Разработка способа акустической идентификации горения угля для диагностики очагов пожаров в угольных пластах

• Автор: Борисенко, Дмитрий Иванович
• Шифр специальности: 25.00.20, 05.26.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1. ПОСТАНОВОЧНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Выбор источника информации для диагностики подземных пожаров в угольном пласте
1.2. Аналитический обзор имеющихся научных представлений о трансформации тепла в акустические импульсы

1.3. Аналитический обзор существующих способов диагностики подземных пожаров

1.4. Цели и задачи исследования

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРУШЕНИЯ УГЛЯ ПРИ ГОРЕНИИ

2.1. Расширение твёрдых тел при нагреве

2.1.1. Тепловое расширение однородных твёрдых тел

2.1.2. Тепловое расширение неоднородных твёрдых тел

2.1.3. Тепловое расширение и остаточные температурные деформации в углях

2.2. Характер разрушения угольного пласта при горении

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ ГОРЕНИИ УГЛЯ И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
3.1. Обоснование экспериментов
3.2. Визуализация эффектов
3.3. Описание экспериментальной установки
3.3.1. Расчёт параметров экспериментальной установки
3.4. Последовательность проведения экспериментов
3.4.1. Подготовка эксперимента
3.4.2. Сценарий эксперимента
3.5. Достоверность экспериментальных результатов

3.5.1. Тарировки
3.5.1.1. Тарировка системы измерения
3.5.1.2. Тарировка скорости нагрева пьезодатчика
3.5.2. Статистическое обоснование
3.6. Описание экспериментов
3.6.1. Описание эксперимента по исследованию акустических импульсов, возникающих в угле при внедрении инденторов
3.6.2. Описание эксперимента по исследованию акустических импульсов, возникающих в угле при горении
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
4.1. Результаты эксперимента с внедрением инденторов в уголь
4.2. Результаты эксперимента с горением угля
5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА АКУСТИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГОРЕНИЯ УГЛЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ОЧАГОВ ПОЖАРОВ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ
5.1. Идентификация очагов пожара
5.1.1. Идентификация очагов пожара при возможности установления чувствительных элементов непосредственно в пласт угля
5.1.2. Идентификация очагов пожара при отсутствии возможности установления чувствительных элементов непосредственно в пласт угля
5.2. Оценка применимости способа акустической идентификации очагов
пожаров в угольных пластах
5.3. Оценка экономической эффективности от внедрения способа
акустической идентификации очагов пожаров в угольных
пластах
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность работы
Наиболее распространённым, сложным и опасным видом аварий на шахтах являются подземные пожары [1, стр. 13]. За прошедшие десять лет по данным, установленным РосНИИГД, наиболее ущербными авариями на шахтах России были возгорания и взрывы газа и угольной пыли (74,4%) [2, стр. 251]. Причём, согласно специальным исследованиям [3, стр. 73, 74], трудоёмкость ликвидации эндогенного пожара и его последствий значительно (в некоторых случаях на порядок) выше трудоёмкости ликвидации других аварий, имеющих место в горных выработках. Проведение противопожарных мероприятий даже на поверхности горных предприятий является весьма трудоёмким процессом [4, стр. 17, 18], а борьба с подземными пожарами представляется более затратной и технически сложной. Ущерб от возникновения подземных пожаров выражается не только в причинении непосредственных материальных убытков (оплата рабочим за простой, потери материальных ценностей, потери запасов угля, подготовленных к выемке, и т.д.), но и в появлении затрат на борьбу с пожаром и ликвидацию его последствий (оплата рабочим за изоляцию рабочего участка, стоимость материалов для изоляции, ремонт и очистка выработок и т.д.) [5, стр. 39].
В ряде случаев из-за возникшего подземного пожара приходится затапливать всю шахту или её часть с находящимся там дорогостоящим оборудованием. Это наносит ощутимый экономический ущерб, так как, во-первых, выводятся из разработки значительные объёмы разведанного полезного ископаемого, а во-вторых, потребуется дополнительное затрачивание средств на постройку новой шахты. Кроме экономического ущерба, не выявленный вовремя подземный пожар может причинить существенный вред здоровью горнорабочих, а иногда вызвать летальный

3.2. Визуализация эффектов
Разрушение угля при нагреве фиксируется цифровой видеокамерой непосредственно в процессе эксперимента. Диспергирование образца угля при горении констатируется по появлению отколовшихся фрагментов в специальном поддоне в процессе и после завершения эксперимента.
Возникновение акустических импульсов при разрушении угля, не вызванном горением, регистрируется при записи сигналов, возникающих в образце угля при диспергировании его инденторами. Сам факт появления акустических импульсов в образце угля устанавливается фиксированием на компьютере характерных сигналов, поступающих с пьезоэлектрического преобразователя, прикрепленного к торцу образца угля, противоположного тому, на который оказывается воздействие.
В экспериментах использовались куски подмосковного бурого и минусинского длиннопламенного углей. Образцы заторцовывались с двух противоположных концов параллельными отшлифованными гранями. К одной отшлифованной грани прикреплялся датчик, позволяющий регистрировать появление прямой продольной волны (что соответствует колебаниям среды, нормальным к фронту волны; в экспериментах использовались пьезодатчики ДН-3-М1), а на противоположную грань оказывалось воздействие индентором или открытым пламенем. Расстояние между торцами образца составляло 10 см. Когда импульс сжатия падает на свободную границу, он приводит к образованию отражённого импульса растяжения, а при наклонном падении образуется как импульс расширения, так и импульс искажения. Интерференция таких отраженных импульсов может привести к очень сложным распределениям напряжений [86, стр. 167, фронтиспис - фотография]. Анализ возникающей картины представляется нетривиальным. Чтобы этого избежать в эксперименте, описываемом в диссертационной работе, фиксировались сигналы на начальной стадии