CC BY
40
© С.Г. Гендлер, А.П. Веселов,
И.А. Павлов, Ю.В. Шувалов, 2002
УДК 622.41:533.17
С.Г. Гендлер, А.П. Веселов,
И.А. Павлов, Ю.В. Шувалов
АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВЫРАБОТКАХ ДОБЫЧНЫХ УЧАСТКОВ ШАХТ ВОРКУТЫ
Э
ффективность и безопасность эксплуатации угольных месторождений определяется не только технической вооружённостью и применением современных методов управления производством, но и возможностью предотвращения аварий и производственного травматизма, которые наносят отрасли значительный экономический ущерб. Неплановые простои, временная и устойчивая утрата работы и трудоспособности при авариях и травмах повышают расходы органов социального страхования и здравоохранения, увеличиваю текучесть кадров и стоимость их подготовки и переподготовки, обуславливают рост себестоимости добычи угля и снижение прибыли. Между тем, анализ показывает, что уровень производственного травматизма на шахтах является достаточно высоким. Более того, для угольной промышленности Российской Федерации в период 1993-2001 гг. характерно возрастание несчастных случаев со смертельным исходом при одновременном сокращении добычи угля практически в два раза. Основными травмирующими факторами в угольных шахтах являются взрывы метана и угольной пыли. Их удельный вес по сравнению с другими факторами составляет около 43,5 %. При этом наиболее опасные места по возгоранию и взрывам метана и угольной пыли, сосредоточены на выемочных участках, в пределах которых самым слабым звеном оказывается прилегающее к очистным забоям выработанное пространство.
Особое значение вышеупомянутый фактор имеет для условий добычных участков шахт Воркуты, где разработка ведется на глубинах около 1000 м, а метанообильность составляет до 50-100 м3/т. Принятая и хорошо зарекомендовавшая себя ранее прямоточная схема проветривания очистных забоев при бесцеликовом способе поддержания и повторном использовании вентиляционных выработок в настоящее время не обеспечивает необходимого уровня безопасности горных работ. Исчерпание резервов обеспечения воздухом очистных забоев, частые случаи возгорания и взрывов газа и пыли в вентиляционных выработках вблизи них обуславливают необходимость поиска и научного обоснования новых способов и путей нормализации газового режима выемочных участков. Решение этих вопросов невозможно без детальных исследований аэрогазодинамических процессов, протекающих в выработанном пространстве выемочных участков. Несмотря на значительное количество работ, посвященных изучению этой проблемы [1, 2, 3, 4, 5, 6], в них недостаточное внимание уделялось взаимосвязи аэродинамического и газового режимов и, в частности, влиянию количественного изменения утечек воздуха через выработанное пространство на величину концентрации газа, выносимого в вентиляционные выработки. Между тем многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что именно повышенные концентрации газа в утечках воздуха, поступающих из выработанного пространства в вентиляционные выработки, создают условия для взрывов газа и, следовательно, являются одной из главных причин снижения безопасности горных работ [7, 8].
Особенности формирования газового режима в выработанном пространстве и поддерживаемой выработке определяется двумя фильтрационными процессами. Первый связан с движением газа из подрабатываемых и надрабатываемых сближенных пластов к выработанному пространству, где происходит фильтрация газ-воздушной смеси. Второй процесс представляет собой собственно движение газ-воздушной смеси из лавы через выработанное пространство в поддерживаемую выработку.
Анализ данных шахтных измерений, осуществленных на шахтах Воркуты [7, 8], а также выполненные нами теоретические оценки позволили установить закономерности пространственной динамики газовыделения в выработанное пространство Aqг, их связь с проницаемостью угленосной толщи в активной части зоны сдвижения к, а также характер изменения величин концентрации метана в утечках воздуха, поступающего в вентиляционную выработку из выработанного пространства Ссн4 (рис. 1).
