Повышение пылегазовой безопасности выработок добычных участков угольных шахт на основе пенопородных ленточных аэродинамических сопротивлений
Анализ эффективности существующих способов управления пылевым режимом на угольных шахтах. Средства и способы пылеподавления. Процесс пенообразования, свойства пен. Разработка новых способов управления пылегазовым режимом выемочных участков угольных шахт.
| Рубрика | Безопасность жизнедеятельности и охрана труда |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.06.2018 |
| Размер файла | 340,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Смирнов Юрий Дмитриевич
ПОВЫШЕНИЕ ПЫЛЕГАЗОВОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВЫРАБОТОК ДОБЫЧНЫХ УЧАСТКОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ НА ОСНОВЕ ПЕНОПОРОДНЫХ ЛЕНТОЧНЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Специальность 05.26.01 - Охрана труда (в горной промышленности)
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)
Научный руководитель:
заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Шувалов Юрий Васильевич
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор Ковалев Олег Владимирович;
кандидат технических наук, доцент Митрофанова Татьяна Николаевна
Ведущая организация: ОАО “Гипрошахт”
Защита диссертации состоится 10 апреля 2009 г., в 15 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. 1160.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.
Автореферат разослан 5 марта 2009 года.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
д.т.н., профессор Э. И. БОГУСЛАВСКИЙ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
пылеподавление угольный шахта пенообразование
Актуальность работы. Пожары и взрывы газа и пыли на угольных шахтах являются одной из частых (60 %) и наиболее тяжёлых аварий (до 80 % общих затрат на ликвидацию аварий) со средней продолжительностью их ликвидации 600 часов и существенным травматизмом. Наиболее опасными объектами по возгораниям и взрывам являются очистные забои и сближенное с ними выработанное пространство, где за последние 30 лет происходило более 45 % вспышек (взрывов) газа и угольной пыли.
Большой вклад в исследование повышения пылегазовой безопасности угольных шахт внесли ученые России, в их числе: Ф. А. Абрамов, А. Т. Айруни, Ю. Н. Бессонов, В. Н. Бобровников, Н. О. Каледина, Б. Ф. Кирин, Ф. С. Клебанов, О. В. Ковалёв, В. А. Колмаков, П. А. Лысенков, А. А. Мясников, М. А. Патрушев, Л. А. Пучков, И. В. Сергеев, М. М. Сметанин, Б. Г. Тарасов, К. З. Ушаков, Ю. В. Шувалов и др.
Современные методы, технические средства и организационные мероприятия по подавлению и связыванию угольной пыли, системы дегазации, вентиляции и управления воздушными потоками не обеспечивают существенное снижение риска возникновения пожаров и взрывов пыли и газа в выработках добычных участков, которые остаются наиболее опасными для угольных шахт. Поэтому разработка новых способов является актуальной и своевременной, особенно, принимая во внимание взрывы последних лет, произошедшие на шахтах России.
Цель работы - повышение безопасности труда горнорабочих шахт на основе новых способов управления пылегазовым режимом выработанных пространств с использованием пенопородных ленточных аэродинамических сопротивлений.
Основная идея работы. Управление пылегазовым режимом выработанных пространств и горных выработок добычных участков угольных шахт следует осуществлять путем создания дополнительных аэродинамических сопротивлений в обрушенном массиве с использованием твердеющих пен длительной устойчивости.
Основные задачи работы:
- анализ эффективности существующих способов управления пылевым режимом на угольных шахтах;
- классификация основных средств и способов пылеподавления, применяемых при подземной разработке;
- исследование процессов пенообразования и основных свойств пен;
- разработка новых способов управления пылегазовым режимом выемочных участков угольных шахт;
- разработка безопасных для применения долгоживущих твердеющих пен с целью использования их в выработанном пространстве.
Научная новизна работы.
1. Установлена зависимость пылевыделения и пылепереноса от расстояния в выработанных пространствах шахт, с максимумом пылевыделения в очистном забое (свх) и экспоненциальным снижением содержания пыли (c) при движении аэрозолей с утечками воздуха в выработанном пространстве: , позволяющие количественно определить миграцию пыли в воздушном потоке.
2. Экспериментальным путем, варьируя составы и процентные содержания компонентов, обоснованы рецептуры безопасных, твердеющих пен различной устойчивости, обеспечивающие заданное аэродинамическое сопротивление движению утечек воздуха и пыли в выработанном пространстве.
