Мальч Наталя Олегівна

Інститут гірництва та геології

Кафедра охорони праці та аерології

Спеціальність Безпека трудової діяльності

Підвищення стійкості провітрювання виробок шахти Торецька ДП Дзержинськвугілля в нормальному і аварійних умовах

Науковий керівник: доц., к. т. н. Трофимов Віталій Олександрович

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

1. Мета і задачі магістерської роботи
2. Aктуальність роботи
3. Науково-технічна новизна
4. Короткий виклад результатів магістерської роботи

   4.1.Коротка характеристика шахти

   4.2. Розробка комп’ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі

   4.3. Особливості формування природної тяги в шахті

5. Bисновок
6. Перелік посилань

1. Мета і задачі магістерської роботи

Метою магістерської роботи є дослідження стійкості провітрювання під дією природної тяги.

Завдання, які вирішуються в магістерській роботі:

• Розробка комп’ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі шахти Торецька;
• Дослідження впливу природної тяги на провітрювання шахти в нормальних умовах;
• Дослідження впливу природної тяги на провітрювання шахти після зупинки ВГП (нульовий режим);
• Дослідження впливу природної тяги на провітрювання шахти в реверсивному режимі;
• Розробити рекомендації щодо забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок.

2. Aктуальність роботи

На шахтах крутого падіння основний вплив на стійкість провітрювання надає природна тяга. Природна тяга шахти може діяти в одному напрямку з вентилятором або ж протидіяти його роботі. При сонаправленій дії природної тяги і вентилятора головного провітрювання витрати повітря в шахті збільшується і навпаки. Основна частина природно тяги на сучасних глибоких (понад 600 м) шахтах Донбасу формується в шахтних стволах. На шахтах з крутопадающими заляганням пластів в зимовий час року природна тяга в контурах стволів може становити 1000–1300 Па, в контурах виїмкових дільниць 70–80 Па.

Природна тяга в контурах виїмкових дільниць має великий вплив на формування режиму їх провітрювання. Так, наприклад, на деяких шахтах центрального району Донбасу після зупинки вентилятора головного провітрювання витрати повітря виїмкових дільниць зменшується на 30–40%. Це означає, що основний вплив на провітрювання ділянок має природна тяга в контурах виїмкових ділянок і стволів.

Практика планового реверсування вентиляції показує, що в більшості випадків через протидію природної тяги, виїмкові ділянки не забезпечуються необхідною витратою повітря (60%–40Qн відповідно до правил безпеки) [7].

В окремих же випадках вентиляційний струмінь в лавах не перекидається. Крім того існує небезпека, що при аварійній зупинці вентилятора головного провітрювання під дією природної тяги в контурах стволів може відбутися перекидання витоків повітря між стволами і вихідний струмінь потрапить в воздухоподающий ствол. Найбільш ймовірно виникнення такої ситуації в літню пору року, коли природна тяга у верхньому вентиляційному контурі ствола стає негативною. У таких випадках існує небезпека рециркуляції і надходження підвищеної концентрації метану в воздухоподающий ствол.

До негативному впливу природної тяги потрібно також віднести запізнювання перекидання вентиляційного струменя в гірничих виробках. На шахтах з кутом залягання пластів більше 16 градусів запізнювання перекидання при реверсуванні може становити 15–30 хв. Це відбувається через перерозподіл температур у виробках зі свіжим і вихідним струменем.

3. Науково-технічна новизна

У процесі виконання магістерської роботи вперше в умовах шахти Торецька ДП Дзержинськвугілля досліджується вплив природної тяги на розподіл повітря в гірничих виробках та її вплив на стійкість провітрювання, а також вперше відбудеться  моделювання реверсивного і нульового режимів.

4. Короткий виклад результатів магістерської роботи

4.1. Коротка характеристика шахти

Поле шахти Торецька розташоване в північно-східній частині міста Дзержинська, в Центральному гірничопромисловому районі Донбасу.

Розмір шахтного поля по простяганню 3,5–4,5 км, площа шахтного поля 13,4 км². Кути падіння порід варіюють від 20–44°. Категорія шахти за газом – надкатегорна. Шахтне поле розкрите двома вертикальними стволами № 1 та № 2, капітальними горизонтальними квершлагами. Схема провітрювання шахти – центральна, спосіб провітрювання – всмоктуючий. Провітрювання шахти здійснюється головною вентиляторної установкою, розташованої біля скіпового ствола № 2, обладнаної двома вентиляторами ВЦД-47У, робочим і резервним. Свіже повітря надходить в шахту по стволу № 1 пройшовши по лавах та іншим об’єктам провітрювання, прямує до скіпового стволу № 2 і видається на поверхню.

4.2. Розробка комп’ютерної моделі шахтної вентиляційної мережі

Програмний комплекс IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА використовується для дослідження факторів, що впливають на провітрювання шахт і розробки рекомендацій щодо поліпшення провітрювання гірничих виробок у нормальних і аварійних умовах. За допомогою даної програми представлена існуюча схема вентиляції шахти Tорецкая у вигляді послідовно пов’язаних між собою гілок і вузлів (рис. 1).