Зависимость удельных газовыделений от длины выработанного пространства по простиранию имеет явно выраженный немонотонный характер с максимальными значениями на расстояниях 40-80 м от очистного забоя. При этом максимальная величина газовыделений совпадает с максимальными значениями проницаемости горного массива в активной части зоны сдвижения пород, величина которой по сравнению с начальной проницаемостью ко резко возрастает в разгруженной зоне. С увеличением расстояния до сближенного пласта максимум проницаемости сдвигается вглубь выработанного пространства от очистного забоя. Для определения расстояния Хтах.пр. от очистного забоя до зоны, имеющей максимальную проницаемость, может быть использована зависимость, полученная нами на основании обработки данных теоретических расчетов, выполненных В.Г. Тарасовым [9]:
Хтах.пр. = 0.81 ZVX1 (1)
где Z - расстояние по нормали от разрабатываемого пласта до сближенного пласта.
На величину максимальных концентраций метана в утечках воздуха из выработанного пространства и ее расстояние от очистного забоя оказывает влияние фильтрационный поток воздуха, который приводит к сдвигу максимальных значений концентраций от максимума газовыделе-ний по направлению движения воздуха в вентиляционной выработке на 80-150 м. Причем величина максимальных значений концентрации метана и ее расстояние от очистного забоя зависят от расхода подаваемого в лаву воздуха, соответственно уменьшаясь и увеличиваясь с ростом его количества. На распределение фильтрационных потоков непосредственно в зоне беспорядочного обрушения влияют величины проницаемости и макрошероховатости пород, которые монотонно убывают от забоя вглубь выработанного пространства соответственно от значений (8-10)10-8 м2 и (8-9)10-4 м2 до 10-8 м2 и (2-3)10-4 м2 на расстояниях, превышающих 300-400 м от забоя.
Аэрогазодинамические процессы, протекающие в выработанном пространстве, представляют собой совокупность нестационарного движения воздуха по выработкам, нестационарной диффузии газовых примесей в выработанном пространстве и выработках участков. Утечки воздуха, проникая в выработанное пространство и зону обрушения, смешиваются с выделяющимися газами. В выработанном пространстве движется смесь газов, плотность составляющих которой различна, а концентрация достигает высоких значений. Все это требует замены традиционных уравнений
Рис. 1. Графики зависимости проницаемости пород (-), газовыделений в выработанное пространство (-), значений концентрации ме-
тана в выработанном пространстве (—х—) от длины выработки, поддерживаемой за лавой. (цифры 1 и 2 соответствуют расстояниям от разрабатываемого до сближенного пласта, равным 40 и 70 м)
фильтрации однородного газа уравнениями, описывающими движение смеси газов в пористой среде, имеющей различные фильтрационные свойства [11]. Не только решение, но и «точная» постановка данной задачи, учитывающая все особенности аэрогазодинамических процессов, сталкивается со значительными трудностями. В этой связи необходимо принять ряд допущений, которые, хотя и упрощают закономерности исследуемых процессов, но вместе с тем позволяют оценить их отдельные составляющие.
Первым таким допущением является предположение о стационарном характере движения газовоздушной смеси. Следует отметить, что использование данного допущения вполне оправданно, т. к. нестационарность изучаемого процесса проявляется в основном, в периоды посадки кровли, продолжительность которых относительно невелика. В остальные периоды скорость изменения параметров и процессов фильтрационного движения газовоздушной смеси невелика и их можно считать стационарными.
Вторым допущением является допущение о режимах фильтрации газовоздушной смеси. В зависимости от фильтрационных свойств различных частей зоны сдвижения , принимается, что в зоне беспорядочного обрушения движение газовоздушной смеси описывается двухчленным законом в форме, предложенной Л.А. Пучковым [5]. В зоне блочного обрушения и зоне трещин фильтрационное движение описывается законом Дарси [10].
Третье допущение относится к движениям метана и метановоздушной смеси в выработанном пространстве. Принято, что движение метановоздушной смеси локализовано в зоне беспорядочного обрушения, которая считается плоской (т.е. предполагается, что в каждом горизонтальном сечении зоны беспорядочного обрушения сохраняется распределение скоростей воздуха и концентрации метана). Насыщение воздуха, который поступает в выработанное пространство из вентиляционного штрека и лавы, метаном, образующимся при дегазации сближенных пластов и движущимся по зонам блочного обрушения и трещин, происходит по мере фильтрации воздуха по выработанному пространству.