Основные защищаемые положения:
1. Выработанное пространство, примыкающее к очистному забою, является наиболее взрывоопасным объектом в связи с интенсивной фильтрацией утечек воздуха (до 40-60 % общего объема в лаве), выносом и отложением угольной пыли (до 250-500 г/м3), наличием природных и техногенных источников инициирования взрывов, и его целесообразно защищать путем управления пылегазовым режимом с использованием ленточных аэродинамических сопротивлений движению аэрозолей на основе пенопородных полос с различным временем устойчивости пен (патент № 2007135961 «Способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа»).
2. В качестве надежного средства управления пылегазовым режимом выработанных пространств и выработок добычных участков угольных шахт рекомендуется 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 (патент № 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, позволяющим уменьшить объемы фильтрации газа и вынос пыли из выработанного пространства от 60 до 80 %.
Методы исследований. Работа выполнена с использованием комплекса методов исследований, включающего системный анализ проблемы на основе исследований российских и зарубежных ученых; патентно-информационный анализ; теоретические, лабораторные и натурные методы изучения условий пылеподавления, управления пылегазовым режимом и условий получения твердеющих пен. Для математической обработки данных использовались современные стандартные компьютерные программы пакета MS-Office и программа моделирования «modeflow».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом аналитических, лабораторных и экспериментальных исследований получения различных видов пен, удовлетворительной сходимостью результатов расчетов, справкой об использовании результатов научно-исследовательской работы ОАО “Воркутауголь”, актом экспертизы научно-исследовательской работы институтом «ПечорНИИпроект», а также протокола испытания опытной пеногенерирующий системы в СПГГИ (ТУ).
Практическая значимость работы: разработаны рецептуры твердеющих пен, технологическая схема пылеподавления в выработанном пространстве угольных шахт, схема комплексного пылеподавления на угольных шахтах.
Личный вклад автора работы заключается в разработке методики исследований, участии в проведении основной части экспериментальных исследований, в разработке рецептур приготовления и составов пенопородных аэродинамических сопротивлений, экономическом расчете эффективности применения технологии управления пылевым режимом выработанного пространства угольных шахт.
Апробация работы. Основные положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 17 международных, российских научно-технических конференциях, совещаниях, симпозиумах, выставках, в том числе: Ежегодная научная конференция молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, 2006 - 2008 гг.), «Неделя горняка» (МГГУ, г. Москва, 2007 - 2008 гг.), Научно-практическая конференция в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2006 г.), LVII Международный форум горняков и металлургов (Фрайберг, Германия. 2007 г.), Международная выставка-конгресс «Высокие технологии. Инновации. Инвестиции» (г. Санкт-Петербург. 2007 г.), Международная выставка “ВейстТек 2007” (г. Москва), II Международной выставки и конгресса «Перспективные технологии для реального сектора экономики» (г. Москва, ВВЦ), 57 Всемирного Салона инноваций, научных исследований и новых технологий «Иннова - Энерджи 2008 (Брюссель - Эврика 2008), где научные разработки были отмечены сертификатами, дипломами, золотыми и серебряными медалями.
Реализация результатов работы. Справка об использовании результатов научно-исследовательской работы ОАО “Воркутауголь” (г. Воркута, Россия), акт экспертизы научно-исследовательской работы института «ПечорНИИпроект» (г. Воркута, Россия), протокол испытания опытной пеногенерирующий системы в СПГГИ (ТУ) (г. Санкт-Петербург, Россия).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 научных трудов, в их число входят 4 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях Российской Федерации, 2 зарубежные публикации, соавторство в 2-х монографиях, 6 статей и тезисов в сборниках материалов по итогам международных и всероссийских конференций, а также 1 статья в научно-популярном журнале. Получено 3 патента на изобретение по теме диссертации.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 197 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок, 43 таблицы, 6 приложений и список литературы из 101 наименования.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному руководителю, заслуженному деятелю науки РФ, профессору, доктору технических наук Ю.В. Шувалову за идеи, которые послужили основой проведения исследований, внимание, помощь и поддержку, оказываемые в процессе выполнения работы, доценту кафедры «Общая и физическая химия» Т. Е. Литвиновой, доценту кафедры «Общая и техническая физика» Н. Н. Смирновой, доктору химических наук И. Д. Устинову за помощь на различных этапах написания диссертационной работы.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Выработанное пространство, примыкающее к очистному забою, является наиболее взрывоопасным объектом в связи с интенсивной фильтрацией утечек воздуха (до 40-60 % общего объема в лаве), выносом и отложением угольной пыли (до 250-500 г/м3), наличием природных и техногенных источников инициирования взрывов, и его целесообразно защищать путем управления пылегазовым режимом с использованием ленточных аэродинамических сопротивлений движению аэрозолей на основе пенопородных полос с различным временем устойчивости пен.
