CC BY
13
© А. А. Эннс, Н.Б. Калинин, М.Н. Калинина, 2008
А.А. Эннс, Н.Б. Калинин, М.Н. Калинина
ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГАЗООБИЛЬНОСТИ ВЫЕМОЧНЫХ УЧАСТКОВ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ИХ СПАРЕННЫМИ ВЫРАБОТКАМИ
лубление работ, увеличение протяженности вентиляци-
_>нных сетей и рост нагрузок на очистные забои создают
всё большие трудности в обеспечении расчетными расходами воздуха объектов проветривания на газообильных шахтах Печорского бассейна. К выше перечисленному следует добавить серьёзный рост потребности в свежем воздухе для проветривания подготовительных работ. Широкое внедрение мощных осевых вентиляторов местного проветривания ВМЭ-8 и ВМЭ-10 привело к необходимости подавать к всасу ВМП 1200^1500 м 3/мин.
Таким образом, потребность объектов в свежем воздухе для проветривания растет, а пропускная способность шахтных вентиляционных сетей с каждым годом снижается, несмотря на проводимые работы по перекреплению и расширению сечения основных вентиляционных выработок.
В сложившейся ситуации требуется решение задачи оптимизации проветривания наиболее «воздухоемких» потребителей.
Не менее серьезной проблемой является неопределенность основных вентиляционных понятий и терминов при использовании парной подготовки выемочных участков. Неоднократно возникали разногласия по поводу размещения замерных станций, определяющих газообильность выемочного участка, очистного забоя, изолированного отвода и т.п. Нормативная база в данном случае отстает.
Эти проблемы должны быть решены взаимоувязанно в пределах требований существующих нормативных документов.
289
В соответствии с п.268 ПБ 05-618-03: «Под выемочным участком понимается очистная выработка с примыкающими к ней подготовительными выработками».
Таким образом, при выдаче исходящей по одной фланговой выработке абсолютная газообильность исходящей с участка струи, приходящаяся на долю вентиляции, должна определяться далее глухих перемычек, изолирующих неподдерживаемые вентиляционные выработки рассматриваемого очистного столба (т. 10, рис. 2). При наличии нескольких выработок с исходящей струей абсолютная газообильность исходящих с выемочного участка струй должна суммироваться в том же срезе.
Для полноты учета дегазации, следует иметь единое замерное устройство на участковом трубопроводе (опыт шахты «Северная») в той же зоне по исходящей струе, а в случае закольцовки - еще одно замерное устройство на участковом трубопроводе, но также за пределами участковых выработок.
Часто протяженные фланговые выработки с исходящей струей воздуха не имеют подсвежений в вышеуказанных местах замеров. Независимо от источника газовыделения предлагается добавку газовыделения между замерной станцией исходящей с участка струи (струй) и перед первым подсвежением - считать газовыделением из старых, ранее отработанных полей. Пока нарезаемые ниже выработки не имеют сбоек с выработками выемочного участка, расчет проветривания такого, отдельно взятого выемочного участка не вызывает проблем.
Имея значение метановыделения I , по формуле 7.46 «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт»
100 • • кн
Qyч =—с—С— потребный расход воздуха Qyч рассчитать несложно. С появлением подсвежающих сбоек появляются проблемы, связанные с неопределенностью терминологии.
При формальном подходе представляется необходимым иметь расчетные расходы воздуха в каждой из ветвей до слияния исходящих струй с объектов. Как при одинарной, так и при парной подготовке сумма расходов воздуха в точках 8 и 9 должна быть равна сумме расчетного расхода воздуха для проветривания участка и расчетного расхода по сбитой выработке, необходимого для подачи к всасу ВМП - в случае продолжения работ по проходке (см. рис. 1)
290
или для проветривания поддерживаемых выработок, если работы по проходке более не ведутся.
1
5
Рис. 1
При внимательном подходе легко заметить два резерва оптимизации схемы проветривания.
Первый: доля газовыделения выемочного участка на промежутке от очистного забоя до подсвежающей сбойки существенно меньше полного участкового газовыделения, приходящегося на долю вентиляции. Следовательно, разбавлять до предусмотренных нормативными документами концентраций предстоит лишь тот метан, который успел выделиться в пределах рассматриваемого промежутка.
Величину газовыделения можно определить с помощью газовых съемок. При этом следует учитывать, что по мере отхода лавы газовыделение промежутка между очистным забоем и местом сбойки будет нарастать. Это означает, что частота газовых съемок должна повыситься. Напрашивается необходимость производить газовую съемку за предыдущие 3 месяца ежемесячно. Повышение трудоемкости расчетных работ окупится существенной экономией воздуха. Кстати, применение системы «Микон» после разработки соответствующего алгоритма позволит практически автоматизировать процесс сбора данных для определения газообильности при газовой съемке. Отдельно следует отметить необходимость установки датчика контроля метана и начала накопления информации
291
сразу после переезда лавой предполагаемого места сопряжения подсвежающей сбойки.