Четвертое допущение относится к возможности учета пространственной динамики поступления метана в газовоздушную смесь путем введения в соответствующие уравнения величины интенсивности метановыделения из единичного объема подрабатываемого сближенного пласта j (м /м с), определяемое зависимостью [9]:
j = jm / Хт-Х-ЄХр (1-Х/Х т),
(2)
где Jm - максимальное значение интенсивности метановы-деления из единичного объема пласта, а х т соответствует
Хтах.пр.
И, наконец, пятое допущение предполагает монотонное изменение проницаемости и макрошероховатости пород зоны беспорядочного обрушения по мере удаления от очистного забоя.
С учетом принятых допущений математическое описание искомой задачи может быть представлено уравнением состояния неразрывности, движения диффузии:
д( pVx = дрУу) дх ду
= 0
д( тР ) дУх_ + V дVx
дх
- = Vx
дх
ду
дх
+Уу
ду
дУ,
ду
+V 2 ^Уу
1
+V 2 ^Уу .
(3)
)Р*х (4)
)pVy (5)
V д(рС) +V д(рС) = д(шОдО) + д(mDдC)) + . ^
дх
у
ду
С (1 - С) р = RTp[-------+ ^------>- ]
Мм Мв
(7)
где /им и /Лв - относительная молекулярная масса, соответственно метана и воздуха; D - полный коэффициент диффузии; С - массовая концентрация метана; V - кинематическая вязкость воздуха; V - скорость фильтрации; т(х), 1(х), ^х) -соответственно пористость, макрошероховатость и проницаемость пористой среды в функции протяженности выработанного пространства; р - плотность потока; Р - давление; R - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура.
Одним из граничных условий к системе уравнений (3-7) является закон изменения давления при движении воздуха по горным выработкам, оконтуривающих выработанное пространство :
(8)
где Q - расход воздуха; Р, р - средние по поперечному сечению выработки давление и плотность воздуха; S, и - соответственно площадь поперечного сечения и периметр выработок; £ - координата, отсчитываемая по направлению потока вдоль оси выработки и принимающая значения длины лавы Lл или длины поддерживаемой выработки. в пределах выработанного пространства Lв,п; а - аэродинамический коэффициент сопротивления трению.
В качестве второго и третьего граничных условий могут быть выбраны условия непрерывности давления на так называемом контуре просачивания, через который воздух поступает в выработанное пространство, и условия непроницаемости границы зоны фильтрации с уплотненными горными породами.
дР = ( V
дп Р КИГ
дР=о
дп
1 д0
/И2 1Ппл д|
)
) й£,
(9)
(10)
где п - внутренняя нормаль к контуру просачивания и границе непроницаемой зоны; Ьш - мощность разрабатываемого пласта.
В результате приведения уравнений (3-10) к безразмерному виду с помощью масштабных преобразований получены следующие числа подобия, характеризующие рассмат-
кУф
риваемые процессы: Рейнольдса - Re = ------; Эйлера - Еи
VI
тт т> УфЬл „
= ---------; Пекле - Ре = —-----, безразмерной интенсив-
рууф1л 1°
ности выделения метана в выработанное пространство I =
ІшЬ л
Уф
Ьв
-, а также безразмерные симплексы: ^і^вл,
' ф Ьв.п
Ьш./ ^.п, к(х)/ко, 1(х)/10 , т(х)/т0 (10, т0 - начальные значения макрошероховатости и пористости пород).
Для решения вышесформулированной задачи использован метод физического моделирования, причем собственно физическая модель выработанного пространства была выполнена в виде проницаемой зоны, соответствующей зоне беспорядочного обрушения, оконтуренной горными выработками (лавой и вентиляционной выработкой) и разделенной на определенное количество областей, в каждую из которых подавалось известное количество газа.