Аварии, происходящие на угольных шахтах, преимущественно связаны с пожарами, взрывами метана и пыли (около 60 %), обрушениями (25-30 %), газодинамическими явлениями (5-7 %) и другими причинами. Наиболее опасными объектами по возгораниям и взрывам являются очистные забои и сближенное к ним выработанное пространство, в которых за последние 30 лет происходило более 45 % вспышек (взрывов) газа и угольной пыли. Крепкие породы кровли обрушаются в выработанном пространстве большими глыбами, между которыми остаются каналы для проникновения воздуха и пыли, где происходит накопление пыли и газа до взрывоопасных концентраций.
Основными причинами скоплений метана и угольной пыли до взрывоопасных концентраций являются: интенсивное газовыделение и пылеобразование, неудовлетворительное проветривание выработок и проведение пылевзрывозащитных мероприятий, слоевые скопления метана, значительные пылеотложения; наличие непроветриваемых выработок в зоне ведения горных работ; организационные упущения со стороны инженерно-технических работников; недостаточная эффективность традиционных методов борьбы с газом и пылью.
Разбавление газа, поступающего из окружающего массива, до безопасных концентраций вентиляционной струей свежего воздуха в основных выработках добычного участка еще не является гарантией безопасности ведения работ. Неравномерность газовыделения как во времени, так и по площади поверхности контакта пород с воздухом делает характер формирования газового режима выработок не закономерным и требует значительных резервов производительности систем безопасности (вентиляторов, распределительных устройств и пр.) при надежном и стабильном контроле ситуации. 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 газа и пыли.
По данным исследований, для всех схем проветривания выемочных участков характерны закономерности изменения содержания кислорода и метана в выработанном пространстве, имеющие вид экспонент с плавным снижением первого и повышением второго на расстоянии до 150-200 м от забоя.
При наличии утечек воздуха из лавы в выработанное пространство значительно сокращается поступление пыли в выработки с исходящей струей. Само выработанное пространство, особенно в нижней части лавы, является своеобразным “осаждающим фильтром” и накопителем пыли - взрывоопасного материала. Время действия выработанного пространства как “осадительного фильтра” может изменяться от нескольких суток (на уровне контакта со свежей струей) до десятков суток (на уровне контакта с исходящей из лавы струей воздуха). Участок активного пылеосаждения такого “фильтра” определяется, в основном, его геометрией (пористость) и скоростью движения утечек воздуха.
Пылеотложение для призабойного выработанного пространства реально сопоставимо с участками сопряжений лав с вентиляционными выработками и ориентировочно может быть оценено величиной не менее 300-400 г/м3сут. Зона утечек аэрогелей в выработанном пространстве распространяется от единиц до десятков метров по длине лавы, что создает благоприятные условия для формирования взрывоопасного “стратиграфического” разреза пылеотложений от крупных фракций на контакте с породой до мелких - на контакте с утечками воздуха.
Исследования процессов переноса массы аэрозольного вещества (с учётом воздуха) в выработанное пространство позволили разработать математическую модель и получить аналитическую зависимость:
, (1)
где свх - концентрация частиц на входе (х = 0), г/м3;
х - расстояние от лавы в выработанном пространстве, м.
Зависимость свидетельствует об экспоненциальном снижении концентрации частиц в воздухе до 10-15 % от начальной на расстоянии до 10 м. Пылевой аэрогель с крупностью частиц до 30 мкм имеет возможность не только заполнять выработанное пространство с обрушенными породами, но и мигрировать далее с утечками воздуха, создавая пожаровзрывоопасное состояние всего объёма зоны фильтрации.
Для изоляции выработанного пространства, а также пространства между крепью и стенками выработки на кафедре «БП и РГП» предложено использование аэродинамических сопротивлений, состоящих из твердеющей негорючей и практически газонепроницаемой пены.
Предлагаемая схема может быть реализована при разработке угольных пластов длинными очистными забоями с управлением горным давлением полным обрушением пород кровли за крепью при прямоточном проветривании выемочного участка по воздухоподающему штреку 1, очистному забою 2, вентиляционному штреку 3. При этом прохождение воздуха через зону повышенного метановыделения в выработанном пространстве 4 блокируется пенными полосами 5, 6 у очистного забоя 2 и вентиляционного штрека 3 соответственно.
Рисунок 1 - Схема пеногенерирующего способа регулирования пылегазового режима добычного участка угольной шахты.
