ДонНТУ   Портал магистров   ИГГ   Кафедра ОТиА

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

1. Актуальность темы

В настоящее время одной из главных проблем подземной угледобычи в Украине есть создание эффективных средств и способов противодействия возрастанию с глубиной температуры в подземных выработках глубоких угольных шахт. Точность тепловых расчетов зависит от правильности выбора исходных данных, в частности, теплофизических характеристик горных пород. Эта проблема требует определенного внимания и работы над повышением точности тепловых расчетов и нормализации тепловых условий в лавах.

2. Цели и задачи исследования

Целью магистерской работы является исследование влияния теплофизических характеристик пород на результаты тепловых расчетов очистных выработок и разработка мероприятий по нормализации тепловых условий в лаве на шахте им. Скочинского.

В данной работе решаются следующие задачи:

  1. Производится анализ теплового режима в лаве, охладительных машин и кондиционеров, находящихся в подземных выработках.
  2. Выполняется анализ тепловой съемки.
  3. Выполняется расчет ожидаемой температуры воздуха в конце лавы.
  4. Выполняется анализ влияния при различных значениях теплофизических характеристик пород на результаты тепловых расчетов очистных выработок.
  5. Разрабатываются мероприятия по нормализации тепловых условий в очистной выработке.

3. Краткое изложение результатов магистерской работы

3.1 Краткая характеристика шахты

Шахта им. А.А. Скочинского сдана в эксплуатацию в 1975 году с проектной мощностью 1,8 млн.тонн. В шахтном поле, вскрытом 7 вертикальными стволами глубиной 944–1293 м, pазpабатывается одиночный незащищенный особо опасный по внезапным выбросам угля и газа пласт h16 "Смоляниновский" мощностью 1,2–2,2 м и углом падения 8–10°. Подготовка шахтного поля панельная, система pазpаботки сплошная или комбинированная с использованием конвейерных штреков вышеотработанных лав в качестве вентиляционных.

Очистные забои отрабатываются по системе "лава–штрек" прямым ходом.

Промышленные запасы на 1.01.2011 г. составляют 75,164 млн.тонн, в том числе по отрабатываемому пласту 42,326 млн. тонн.

Производственная мощность шахты на 1.01.2011 г. — 500 тыс.т/год. В настоящее время на шахте работают 3 лавы на центральной панели (2 западная лава УПЦП, 2 восточная лава УПЦП) и 1 лава на западной панели (5 западная лава ЗП)[6].

Характеристика лав приведена в табл. 1

Таблица 1 – Характеристика лав

№ п/п Наименование лавы Система разработки Применямая горношахтная техника
1 2-ая западная лава УП ЦП пл. h16 комбинированная 3МКД-90, 2ГШ-68Б, СП-301М
2 2-ая восточная лава УП ЦП пл. h16 комбинированная КМК-500Т, 2ГШ-68Б, СП-301М
3 5 западная лава ЗП пл. h16 сплошная 2МКД-90, 2ГШ-68Б, СП-301М

Транспорт угля в пределах центральной панели от забоев до скипового ствола полностью конвейеризирован: по участковым выработкам ленточными конвейерами с шириной ленты 800 мм (1Л–80); по магистральным конвейерным штрекам конвейерами 1Л–80, 1Л–80УК, 1Л–800 с шириной ленты 800 мм; по полевому конвейерному уклону конвейерами 1Л–80 — с шириной ленты 800 мм и 2Л–100У — с шириной ленты 1000 мм.

Транспорт угля в пределах западной панели конвейерный. От 5 западной лавы ЗП по конвейерному штреку и групповому конвейерному штреку ЗП конвейерами 1Л–80 с шириной ленты 800 мм, по конвейерному ходку 5 западной лавы ЗП конвейером 1Л–1000 с шириной ленты 1000мм. Из бункера западной панели уголь загружается в секционные поезда ПС–3,5 и электровозами 2АМ–8Д по полевым откаточным штрекам гоp. 1200 м доставляется к pазгpузочному бункеру центральной панели, из которой перепускается в загрузку скипового ствола и далее по скиповому стволу в скипах грузоподъемностью 25 т выдается на поверхность.

Шахта отнесена к особо опасным по внезапным выбросам угля, породы и газа. Уголь пласта h16 опасен по взрывчатости угольной пыли и склонен к самовозгоранию.

Схема пpоветpивания шахты комбинированная. Способ пpоветpивания всасывающий.

Вентиляторы главного пpоветpивания установлены: на скиповом стволе (ВЦД–31,5), восточном вентиляционном стволе № 1 (ВЦД–3,3) и западном вентиляционном стволе № 2 (ВЦД–47У).

Свежая струя воздуха подается по центральному клетевому, по восточному № 1 и западному № 1 воздухоподающим стволам[6].