Так как в работе [5] показано, что при малых скоростях фильтрации число Рейнольдса является основным критерием динамического подобия, соблюдение которого автоматически приводит к равенству для натуры и модели чисел подобия Эйлера и диффузионного числа Пекле, условия подобия аэрогазо-динамических процессов в выработанном пространстве будут выполняться при равенстве для натуры и модели чисел Рейнольдса, безразмерной интенсивности поступления газа в выработанное пространство, а также безразмерных симплексов, характеризующих соотношение между геометрическими размерами выработанного пространства. В свою очередь соблюдение идентичности пространственной динамики интенсивности поступления газа в выработанное пространство из подрабатываемого пласта, а также значений проницаемости и макрошероховатости в натурных и модельных условиях было обеспечено за счет ступенчатой аппроксимации фактических законов изменения j(x), к(х) и /(х) по длине выработанного пространства с учетом геометрического подобия зон с отличающимися величинами интенсивности поступления газа, проницаемости и макрошероховатости.
Для вычисления чисел подобия, определяющих процессы аэро- и газодинамики, в выработанном пространстве, были установлены фильтрационные свойства пород в натурных условиях, а также определена связь аэродинамических параметров воздушного потока в выработанном пространстве с горнотехническими условиями разработки.
Анализ данных о геологическом разрезе пород налегающей толщи пласта «Четвертый» дал возможность диф-
+
I
Рис. 2. Распределение удельных утечек воздуха в выработанное пространство по длине вентиляционной выработки в зависимости от числа Рейнольдса
ференцировать выработанное пространство угольных шахт Воркуты по зонам, имеющим различные фильтрационные параметры [8].
Так, зона беспорядочного обрушения, оказывающая превалирующее влияние на аэродинамику выработанного пространства, состоит из слоя аргиллита мощностью - 0,5-2 м и слоя алевролита мощностью - 1,2-2 м. Величины фильтрационных параметров к и 1, установленные для этой зоны, монотонно убывают от забоя вглубь выработанного пространства соответственно от значений (8-10)10-8 м2 и (8-9) 10-4 м2 вблизи очистного забоя до 10-8 м2 и (2-3) 10-4 м2 на расстояниях от забоя, превышающих 300-400 м.
Экспериментальные исследования, проведенные в натурных условиях, позволили показать, что утечки воздуха в выработанное пространство составляют в среднем 40 % от расхода поступающего воздуха, что при его расходах, равных 17-22 м/с, составляет 6-8 м/с. Средняя скорость фильтрации в выработанном пространстве при длинах лавы 100-150 м при этом оценивается значениями 0,01-0,03 м/с. Значения чисел Рейнольдса в натурных условиях с учетом принятых величин к,1 и V равны 0,1-0,45.
Максимальная интенсивность метановыделения в выработанное пространство jm из подрабатываемых пластов, определенная на основе анализа газового баланса выемочного участка с учетом процентного соотношения выделения метана из разрабатываемого, подрабатываемых и надрабаты-ваемых пластов составляет 0,058-0,12 м/с или (0,3860,8)* 10-6 м2/м3с. Таким образом, величина безразмерной интенсивности метановыделения I будет равна 0,003-0,0062 (среднее значение 0,0046).
На основе установленных условий и чисел подобия аэро-газодинамических процессов в геометрическом масштабе 1:250 была создана физическая модель выемочного участка, включающая собственно выработанное пространство, лаву и вентиляционную выработку.
В результате экспериментальных исследований в лабораторных условиях фильтрационных свойств различных материалов (алевролита, аргиллита, песчаника, серой пемзы, пробкового дерева, жесткого пенопласта) было установлено, что для осуществления физического моделирования аэродинамических процессов в выработанном пространстве угольных шахт Воркутского месторождения наиболее рациональным материалом является жесткий пенопласт с размерами фракций от 1-3 до 10-13 мм. Для обеспечения в модели законов изменения фильтрационных параметров проницаемой зоны, соответствующих реальным условиям, ее заполнение крошкой жесткого пенопласта осуществлялось в следующем порядке. Призабойная зона, характеризующаяся максимальными значениями проницаемости и макрошероховатости, моделировалась наиболее крупной фракцией (1013 мм). По мере удаления от лавы в модель выработанного пространства засыпались более мелкие фракции (соответственно 7-10, 5-7, 3-5, 1-3 мм).
