Мальч Наталья Олеговна

Институт горного дела и геологии

Кафедра охраны труда и аэрологии

Специальность Безопасность трудовой деятельности

Повышение устойчивости проветривания выработок шахты Торецкая ГП Дзержинскуголь в нормальном и аварийных условиях

Научный руководитель: доц., к. т. н. Трофимов Виталий Александрович

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Цели и задачи магистерской работы
2. Актуальность работы
3. Научно-техническая новизна
4. Краткое изложение результатов магистерской работы

   4.1. Краткая характеристика шахты

   4.2. Разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети

   4.3. Особенности формирования естественной тяги в шахте

5. Заключение
6. Список источников

1. Цели и задачи магистерской работы

Целью магистерской работы является исследование устойчивости проветривания под действием естественной тяги.

Задачи, которые решаются в магистерской работе:

• Разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети шахты Торецкая;
• Исследование влияния естественной тяги на проветривание шахты в нормальных условиях;
• Исследование влияния естественной тяги на проветривание шахты после остановки вентилятора главного проветривания (нулевой режим);
• Исследование влияния естественной тяги на проветривание шахты в реверсивном режиме;
• Разработать рекомендации по обеспечению устойчивости проветривания горных выработок.

2. Актуальность работы

На шахтах крутого падения основное влияние на устойчивость проветривания оказывает естественная тяга. Естественная тяга шахты может действовать в одном направлении с вентилятором или же противодействовать его работе. При сонаправленном действии естественной тяги и вентилятора главного проветривания расход воздуха в шахте увеличивается и наоборот. Основная часть естественной тяги на современных глубоких (более 600 м) шахтах Донбасса формируется в шахтных стволах. На шахтах с крутопадающим залеганием пластов в зимнее время года естественная тяга в контурах стволов может составлять 1000–1300 Па, в контурах выемочных участков 70–80 Па.

Естественная тяга в контурах выемочных участков оказывает большое влияние на формирование режима их проветривания. Так, например, на некоторых шахтах центрального района Донбасса после остановки вентилятора главного проветривания расход воздуха выемочных участках уменьшается на 30–40%. Это означает, что основное влияние на проветривание участков оказывает естественная тяга в контурах выемочных участков и стволов.

Практика планового реверсирования вентиляции показывает что в большинстве случаев из-за противодействия естественной тяги, выемочные участки не обеспечиваются необходимым расходом воздуха (60% Qн в соответствии с правилами безопасности) [7].

В отдельных же случаях вентиляционная струя в лавах не опрокидывается. Кроме того существует опасность, что при аварийной остановке вентилятора главного проветривания под действием естественной тяги в контурах стволов может произойти опрокидывании утечек воздуха между стволами и исходящая струя попадает в воздухоподающий ствол. Наиболее вероятно возникновение такой ситуации в летнее время года, когда естественная тяга в верхнем вентиляционном контуре стволов становится отрицательной. В таких случаях существует опасность рециркуляции и поступления повышенной концентрации метана в воздухоподающий стволы.

К отрицательному действию естественной тяги нужно также отнести запаздывание опрокидывания вентиляционной струи в горных выработках. На шахтах с углом залегания пластов более 16 градусов запаздывание опрокидывания при реверсировании может составлять 15–30 мин. Это происходит из-за перераспределения температур в выработках со свежей и исходящей струей.

3. Научно-техническая новизна

В процессе выполнения магистерской работы впервые в условиях шахты Торецкая ГП Дзержинскуголь исследуется влияние естественной тяги на распределение воздуха в горных выработках и ее влияние на устойчивость проветривания, а так же впервые проведется моделирование реверсивного и нулевого режимов.

4. Краткое изложение результатов магистерской работы

4.1. Краткая характеристика шахты

Поле шахты Торецкая расположено в северо-восточной части города Дзержинска, в Центральном горнопромышленном районе Донбасса.

Размер шахтного поля по простиранию 3,5–4,5 км, площадь шахтного поля 13,4 км². Углы падения пород варьируют от 20–44°. Категория шахты по газу – сверхкатегорная. Шахтное поле вскрыто двумя вертикальними стволами № 1 и № 2, капитальными горизонтальними квершлагами. Схема проветривания шахты – центральная, способ проветривания – всасывающий. Проветривание шахты осуществляется главной вентиляторной установкой, расположенной у скипового ствола № 2, оборудованной двумя вентиляторами ВЦД-47У, рабочим и резервным. Свежий воздух поступает в шахту по стволу № 1 пройдя по лавам и другим объектам проветривания, направляется к скиповому стволу № 2 и выдается на поверхность.

4.2. Разработка компьютерной модели шахтной вентиляционной сети

Программный комплекс IRS Вентиляция шахт – ЭПЛА используется для исследования факторов влияющих на проветривания шахт и разработки рекомендаций по улучшению проветривания горных выработок в нормальных и аварийных условиях. С помощью данной программы представлена существующая схема вентиляции шахты Tорецкая в виде последовательно связанных между собой ветвей и узлов (рис. 1).

Для нормального функционирования модели, была создана база данных, включающая в себя 112 вентиляционных узлов и 164 ветвей. А так же ввведены такие данные как длина выработки, сечение, угол наклона, высотные отметки и т. д. Желтым цветом обозначены номера узлов, а голубым – номера ветвей.

4.3. Особенности формирования естественной тяги в шахте

Естественная тяга возникает в следствие различной плотности воздуха в горнах выработках. Как и депрессия вентилятора, ее величина измеряется в паскалях.

