Прогноз динамики газообмена на очистных и подготовительных участках угольных шахт для расчета количества воздуха

• Автор: Факторович, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 05.26.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 185 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Системные принципы в практике природопользования, системные свойства минерально-сырьевых ресурсов и проблемы безопасности

при подземном способе добычи полезных ископаемых

1.2. Инженерные методы прогноза газовыделений в шахтах и рудниках,

и оценка их достоверности

1.3. Теория и практика прогноза динамики газовыделений в угольных шахтах

1.4. Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках и системные принципы безопасного управления технологическим процессом
Выводы

Цель и идея работы. Постановка задач исследований

2. АНАЛИЗ И ОБОБЩЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЭМПИРИЧЕСКОЙ
БАЗЫ ДАННЫХ ПО ПРОЦЕССАМ ГАЗООБМЕНА В ШАХТАХ
2.1. Геотехнологическая характеристика перспективных угольных бассейнов России
2.2. Оценка динамики выделения метана из различных
источников в горные выработки
2.3. Оценка динамики выделения углекислого газа в горные
выработки и поглощения кислорода
2.4. Выделения радона в горные выработки шахт Подмосковного
бассейна
Выводы
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОЦЕНКИ И СНИЖЕНИЯ РИСКА АВАРИЙ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ АЭРОЛОГИЧЕСКИМ ФАКТОРОМ, ПРИ ПОДЗЕМНОМ СПОСОБЕ РАЗРАБОТКИ УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
3.1. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, вызванных взрывами метана
3.2. Оценка риска и системный подход к профилактике аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы, при разработке месторождений бурых углей
3.3. Системный подход к технологии обеспечения безопасного состояния рудничной атмосферы
3.4. Теоретическое обоснование феноменологической закономерности сопротивления при фильтрации газов в горном массиве

3.5. Физическая модель и математическое описание переноса газов в горном массиве, сложенного пористо-трещиноватыми
сорбирующими породами
Выводы
4. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ ОПАСНЫХ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИЙ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
4.1. Динамика метанообильности очистных и подготовительных
участков метанообильных шахт
4.2. Физическое обоснование и математические модели системы
прогноза выделения радона в рудничную атмосферу
4.3. Прогноз газообмена в атмосфере углекислотообильных
угольных шахт
4.4. Динамика концентрации кислорода в выработках негазовых шахт
и рудников
Выводы
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО УПРАВЛЕНИЮ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЕМ И ГАЗОВЫМИ СИТУАЦИЯМИ
ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность. Устойчивое обеспечение потребностей страны во всех видах минеральных ресурсов, топлива и энергии будет по-прежнему осуществляться за счет увеличения добычи полезных ископаемых. В балансе топливно-энергетического комплекса доля использования угля занимает важное место, это положение сохраниться и в перспективе, при этом около 40% угля планируется добывать подземным способом. Рост эффективности подземной добычи минерального сырья намечено осуществить путем ускоренного роста производительности труда. Достижение этой цели возможно лишь на основе внедрения высокоэффективных технологий нового уровня, что приведет к существенному повышению газообильности добычных и подготовительных участков, а соответственно увеличению вероятностей крупных аварий, обусловленных нарушением состава рудничной атмосферы. Особую остроту эта проблема приобрела для предприятий, добывающих особо ценные марки коксующихся углей.
Анализ добычи углей для коксования показывает, что отсутствуют ресурсы ценных марок коксующихся углей К, КО, ОС. Деформирование ресурсной базы добычи различных марок коксующихся углей и сокращения производства особо ценных коксующихся углей в условиях ликвидации угольных шахт предопределили необходимость импорта карагандинских углей до 2 млн. т. Основная часть запасов особо ценных коксующихся углей сосредоточена в Кузнецком бассейне на действующих предприятиях, а также на ликвидируемых нерентабельных шахтах. Потребность коксохимических предприятий и металлургической отрасли в особо ценных марках коксующихся углей за последние годы возросла в два раза и превысила 6 млн. т в год. Удовлетворение внутренней потребности в особо ценных марках коксующихся углей осуществлялось в основном за счет сокращения экспорта поставок российских углей.
За последнее десятилетие доля взрывов и вспышек метана не превышает 4% от общего количества аварий на угольных шахтах России, однако возникновение опасных газовых ситуаций в горных выработках представляет наиболь-

Особый интерес для прогноза газовых ситуаций представляет диффузия активных газов, перенос которых в воздушном потоке изменяет его диффузионные свойства. При этом возможны случаи ослабления диффузии, которые приводят к накоплению газовых примесей в больших количествах.
Исследования движения метановых слоев начаты Г.Ф. Ковардом, Е.Дж. Рейном, П. Бэкке, С.Дж. Пичем. Исследователи изучали вопросы движения метановых слоев в целом, их разрушения и предупреждения образования. В России эти процессы исследовались в МГГУ, ВостНИИ. В теоретическом аспекте была поставлена и решена К.З. Ушаковым задача замыкания системы уравнений движения и диффузии, что позволило ему разработать для практики динамический метод расчета расходов воздуха для вентиляции газообильных выработок [147-155].
К.З. Ушаковым была разработана теория стратифицированных газовоз-душых потоков, фундаментальными следствиями которой являются, на наш взгляд, установленные факты существования точек перегиба в профилях концентраций и скоростей для тех сечений выработки, где существует слоевое скопление метана. То есть К.З. Ушаковым, по существу, была открыта диссипативная газодинамическая структура, специфичная для горных выработок и изучены условия ее возникновения. Основной причиной слоеобразования является затухание турбулентности, которое достаточно полно характеризуется числом Ричардсона Ri. Предложена методика определения критического числа Ричардсона RiKp, при котором происходит прекращение турбулентного обмена. Критическое число Ричардсона вычисляется из условия равенства скоростей всплывания и поперечных турбулентных пульсаций. Эти результаты, как с научной, так и с практической точек зрения, являются едиными для метанообильных и углекислотообильных шахт.
Исследования слоевых скоплений углекислого газа и шахтах Подмосковного бассейна, выполненные Э.М. Соколовым, Н.М. Качуриным и A.A. Кузнецовым подтвердили общий характер закономерностей, установленных К.З. Ушаковым. Кроме того, им был получен важнейший для практики результат