CC BY
22
Кривая оседания базового сечения динамической мульды сдвижения несимметрична относительно точки перегиба и для ее описания не могут быть применены математические функции, традиционно используемые при расчетах сдвижений и деформаций в статической мульде. Большинство исследователей считают, что внешняя (краевая) и внутренняя области мульды формируются под влиянием различных процессов, происходящих в подрабатываемом породном массиве. Внешняя область отражает деформирование горных пород под влиянием опорного давления, а внутренняя -формируется в результате опускания пород над выработанным пространством. Это обстоятельство позволяет предположить, что участки кривой оседания (рис. 2), находящиеся по разные стороны от точки перегиба, могут описываться раздельными математическими функциями. Выполненный анализ распределения оседаний земной поверхности в динамических мульдах (см. табл.) подтвердил справедливость такого предположения.
Установлено, что часть кривой, относящаяся к внешней области мульды, описывается показательной функцией вида
у = Ьв ~(шс)2 , (1)
где ь = 0,8пт/1~1; а = 1,82/1-1; 11 = (0,31£ + 0,64й); /1
- горизонтальная длина части кривой оседания, относящейся к внешней области мульды (рис. 2); к -мощность коренных пород; И - мощность наносов.
Внутренняя область описывается такой же показательной функцией, но при а = 1,82/2 1;
/2 = (0,92^ + 1,14Л), где /2 - горизонтальная длина внутренней части кривой оседания.
Выражение (1) описывает распределение наклонов в динамической мульде сдвижения. Для расчета оседаний и кривизны поверхности в мульде необходимо выражение (1), соответственно, проинтегри-
ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЛРАБОТКИ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА НАБЛЮААТЕЛЬНЫХ СТАНЦИЯХ ЗАПААНОГО АОНБАССА
Станция Шахта Мощность пласта т, м Глубина разработки Н, м Мощность наносов А м Угол падения пласта, град Кратность подработки И/т
№3 Юбилейная 0,90 150 80 2 167
№5 Першотравн. 0,80 150 100 4 187
№7 Степная 0,72 200 85 2 278
№9 Юбилейная 0,73 225 63 4 308
№4 Першотравн. 0,65 215 90 3 330
№10 Юбилейная 1,05 150 60 4 143
№12 Степная 1,00 100 50 4 100
ровать и продифференцировать. На рис. 3 показана кривая оседания, соответствующая формуле (1), и оседания точек динамических мульд на шахтах, приведенных в таблице.
Выводы.
Кривые распределения вертикальных сдвижений и деформаций в базовом сечении динамической мульды сдвижения несимметричны. Кривая наклонов поверхности делится точкой перегиба на две части, каждая из которых описывается показательной функцией одного вида, но при различных значениях аргумента. Значение аргумента функции зависит от глубины разработки угольного пласта и мощности наносов.
Установлена зависимость горизонтальной длины динамической мульды в базовом сечении. Границы динамической мульды определяются пределами аппроксимации показательной функции и фактических сдвижений земной поверхности.
1. Методические указания по расчету деформаций земной поверхности во времени и горногеометрическому прогнозированию охраны пойм рек при подземной разработке угольных пластов в Западном Донбассе / Е.Г. Петрук, А.В. Онищенко, А.И. Воронкин. - Донецк : ЦБНТИ,
1986. - 55 с.
2. ИофисМ.А. Научные основы управления деформационными и дегазационными процессами при разработке полезных ископаемых. - М.: ИПКОН, 1984. - 230 с.
3. Колбенков С.П. Аналитическое выражение типовых кривых
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
сдвижения поверхности// Тр.ВНИМИ, 1961. Сб. 43.-С. 46-49.
4. Назаренко В.А. Исследование геометрии поверхности динамической мульды сдвижения // Проблеми гірського тиску.-Донецьк: ДонДТУ, 2001.-Вип. 6.- С. 66-75.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------------------------------------------------------------
Назаренко Валентин Алексеевич - доцент, старший научный сотрудник, кандидат технических наук, докторат кафедры маркшейдерии, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.
Головко Сергей Дмитриевич- ассистент кафедры маркшейдерии, Национальный горный университет, Днепропетровск, Украина.