При своевременной установке датчика в обозначенном месте и накоплении необходимой информации вопрос определения расчетного расхода воздуха решается достаточно просто.
При внимательном рассмотрении очевидно, что схема проветривания с обособленным разбавлением вредностей по источникам газовыделения может быть классифицирована как схема с изолированным отводом, так как далеко не весь участковый метан выделяется на участке 150-200 м за лавой, и, следовательно, для разбавления метана, выделившегося далее по ходу вентиляционной струи, при наличии возможности (!) следует использовать дополнительный расход воздуха из сопредельных выработок.
При одинарной подготовке наблюдаем последовательное увеличение газовыделения из выработанного пространства по длине выработки с исходящей струей. При парной подготовке этот процесс более заметен из-за дискретности проявления через сбойки между параллельными выработками. Герметизация перемычек неабсолютна, и, как следствие, через них происходит газообмен.
Как при одинарной, так и при парной подготовке существенная доля участкового метана выделяется из монтажной камеры. Разница лишь в том, что при одинарной подготовке выделившийся из монтажной камеры метан попадает непосредственно в выработку, а при парной подготовке попадает в газосборную неподдерживаемую выработку. Но в обоих случаях, как правило, требуется сооружение смесительной камеры для безопасного, управляемого перемешивания метановоздушной смеси с исходящей струей воздуха для достижения безопасных концентраций во фланговых выработках с общей исходящей струей.
Таким образом, вторым резервом оптимизации схемы проветривания является разбавление метана подсвежением из сбитых выработок. Если работы по проходке после сбойки завершены, то получаем необходимость проветривания поддерживаемых выработок и вместе с этим небольшой резерв для разбавления выделяющегося метана. Но чаще всего с появлением сбойки проведение подготовительных выработок продолжается (см. рис. 1). Даже если предположить, что исходящая из забоя струя имеет максимально допустимую концентрацию метана и не может служить резервом разбав-
292
ления, то и тогда резерв все-таки есть. Исходя из формулы 7.112 «Руководства по проектированию вентиляции угольных шахт»
Овс > 1,43 Ов Кр,
видим, что величина этого резерва не менее 0,43 Ов. Содержание метана в поступающей к ВМП струе Со редко отличается от нуля. Но даже если предположить, что значение Со достигнет максимально допустимого значения Со=0,5% и утечек в трубопроводе на промежутке от вентилятора до тупиковой части нет (в реальности они существенны, особенно через разгазирующее устройство), то и тогда при Qв ~ 800 - 1000 м3/мин резерв воздуха в пересчете на свежий составит
Qрез^ = 0,43Qв (С - Со) = 0,43 • 800 • (1 - 0,5) = 344 • 0,5 = 172м3 / мин Q = 0,43-1000 • 0,5 = 215 м3 / мин
Этого резерва достаточно для разбавления, как минимум, 1,7 м3/мин дополнительного метановыделения. В реальности же критическим фактором, определяющим необходимый расход воздуха, который необходимо подавать в подготовительный забой, является применение дизелевозов. Расход воздуха, который необходимо подавать в забой для разбавления вредностей, выделяющихся при работе дизельных двигателей Qз.n.(дuз) существенно превышает необходимый для разбавления выделяющегося метана Q3„(cCH) подготовительных забоев пл. Четвертого и Пятого, а также пл. Тройного и Мощного в подработанной защитными пластами зоне. Поэтому концентрация метана в исходящей из тупиковой части струе редко достигает значений 0,3-0,4 %, а после смешивания с воздухом, прошедшим мимо ВМП, результирующая концентрация становится 0,2-0,3 %. При подаче к всасу ВМП 1200 - 1500 м3/мин свежего воздуха с концентрацией, близкой к 0 %, получаем резерв для разбавления метана в пределах [1200(1-0,3); 1500(1-0,2)] или [840; 1200] м3/мин. Этого резерва достаточно для разбавления дополнительно метановыделения в размере [8,4; 12,0] м3/мин.
Для корректного расчета требуется проведение параллельных газовых съемок для определения газовыделения подсвежающих сбоек.
293
2
-far
10
3
-ф-
8
Рис. 2. Схема для расчета необходимых расходов воздуха при поэлементном подходе
1
6
7
5
Конечно, значение метановыделения, которое может быть разбавлено выше рассчитанным резервом, будет меньше на величину коэффициента неравномерности газовыделения. Важно лишь корректно считать этот коэффициент Кн, принимая в качестве аргумента совокупное (общее - из всех источников) метановыделение в рассматриваемый элемент вентиляционной сети.
Сравнительный анализ показывает очень существенную разницу между формальным и внимательным подходами к расчету потребных расходов воздуха.
