ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Представленная работа посвящена решению проблемы развития научных основ и совершенствования технологических схем процессов гидропневматического воздействия на угольные пласты с целью изменения их состояния для снижения пыле- и газовыделения в горные выработки. Представлены математические модели процессов, методы расчета параметров технологических схем воздействия и обосновывается применение комплексного трехэтапного воздействия на угольные пласты.

Интенсификация и концентрация горных работ, особенно по мере углубления шахт, все более ограничивается проявлениями опасных свойств угольных пластов, в частности, таких, как газовыделение и пылеобразование. Повышение безопасности подземных горных работ является первостепенной задачей, стоящей перед учеными и производственниками. В комплексе средств обеспечения безопасных условий подземной угледобычи очень важное место занимают методы и средства воздействия на угольный пласт, позволяющие снизить проявление основных опасностей. Среди таких средств выделяются технологические(схемы вскрытия, системы разработки, порядок отработки пластов, управление проявлениями давления горных пород, системы проветривания) и специальные (предварительное гидравлическое воздействие, увлажнение, пневматическое, физико-химическое воздействие, дегазация, комплексное воздействие).

1. Актуальность темы

По классификации А.А. Скочинского, к основным опасностям при подземной добыче угля относятся пылеобразование, газовыделение, внезапные выбросы угля и газа, эндогенные пожары. В предлагаемой работе рассматривается подход к решению задачи снижения пыле- и газовыделения на основе комплексного гидропневматического воздействия. Основной составляющей всей профзаболеваемости в угольной отрасли Украины в настоящее время является пылевая патология. Так, по состоянию на 01.01.2000г., из общего числа заболевших профессиональными заболеваниями — 56000 человек — 82% случаев заболеваемости обусловлено пылевой патологией: пневмокониоз — 36000 человек; пылевой бронхит — 10000 человек. Это связано, главным образом, с длительным нахождением основного контингента работающих в атмосфере с высокими уровнями запыленности воздуха.

На рисунке 1 приведены данные по профзаболеваемости в Донецкой области, на рисунке 2 — динамика этих показателей по сравнению с 1984 годом. Следует отметить особенно резкий рост заболеваемости, связанной с пылью, начиная с 1987 года, что объясняется, главным образом, увеличением пылевых нагрузок на работающих, вызванных значительным повышением уровней запыленности воздуха на основных рабочих местах в шахтах. Последнее обусловлено несколькими причинами объективно-технологического и субъективно-организационного характера.

Первая группа причин связана с изменением горно-геологических и горнотехнических условий разработки угольных пластов (переход на более глубокие горизонты, сопровождающийся ростом газообильности и необходимостью интенсификации проветривания забоев; применение более мощных выемочных и проходческих машин), приведшим, с одной стороны, к интенсификации процессов образования и выделения пыли при основных производственных процессах, а с другой — к снижению общей эффективности обеспылевания в связи с недостаточным соответствием параметров применяемых способов и средств борьбы с пылью изменившимся условиям разработки.

Вторая группа причин связана со снижением в последнее время требований к комплексному применению обеспыливающих мероприятий при всех производственных процессах и отсутствием должного контроля их параметров со стороны органов государственного, профсоюзного и шахтного надзора.

Это привело к фактическому прекращению научных исследований и опытно-конструкторских работ по разработке новых и совершенствованию потенциально эффективных существующих способов и средств борьбы с пылью и контроля запыленности воздуха в угольных шахтах.

Таким образом, дальнейшее развитие теоретических основ процессов воздействия на угольные пласты, совершенствование технологических схем, режимов и параметров обработки пластов для снижения пыле- и газовыделения в горные выработки и повышения уровня безопасности труда является необходимым условием развития угольной отрасли.

Распространенность профессиональной патологии в Донецкой области за 1986-2000 годы, сл./1000 осмотренных

Рисунок 1 – Распространенность профессиональной патологии в Донецкой области за 1986-2000 годы, сл./1000 осмотренных

Динамика профессиональной заболеваемости пылевой этиологии в Украине и Донецкой области по сравнению с 1984 годом

Рисунок 2 – Динамика профессиональной заболеваемости пылевой этиологии в Украине и Донецкой области по сравнению с 1984 годом

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Конечной целью работы является изучение и решение проблемы развития научных основ и совершенствования технологических схем процессов гидропневматического воздействия на угольные пласты с целью изменения их состояния для снижения пыле- и газовыделения в горные выработки.

