WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

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 1 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 2 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)

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.

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.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»