Величины количеств воздуха и газа, подаваемых в модель, устанавливались из равенства чисел подобия Рей-
нольдса и безразмерной интенсивности поступления газа. В частности, было показано, что из условия обеспечения одинаковых значений проницаемости, макрошероховатости и кинематической вязкости для натуры и модели вытекает и необходимость равенства средних скоростей фильтрации газовоздушной смеси. В свою очередь условие подобия га-зовыделения в выработанное пространство будет выполняться при отношении интенсивностей поступления газа в натуре и модели, соответствующем выбранному линейному масштабу, т.е. 250. Для достижения неравномерного по простиранию закона поступления газа в выработанное пространство оно условно разделятся на 12 полос, в центральную часть каждой из которых осуществляется подача газа, количества которого определены в соответствии с установленным законом (2). При этом, расстояние от очистного забоя сечения выработанного пространства с максимальной величиной газовыделения, устанавливалось из равенства симплекса Хт^в.п. в натуре и модели.
В процессе проведения экспериментальных исследований регистрировались скорости воздуха и концентрации газа как в выработках модели выемочного участка, так и в выработанном пространстве. Для этого использовались соответственно термоанемометры типа ТАМ-1 и газоанализатор ТП-2220. При этом одновременно осуществлялась запись замеренных значений концентраций газа на диаграммную ленту самопишущего прибора КСМ-024. По замеренным значениям расхода воздуха в каждом из сечений модели вентиляционной выработки рассчитывалась величина утечек воздуха из выработанного пространства. Концентрация газа в утечках воздуха Св.пД (в выработанном пространстве на сопряжении с вентиляционной выработкой) устанавливалась по замеренным значениям средних расходов воздуха (Оь Qi+l) и концентрации газа (С С+1) в начале и конце расчетного участка вентиляционной выработки, а также величины утечек воздуха на этом участке ( Qут,i).
По полученным в результате замеров и расчетов значениям Qi, Qi+l, Отд, С С+1 и Св.пд были построены графики их зависимости от числа Рейнольдса и безразмерной длины вентиляционной выработки. При этом значения Рейнольдса принимались равными 0.1, 0.15, 0.3, 0.45, а безразмерной длины вентиляционной выработки (х/Ьв.п) - 0.25, 0.5, 0.75 и 1.0.
Рис. 4. Зависимость месторасположения сечения вентиляционной выработки с максимальным значением утечек воздуха от размеров зон с повышенным аэродинамическим сопротивлением и числа Рейнольдса
В результате проведения экспериментальных исследований установлено, что расход воздуха в
вентиляционной выработке монотонно возрастает по ее длине, достигая в конце выработки величины, соответствующей расходу воздуха, подаваемого в лаву. Для первого участка, протяженность которого равна 0,31 безразмерной длины вентиляционной выработки, характерен повышенный темп увеличения расхода воздуха. В дальнейшем при превышении безразмерной длины вентиляционной выработки значений 0,31-0,5 темп изменения расхода воздуха снижается. Выявленный характер изменения расхода воздуха связан с особенностями поступления в вентиляционную выработку воздуха из выработанного пространства и свидетельствуют о том, что удельные утечки воздуха в вентиляционную выработку локализованы в пределах 0,5 безразмерной длины выработанного пространства и возрастают с повышением числа Рейнольдса (рис. 2).
Характер изменения концентрации газа по длине вентиляционной выработки оказывается в значительной степени зависимым от аэродинамического режима выработанного пространства и величины утечек воздуха. Влияние фильтрационного потока, направленного из выработанного пространства в вентиляционную выработку, приводит к сдвигу максимальных концентраций газа в выработанном пространстве на сопряжении с вентиляционной выработкой относительно сечения с максимальной интенсивностью газовыделения. Величина этого сдвига изменяется в зависимости от числа Рейнольдса на (0,16-
0,29)х^.а
Первое значение относится к числу Рейнольдса, равному 0,1, а последнее к Re = 0,45. В пределах зоны максимальных концентраций газа в утечках воздуха возрастает и темп изменения концентраций газа по длине вентиляционной выработки. При дальнейшем увеличении безразмерной длины х/Ьв.п темп изменения концентрации газа стабилизируется, а кривая концентрации газа стремится к некоторому асимптотическому значению.
