Особенности определения аэродинамического сопротивления подземной дегазационной трубопроводной сети Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

подключается к противопожарному ставу для увлажнения пласта.

------------------------------------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Временные рекомендации по снижению газообильности выемочных участков шахт Кузбасса поверхностными газоотсасывающими вентиляторами, установленными на устьях вентиляционных скважин. Кемерово, ВостНИИ, 1986.-30 с.

2. Полевщиков Г.Я., Козырева Е.Н. Обоснование параметров комплексной системы газоуправления на выемочном участке/II Международная конференция «Сокращение эмиссии метана» - Новосибирск, 2000. - С. 411-414.

3. Обоснование объемов и технологий каптирования метана на шахтах Кузбасса / Е.Н. Козырева // Сокращение эмиссии метана: Доклады II Международной конф., 18-23 июн., 2000. г. Новосибирск, 2000. С. 495-500.

4. Шинкевич М.В. Оценка динамики метановыделения из разрабатываемого пласта с использованием баз геологоразведочных данных / М.В. Шинкевич // Информационные недра Кузбасса: Труды III региональной научно-практической конференции. - Кемерово: ИНТ, 2004. - С. 224-225.

5. Алексеев А.Д. Распад твердых углегазовых растворов / Алексеев

А.Д., Айруни А.Т., Зверев И.В. и др. // Физико-технические горные проблемы. 1994, - №3, - С. 65-75.

6. Обоснование объемов и технологий каптирования метана на шахтах Кузбасса / Козырева Е.Н. // II Международная конференция "Сокращение эмиссии метана" - Новосибирск, 2000. - С.495-500.

7. Полевщиков Г.Я., Козырева Е.Н., Рычковский В. М., Пестриков В.Г. Природно-технологическая база комплексного извлечения ресурсов углеметановых месторождений Кузбасса. - Кемерово: Институт угля и углехи-мии СО РАН, 2004. - 132. с.

і— Коротко об авторах-----------------------------------------------

Шинкевич Максим Валериевич - ведущий программист лаборатории газодинамики угольных месторождений ИУУ СО РАН,

Назаров Николай Юрьевич - ЗАО «Шахта «Распадская».

------------------------------ © В.А. Малашкина, И.А. Пчелкина,

2006

УДК 622.81.47

В.А. Малашкина, И.А. Пчелкина

ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ДЕГАЗАЦИОННОЙ ТРУБОПРОВОДНОЙ СЕТИ

В процессе дегазации осуществляется сбор и вывод на поверхность метана или метановоздушной смеси (МВС). Вывод газа из шахты производится по проложенным в горных выработках трубопроводам или по буровым скважинам, соединяющим выработки с поверхностью.

Дегазационный газопровод состоит из следующих основных элементов: труб и их соединений, фасонных частей (переходов, колен, тройников и т.д.), арматуры (кранов, задвижек, вентилей и др.), специального оборудования (водоотделителей, водоотводчиков), и различного типа креплений. Основное требование, предъявляемое к дегазационным газопроводам, - низкое гидравлическое сопротивление и максимальная герметичность.

Одним из факторов, влияющих на эффективность работы дегазационной установки, является аэродинамическое сопротивление, которое испытывает каптируемая метановоздушная смесь при прохождении по подземной трубопроводной сети.

Каптируемая при дегазации метановоздушная смесь содержит в себе такие компоненты, как газ, воздух, угольную и породную пыль, капельную жидкость, и транспортируется от скважин на поверхность по газопроводам под давлением меньше атмосферного (вакуум), создаваемого вакуум- насосами, расположенными в вакуум-насосной станции (ВНС). В состав ВНС входят насосы, электродвигатели, пусковая и защитная аппаратура, оборудование для подачи и охлаждения воды, стационарная контрольно - измерительная и защитная аппаратура.

Происходит снижение скорости МВС и потери напора , т. к. часть ее энергии затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений.

Часть энергии МВС затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений, поэтому происходит снижение скорости смеси и потери напора.

Гидравлические сопротивления делятся на два вида:

- сопротивления по длине, возникающие при движении МВС по всей длине дегазационного трубопровода к вакуум-насосной станции;

- местные сопротивления, возникающие при неравномерном движении МВС в отдельных местах - различных фасонных участках трубопровода или русла коленах, задвижках, внезапных сужениях или расширениях сечения и т.д.) и практически не зависящие от длины.

