Влияние депрессии рудничной вентиляции на накопление льда в очистном блоке с отбитой мерзлой рудой Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.А. Хохолов, M.B. Каймонов, A.C. Курилко, Г.В. Шубин, 2012

УДК 622.45:536.244

Ю.А. Хохолов, М.В. Каймонов, A.C. Курилко, Г.В. Шубин

ВЛИЯНИЕ ДЕПРЕССИИ РУДНИЧНОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ НА НАКОПЛЕНИЕ ЛЬДА В ОЧИСТНОМ БЛОКЕ С ОТБИТОЙ МЕРЗЛОЙ РУДОЙ

Рассмотрено влияние рудничной депрессии на интенсивность водо- и льдонакоп-ления в очистном блоке с мерзлой рудой. Показано, что с увеличением депрессии происходит интенсификация процессов влаго- и льдонакопления. Ключевые слова: смерзание, рудник, криолитозона.

Случаи смерзания отбитой руды в очистных блоках неоднократно наблюдались в рудниках зоны распространения многолетней мерзлоты «Матросова», «Валькумей», «Иультин», «Сарылах», «Айхал», ПО «Апатит», АО «Печенганикель», Северного Урала и др., как правило, эксплуатируемых с естественным тепловым режимом.

Было отмечено, что смерзание начинается при влажности «4 % (которую можно считать критической) и наиболее активно происходит при температурах руд ниже минус 5 °С [1, 2]. Необходимо отметить, что смерзание отбитой мёрзлой руды (причем более интенсивное) может происходить и в летний период при проникновении теплого воздуха с высоким влагосодержанием в очистной блок, за счёт замерзания сконденсированной влаги холодом, содержащимся в отбитых кусках руды [3].

Процесс тепломассообмена вызывающего смерзание мерзлой руды в блоке является сложным и зависит от многих факторов. Ранее нами рассматривалось влияние температуры и влагосодержания воздуха на процессы конденсации влаги и смерзания

отбитой руды в очистных блоках рудников криолитозоны [4]. Поэтому представляется важным рассмотреть отдельно влияние депрессии на процесс накопления льда в блоке отбитой руды.

Как известно, рудничная вентиляция обеспечивает непрерывное движение воздуха, который фильтруется через блок отбитой руды за счет разности давлений между верхней и нижней отметками блока, создаваемой общерудничной депрессией. Источниками разности давлений кроме общешахтной депрессии могут быть напоры создаваемые местными вентиляторами проветривания, естественной тягой и т.д.

На основе разработанной математической модели тепломассообмена рудничного воздуха с отбитой мерзлой рудой [5] проведены численные расчеты при следующих исходных данных: удельная теплоемкость мерзлой руды 840 Дж/(кг-К); удельная теплоемкость талой руды 940 Дж/(кг-К); плотность руды 2400 кг/м3; коэффициент теплопроводности мерзлой руды 2,4 Вт/(м-К); коэффициент теплопроводности талой руды 1,8 Вт/(м-К); высота блока Н =

0,3 -

0,25

0,2

о 0,15

о

а.

о ^

О

0,1

0,05

0 -

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Время,час

Рис. 1. Изменение скорости движения воздуха в блоке отбитой руды при разных значениях депрессии (в0=+3С; Т0 = -4 С; т0=0,2)

20 м; депрессия блока И = 200, 400 и 600 Па; пустотность блока т0 = 20 %; температура входящего воздуха в0 = +3 °С; относительная влажность воздуха р = 100 %о; начальная температура отбитой руды Т0 = -4 °С; начальная (внутренняя) влажность отбитой руды w = 0,1 д.е., средний размер куска отбитой руды d = 0,1 м.

Исходя из вышеприведенных данных, в начальный момент температура отбитой руды в блоке отрицательная, а температура поступающего рудничного воздуха положительная. В результате фильтрации воздуха через навал (магазин) происходит конвективный теплообмен с мерзлыми кусками руды, вследствие чего его температура понижается, а температура отбитой руды соответственно повышается. При этом по мере остывания фильтрующегося воздуха происходит

конденсация влаги на рудном материале. В зоне с положительной температурой руды влага находится в жидком состоянии, а зоне с отрицательной температурой - в твердом в виде инея.

На рис. 1 приведены графики изменения скорости движения воздуха в блоке отбитой руды при разных значениях депрессии. Как и следовало ожидать (видно из графиков), увеличение депрессии приводит к увеличению скорости движения воздуха (и соответсвенно его количества): при И = 200 Па скорость воздуха равна 0,14 м/с, при И = 400 Па - 0,21 м/с, а при И = 600 Па - 0,27 м/с. Следует отметить, что наиболее интенсивно процессы льдонакопления происходят при депрессии 600 Па, закупорка каналов инеем происходит уже через 170 часов («7 суток). При депрессии 400 Па - через 270 часов («11 суток),

а) 3

£ ¡52

§Р

I I ^ ?