Пенные полосы 5 у очистного забоя 2 формируются периодически на расстоянии Lшаг между ними, причем это расстояние равно половине длины зоны обрушения основной кровли F. А ширина пенных полос Lп может достигать мощности отрабатываемого пласта. Устойчивость ф1 пенных полос у очистного забоя равна отношению удвоенного значения фактической длины зоны обрушения основной кровли F к скорости подвигания очистного забоя V:
, (сут), (2)
где длина зоны обрушения основной кровли F варьируется 25…30 м, а скорость подвигания очистного забоя V не превышает 3 м/сут, поэтому устойчивость пенных полос у очистного забоя варьируется от 15...20 суток.
Пенные полосы 6 у вентиляционного штрека 3 формируют постоянно по мере продвижения очистного забоя. Ширина пенных полос Lз определяется экспериментально. Устойчивость ф2 пенных полос у вентиляционного штрека равна десятикратному отношению удвоенного значения фактической длины зоны обрушения основной кровли F к скорости подвигания очистного забоя V:
, (сут), (3)
где длина зоны обрушения основной кровли F изменяется в пределах 25…30 м, а скорость подвигания очистного забоя V не превышает 3 м/сут, поэтому устойчивость пенных полос у вентиляционного штрека варьируется от 150...200 суток.
Формирование аэродинамических сопротивлений на основе пенных полос с различной устойчивостью у очистного забоя и вентиляционного штрека в выработанном пространстве приводит к практически полной изоляции выработанного пространства от опасных по взрыву газа и пыли, перемещению утечек воздуха к призабойному пространству за пределы зоны высоких концентраций метана, и повышению безопасности угольной шахты.
По итогам исследований получен патент на изобретение № 2007135961 «Способ защиты выработанного пространства от взрывов пыли и газа».
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) |
ГОСТ14231-78 ТУ2223-001-51119346-2003 |
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) |
ТУ84-509-81 |
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, 106?м3/ч |
Воздухопро-ницаемость образца, G кг/м2?ч |
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.
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.
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, м2?ч?даПа/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/м2•ч.
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.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Причины резкого увеличения аварийности на шахтах и травматизма работников. Обоснование целесообразности перехода к новой схеме вскрытия и отработки запасов месторождения с целью обеспечения безопасности труда шахтеров на угледобывающем производстве.
статья [15,1 K], добавлен 12.04.2012Состояние, тенденции и причины повышенной опасности шахт. Взрывы метана и угольной пыли, недостатки их локализации с использованием водяных и сланцевых заслонов. Применение автоматических средств гашения вспышек. Меры по снижению взрывоопасности шахт.
реферат [54,5 K], добавлен 27.09.2011Требования газового режима к шахтам, классификация шахт на категории по газу. Установление относительной газообильности калийных и других рудников, скопления метана: местные и опасные. Нормы содержания парообразных углеводородов, опасных для шахт.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 17.05.2009Структура, цели и задачи дисциплины охраны труда, виды инструктажей. Нормирование и расчет освещенности. Источники света: характеристики, выбор. Различные способы извлечения угольных фракций из бытовых отходов. Их комплексная сортировка и переработка.
контрольная работа [57,3 K], добавлен 29.05.2013Обзор особенностей пенного пожаротушения. Достоинства пены как средства тушения. Изучение видов воздушно-механических пен и способов пенообразования. Дозаторы для пенообразователя. Методы тушения пожаров и применяемые при этом огнегасительные вещества.
реферат [378,1 K], добавлен 19.05.2016Анализ, оценка и обоснование мероприятий по совершенствованию организации и повышению безопасности движения на сети дорог местного значения Харьковского района на примере автодороги Харьков-Липцы-Борисовка с выявление участков и мест концентрации ДТП.
дипломная работа [541,4 K], добавлен 11.10.2011Анализ существующих мер по управлению подрядными организациями на предприятии. Оптимизация процессов и разработка информационной модели, позволяющей повысить уровень безопасности труда и снизить риск аварий при работе подрядных организаций на объектах.
дипломная работа [2,5 M], добавлен 30.05.2015Средства индивидуальной защиты органов дыхания (противогазы, респираторы, ватно-марлевые повязки) и средства защиты кожи (защитные костюмы). Характеристика и виды фильтрующих и изолирующих противогазов. Средства защиты кожи и открытых участков тела.
презентация [335,8 K], добавлен 16.10.2014Классификация средств индивидуальной защиты, организация и порядок обеспечения ими. Характеристика и виды фильтрующих и изолирующих противогазов. Средства защиты кожи и открытых участков тела. Медицинские средства и препараты индивидуальной защиты.
реферат [1,5 M], добавлен 14.02.2011Система автоматического управления торможением. Факторный анализ состояния безопасности движения. Ранжирование причин, вызвавших нарушение безопасности движения. Оценка рисков возникновения нарушения безопасности. Разработка корректирующих мероприятий.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 20.11.2021