3.2 Результаты температурной съемки

В магистерской работе производится анализ влияния теплофизических характеристик пород 3–ей восточной лавы на результаты тепловых расчетов и разработка комплексных мероприятий по нормализации тепловых условий[3].

Схема расположения пунктов замера тепловлажностных параметров воздуха в горных выработках по маршруту 3-й вост. лавы УП ЦГ1 шахты им. Скочинского ГП ″ДУЭК″ по состоянию на февраль 2012 г.

Рисунок 1 – Схема расположения пунктов замера тепловлажностных параметров воздуха в горных выработках по маршруту 3–й вост. лавы УП ЦГ1 шахты им. Скочинского ГП ″ДУЭК″ по состоянию на февраль 2012 г. (3 кадра, 33 КБ)

Результаты тепловой съемки занесены в таблицу 2

Таблица 2 – Результаты тепловой съемки

№ пунктов замера на рис. 1 Температура горных пород, °С Тепловые параметры Расход воздуха, м3/мин Примечание
Температура,°С Относительная влажность, % Влагосодержание, г/кг Теплосодержание, кДж/кг
по сухому термометру по мокрому термометру
1 – 5,0 – – – – – Поверхность. Замер у ствола
2 46,6 9,8 8,0 78 5,2 23,0 Низ ствола. Капеж воды
3 46,5 11,6 9,8 79 6,0 26,7 Почва влажная. Выработка сухая
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 Замер температуры воздуха у камеры 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. сетка
10 48,5 18,0 13,0 54 6,2 33,7 Приводные головки конвейера 2Л-100
11 49,4 19,4 13,1 46 5,6 33,8 Замер температуры воздуха перед ВМП
12 – 24,0 15,2 36 5,8 38,9 0 трубопровода 800 мм, У=11,8 м/с
13 49,6 24,8 17,0 43 7,4 43,7 Забой сухой
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. Замерная станция
17 51,0 25,4 17,6 44 7,7 45,2 Установлен энергопоезд
18 51,0 26,0 17,6 41 7,5 45,2 Работает ППМ-1. Сухо
19 51,0 268 190 45 8,7 49,3 Замер температуры воздуха в лаве
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 ствола. Капеж воды
1 – 3,2 – – – – Поверхность. Пасмурно

3.3 Расчет температуры воздуха в лаве

Расчет температуры воздуха в лаве производился в соответствии со стандартом Минэнеруголя Украины «Прогнозирование и нормализация тепловых условий в угольных шахтах»[2] либо на ПЭВМ с помощью специально разработанной программы «WARM»[1].

Температуру воздуха в лавах пологих, наклонных и крутых пластов со щитовой выемкой рассчитывают по формуле

формула

в которой комплексы A, E и Т имеют вид:

формула

а В и Б рассчитываются по формулам:

а) при Δφ =φ2 – φ1

формула

б) при Δφ =φ2 = φ1

формула
формула

На пластах с пологим и наклонным залеганием пластов при управлении кровлей полным обрушением коэффициент нестационарного теплообмена между горным массивом и воздухом в лавах рассчитывается по формуле

формула

где U – общий периметр поперечного сечения лавы, м;

Uз, U1, U2, U3, Uв — длины участков периметра поперечного сечения лавы соответственно угольного забоя, первой, второй, третьей дорог и со стороны выработанного пространства, м.

Коэффициент нестационарного теплообмена между горным массивом и воздухом в выработках, проветриваемых менее года, в ваттах на метр квадратный градус Цельсия:

формула

где

формула

где α — коэффициент теплоотдачи от горного массива к воздуху, Вт/м2°C, рассчитывают по формуле

формула

где ε — коэффициент шероховатости выработки. Для выработок с монолитной бетонной крепью он равен 1,0; для выработок с металлической, железобетонной и деревянной крепью со сплошной затяжкой — 1,5; с той же крепью без затяжки — 2,0; для выработок без крепи — 2,5; для лав — 2,5–3,5;

где γ — плотность воздуха, кг/м3, рассчитывается по формуле:

формула

Относительную влажность воздуха, в долях единицы, определяют по психрометрическим таблицам или рассчитывают по зависимости

φ = pn ⁄ ptн

pn — парциальное давление водяного пара во влажном воздухе, Па;

ptн — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре по «сухому» термометру, t, Па, определяют по приложению, опубликованному в стандарте Минэнергоугля Украины «Прогнозирование и нормализация тепловых условий в угольных шахтах.

pn = pнtм - 0,00066P(t-tм)

pнtм — парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре по «мокрому» термометру tм, Па;

P — барометрическое давление воздуха, Па.

Барометрическое давление воздуха P, в Паскалях, вычисляют по формуле

P = P0 + 12,0H

где P0 — давление воздуха на поверхности шахты, Па;

H — глубина расположения пункта замера от поверхности, м.