Основные задачи исследования:

  1. Анализ исследований по повышению качества гидравлической и пневматической обработки угольных пластов.
  2. Общая постановка задачи математического моделирования процесса гидравлического воздействия на угольные пласты.
  3. Разработка основ системы автоматизированного управления технологическим процессом гидравлического воздействия на угольные пласты.
  4. Разработка теоретических основ исследования и расчета параметров пневматического воздействия на угольные пласты.

Объект исследования: Гидропневматическое воздействие на угольные пласты.

Предмет исследования: Повышение качества гидравлической и пневматической обработки угольных пластов.

3. Обзор исследований и разработок

Решению проблем развития теории и технологии воздействия на угольные пласты посвящены работы многих научно-исследовательских институтов и вузов СНГ, в том числе МакНИИ, ДонУГИ, ВостНИИ, ИГТМ НАН Украины, УкрНИМИ НАН Украины, ИФГП НАН Украины, ДонНТУ, МГГУ и др., а также зарубежных учреждений и вузов Германии, Чехии, Польши, Словакии, Англии, Австралии.

Предварительная обработка угольных пластов жидкостями в различных режимах является важным средством решения проблемы борьбы с опасными явлениями в шахтах. Одно из основных преимуществ этого способа — заблаговременное и необратимое изменение состояния и свойств угольного массива, позволяющее предупредить возникновение опасных явлений при ведении горных работ. Еще в 1956 году академик А.А.Скочинский указал на высокую эффективность нагнетания воды в пласт как средства борьбы с пылеобразованием и подчеркивал необходимость развития этого способа. В дальнейшем были выдвинуты идеи нагнетания в пласт различных субстанций, обладающих текучестью (растворы, суспензии и т.п.), получивших общее название «текучее» («текучие»).

Исследованиями в области создания и совершенствования способов и средств нагнетания текучих в угольный пласт занимались многие ученые: А.А. Скочинский, А.И. Ксенофонтова, А.С. Бурчаков, Э.М. Москаленко, Н.В.Ножкин, О.И. Чернов, Г.Е. Панов, А.Ф. Булат, К.К. Софийский, А.Н. Зорин, Л.М. Васильев, Б.И. Медведев, Г.С. Гродель, А.Д. Алексеев, В.П. Журавлев, В.В. Ливенцев, С.А. Ярунин, А.П. Поелуев, В.С. Черкасов, В.И. Шиленков, М. Маскет, Х. Беккер, П.Б. Уартон и другие. Важным этапом явилось создание в 1960-х годах под руководством проф. О.И.Чернова способа предварительного увлажнения угольных пластов как комплексного метода борьбы с основными опасностями, к которым, по определению академика А.А.Скочинского, относятся: пылеобразование, газовыделение, внезапные выбросы угля и газа, эндогенные пожары.

Учеными и практиками разработан ряд технологических схем нагнетания через подземные скважины и с поверхности, предложены новые способы и режимы воздействия, направленные как на изменение определенного комплекса свойств угольного массива, так и на повышение качества обработки. Изысканы и применяются разнообразные виды жидкостей, включающие водные растворы поверхностно-активных и химически активных веществ, жидкости, изменяющие свое фазовое состояние, различные суспензии, аэрозоли, воздух и другие. Созданы теоретические основы движения жидкостей и газов в угольном массиве, способы моделирования процессов фильтрации и расчета параметров нагнетания.

Результаты научно-исследовательских и проектно-конструкторских разработок легли в основу соответствующих разделов нормативных документов, регламентирующих необходимость и порядок применения предварительного увлажнения для борьбы с пылеобразованием и газодинамическими явлениями в угольных шахтах. Применяемые и предложенные к настоящему времени способы нагнетания жидкостей в угольный пласт дают принципиальную возможность предотвращения опасных явлений в шахтах. Так, известно, что пылеобразование при выемке угля практически не происходит, если предварительным увлажнением достигнут равномерный прирост влажности 6-7%. Способствует уменьшению пылеобразования применение водных растворов смачивателя ДБ, хлористого кальция, жидкого стекла и водомасляной эмульсии. При нагнетании различных растворов удается снизить запыленность на 40-50% по сравнению с увлажнением водой.

А.А. Скочинским отмечено снижение газовыделения в атмосферу горных выработок при гидравлической обработке угольного массива. К настоящему времени помимо предварительного увлажнения предложен целый ряд новых способов обработки с целью борьбы c газом. В результате применения этих способов достигается значительное снижение газовыделения в очистные и подготовительные выработки. Достигнуты положительные результаты в их использовании с целью предотвращения газодинамических явлений, в частности, внезапных выбросов угля и газа.