Динамика концентрации газа в выработанном пространстве по длине вентиляционной выработки представлена на рис. 3.
Его анализ не только подтверждает вышесформулиро-ванный вывод о сдвиге зоны максимальных концентраций газа по направлению движения вентиляционной струи, но и свидетельствует о том, что величина этого сдвига зависит от аэродинамики фильтрационного потока в выработанном пространстве (число Рейнольдса). При одних и тех же значениях чисел Re зависимость концентрации газа Св.п. от безразмерной длины поддерживаемой выработки носит явно не монотонный характер с минимальными значениями концентрации вблизи очистного забоя и в конце вентиляционной выработки. Максимальные значения Св.п. в зависимо-
Рис. 3. Распределение концентрации газа в выработанном пространстве по длине вентиляционной выработки в зависимости от числа Рейнольдса
сти от величины чисел Рейнольдса составляют 2-10 % и уменьшаются с увеличением чисел Re. Обработка данных экспериментальных исследований показала, что характер изменения Св.п= fltx/Un) удовлетворительно описывается зависимостью вида:
— у Т X
Св.п = 2,12Cmax _—вП— (—) exp[--------------^(-) ] (11)
X max — в.п X max — в.п
В свою очередь величины Xmax и C max зависят от числа Рейнольдса. Формулы для определения Xmax и C max могут быть представлены в виде:
X max /Ъв.пр = 0,23 exp(0,98Re) (12)
С max = 15,6 exp(-4,69Re) (13)
Результаты физического моделирования были сопоставлены с данными шахтных исследований [1]. Это позволило сделать выводы о совпадении закономерностей формирования аэрогазодинамического режима выработанного пространства в натурных и лабораторных условиях, а также об удовлетворительной сходимости измеренных и рассчитанных величин максимальной концентрации газа в выработанном пространстве и удаленности этих зон от очистного забоя (разница между вычисленными с учетом конкретных исходных данных и измеренными значениями этих величин не превышает 10-15 %).
Установленные в результате осуществления физического моделирования закономерности формирования аэродинамического и газового режимов выработанного пространства позволили обосновать технические решения, которые целесообразно использовать для управления газовым режимом. В частности, результаты выполненных исследований свидетельствуют о том, что определенное повышение количества подаваемого воздуха может привести к нормализации газовой обстановки в пределах выемочного участка. Основной причиной, обуславливающей данный результат, является перераспределение фильтрационных потоков в выработанном пространстве, приводящее к разбавлению выделяющегося из подрабатываемой угленосной толщи газа и снижению его концентрации. Очевидно, что аналогичный эффект может быть достигнут не только за счет увеличения количества воздуха, но и путем реализации других способов, например, повышения аэродинамического сопротивления части выработанного пространства, примыкающей к лаве и вентиляционной выработке, в результате оставления ленточных целиков, строительства бутовых полос, установки крепи и т.п.
Определенные преимущества при реализации эффекта повышения аэродинамического сопротивления выработанного пространства имеет предложенное нами техническое решение, в основе которого лежит идея использования пены ограниченной устойчивости [12].
Выполненный анализ позволил установить, что необходимым условием, обеспечивающим снижение максимальных концентраций метана в утечках воздуха из выработанного пространства, является такое перераспределение воздуха, при котором будут совпадать максимальные значения концентрации метана и фильтрационных утечек. С целью определения геометрических размеров зон повышенного аэродинамического сопротивления, приводящих к реализации данного условия, осуществлялось математическое моделирование процесса формирования фильтрационного поля в выработанном пространстве [8]. Для этого на основе стандартной программы MODEFLOW, используемой для решения гидрогеологических задач, была проведена серия расчетов, в которой менялись протяженности зон повышенного аэродинамического сопротивления и количества подаваемого воздуха [8]. Длины зон повышенного аэродинамического сопротивления в лаве и вентиляционной выработке принимались, равными 10x10, 20x20, 40x40, 60x60 м, расходы воздуха соответствовали числам Рейнольдса, при которых было осуществлено физическое моделирование.