Периметр среднего сечения выработки U, в метрах, рассчитывают по формулам:

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

– для арочного крепления U = 3,8 √S.

Эквивалентный радиус выработки R0, в метрах, определяют по формуле

R0 = 2S ⁄ U[5]

4. Мероприятия по нормализации тепловых условий в лаве

По результатам тепловых расчетов рекомендуется применение искусственного охлаждения воздуха на основе ис¬пользования комплекса шахтного холодильного оборудования с водоохлаждающей холодильной машиной МХРВ–1 или с помощью передвижных холодильных установок, оборудованных кондиционерами КПШ 300.

Машина холодильная МХРВ–1

Водоохлаждающая холодильная машина МХРВ–1 холодопроизводительностью 1000 кВт предназначена для обеспечения «ледяной водой» систем кондиционирования шахтного воздуха в глубинных выработках, опасных по газу, пыли и внезапным выбросам.

Машина может иметь применение в других отраслях промышленности, где имеется потребность в «ледяной воде» в качестве источника холода.

Машина холодильная МХРВ–1 выполнена двухблочной — состоит из агрегата винтового компрессорного с микропроцессорным блоком управления и блока аппаратного (кожухотрубный конденсатор, кожухотрубный испаритель с внутритрубным кипением), хладоновые системы которых соединяются на месте эксплуатации гибкими шлангами.

Блоки машины для спуска в шахту разбираются на отдельные узлы.

Оборудование каждого блока смонтировано на станинах в виде салазок, обеспечивающих передвижение по почве выработок.

Машина размещается в горных выработках без специального фундамента и крепления.

Автоматическое управление и все виды необходимых защит осуществляется микропроцессорным блоком управления.

Технические характеристики:

  1. Хладагент, R22.
  2. Холодопроизводительность номинальная, 1000 кВт; в режиме с параметрами:

    – «ледяная вода» на выходе: Температура, 4 °C; Расход, 71,4 м3/ч;

    – вода, охлаждающая конденсатор, на входе: Температура, 32 °C; Расход 115 м3/ч;

    – частота вращения вала компрессора, 3000 об/мин

  3. Потребляемая мощность номинальная, 350 кВт.
  4. Род тока, переменный трехфазный 6000В/660В, 50 Гц.
  5. Масса машины (сухая), 16625 кг:

    – агрегат компрессорный с блоком управления, 6825 кг;

    – блок аппаратный, 9500 кг.

  6. Габаритные размеры машины в сборе, 10700x2350x2040 мм.:

    – агрегат компрессорный, 4315x1980x2025 мм.

    – блок аппаратный, 5850x1500x2040 мм.

  7. Уровень взрывозащиты электрооборудования, Exdil [7].
Машина холодильная МХРВ-1

Рисунок 2 — Машина холодильная МХРВ–1

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300 создает комфортные условия для шахтеров, работающих в глубоких шахтных выработках, опасных по газу и пыли.

Кондиционер может применяться в других отраслях промышленности в системах комфортного и технологического кондиционирования воздуха.

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300 имеет взрывобезопасное электрооборудование и может применяться в угольных шахтах опасных по газу, пыли и внезапным выбросам.

Кондиционер поставляется в виде двух блоков: блока компрессорно-конденсаторного и блока воздухообрабатывающего, хладоновые системы которых соединяются на месте эксплуатации кондиционера гибкими трубопроводами (шлангами).

Блоки скомпанованы на рамах, обеспечивающих возможность их установки на станины вагонеток типа «ВГ» для колеи 900 мм. для передвижения их в процессе эксплуатации. Кондиционер КПШ 300 автоматизирован и имеет все виды необходимых защит.

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Рисунок 3 – Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Технические характеристики:

  1. Хладагент, R22.
  2. Холодопроизводительность, 320 кВт; в режиме с параметрами:

    – воздух на входе: Температура, 32 °C; Относительная влажность, 70 %; Расход, 27000 м3/ч

    – вода на конденсатор: Температура 35 °C; Расход, 50 м3/ч; Эффект охлаждения воздуха, 15–17 °C; Потребляемая мощность, 75 кВт; Род тока, переменный трехфазный, 660В/50 Гц

  3. Масса (сухая):

    – блок компрессорно–конденсаторный, 3650 кг;

    – блок воздухообрабатывающий, 2500 кг;

    – комплект монтажных частей, 150 кг.

  4. Габаритные размеры:

    – блок компрессорно–конденсаторный, 3560x1100x1485 мм.;

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

Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Рисунок 4 – Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300

Допускается демонтаж диффузора и конфузора блока воздухообрабатывающего. Кондиционер передвижной шахтный КПШ 300 имеет степень заводской готовности и может монтироваться и вводиться в эксплуатацию специалистами шахтных служб.

Список источников

  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.