При формальном подходе, определив необходимость расхода воздуха для проветривания «выемочного участка + старые поля» и получив значение Qy4.p. ~ 2660 м3/мин, проектируется сеть соответствующей пропускной способности. Точнее, проверяется пропускная способность имеющейся сети (и в случае недостаточности разрабатываются мероприятия по повышению пропускной способности). После появления первой подсвежающей сбойки и необходимости обеспечения через нее Que = =1500 м3/мин фланговые выработки должны пропускать расход воздуха Q^x. = 4160 м3/мин. При
294
невозможности пропуска по флангу 4160 м3/мин - при формальном подходе объекты считаются необеспеченными.
При поэлементном подходе газовые съемки производятся с необходимой частотой для каждого элемента проветривания. И с учетом Кн схема приобретает следующий вид (см. рис. 2).
Для каждого элемента вентиляционной сети расчетный расход воздуха ведется по той же формуле 7.46 :
а = 100 • Г • кн
С - Со
При вычислении каждого Qi к окончательному расчету принимается максимальное значение из рассчитанных по различным факторам.
Для приведенных в примере условий получаем следующие параметры (таблица).
Определив максимальный расход воздуха (в точке 11 - см. рис. 2) и имея достаточную выборку накопленных данных, мы в состоянии определить размер «притечек» из выработанного пространства. Вычитая эти, реально действующие в шахте значения из максимального расчетного расхода воздуха, обратным порядком, получаем значения для каждого элемента вентиляционной схемы. Сравнивая их с расчетными расходами по метановыделению для каждого элемента, к расчету принимаем максимальные значения.
Сравнивая полученные результаты, видим, что при формальном подходе к расчету вынуждены подавать по флангу совокупно 4160 м3/мин воздуха, при поэлементном - 2984 м3/мин (за счет использования резервов разбавления из сопредельных выработок). Разность составляет 1176 м3/мин или 39,4 %. Заметим : - для того, чтобы добавить эти 1176 м3/мин на участок, в шахте, как правило, требуется проведение весьма затратных работ, которые далеко не всегда однозначно необходимы.
Разделив значение метановыделения на суммарный расчетный воздух, получим значение концентрации С = 24 / 4160 * 100 = 0,58 % при формальном подходе и С = 24 / 2984 * 100 = 0,80 % при поэлементном. Очевидно, что ни в том, ни в другом случае концентрация не превышает максимально допустимую, но при поэлементном подходе воздух используется более рационально.
295
Точки расположения замерных станций согласно схеме (рис.2) 7 11 10 9 - из неподд. выработки 8 6
Данные съемки
Средний расход воздуха Оизм., м3/мин 1500 3000 2850 720 2030 510
Q11-Q10 Q10-Q8
Разность фактических расходов воздуха в сравниваемых для определения утечек замерных станциях, м3/мин 150 820
Средняя конц. метана Сизм., % 0,2 0,8 0,75 1,4 0,6 0,55
Полученное значение среднего газовыделения I, м3/мин 3,0 24,0 21,4 10,1 12,2 2,8
Коэффициент неравномерности Кн 1,66 1,24 1,26 1,40 1,37 1,68
Средневзвешенная концентрация метана в поступающих на участок струях Со, % 0 0 0 0 0 0
Допустимая концентрация метана в исходящей из элемента вентиляционной сети струе С, % 1 1 1 2 1 1
Расчетный расход воздуха для рабавления метана в элементе вентиляционной струи Ор, м3/мин 499 2984 2701 708 1665 471
Максимальный рассчитанный расход воздуха для проветривания элемента вентиляционной сети О мах, м3/мин 1500 2984 2701 708 1665 471
Необходимый расход в элементе сети с учетом фактической разности измеренных при съемках расходов, м3/мин 2984 2834 2014
Принимаем максимальное значение : 1500 2984 2834 708 2014 471
Разумеется, запас прочности необходим, но его величина должна быть в пределах разумных значений, предусмотренных действующими нормативными документами.
296
На случай форс-мажорных ситуаций чрезвычайно важна исправная работа систем газовой защиты. А для проектирования -полнота и достоверность используемой информации.
Таким образом, структура предлагаемого поэлементного расчета позволяет:
1. Более строго определить метановыделение выемочного участка;
2. Оптимально использовать резервы разбавления метана;
3. Избегать чрезмерных запасов в расходах воздуха и, таким образом, избавлять шахту от неоправданных на проведение лишних работ по перекреплению.
4. Корректно и полно учитывать исходные данные и оперативно перерассчитывать потребные расходы воздуха при изменении ситуации.
И, главное, структура предлагаемого поэлементного расчета расчетных расходов воздуха основана на требованиях действующих нормативных документов.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Правила безопасности в угольных шахтах. ПБ 05-618-03. М., ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.
2. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. ЕШ
— Коротко об авторах -
Эннс А.А. - ст. преподаватель, Филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова, Калинин Н.Б. - гл. специалист по вентиляции, ПечорНИИпроект, Калинина М.Н. - ст. преподаватель, Филиал Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова.
297
А