Депрессия естественной тяги зависит, главным образом, от глубины шахты и разности температур воздуха в воздухоподающих и воздуховыдающих выработках. Поскольку температура воздуха на поверхности не остается постоянной, то наблюдаются суточные и годовые изменения естественной тяги. В зависимости от характера изменений естественной тяги угольные шахты можно разделить на следующие группы:

1. Мелкие (глубиной до 100 м), величина естественной тяги на которых невелика и обычно не привышает 20–30 Па. Направление действия естественной тяги на таких шахтах может изменятся даже в течении одних суток. После остановки вентилятора главного проветривания скорость движения воздуха в горных выработках уменьшается в 8–10 раз и более. Максимальное значение ее наблюдается как в холодное, так и в теплое время года.

2. Средней глубины (100–500 м), на которых направление естественной тяги может изменяться в течении года. Максимальное значение ее наблюдается в холодное время года. В этот период времени после остановки ВГП скорость движения воздуха в горных выработках уменьшается обычно в 2–4 раза.

3. Глубокие (глубиной свыше 500 м), на которых естественная тяга шахты всегда положительна, т. е. в течении всего года помогает работе ВГП. Максимальное значение естественной тяги на таких шахтах наблюдается также в холодное время года. В этот период остановка ВГП может приводить к небольшому изменению скорости движения воздуха. В отдельных эксперементах зафиксированы изменения скорости лишь на 20–30%.

Основным фактором, определяющим величину естественной тяги в холодное время года на шахтах 2-й и, особенно, 3-й группы, является глубина шахты. Во-первых, это связанно с тем, что температура воздуха, поступающего в шахту, изменяется в узких переделах вследствие его подогрева. Во-вторых, температура исходящей струи определяется, главным образом, температурой вмещающих пород, которая возрастает с увеличением глубины шахты.

На основании обработки результатов депрессионных сьемок, выполненных на угольных шахтах, получена следующая зависимость для оценки максимально возможной величины естественно й тяги, Па, [1].

z – глубина шахты, м.

Зависимость следует рассматривать как ориентировочную, поскольку в ней не учитывается ряд других факторов (распределение воздуха в сети, время года и др.).

Расчет депрессии естественной тяги может быть выполнен по гидростатическому или гидродинамическому методу. При выборе вентиляционных режимов рекомендуется применять динамический способ, который обладает наглядностью и позволяет более правильно учесть влияние контурных естественных тяг. Сущность способа заключается в следующем. Выбирается маршрут, совпадающий с направлением движения воздуха и проходящий через аварийный участок и один из очистных забоев. По этому маршруту намечается ряд характерных пунктов, совпадающих с началами и концами выработок. Если разность высотных отметок между начало и концом какой либо выработки более 100 м, то намечаются промежуточные пункты, отстающие друг от друга по вертикали на 50–100 м. В каждом пункте маршрута измеряют температуру воздуха. Затем вычисляют, пользуясь маркшейдерскими данными, расстояния от горизонтальной плоскости, проходящей через устье ствола, до каждого пункта. По полученным данным строит диаграмму изменения температуры воздуха по выбранному маршруту (рис. 4). При ее построении по горизонтальной оси откладывают температуру воздуха, а по вертикальной – глубину.

Естественная тяга пропорциональна площади диаграммы и определяется по формуле[1]:

ρ_ср  – средняя плотность воздуха в выработках

S – площадь диаграммы;

t_ц  – температура центра тяжести площади диаграммы.

После расчетов величины естественной тяги по вышеприведенной формуле в стволах и выемочных участках, необходимо ее промоделировать. В компьютерной модели IRS Вентиляция шахт – ЕПЛА естественная тяга моделируется добавлением депрессии в ветку-выработку. Для этого используется специальная вставка Дополнительная депрессия в окне каждой ветви [3, 4]. Дополнительная депрессия вводится в наклонную (вертикальную) выработку с восходящим струей воздуха если в одной выработке нисходящее, а в другой – восходящее проветривания.

Моделирование естественной тяги показало что расход воздуха увеличился на 20–30%.

Заключение

На данном этапе в магистерской работе разработана компьютерная модель шахтной вентиляционной сети с помощью программного обеспечения IRS Вентиляция – ЭПЛА. Промоделирована шахтная вентиляционная сеть с учетом естественной тяги стволов и в контурах выемочных участков и проанализировано влияние ее на проветривание шахты в целом, а так же выемочных участков. В перспективе будет промоделирован реверсивный и нулевой режимы проветривания шахты. По результатам работы будут разработаны рекомендации по обеспечению устойчивости проветривания горных выработок, а так же безопасных условий работы в нормальном и реверсивном режимах проветривания.

Список источников

1. Болбат И. Е., Лебедев В. И., Трофимов В. А. Аварийные вентиляционные режимы в угольных шахтах – М.: Недра, 1992 г., – 204 с.
2. Булгаков Ю. Ф., Трофимов В. О., Кавєра О. Л., Харьковий М. В. Аерологія шахтних вентиляційних мереж – Донецьк, ДонНТУ. – 2009. – 88 с.
3. Каледіна І. О., Романченко С. Б., Трофимов В. О. Компʼютерне моделювання шахтних вентиляційних мереж: Методичні вказівки. – М.: Видавництво МГГУ. – 2004. – 72 с.
4. В. О. Трофимов, Ю. Ф. Булгаков, О. Л. Кавєра, Є. Б. Ніколаєв. Компʼютерне моделювання аварійних вентиляційних режимів / навчальний посібник / Донецьк, Норд-Пресс. 2013.
5. Медведев Б. И., Гущин А. М. и др. Естественная тяга глубоких шахт. – М.: Недра, 1985. – 77 с.
6. Рекомендації по вибору ефективних режимів провітрювання шахт при аваріях // НДIГРС. – Донецьк. – 1995 г., – 165 с.
7. Правила безопасности в угольных шахтах. – К. – 2010. – 422 с.