В местах резкого изменения живого сечения или направления потока происходит отрыв потока от стенок трубопровода. Образуются «застойные» зоны, которые является основным источником потерь напора. Для уменьшения потерь напора переход от одного сечения к другому должен осуществляться плавно, без уступов, повороты потока - иметь закругления и т.д.

При вычислении общих потерь напора в гидравлике применяют принцип наложения (сложения) потерь, т.е. суммируют потери напора на всех последовательно включенных прямолинейных участках и в местных сопротивлениях.

Для определения потерь напора по длине потока НДЛ в круг-лой цилиндрической трубе применяется формула Дарси-Вейсбаха

Ндп = Х±- Ц-, (1)

ДЛ й 2я

где X - коэффициент Дарси, характеризующий сопротивление по длине трубопровода, I- длина трубы, и- средняя скорость потока, Ь - внутренний диаметр трубы, д - ускорение свободного падения.

Определение потерь напора в местных сопротивлениях нм производится по формуле Вейсбаха

2

Нм =с2я■ (2)

где £ - коэффициент местного сопротивления, который находится опытным путем, а при расчетах принимается из справочников.

Также энергия МВС затрачивается на преодоление сопротивления трения. Поверхности стенок труб имеют ту или иную шероховатость. Величину А называют абсолютной

шероховатостью, а ее отношение к диаметру трубы (А / б ) -относительной шероховатостью. В зависимости от соотношения толщины ламинарного подслоя з и высоты выступов шероховатости А различают гидравлически гладкие и шероховатые трубы.

В аэродинамике потери на трение несопоставимо малы по сравнению с местными сопротивлениями. Коэффициент трения увеличивается и в результате скопления капельной жидкости, угольной и породной пыли в пониженных местах, что приводит к снижению пропускной способности газопровода.

Одной из основных причин увеличения сопротивления трубопроводной сети и потерь давления в газопроводе является увеличение концентрации воздуха в каптируемой смеси, которое ведет к повышению турбулентности по мере продвижения МВС к вакуум-насосной станции.

Влияние гидравлического сопротивления трубопроводной сети на потери давления характеризуются коэффициентом Дарси (коэффициентом трения). При турбулентном режиме движения коэффициент Дарси X зависит от числа Рейнольдса Ре, относительной шероховатости а / б и от характера этой шероховатости

Х = f(Ре,А/ б) (3)

Состав МВС по мере продвижения по трубопроводу меняется на различных участках: происходят подсосы воздуха, увеличивается концентрация угольной пыли, идет непрерывное поступление воды, образуется конденсат. Вследствие этого концентрация метана значительно снижается. Но аэродинамическое сопротивление на любом участке дегазационного трубопровода остается неизменным и не зависит от концентрации веществ, добавляющихся в процессе поступления метана к потребителю.

--------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Вострикова Н.А. Обоснование и определение рациональных гидродинамических режимов движения метановоздушной смеси по подземному вакуумному дегазационному трубопроводу / Изд-во МГГУ, 2004.

2. Гидравлика и гидропривод / В.Г. Гейер, В.С. Дулин, А.Н. Заря: Учебник для вузов. - М.: Недра, 1991. - 295 с.

Коротко об авторах

25Ь

Малашкина В.А. - профессор, доктор технических наук,

Пчелкина И.А. - аспирантка, ассистент,

кафедра «Аэрология и охрана труда», Московский государственный горный университет.

© и.Н. кирилеии, 1Ю.1 . пммил 2006

УДК 622.86

В.Н. Королева, Ю.Г. Анпилогов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ

Управление напряженно-деформированным состоянием массива горных пород на основе метода гидрорасчленения вызывает в последнее время всё более широкий интерес. В процессе гидрорасчленения монолитных вмещающих пород изменяются физико-механические свойства угленосной толщи.

При расчете напряженно-деформированного состояния призабойной части угольного пласта нами были просчитаны 7 различных вариантов.

Первый вариант учитывал естественную горно-геологическую ситуацию моделируемой области до активного воздействия. Так как объектом исследования является угольный пласт, при обработке результатов расчета строились графики распределения нормальных и касательных напряжений в зависимости от расстояния до кромки очистного забоя.

Были просчитаны также варианты с обработкой песчаника основной кровли; обработкой угольного пласта; обработкой песчаника почвы; обработкой песчаника основной кровли и почвы; обработкой песчаника почвы и угольного пласта; обработкой песчаника основной кровли и угольного пласта.

Наиболее эффективным вариантом гидродинамического воздействия является совместная обработка пород основной кровли и самого угольного пласта. При этом происходит перемещение точки максимума опорного давления в глубь