ДонНТУ   Портал магістрів   ІГГ   Кафедра ОП та А

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Актуальність теми

Нині однією з головних проблем підземного вуглевидобування в Україні є створення ефективних засобів і способів протидії температурі, що зростає з глибиною, в підземних виробках глибоких вугільних шахт. Ця проблема вимагає певної уваги і роботи над нормалізацією теплових умов у лавах.

2. Мета і задачі дослідження

Метою магістерської роботи є дослідження впливу теплофізичних характеристик порід на результати теплових розрахунків очисних виробок і розробка заходів з нормалізації теплових умов в лаві на шахті ім. Скочинского.

У цій роботі вирішуються наступні завдання:

  1. Робиться аналіз теплового режиму в лаві, охолоджувальних машин і кондиціонерів, що знаходяться в підземних виробках.
  2. Виконується аналіз теплової зйомки.
  3. Виконується розрахунок очікуванної температури повітря у кінці лави.
  4. Виконується аналіз впливу при різноманітних значеннях теплофізичних характеристик порід на результати теплових розрахунків очисних виробок.
  5. Розробляються заходи з нормалізації теплових умов очисної виробки.

3. Стислий виклад результатів магістерської роботи

3.1 Стисла характеристика шахти

Шахта ім. А.А. Скочинского здана в експлуатацію в 1975 році з проектною потужністю 1,8 млн.тонн. У шахтному полі, розкритому 7 вертикальними стволами глибиною 944–1293 м, розроблюється поодинокий незахищений особливо небезпечний по раптових викидах вугілля і газу пласт h16 " Смоляніновський" потужністю 1,2–2,2 м і кутом падіння 8–18°. Підготовка шахтного поля панельна, система pозробки суцільна або комбінована з використанням конвеєрних штреків вишевідробленних лав в якості вентиляційних.

Очисні вибої відпрацьовуються по системі "Лава–штрек" прямим ходом.

Промислові запаси на 1.01.2011 р. складають 75,164 млн. тон, у тому числі по відпрацьовуваному пласту 42,326 млн.тон.

Виробнича потужність шахти на 1.01.2011 р. — 500 тис.т/рік. Нині на шахті працюють 3 лави на центральній панелі(2 західна лава УПЦП, 2 східна лава УПЦП) і 1 лава на західній панелі(5 західна лава ЗП)[6].

Характеристика лав приведена в таблиці 1

Таблиця 1 – Очисні роботи

№ п/п Назва лави Система розробки Вживана гірничошахтна техніка
1 2-а західна лава УП ЦП пл. h16 комбінована 3МКД-90, 2ГШ-68Б, СП-301М
2 2-а східна лава УП ЦП пл. h16 комбінована КМК-500Т, 2ГШ-68Б, СП-301М
3 5 західна лава ЗП пл. h16 суцільна 2МКД-90, 2ГШ-68Б, СП-301М

Транспорт вугілля в межах центральної панелі від вибоїв до скипового стволу повністю конвейеризован: по дільничних виробках стрічковими конвеєрами з шириною стрічки 800 мм(1Л–80); по магістральних конвеєрних штреках конвеєрами 1Л–80, 1Л–80УК, 1Л–800 з шириною стрічки 800 мм; по польовому конвеєрному ухилу конвеєрами 1Л–80 — з шириною стрічки 800 мм і 2Л–100У — з шириною стрічки 1000 мм.

Транспорт вугілля в межах західної панелі конвеєрний. Від 5 західної лави ЗП по конвеєрному штреку і груповому конвеєрному штреку ЗП конвеєрами 1Л–80 з шириною стрічки 800 мм, по конвеєрному ходку 5 західної лави ЗП конвеєром 1Л–1000 з шириною стрічки 1000 мм. З бункера західної панелі вугілля завантажується в секційні потяги ПС–3,5 і електровозами 2АМ–8Д по польових відкочувальних штреках гоp. 1200 м доставляється до розвантажувальному бункеру центральній панелі, з якої перепускається в завантаження скипового ствола і далі по скиповому стволу в скипах вантажопідйомністю 25 т видається на поверхню.

