ВЫБОР СХЕМ ПОДГОТОВКИ ДЛЯ МАКСИМАЛЬНОЙ ЭФЕКТИВНОСТИ СЖИГАНИЯ ГАЗА, ДОБЫВАЕМОГО ПРИ ДЕГАЗАЦИИ УГОЛЬНЫХ ШАХТ С ЦЕЛЬЮ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Пустовар А.В.;Сафонова Е.К.

 

 

Дегазация угольных пластов является действенным средством снижения метанообильности горных выработок и борьбы с необычными выделениями газа, что ведет не только к повышению безопасности ведения горных работ, увеличению производительности шахт и удешевлению себестоимости угля, но и к улучшению экологической ситуации в стране.

На данное время в угольной промышленности Украины работает около сотни шахт, которые имеют установки дегазации, которые выбрасывают в атмосферу шахтный метан. В Донецком бассейне ещё в девяностых годах порядка двадцати шахт стали сжигать в своих котельных смеси газа с конденсированным составом метана  (содержание метана в газовой смеси более 30%), а за последние три года и шахта им.Засядько не стала в этом исключением.

Одной из причин низкого использования добываемого метана является то, что установки дегазации выдают большое количество неконденсированного метана (меньше 30% в смеси), утилизация которого по условиям сжигания и взрывоопасности невозможна без соответственной подготовки.

Одним из наиболее перспективных направлений утилизации неконденсированного шахтного метана является разбавление до концентрации в смеси 2,5% и прямое сжигание её в специально оборудованных топках. Как разбавляющий агент предлагается использовать вытекающий шахтный вентиляционный поток, который выбрасывается в атмосферу.

Однако здесь могут возникнуть некоторые проблемы. Так как система дегазации угольной шахты при существующих способах использования шахтного метана связана через вакуум-насосную станцию и нагнетательный газопровод с котельной, то в трубопроводах всегда возможно образование взрывоопасных метановоздушных смесей (МВС), поскольку их подземная часть постоянно находится под вакуумом. При отказе системы защиты МВС может поступать в топку котла и при других условиях вызывать взрыв его или распространение пламени в газопровод.

Для предотвращения аварии необходимо, чтобы отсекающий клапан закрывался своевременно, то есть до того момента, когда газовая смесь попадает в котельную. С этой целью предлагается определить время движения МВС от места отбора газа на анализ до котельной в соответствии с неравенством:

где -внутренний диаметр негнетательного газапровода, м;

 - длина нагнетательного газопровода от места отбора пробы газа до горелок котельной, м;

- максимальный расход МВС, потребляемый котельной, м²/мин;

- объём газового тракта от места отбора газа на анализ до входа в приемник газоанализатора, л;

- расход газа через приёмник газоанализатора и в газовом тракте, л/с;

 - инерционная комплекта газоанализатора, с;

- инерционная клапана-отсекателя, с.

Неравенство можно также заменить эквивалентным

где - максимальная средняя скорость движения МВС в нагнетательном газопроводе;

Однако, данные неравенства имеют ряд существенных недостатков, которые снижают эффективность опережающей защиты и безопасности подачи МВС в котельную. Поэтому над ними необходима доработка. Во-первых, наявность знака неравенства требует дополнительных розъяснений, ведь чем длиннее нагнетательный трубопровод, тем он дороже. Тогда при проектировании шахтного метана будем отдавать преимущество знаку «=». Во-вторых, неравенства учитывают время движения МВС от места отбора газа на анализ до попадания его в газоанализатор по выражению

.

Но на самом деле время движения газа в газовом тракте будет другим, поскольку метан перемещается не только по импульсным трубам, но и через емкости. В емкостях газ перемешивается и на выходе содержание его в переходном процессе изменяется по экспоненциальному закону. Поэтому на входе в газоанализатор содержание метана МВС не будет изменяться скачкообразно, даже если оно таким было в газопроводе.

В-третьих, на действующих установках отсутствуют устройства для автоматического поддержания заданного расхода МВС через газоанализатор.

Ещё одним непонятным моментом остается то, что  не совсем ясно , какое значение времени необходимо принимать и что следует понимать под «инерционностью комплекта газоанализатора»?

На наш взгляд при последовательном  соединении в газовом тракте емкости и газоанализатора  переходной процесс в емкости влияет на переходной процесс в газоанализаторе. Поэтому емкости холодильника, фильтра и газоанализатора должны рассматриваться как единое целое, и тогда под «инерционностью комплекта газоанализатора» можно будет понимать время переходного процесса в системе «емкость-газоанализатор».