настоящий момент перед угольной вопрос совершенствования техно- мической эффективности пред-
промышленностью России встает логий добычи, повышение эконо- приятий. Так же в настоящий мо-
мент все больший акцент получает © /Вш^стоя111 АЙ-МоМеов в20(3 ра~
аколсу;ичш|;122,оЧЧРстота способов оотае^^ст^щии лодзе/мной гази-
добычи угля. 'В этой связи боль- фикации угля. Из них: в провин-
пой 6ЙреК&ШВЯревяюА.Щйдя>ЄЛО&ии Шандун - 6 станций, в провин-щие окружающую среду, ции Шанси - 1 станция, в провин-экоПШскиМНААффАЗИ'» КАиШеУГЛ Я1 станция. Несколько жваЖи^ИТАЙоШиЙНАРЖдАНОЙ'аРЕ—ПУояяИКЙЕстадии проек-ісего подземная газификация уг-____тирования и строительства - в
лей. Технология ПГУ в настоящий
Бнт получает широкое приме -е в различных странах мира. Вные разработки ведутся в Англии, Австралии, Германии, Испании, КНР.
Несмотря на лидерство бывшего Советского Союза в использовании технологии подземной газификации, в России в настоящий момент не действует ни одна станция подземной газификации. В этой связи большое значение имеет изучение передового опыта стран, активно развивающих технологию ПГУ, и прежде всего опыта Китайской народной республики, занимающую первое место в мире по количеству действующих промышленных станций подземной газификации и по объемам производимого заменителя природного газа для энергетики и химической промышленности.
Почти 70% электроэнергии в Китае вырабатывается из угля. По этому показателю Китай занимает первое место в мире. Тем не менее, степень выемки угля из недр составляет лишь 50%. На данный момент это потеря порядка 30 миллиардов тонн угля, большая часть которого сосредоточена в 297 отработанных шахтах. Изначально именно проблема ресурсосбережения и полноты выемки запасов угля дала толчок к развитию ПГУ в КНР.
Первые опытные станции подземной газификации угля были построены в 50-х годах XX века. Пилотные установки по ПГУ были рассредоточены в разное время в провинциях Шанси, Шандун, Анхуи, Ляонин, Зменин, Дзянсу. При этом применялись технологические схемы, разработанные в Советском Союзе. В 80-х начались проводится активные работы по развитию технологии «Long tunnel, large section, two stage» под руководством профессора Китайского университета Горного дела и технологии Ю-Ли.
провинциях Шанси и Куецо.
Отличительной особенностью технологии ПГУ в КНР является то, что при строительстве станций применяется комбинированный способ подготовки подземного газогенератора - шахтная подготовка + бурение технологических скважин (рис. 1). Данный способ подготовки газогенератора характерен для всех станций подземной газификации в КНР.
При шахтной подготовке по подошве пласта проводятся выработки, служащие каналами для газификации и осуществляющие доступ дутья в газогенератор. Сечение выработок составляет в среднем 4 м. При проведении выработок осуществляется анкерное крепление, либо обделка выработок кирпичом. Перед розжигом газогенератора часть пространства подготовительных выработок закладывается разрыхленным углем, что обеспечивает хорошее возгорание и быстрый вывод газогенератора на проектную мощность.
Часто применяется разупрочнение массива отбойкой заряда в скважинах, пробуренных по пласту, перпендикулярно дутьевому и газоотводящему штрекам. Технология позволяет обеспечить эффективную сбойку, обеспечить активный доступ дутья к углю, увеличить площадь поверхности газифицируемого угля за счет большого сечения выработок и разупрочнения массива.
За счет относительно большой протяженности дутьевого и газоотводящего штреков (в среднем 300-400 м), газ поступает в технологические скважины охлаж-
Рис. 1. Комбинированная подготовка подземного газогенератора
денным до температуры около 300°С. Тепло, отданное газом в подземном газогенераторе, идет на прогрев массива угля. Тем не менее, этот процесс можно рассматривать с точки зрения потери физического тепла газа в подземном газогенераторе, что приводит к снижению общего коэффициента полезного действия станции.
