительной выработки (расхождениесоставляет не более 10%); экспериментальнойпроверкой гипотезы распространениявоздушного потока в призабойномпространстве подготовительной выработкина физической модели подготовительнойтупиковой выработки; шахтными замерамирежимов движения воздушных потоков впризабойном пространстве; положительнымрезультатом определения параметроврежимов вентиляции на шахтах ОАО«СУЭК-Кузбасс».

Основные научныеположения, выносимые на защиту:

- эффективностьпредотвращения формирования опасныхконцентраций метана у забоя выработкиповышается в результате управленияэнергетическим потенциалом нагнетаемойвентилятором струи свежего воздуха приобосновании режима вентиляциипризабойного пространства;

- в структуре струивоздуха, истекающей из выходногоотверстия, образуются два характерныхучастка (внезапного расширения иосновного), на которых параметры струизависят от диаметра отверстия и скоростиистечения;

- параметры режимавентиляции в призабойном пространстве,такие как расход доставляемого до забоявоздуха и технологическая дальнобойностьструи, зависят от энергетическогосостояния выходящего потока воздуха извыходного отверстия;

- схему и параметрырежима вентиляции призабойногопространства необходимо применять наоснове расчётов по методике, учитывающейэнергетический потенциал нагнетаемогосвежего воздуха, что позволит регулироватьскорость воздуха в зоне нахождения людей,повысить взрывобезопасность и снизитьэкономические потери на ликвидацию аварийв результате предотвращения формированиявзрывоопасной смеси.

Научная новизна работызаключается в следующем:

- установленызакономерности перемещения свежеговоздуха в призабойном пространстве,отличающиеся тем, что на участкевнезапного расширения длиной 0,6 м скоростьструи свежего воздуха уменьшается на 30,5% и23% при диаметре выходного отверстиясоответственно 0,6 и 0,8 м без уменьшениярасхода; на основном участке происходитувеличение в 2 раза диаметра струи содновременным уменьшением расхода врезультате утечек в исходящие потоки отзабоя;

- впервые полученырасчётные зависимости для определениярасхода свежего воздуха, доставляемого взабой выработки, отличающиеся тем, чтовеличина этого расхода зависит откинетической энергии струи, котораяпропорциональна кубу её скорости на выходеиз вентиляционной трубы, диаметравыходного отверстия трубы и расстояния отвыходного отверстия до забоя;

- разработана методикавыбора рациональной схемы и параметроврежима вентиляции призабойногопространства газообильных выработок,отличающаяся тем, что при управленииэнергетическим состоянием свежей струивоздуха регулируется скорость воздушногопотока в зоне нахождения людей и расходсвежего воздуха, доставляемого отвентиляционной трубы до забоя.

Научное значение диссертациизаключается в выявлениизакономерностей распространения струисвежего воздуха после истечения извентиляционной трубы в призабойноепространство в зависимости от еёэнергетического потенциала и обоснованиепараметров режима вентиляции для решенияпроблемы обеспечения безопасности работ вметанообильных забоях в результатеснижения концентрации метана.

Практическоезначение диссертации заключается вследующем:

- разработана методикавыбора схемы вентиляционной сети и расчётарасхода воздуха, доставляемого до забоя взависимости от метанообильности,расстояния от вентиляционной трубы дозабоя и скорости воздуха в зоне нахождениялюдей;

- разработанырекомендации по применению методики вусловиях шахт ОАО «СУЭК».

Апробация работы. Основные результаты и научныеположения диссертации докладывались иполучили одобрение на научно-практическихконференциях в Шахтинском институте(филиале) ГОУ ВПО «Южно-Российскийгосударственный технический университет(Новочеркасский политехническийинститут)» в 2005-2009 гг.; на заседании кафедры«Промышленная и экологическаябезопасность» ШИ (ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) в 2007г.; на научном симпозиуме «Неделя горняка»МГГУ (Москва) в 2007 и 2008 г.г.; на международнойконференции «ПЕРСПЕКТИВА-2008», КБГУ(Нальчик), 2008 г.

Реализация результатовработы. Разработанная«Методика проектирования режимоввентиляции призабойного пространстваподготовительных выработок (припроектировании и эксплуатации) внедрена нашахте «Октябрьская» ОАО «СУЭК-Кузбасс» приопределении параметров вентиляции вконвейерном штреке № 9102 и вентиляционномштреке № 9101. Результаты диссертационнойработы используются при чтении лекций ивыполнении курсового проектирования подисциплине «Аэрология горных предприятий»в Шахтинском институте ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ).В рамках исследований был получен грант наконкурсе НИР в ШИ (ф) ГОУ ВПО ЮРГТУ(НПИ).