В результате проведенных расчетов показано, что создание на сопряжении лавы и вентиляционной выработки зон с повышенными аэродинамическими сопротивлениями приводит к немонотонному характеру распределения утечек по длине вентиляционной выработки. Причем расстояние, на котором утечки достигают максимальных величин, зависят от размеров зон с повышенным аэродинамическим сопротивлением, увеличиваясь с ростом их длины, а также количества подаваемого воздуха, увеличение которого при прочих равных условиях, напротив, приводит к уменьшению длины рассматриваемых зон. Сформулированные закономерности хорошо иллюстрируется графиком на рис. 4, где показана взаимосвязь расстояния, на котором фильтра-
ционные утечки достигают максимальных значений, с размерами зон повышенного аэродинамического сопротивления и числами Рейнольдса.
Использование данного графика облегчает процедуру определения параметров предлагаемого способа. Для ее реализации достаточно вычислить по формуле (12) значение расстояния Хтах, на котором концентрация газа в утечках воздуха из выработанного пространства достигает максимальной величины. После этого, использовав условие, определяющее необходимость пространственного совпадения зон максимальных концентраций газа и утечек воздуха, несложно вычислить и размеры зон с повышенным аэродинамическим сопротивлением.
Таким образом, в результате проведенного комплекса исследований разработан аппарат для прогноза динамики аэрогазодинамических процессов в выработках выемочного участка при прямоточных схемах проветривания и бесцели-ковом способе поддержания выработанного пространства и выбора параметров одного из способов управления этими процессами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
9. Тарасов Б.Г. Прогноз газообильности выработок и дегазация шахт. - М.: Недра, 1993.
10. Рудничная вентиляция// Справочник под ред. К.З.Ушакова. - М.: Недра, 1988.
11. Минский Е.М. О турбулентной фильтрации газа в пористых средах//В сб. Вопросы добычи, транспорта и переработки природных газов. - Л.: Гостоп-техиздат, 1951.
12. Способ предотвращения взрывов газа в выработанном пространстве/ Ю.В. Шувалов, И.А. Павлов, А.П. Веселов,
В.Н. Бобровников, А.В. Христенко). Патент №2100612. БИ №36,1997.
1. Абрамов Ф.А. Рудничная аэрогазоди-намика//Под ред. Ф.С. Клебанова. - М.: Недра, 1972.
2. Айруни А.Т. Теория и практика борьбы с различными газами на больших глубинах. - М.: Недра, 1981.
3. Алехичев С.П., Пучков Л.А. Аэродинамика зон обрушения и расчет блоковых утечек воздуха. - Л.: Наука, 1968.
4. Клебанов Ф.С. Переходные газовые режимы в угольных шахтах при резком изменении аэродинамических параметров//Изд. АН СССР. Металлургия и горное дело, №4, 1963.
5. Пучков Д.Д. Аэродинамика подземных выработанных пространств. - М.: Изд-во МГГУ, 1993.
6. Пучков П.А., Каледина Н.О. Динамика метана в выработанных пространствах угольных шахт. - М.: Изд-во МГГУ, 1995.
7. Забурдяев В.С., Пак В.С., Бессонов Ю.С., Пантелеев А.С. Газообильность и эффективность дегазации очистных выработок в глубоких шахтах/Безопасность труда в промышленности. - №6, 1993. - С. 24-26.
8. Шувалов Ю.В., Соболев В.В., Глобин
А.Н., Веселов А.П. Аэрогазодинамика выработанных пространств. Записки СПГГИ. - СПб: Изд. СПГГИ, 1995, т. I, - С. 95-101.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Гендлер С.Г., Веселов А.П., Павлов И.А. — Санкт-Петербургский государственный горный институт.
Шувалов Юрий Васильевич — профессор, доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный институт.
