Введение к работе
Актуальность работы
Переход России к новым экономическим отношениям и связанная с этим реструктуризация угольной промышленности привели к ликвидации большинства нерентабельных шахт, потребовали повышения производительности и эффективности добычи угля на перспективных предприятиях.
Перед ОАО «Воркутауголь» на период с 1995 по 2000 год были поставлены задачи сокращения численности работающих на 37%, при одновременном увеличении производительности на 92%, снижения затрат на 25% при снижении уровня государственной поддержки на 82%.
Высокие темпы добычи и концентрация производства на единичных добычных участках с достижением уровня мировых показателей (до 3000 т/сут. на забой) тормозятся не только техническими возможностями шахт (изношенность оборудования, пропускная способность линий и др.), но также недостаточностью количества воздуха для проветривания добычных участков и разбавления метана до безопасных концентраций.
Особое значение имеет этот фактор для условий добычных участков шахт Воркуты, где разработка ведется на глубинах около 1000 м с метанообильностыо до 50-100 м7т. Принятая и хорошо зарекомендовавшая себя ранее прямоточная схема проветривания очистных забоев при бесцеликовом способе поддержания и повторном использовании вентиляционных выработок, в настоящее время не обеспечивает высокой производительности и безопасности ведения работ. Практически исчерпаны возможности воздухообеспечения добычных участков (2-3 тыс. м"7мин), а частые случаи возгораний и взрывов газа (пыли) в вентиляционных выработках, вблизи очистных
забоев, безусловно, требуют поиска новых путей управления аэро газодинамическим и процессам и.
Решением данной проблемы занимались такие видные ученые как А.А.Скочинский, В.Б.Комаров, Н.И.Линденау, А.И.Ксенофонтова, А.С.Бурчаков, Н.В.Ножкин, Л.А.Пучков, Ф.С.Клебанов, Б.Ф.Кирин, Н.В.Воронин, И.Г.Ищук, В.С.Сергеев, А.А.Мясников, С,П.Старков, М.И.Нецепляев, А.Т.Айруни и многие другие, список которых приведен в литературном обзоре.
В условиях шахт Воркуты плодотворно работали над данной проблемой Ю.И.Калимов, Д.Е.Разварнн, В.И.Фомнчев, Ю.Н.Бессонов, Э.М.Шейман, А.С.Пантелеев и др.
Их исследования послужили фундаментом для данной работы и автор с глубокой благодарностью отдает должное их вкладу в науку и производство.
Целью диссертационной работы является повышение по-жаро-взрывобезопасности горных выработок и выработанного пространства добычных участков шахт на основе изучения закономерностей процессов аэрогазодинамики выработок.
Идея работы заключается в снижении удельного расхода воздуха на добычном участке, исключении взрывоопасных концентраций метановоздушной смеси в атмосфере вентиляционных выработок путем рационального управления утечками воздуха и профилактики пожаро-взрывоопасности выработанного пространства.
Задачи, решаемые для достижения поставленной цели:
-
Изучение условий формирования и способов управления газовым режимом добычных участков.
-
Обоснование физической модели для изучения процессов аэро-газодинамики выработанных пространств добычных
участков наиболее сложных шахто-пластов (пласт «Четвертый»).
-
Разработка методики прогноза аэро-газодинамических параметров атмосферы горных выработок добычных участков.
-
Оценка и исследование пожаро-взрывоопасности горных выработок и выработанного пространства добычных участков.
-
Выбор и обоснование рациональных способов профилактики взрывов газа и пыли в выработках и выработанном пространстве добычных участков шахт Воркуты.
Методы исследований, использованные при решении поставленных задач, включают критический анализ и оценку литературных данных, аналитические решения задач аэромеханики и термодинамики, лабораторное моделирование процессов аэро- и термодинамики, натурные наблюдения и вывод эмпирических зависимостей на основе статистической обработки данных.
Научная новизна результатов исследований состоит в установлении закономерностей движения утечек воздуха из очистного забоя в выработанное пространство, формирования в нем опасных концентраций пыле-газовоздушных смесей, поступающих, в соответствии с установленным логнормальным законом, в вентиляционные выработки добычного участка.
Основные защищаемые научные положенияА обосновывающие научную новизну работы.
1. Переход шахт к разработке глубоких горизонтов с использованием прямоточных схем проветривания очистных забоев и бесцеликовом способе поддержания вентиляционных выработок ведет к формированию напряженной и взрывоопасной газовой обстановки в технологически активных участках горных выработок.
-
Режим движения утечек воздуха из очистного забоя характеризуется различной интенсивностью в концевых и срединном участках, стратификацией ио мощности обрушенных пород и логарифмическим законом движения по простиранию с близким к закону распределения Гаусса поступлением утечек в вентиляционную выработку.
-
В объеме фильтрации утечек воздуха через выработанное пространство формируется, на расстоянии от забоя 30-150 м пожаро-взрывоопасная зона за счет накопления пылевого аэрогеля и аэрозоля, а также концентрации метана, поступающего из под- и надработанной толщи углевмещающих пород.
-
Перспективными направлениями управления пылегазо-вым режимом выработанного пространства являются аэродинамические методы шунтирования сопротивления с использованием околоштрековых целиков и устойчивых пен, а также физико-химическое воздействие на взрывоопасную среду па-роконденсатом.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается хорошей сходимостью, в пределах 10-15%, с многочисленными данными натурных замеров и депрессионных съемок (более 1000 замеров) на шахтах ОАО «Воркугауголь», а также проверкой рекомендаций внедрением на ряде из них и сравнением с данными других исследователей.
Практическая значимость работы заключается в: разработке методики и способа моделирования аэродинамики выработанного пространства; создании методики прогноза утечек воздуха в выработанное пространство и расчета количества воздуха для обеспечения безопасности участковых выработок; разработке новых способов управления взрывобезопасностью выработанного пространства; оценке эффективности и выборе рациональных способов управления аэродинамикой выработанного пространства.
Реализация результатов работы осуществлена институтом ПечорНИИпроект и шахтами ОАО «Воркутауголь» при проектировании разработки новых выемочных столбов на шахтах «Воркутинская», «Комсомольская» и др. Ряд положений работы использован в учебном процессе СПГГИ(ТУ) при чтении курса «Безопасность жизнедеятельности» и «Аэродинамика шахт».
Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке задач и разработке методик исследований, организации сбора информации по аэро-газодинамике шахт Воркутского месторождения, предложению способов управления аэродинамикой выработанньрс пространств, участия в выполнении лабораторных и шахтных исследований по аэро-газодинамике и оценке эффективности способов управления ими, разработке методических положений по выбору параметров способов управления газовыделением, поддержания вентиляционных выработок и технологии работ при разработке глубоких горизонтов.
Апробация работы. Основные положения работы в целом и отдельные предложения были доложены и обсуждены на заседаниях технико-экономического совета ПО «Воркута-уголь», на Коми республиканских семинарах в г. Сыктывкаре (1991, 1992 гг.), на международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (Санкт-Петербург, 1993 г.), на Международном симпозиуме «Горное дело в Арктике» (Санкт-Петербург, 1994 г.), Международном симпозиуме «Топливно-энергетические ресурсы Россини других стран СНГ» (Санкт-Петербург, 1995 г.), V Международном горно-геологическом форуме {Санкт-Петербург, 1997 г.) и др.
Публикации^ Основные положения диссертации и резуль-аты исследований отражены в 7 статьях, авторском свидетельстве на изобретение, и бассейновой инструкции.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения; изложена на 275 страницах машинописного текста; включает 50 рисунков, 40 таблиц и список литературы из 151 наименования.