Вместе с тем, несмотря на большой объем проведенных исследований, эффективность применяемых способов во многих случаях не удовлетворяет требованиям практики. Снижение пылеобразования при предварительном увлажнении даже в комплексе с орошением не позволяет довести запыленность до санитарных норм . Нагнетание в пласт жидкостей в режиме фильтрации приводит к снижению газоносности не более чем на 5%, газообильность выработок при предварительном увлажнении уменьшается не более чем на 30-35%. По данным за период с 1966 по 1977 год от 9 до 17% внезапных выбросов угля и газа произошли при полностью выполненных мероприятиях. Не получено положительных результатов в промышленности по применению нагнетания антипирогенов в угольный пласт с целью предотвращения самовозгорания угля.

Анализ существующих способов нагнетания жидкостей в угольный пласт с целью борьбы с основными опасностями показывает, что необходимым условием высокой эффективности воздействия является равномерность гидравлической обработки угольного массива. К одной из основных причин недостаточно высокой эффективности уменьшения пылеобразования при предварительном увлажнении относится неравномерность распределения влаги в массиве, вызванная преимущественным движением жидкости по крупным трещинам и приводящая к недостаточному повышению влажности больших блоков угля, тогда как на других участках пласта прирост влажности может превышать требуемое значение. На рис. 3 приведен пример распределения влаги при нагнетании через одиночную скважину (данные МакНИИ). В работе в результате исследования влияния предварительного увлажнения на метановыделение из разрабатываемого пласта отмечается повышенная неравномерность газовыделения в увлажненных зонах, вызванная неравномерностью распределения влаги в массиве и приводящая к образованию местных скоплений метана при работе выемочных машин.

Распределение влаги (%) в зоне влияния нагнетательной

Рисунок 3 – Распределение влаги (%) в зоне влияния нагнетательной

Авторы обращают внимание на то, что наличие необработанных блоков угля может явиться причиной образования участков с повышенным давлением газа, привести к уменьшению равнопрочности угля, возникновению локальных пиковых концентраций напряжений и, в конечном счете, способствовать развязыванию внезапного выброса. В связи с этим высокая равномерность обработки играет особо важную роль при применении растворов, переходящих в твердое состояние в трещинно-поровом объеме угля.

Выводы

На данном этапе исследования, основная цель – это теоретическое обобщение и предложение нового решения актуальной научной проблемы, заключающейся в развитии теоретических основ процессов комплексного гидропневматического воздействия на угольные пласты как способа изменения их состояния для снижения интенсивности проявлений основных опасностей на базе впервые установленных зависимостей, учитывающих нелинейно-упругий режим течения жидкостей в анизотропной трещиновато-пористой сплошной среде, что позволит разработать новые технологии, обеспечивающие повышение эффективности обработки, выражающееся в уменьшении площадей необработанных участков пласта на 50...80% и вариации прироста влажности в 1,2...2,2 раза, достижении коэффициента дегазации порядка 0,3 и способствующие увеличению нагрузки на очистной забой, темпов проведения горных выработок и улучшению условий труда

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: июнь 2021 года. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. Скочинский А.А. Нагнетание воды в угольный пласт как эффективное средство снижения пылеобразования при выемке угля //Уголь. — 1956. - № 8. — С.31-34
  2. Чернов О.И., Розанцев Е.С. Подготовка шахтных полей с газовыбросоопасными пластами. — М.: Недра, 1975. — 287с.
  3. Чернов О.И. Развитие метода комплексной борьбы с угольной пылью, горными ударами, газовыделениями, внезапными выбросами угля и газа и эндогенными пожарами в угольных шахтах //Нагнетание воды в угольные пласты. — М.: Недра, 1965. — С.7-64.
  4. ДНАОП 1.1.30-1.ХХ-04. Безопасное ведение горных работ на пластах, склонных к газодинамическим явлениям (1-я редакция). — К.: Минтопэнерго Украины, 2004. — 268с.
  5. Development of mathematical foundations and technological support of the processes of complex hydro-pneumatic impact on coal seams/ S. Grebyonkin, V. Pavlysh & O. Grebyonkina/ 2012 CRC Press
  6. Бурчаков А.С., Панов Г.Е. Предварительное увлажнение угольных и породных массивов. — М.: Недра, 1965. — 73с.
  7. Ксенофонтова А.И., Бурчаков А.С., Панов Г.Е. Эффективность предварительного увлажнения угольных пластов и пути ее повышения. - М.: ЦНИИТЭИугля, 1963. — 52с.