Публикации: по теме диссертацииопубликовано 10 работ, в том числе 4 статьи визданиях, рекомендованных ВАК, 5 - безсоавторов.

Структура и объёмработы: диссертационная работа состоит извведения, четырёх глав и заключения,изложенных на 156 страницах машинописноготекста, содержит 66 рисунков, 19 таблиц,списка использованной литературы из 100наименований и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

В первой главе выполнен анализ опыта вентиляции нашахтах и причин произошедших взрывовметана в призабойном пространствевыработок; анализ развития технологиипроведения подготовительных выработок иизменения требований к вентиляцииметанообильных забоев.

Решение теоретических ипроизводственных проблем, связанных собеспечением безопасности средствамивентиляции горных выработок осуществлялинаучные школы в ИГД им. А.А. Скочинского,МакНИИ, ВостНИИ, МГГУ, СПбГИ(ТУ), ДонУГИ, НПИ(ЮРГТУ) и др. Выполненные учёными странытеоретические и экспериментальныеисследования позволили на первых этапахразвития угольной отрасли обеспечиватьэффективное проветривание. В формированиисуществующей концепции вентиляцииугольных шахт и горных выработоксущественный вклад внесли отечественныеученые Л.Ю. Берман, А.С. Бурчаков, В.Н.Воронин, Н.О. Каледина, П.Н. Каменев, Б.Ф.Кирин, Ф.С. Клебанов, И.Е. Колесниченко, В.Б.Комаров, А.И. Ксенофонтова, Д.Н. Ляховский,И.И. Медведев, А.А. Мясников, М.М. Ольховский,Ю.А. Первов, В.С. Романов, Н.Н. Садовская, А.А.Скочинский, С.Н. Сыркин, К.З. Ушаков, И.А.Шепелев, и др.

В основу метода расчётапараметров вентиляции были взятытеоретические представления проф. Г.Н.Абрамовича о структуре и закономерностяхдвижения свободного воздушного потока.Считается, что проблем с вентиляцией нет,так как эффективность её повышается сувеличением площади поперечного сечениявыработок.

Анализ причинвозгорания метановоздушной смеси показал,что расчётный расход воздуха необеспечивает разбавление выделившегосяметана в забое. Основные источникивозгорания находятся в нижней частивыработки (электрические муфты,электрические пускатели, соединительныемуфты на проходческом комбайне и др.). Так,по причине электрооборудования произошёл71 % взрывов.

Очевидно, что проблемавзрывоопасности заключается в недостаткахметодики, по которой определяетсянеобходимый расход воздуха для вентиляциипризабойного пространства. Анализ показал,что руководство по проектированиювентиляции угольных шахт имеетсущественные недостатки, так как алгоритми расчётные зависимости не учитываютсложность процессов перемещения воздушныхпотоков в призабойной зоне. Считается, чтопроектный расход воздуха, исходящий извентиляционной трубы, в полном объёмедостигает забоя выработки.

Современная технологияпроведения подготовительных выработокимеет значительные отличия от той, прикоторой была сформирована системавзглядов на проветривание вентиляциипризабойного пространства. Выработкипроходятся по метаноносным угольнымпластам с применением современныхпроходческих комбайнов типа КП-21, ГПКС,Джой, 12СМ30, МК-2В и др. и погрузочных машинтипа МПК-3 с бурильной установкой БУЭ-3Т(БУА-3С-02) или 2ПНБ-2 с ЭБГП, МПК-3, ППН-5 и др.,которые изменяют аэродинамическуюхарактеристику призабойного пространства.Поэтому обоснование режима вентиляциипризабойного пространства в изменившихсяусловиях является актуальнойзадачей.

Выполненный анализсостояния проблемы и намеченные подходы поеё реализации позволяют определитьследующие задачи исследований:

- установитьзакономерности изменения дальнобойностивоздушной струи, исходящей из отверстиятрубопровода при регулированиискорости её истечения и диаметраотверстия;

- установитьзакономерности распространения свежеговоздуха и исходящего потока от забоя вусловиях тупикового стеснённогопространства саэродинамическими дополнительнымисопротивлениями на пути движениявоздушных потоков;

- разработать критерийэнергетического подобия выходящихвоздушных масс в реальных условиях и примоделировании на физической модели;

- разработатьаналитические зависимости и алгоритмобоснования параметров режима вентиляциипризабойного пространства с учётомэнергетического потенциала струи свежеговоздуха;

- разработать методикурасчёта параметров режимов вентиляционнойсети и призабойного пространства, исходяиз энергетического потенциала потокасвежего воздуха, подаваемого в забойвентилятором;

- определитьэффективность рекомендуемых схемвентиляционных сетей и параметров режимавентиляции призабойногопространства.