0

б) к

о

а

X

Ь2

о

в)

к

-200 Па

---400 Па

-600 Па

10

Высота, м

15

20

-200 Па

---400 Па

-600 Па

10

Высота, м

15

20

-200 Па

---400 Па

600 Па

10

Высота, м

15

Рис. 2. Распределение накопленной льдистости по высоте блока при разных значениях депрессии: а -

48 часов; б — через 72 часа; в — 120 часов (в0=+3°С; Т0 = -4°С; т0=0,2)

а при И = 200 Па — через 300 часов («12 суток).

Проведенные исследования позволили выявить так же особенности льдонакопления в замагазинирован-ном блоке. На рис. 2 показана динамика льдонакопления при различных значениях депрессии: 200, 400 и 600

Па. Как видно из графиков, при увеличении скорости движения воздуха в блоке отбитой руды за единицу времени поступает большее количество влаги и, соответственно, количество накопленного льда увеличивается, но в то же время увеличивается количество поступающего с воздухом тепла, вызывающего оттайку приграничных (верхнего или нижнего) слоев отбитой руды в магазине. Поэтому зона максимального льдонакоп-ления постепенно сдвигается вглубь (к центру) магазина. Как видно из графиков, при И = 200 Па зона льдонакопления находится на высоте 3 м, при И = 400 Па - на высоте 4 м, а при И = 600 Па — на высоте 5—6 м.

Таким образом, проведённые расчёты позволяют сделать следующие выводы:

1. Чем меньше депрессия (разность давлений воздуха на границах блока) тем менее интенсивно происходит процесс накопления льда (воды). Так при величине депрессии И = 200 Па закупорка каналов инеем происходит по истечении 12 суток, а при И = 600 Па - 7 суток.

2. Чем выше депрессия, тем выше зона интенсивного льдонакопления. Т.е. с её увеличением зона интенсивного льдонакопления сдвигается вглубь навала (магазина) отбитой руды.

20

0

5

3

1

0

0

5

0

5

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курилко A.C., Каймонов М.В. Экспериментальные исследования прочности смёрзшихся сыпучих горнык пород // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. — №12. - С. 69-71.

2. Курилко A.C., Каймонов М.В. Экспериментальное определение предела прочности при сжатии мёрзлых крупнообломочных горных пород // «Проблемы и перспективы комплексного освоения месторождений полезных ископаемых криолитозоны»: труды Международной научно-практической конференции, г. Якутск, 14-17 июня 2005. - Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения СО РАН, 2005. — Том 1. - С. 127-131.

3. Каймонов М.В., Попов В.И., Курил-ко A.C. О механизме процессов смерзания

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

отбитой горной породы на рудниках Севера // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2004. — №10. - С. 162—165.

4. Каймонов М.В., Хохолов Ю.А., Ку-рилко A.C. Исследование влияния температуры и влагосодержания воздуха на процессы конденсации влаги и смерзания отбитой руды в очистных блоках рудников криоли-тозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2010. — № 10. — С. 314—324.

5. Каймонов М.В., Хохолов Ю.А. Математическое моделирование температурно-влажностного режима блока отбитой руды рудников Севера // Наука и образование. -2010 — № 1. — С. 27-32. КПЗ

Хохолов Ю.А. — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник, Каймонов М.В. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Курилко A.C. — доктор технических наук, зам. директора, Институт горного дела Севера СО РАН,

Шубин Г.В. — кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,

НОВОСТИ СИБИРСКОЙ УГОЛЬНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ КОМПАНИИ

Тугнуйский разрез ОАО «СУЭК» установил мировой рекорд экскаватором ВиБугиБ 495ИЭ №1 Коллективом ОАО «Разрез Тугнуйский» достигнута рекордная производительность при ведении горных работ по вскрыше экскаватором ВиБугиБ 495ИЭ №1 с вместимостью ковша 41,3 м3. Достигнутая месячная производительность, составляющая 1782 тыс. м3, является рекордной не только для экскаваторов ВиБугиБ, эксплуатирующихся ОАО «Разрез Тугнуйский», но и среди других аналогичных машин данного класса, работающих на горных предприятиях по всему миру! Такое достижение является показателем правильного выбора техники, хорошо организованного сервиса, продуманной организации труда и высокого профессионализма специалистов Тугнуйского разреза.

Управление уникальным по своим техническим характеристикам экскаватором доверили машинистам с высокой квалификацией и большим опытом работы.

— За два с половиной года работы экскаватор показал себя только с лучшей стороны, - сказал бригадир Александр Каширин, — И такой результат лишь подтверждает мои слова. Очень горд знанием того, что до нас еще никто таких показателей не достигал. Мировой рекорд стал возможным благодаря ответственному и грамотному отношению к своему труду всех специалистов, задействованных в подготовке, выемке и транспортировке вскрышных пород.

Приобретение экскаватора ВиБУЕиБ 495ИЭ было осуществлено в рамках долгосрочной инвестиционной программы СУЭК по обновлению техники и наращиванию производственной мощности на Тугнуйском разрезе. В итоге такая экономическая политика и привела к сегодняшнему мировому признанию.

КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ -

Науменко Алексей Анатольевич - заместитель директора по коммуникациям СУЭК, Наишепкоаа.Биек.ги.