Шахта віднесена до особливо небезпечних по раптових викидах вугілля, породи і газу. Вугілля пласта h16 небезпечне по вибуховості вугільного пилу і схильне до самозаймання.

Схема провітрювання шахти комбінована. Спосіб провітрювання всмоктуючий.

Вентилятори головного провітрювання встановлені: на скиповому стволі(ВЦД–31,5), східному вентиляційному стволі № 1(ВЦД–3,3) і західному вентиляційному стволі № 2(ВЦД–47У).

Свіжий струмінь повітря подається по центральному клітьовому, по східному № 1 і західному № 1 повітреподающим стволам.[6]

3.2 Результати температурної зйомки

У магістерській роботі робиться аналіз впливу теплофізичних характеристик порід 3–єй східної лави на результати теплових розрахунків і розробка комплексних заходів з нормалізації теплових умов. [3]

Схема розташування пунктів виміру тепло вологих параметрів повітря у гірних виробках по маршруту 3–ої сх. лави УП ЦГ1 шахти ім. А.А. Скочинського ГП ″ДУЕК″ за станом на лютий 2012 р.

Рисунок 1 — Схема розташування пунктів виміру тепло вологих параметрів повітря у гірних виробках по маршруту 3–ої сх. лави УП ЦГ1 шахти ім. А.А. Скочинського ГП ″ДУЕК″ за станом на лютий 2012 р. (3 кадри, 33 КБ)

Результати теплової зйомки занесені в таблицю 2

Таблиця 2 – Результати теплової зйомки

№ пунктів заміру на рис. 1 Температура горнних порід, °С Теплові параметри Витрата повітря, м3/мин Примітка
Температура,°С Відносна вологість, % Вологовміст, г/кг теплозміст, кДж/кг
по сухому термометру по мокрому термометру
1 – 5,0 – – – – – Поверхня. Замір у ствола
2 46,6 9,8 8,0 78 5,2 23,0 Низ стволу. Капеж во¬ди
3 46,5 11,6 9,8 79 6,0 26,7 Почва волога. Виробка суха
4 46,5 13,0 10,4 71 5,9 28,0 Сухо. Затяжка — ж/б
5 46,5 14,6 11,4 67 6,1 30,2 Замір температури повітря біля камери МХРВ–1
6 46,6 15,2 114 62 5,9 30,2 Сухо. Затяжка — ж/б
7 47,5 15,9 12,0 62 6,1 31,5 Сухо. Затяжка — ж/б
8 48,3 16,4 12,6 63 6,5 32,8 Сухо. Затяжка — ж/б
9 48,3 16,8 12,8 62 6,5 33,3 Сухо. Затяжка — деревом, мет. сітка
10 48,5 18,0 13,0 54 6,2 33,7 Приводні голівки конвейеру 2Л–100
11 49,4 19,4 13,1 46 5,6 33,8 Замір температури повітря перед ВМП
12 – 24,0 15,2 36 5,8 38,9 0 трубопроводу 800 мм, У=11,8 м/с
13 49,6 24,8 17,0 43 7,4 43,7 Вибой сухий
14 49,6 24,6 17,2 45 7,7 44,3 326 Сухо
15 49,6 26,7 18,4 42 8,1 47,6 Сухо. Затяжка — деревом
16 21,0 24,4 16,4 41 6,8 41,9 1130 У=1,3 м/с. Замірна станція
17 51,0 25,4 17,6 44 7,7 45,2 Встановлен энергопо¬тяг
18 51,0 26,0 17,6 41 7,5 45,2 Працює ППМ-1. Сухо
19 51,0 268 190 45 8,7 49,3 Замір температури повітря у лаві
20 49,5 32,2 25,0 54 14,5 69,5 Сухо
2 46,6 10,2 8,4 78 5,4 23,8 Низ стволу. Капеж воды
1 – 3,2 – – – – Поверхня. Похмуро

3.3 Розрахунок температури повітря в лаві

Розрахунок температури повітря в лаві робиться відповідно до стандарту Миненерговугілля України "Прогнозування та нормалізація теплових умов у вугільних шахтах" [2] або на ПЕВМ за допомогою спеціально розробленої програми "WARM".[1]

Температуру повітря в лавах пологих, похилих і крутих пластів з щитовою виїмкою розраховують по формулі