Охлаждение технологических скважин применяется не всегда, при этом основной способ - это охлаждение путем подачи воды в затрубное пространство, широко известный и применявшийся на станциях подземной газификации в бывшем Советском Союзе.
Вода, нагретая в скважинах, имеет температуру 80-90 °С и применяется для бытовых нужд. Как правило, газоотводящие скважины состоят из двух труб, помещенных одна в другую, при этом внешняя закреплена бетоном, а внутренняя оборудована пакерами для предотвращения разрушения скважин при удлинении под воздействием высокой температуры технологического газа. На практике величина удлинения газоотводящей скважины, для условий станций ПГУ КНР составляет порядка 10 см.
В Китае газифицируются пласты каменного угля мощностью 2-6 м. При этом угол падения пласта в среднем составляет от 10 до 40 °. За счет комбинированного способа подготовки удалось добиться более высокой управляемости процессом горения, чем при действующих скважинных способах подготовки. В среднем величина подвигания огневого забоя для пластов мощно-
СОСТАВ ГАЗА АЛЯ ВОЗАУШНОГО И ПАРОВОЗАУШНОГО АУТЬЯ (СТАНЦИЯ СИНТАЮ)
Компоненты газа, % При применении воздушного дутья При применении дутья с паром
Н2 12,8-15,9 35,1-45
СО 2,96-5,67 6,15-9,8
СН4 4,83-5,86 6,3-9,2
СО2 16,11-15,7 34-38
N2 51-60 1,7-11
Калорийность, МДж/м3 3,9-4,8 8,2-11,6
стью 5-6 мсоставляет 0,4 мв день.
В КНР в настоящий момент в основном применяется воздушное и паро-воздушное дутье. Это обусловлено низкими затратами на подготовку дутья и удовлетворительными параметрами газа. Был проведен ряд экспериментов по использованию кислородного дутья, но в настоящий момент из-за высокой стоимости это дутье применяется в основном для розжига и стабилизации процесса горения. Китайские специалисты имеют опыт получения газа ПГУ с калорийностью до 3800 ккал без применения дополнительной подачи кислорода в дутье. При этом следует отметить высокую теплотворную способность угля на месторождениях, задействованных для подземной газификации (до 6500 ккал/кг) и благоприятные гидрогеологические условия.
В настоящий момент станции ПГУ в КНР вырабатывают 150000
- 240000 м3 газа в день. С 1 т угля выход газа составляет в среднем 3-5 тыс. м3 для воздушного дутья и 2-2,5 тыс. м3 для дутья с паром. В ближайшее время планируется доведение ряда станций до мощности 2 млн. м3 газа в день. На эти цели правительством выделено 100 млн. юаней (8,25 млн. СБО). Средний состав газа для различных типов дутья приведен в таблице.
Несмотря на более низкую теплотворную способность, по сравнению с природным газом, газ ПГУ используется для газовых печей, отопления и квартирных бойлеров. При этом цена газа, отпускаемого населению,
составляет примерно 0,3 юаня (1,3 руб.) за 1 м3, что примерно в три раза ниже стоимости природного газГаз полностью соответствует санитарным и экологическим
мам. В провинции Шандун газом ПГУ газифицировано 6000 семей шахтерского посели находящегося вблизи станции ПГУ Шизан.
В качестве энергоносителя для выработки электроэнергии газ ПГУ используется на многих действующих станциях подземной газификации. При этом применяется сжигание газа на силовых установках дизельного типа с генерацией электроэнергии.
В настоящее время ряд исследований ведется в области химического использования газа ПГУ. Помимо метанола и других традиционных продуктов, большие перспективы имеет производство аммиака. В провинции Шанси вблизи электростанции вводится в действие химический комплекс по производству аммония на базе сырья, подаваемого из расположенной поблизости станции ПГУ. Проектная мощность химического комбината - составляет 60 000 т аммиака в год. Большой интерес наблюдается в области применения газа ПГУ для синтеза СН3ОСН3. Это обусловлено
большими возможностями для экспорта этого продукта в Японию по мировым ценам, где он используется в химической промышленности.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------
Кондырев Б.И., Белов А.В. - Дальневосточный государственный технический университет.