Во второй главе рассмотренызакономерности перемещения воздушных потоков впризабойном пространстве. Для исследования применялисьлабораторные эксперименты, физическоемоделирование, шахтные замеры.

Целью лабораторныхэкспериментов было установлениезакономерностей изменения дальнобойностивоздушной струи, исходящей из отверстиятрубопровода при регулированиискорости её истечения и диаметраотверстия.

Установлено, чтодальнобойность струи зависит от диаметравыходного отверстия и скорости воздуха приодинаковом диаметре этого отверстия.Сравнение полученных замеров с расчётамипо эмпирическим формулам проф. Г.Н.Абрамовича показало, что эти формулынельзя применять для расчётовгазовоздушной среды.

На модели выработкиисследовались закономерностираспространения свежего воздуха иисходящего потока от забоя в условияхтупикового стеснённого пространства саэродинамическим дополнительнымсопротивлением на пути движения воздушныхпотоков. Модель выработки была изготовленав масштабе 1:13. Длина модели призабойногопространства выработки 1,5 м, высота - 0,19 м,ширина - 0,26 м, площадь поперечного сечения0,0437 м2. Внутримодели на держателях закрепленапластмассовая вентиляционная труба. Дляисследования было выбрано расстояниеотставания трубы от забоя 60 см, что вмасштабе модели 1:13 соответствует 8 м. Этомаксимально допустимое расстояниеотставания в забоях подготовительныхвыработках на газовых шахтах по ПБ. Диаметрвентиляционной трубы в модели 4,7 см (рис.1).

Рисунок 1 - Схемаэкспериментальной модели призабойной зонывыработки:

1 – вентиляционная труба; 2 – держатели трубы; 3– раздвижныестеклянные панели; 4 – нагнетательная дым машина; L – расстояние отвентиляционной трубы до забоя

В работе впервыевводится критерий энергетическогоподобия. В связи с тем, что расход воздуха идиаметр трубопроводов в выработке и вмодели значительно различается, подобиезакономерностей истечения воздуха изтрубы может быть достигнуто приэнергетическом подобии. Отношениекинетической энергии воздушного потока,выходящего из вентиляционной трубы в шахтеи в модели, должно соответствоватьотношению геометрического подобия (1:13):ЭК.М. / ЭК.Н. = 0,075. Тогдаскорость воздушного потока, выходящего изтрубопровода в модели, равна .

Скорость воздушногопотока, выходящего из трубопровода вмодели, должна быть в 2,37 раз большескорости в натурном объекте.

В забойное пространствонагнетался вентилятором дым. На путидвижения выходящего из трубы дымаустанавливалось препятствие в виде моделивагонетки с пожарным оборудованием УП-250.Во время проведения всех серийэксперимента происходящее фиксироваласьцифровой видеокамерой с частотой 28 кадровв секунду.

Форма и параметрыистекающей струи из вентиляционной трубы впризабойное пространство значительноотличаются от свободной струи, параметрыкоторой эмпирическим способом определеныпроф. Г.Н. Абрамовичем.

При установкеоборудования между выходным отверстиемвентиляционной трубы и забоем выработки напервом участке, на котором происходитвнезапное расширение струи, наблюдаетсякомпактная струя, а затем до самого забояпроисходят утечки свежего воздуха изструи. Длина участка, на котором происходитвнезапное расширение струи и отсутствуютутечки воздуха, по замерам равна диаметруисходящего отверстия. У забоя выработкидиаметр компактной струи свежего воздуха в2 раза больше, чем диаметр выходногоотверстия вентиляционной трубы. Струясвежего воздуха при движении к забою имееттурбулентную структуру (рис. 2).

Одним из основныхпараметров свежей струи воздуха принагнетательном способе являетсядальнобойность. По определениюдальнобойность – это превышение длины потока воздухапо сравнению с длиной трубопровода. Послеистечения струи из выходного отверстия еёскорость начинает уменьшаться и в концедальнобойности она снижается донуля.

В работе принимаемтехнологическую дальнобойность, подкоторой понимаем расстояние от выходногоотверстия вентиляционной трубы, в концекоторого в доставляемой к забою струеостаётся расчётный расход свежего воздухадля разбавления метана. Как видно намодели, технологическая дальнобойностьструи равна расстоянию от выходногоотверстия до забоя. При этом из-за утечекрасход воздуха у забоя Qз будетменьше, чем на выходе из вентиляционнойтрубы Q0. Но расход воздуха у забоя Qз долженбыть достаточным для разбавления илиудаления выделяющихся газов.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 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.