формула

у якій комплекси A, E і Т мають вигляд:

формула

а В і Б розраховуються по формулах:

а) при Δφ =φ2 – φ1

формула

б) при Δφ =φ2 = φ1

формула
формула

На пластах з пологим і похилим заляганням пластів при управлінні покрівлею повним обваленням коефіцієнт нестаціонарного теплообміну між гірським масивом і повітрям в лавах розраховується по формулі

формула

де U — загальний периметр поперечного перерізу лави, м;

Uз, U1, U2, U3, Uв — довжини ділянок периметра поперечного перерізу лави відповідно вугільного забою, першою, другою, третьою доріг і з боку виробленого простору, м.

Коефіцієнт нестаціонарного теплообміну між гірським масивом і повітрям у виробках, що провітрюються менше року, у ватах на метр квадратний градус Цельсія :

формула

де

формула

де α — коефіцієнт тепловіддачі від гірського масиву до повітря, Вт/м2°C, розраховують по формулі

формула

де ε — коефіцієнт шорсткості виробки. Для виробок з монолітною бетонною кріп’ю він дорівнює 1,0; для виробок з металевою, залізобетонною і дерев'яною кріп’ю з суцільним затягуванням — 1,5; з тією ж кріп’ю без затягування — 2,0; для виробок без кріпи — 2,5; для лав — 2,5–3,5;

де γ — щільність повітря, кг/м3, розраховується по формулі:

формула

Відносну вологість повітря, в долях одиниці, визначають по психрометричним таблицям або розраховують по залежності

φ = pn ⁄ ptн

pn — парціальний тиск водяної пари у вологому повітрі, Па;

ptн — парціальний тиск насиченої водяного пару при температурі по "сухому" термометру, t, Па, визначають по додатку, опублікованому в стандарті Миненерговугілля України "Прогнозування та нормалізація теплових умов у вугільних шахтах.

pn = pнtм - 0,00066P(t-tм)

pнtм — парціальний тиск насиченої водяного пару при температурі по "мокрому" термометру tм, Па;

P — барометричний тиск повітря, Па.

Барометричний тиск повітря P, в Паскалях, обчислюють за формулою

P = P0 + 12,0H

де P0 — тиск повітря на поверхні шахти, Па;

H — глибина розташування пункту виміру від поверхні, м.

Периметр середнього перерізу вироблення U, в метрах, розраховують по формулах:

– для трапецевидного кріплення U = 4,16 √S;

– для арочного кріплення U = 3,8 √S.

Еквівалентний радіус виробки R0, у метрах, визначають по формулі

R0 = 2S ⁄ U[5]

4. Заходи з нормалізації теплових умов в лаві

За результатами теплових розрахунків рекомендується застосування штучного охолодження повітря на основі використання комплексу шахтного холодильного устаткування з водоохолоджувальною холодильною машиною МХРВ–1 або за допомогою пересувних холодильних установок, обладнаних кондиціонерами КПШ 300.

Машина холодильна МХРВ–1

Водоохолоджувальна холодильна машина МХРВ–1 холодопродуктивністю 1000 кВт призначена для забезпечення "крижаною водою" систем кондиціонування шахтного повітря в глибинних виробках, небезпечних по газу, пилу і раптовим викидам.

Машина може мати застосування в інших галузях промисловості, де є потреба в "крижаній воді" в якості джерела холоду.

Машина холодильна МХРВ–1 виконана двохблоковою — складається з агрегату гвинтового компресорного з мікропроцесорним блоком управління і блоку апаратного(кожухотрубний конденсатор, кожухотрубний випарник з внутрішньотрубним кипінням), хладонові системи яких з'єднуються на місці експлуатації гнучкими шлангами.

Блоки машини для спуску в шахту розбираються на окремі вузли.

Устаткування кожного блоку змонтоване на станинах у вигляді санчат, що забезпечують пересування по грунту виробок.

Машина розміщується в гірських виробках без спеціального фундаменту і кріплення.

Автоматичне управління і усі види необхідних захистів здійснюється мікропроцесорним блоком управління.