Для нормального функціонування моделі, була створена база даних, що включає в себе 112 вентиляційних вузлів і 164 гілок. А так же введені такі дані, як довжина виробки, площа поперечного перерізу виробок, кут нахилу, висотні відмітки і тощо. Жовтим кольором позначені номери вузлів, а блакитним – номера гілок.

4.3. Особливості формування природної тяги в шахті

Природна тяга виникає в наслідок різної густини повітря в горних виробках. Як і депресія вентилятора, її величина вимірюється в паскалях.

Депресія природної тяги залежить, головним чином, від глибини шахти і різниці температур повітря в повітроподавальних і воздуховидающіх виробках. Оскільки температура повітря на поверхні не залишається постійною, то спостерігаються добові та річні зміни природної тяги. Залежно від характеру змін природної тяги вугільні шахти можна розділити на такі групи:

1. Дрібні (глибиною до 100 м), величина природної тяги на яких невелика і зазвичай не перевищує 20–30 Па. напрямок дії природної тяги на таких шахтах може змінюватися навіть у перебігу однієї доби. Після зупинки ВГП швидкість руху повітря в горних виробках зменшується в 8–10 разів і більше. Максимальне значення її спостерігається як в холодне, так і в теплу пору року.

2. Середньої глибини (100–500 м), на яких напрямок природної тяги може змінюватися протягом року. Максимальне значення її спостерігається в холодну пору року. У цей період часу після зупинки ВГП швидкість руху повітря в гірничих виробках зменшується зазвичай в 2–4 рази.

3. Глибокі (глибиною понад 500 м), на яких природна тяга шахти завжди позитивна, тобто протягом лише одного року допомагає роботі ВГП. Максимальне значення природної тяги на таких шахтах спостерігається також в холодну пору року. У цей період зупинка ВГП може призводити до невеликої зміни швидкості руху повітря. В окремих експеременту зафіксовані зміни швидкості лише на 20–30%.

Основним чинником, що визначає величину природної тяги в холодну пору року на шахтах 2-ї та, особливо, 3-ї групи, є глибина шахти. По-перше, це пов’язано з тим, що температура повітря, що надходить у шахту, змінюється у вузьких межах внаслідок його підігріву. По-друге, температура вихідного струменя визначається, головним чином, температурою вміщуючих порід, яка зростає із збільшенням глибини шахти.

На підставі обробки результатів депресійних зйомок, виконаних на вугільних шахтах, отримана наступна залежність для оцінки максимально можливої величини природно й тяги, Па, [1].

z – глибина шахти, м.

Залежність слід розглядати як орієнтовну, оскільки в ній не враховується ряд інших факторів (розподіл повітря в мережі, час року тощо).

Розрахунок депресії природної тяги може бути виконаний по гидростатическому або гідродинамічного методу. при виборі вентиляційних режимів рекомендується застосовувати динамічний спосіб, який володіє наочністю і дозволяє більш правильно врахувати вплив контурних природних тяг. Сутність способу полягає в наступному. Вибирається маршрут, що співпадає з напрямком руху повітря і проходить через аварійну ділянку і один з очисних вибоїв. За цим маршрутом намічається ряд характерних пунктів, що збігаються з початками і кінцями виробок. Якщо різниця висотних відміток між початком і кінцем який або виробок більш 100 м, то намічаються проміжні пункти , що відстають один від одного по вертикалі на 50–100 м. У кожному пункті маршруту вимірюють температуру повітря. Потім обчислюють, користуючись маркшейдерськими даними, відстані від горизонтальної площини, що проходить через гирло ствола, до кожного пункту. За отриманими даними будує діаграму зміни температури повітря за обраним маршрутом (рис. 4). При її побудові по горизонтальній осі відкладають температуру повітря, а по вертикальній – глибину.

Природна тяга пропорційна площі діаграми і визначається за формулою [1]:

ρ_ср  – середня густина повітря у виробках;

S – площа діаграми;

t_ц  – температура центра ваги площі діаграми.

Після розрахунків величини природної тяги за вищенаведеною формулою в стовбурах і виїмкових дільницях, необхідно її промоделювати. У комп’ютерній моделі IRS Вентиляція шахт – ЕПЛА природна тяга моделюється додаванням депресії в гілку-виробку. Для цього використовується спеціальна вставка Додаткова депресія у вікні кожної гілки [3, 4]. Додаткова депресія вводиться в похилу (вертикальну) виробку з висхідним струменем повітря якщо в одній виробці низхідний, а в іншій – висхідe провітрювання.

Моделювання природної тяги показало що витрати повітря збільшились на 20–30%.

Заключення

На даному етапі в магістерській роботі розроблена комп’ютерна модель шахтної вентиляційної мережі за допомогою програмного забезпечення IRS Вентиляція – ЕПЛА . Промодульована шахтна вентиляційна мережа з урахуванням природної тяги стволів і в контурах виїмкових дільниць та проаналізовано вплив її на провітрювання шахти в цілому, а також виїмкових дільниць. У перспективі буде промодельований реверсивний і нульовий режими провітрювання шахти. За результатами роботи будуть розроблені рекомендації щодо забезпечення стійкості провітрювання гірничих виробок, а також безпечних умов роботи в нормальному і реверсивному режимах провітрювання.

Перелік посилань

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. Комп’ютерне 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. Комп’ютерне 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.