Технічні характеристики:

  1. Холодагент, R22.
  2. Холодопродуктивність номінальна, 1000 кВт; у режимі з параметрами:

    – "крижана вода" на виході: Температура, 4 °C; Витрата, 71,4 м3/ч;

    – вода, що охолоджує конденсатор, на вході: Температура, 32 °C; Витрата 115 м3/ч;

    – частота обертання валу компресора, 3000 об/хв.

  3. Споживана потужність номінальна, 350 кВт.
  4. Рід струму, змінний трифазний 6000В/660В, 50 Гц.
  5. Маса машини(суха), 16625 кг:

    – агрегат компресорний з блоком управління, 6825 кг;

    – блок апаратний, 9500 кг.

  6. Габаритні розміри машини у зборі, 10700x2350x2040 мм.:

    – агрегат компресорний, 4315x1980x2025 мм.;

    – блок апаратний, 5850x1500x2040 мм.

  7. Рівень вибухозахисту електроустаткування, Exdil. [7]
Машина холодильная МХРВ-1

Рисунок 2 — Машина холодильна МХРВ–1

Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300

Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300 створює комфортні умови для шахтарів, працюючих в глибоких шахтних виробках, небезпечних по газу і пилу.

Кондиціонер може застосовуватися в інших галузях промисловості в системах комфортного і технологічного кондиціонування повітря.

Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300 має вибухобезпечне електроустаткування і може застосовуватися у вугільних шахтах небезпечних по газу, пилу і раптовим викидам.

Кондиціонер поставляється у вигляді двох блоків: блоку компресорно-конденсаторного і блоку повітрєоброблювального, хладонові системи яких з'єднуються на місці експлуатації кондиціонера гнучкими трубопроводами(шлангами).

Блоки скомпановані на рамах, що забезпечують можливість їх встановлення на станини вагонеток типу " ВГ" для колії 900мм. для пересування їх в процесі експлуатації. Кондиціонер КПШ 300 автоматизований і має увесь вигляд необхідних захистів.

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Рисунок 3 — Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300

Технічні характеристики:

  1. Холодагент, R22.
  2. Холодопродуктивність, 320 кВт; у режимі з параметрами:

    – повітря на вході:Температура, 32 °C; Відносна вологість, 70 %; Витрата, 27000 м3/ч;

    – вода на конденсатор: Температура 35 °C; Витрата, 50 м3/ч; Ефект охолодження повітря, 15–17 °C; Споживана потужність, 75 кВт; Рід струму, змінний трифазний, 660В/50 Гц.

  3. Маса (суха):

    – блок компресорно-конденсаторний, 3650 кг;

    – блок повітрєоброблювальний, 2500 кг;

    – комплект монтажних частин, 150 кг.

  4. Габаритні розміри:

    – блок компресорно-конденсаторний, 3560x1100x1485 мм.;

    – блок повітрєоброблювальний, 4995x1100x1370 мм. [4].

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Рисунок 4 — Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300

Допускається демонтаж дифузора і конфузора блоку повітрєоброблювального. Кондиціонер пересувний шахтний КПШ 300 має міру заводської готовності і може монтуватися і вводитися в експлуатацію фахівцями шахтних служб.

Перелік посилань

  1. Методические указания по выполнению тепловых расчетов горных выработок глубоких шахт на ПЭВМ в дипломных проектах. / А.П. Тельной — Д.: ДонНТУ, 2003. — 25 с.
  2. Прогнозирование и нормализация тепловых условий в угольных шахтах. — К.: Стандарт Минэнергоугля Украины, 2011. — 188 с.
  3. Руководство по проведению тепловых съемок в угольных шахтах. — Макеевка — Донбасс: МакНИИ, 1982.
  4. ТУ У29.2-00217863-040-2004. Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300. Технические условия.
  5. Аэрология горных предприятий. сборник задач. / Б.И. Медведев, В.А. Стукало, Н.С. Почтаренко и др. — К.: Издательский дом «Лыбидь», 1992.
  6. "Комплекс меропиятий по борьбе с высокими температурами воздуха в горных выработках на 2011 год ОП шахта им. А.А. Скочинского", ГП ДУЭК.
  7. ТУ У29.2-00217863-040-2004. Машина холодильная МХРВ–1. Технические условия.