Фрикционное воспламенение пылеметановоздушных смесей и его предупреждение в угольных шахтах

• Автор: Липин, Юрий Иванович
• Шифр специальности: 05.26.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 268 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. ОБЗОР ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ПРОЦЕССЕ ФРИКЦИОННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНА В ЗАБОЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
1.1. Оценка опасности фрикционного воспламенения
1.2. Влияние условий резания горных пород на фрикционное воспламенение метана
1.2.1. Концентрация метана в зоне разрушения горного массива
1.2.2. Образование источника ФВМ
1.2.3. Подавление ФВМ
1.2.4. Снижение запыленности воздуха орошением в зоне разрушения горного массива комбайном
1.3. Анализ состояния проблемы ФВМ
Выводы
2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Обзор методов экспериментальных исследований по ФВМ
2.2 Описание лабораторного стенда
2.3. Измерение теплофизических свойств породы и резца
2.4. Зависимость удельной работы образования продуктов разрушения при резании породы от крепости и абразивности последней
2.5. Методы исследования импульсного орошения
Выводы
3. ОЦЕНКА ОПАСНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ИСТОЧНИКА ФРИКЦИОННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ МЕТАНА В КОМБАЙНОВЫХ ЗАБОЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ
3.1. Выбор способа оценки
3.2. Математическая модель процесса образования источника ФВМ
3.2.1. Определение контактной температуры
3.2.2. Определение макашально возможной температуры на контакте резца режущего органа горной машины с породой
3.2.3. Уточнение расчета критерия образования источника ФВМ
3.3. Установление адекватности математической модели процесса образования источника ФВМ
3.4. Теоретическое обоснование метода прогнозирования образования источника ФВМ по прочностным свойствам и параметрам резания горных пород
Выводы
4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВНУТРЕННЕГО ОРОШЕНИЯ
Выводы.

5. ВЛИЯНИЕ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ГОРНОГО МАС-
СИВА НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ФВМ
Выводы
6. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ВНЕШНЕГО ОРОШЕНИЯ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ФРИКЦИОННОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ПЫЛЕМЕТАНОВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ
6Л. Теоретические и экспериментальные исследования импульсного орошения
6 Л Л. Пылеаэродинамика стационарной струи диспергированной жидкости
6Л.2. Пылеаэродинамика импульсной струи диспергированной жидкости
6.2. Разработка системы импульсного орошения для проходческих комбайнов
6.3. Шахтные испытания системы импульсного орошения при работе проходческих комбайнов
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Фрикционное воспламенение пылеметановоздушных смесей в угольных шахтах происходит в комбайновых забоях при наличии метана, угольной пыли взрывоопасных концентраций в зоне резания горного массива и источника воспламенения в виде раскаленного следа резца на породе.
Вероятность повышенных концентраций метана и угольной пыли очень велика, потому что, во-первых, почти все шахты Кузбасса являются категории ми по метану и содержащими весьма пыльные пласты (IV - VIII групп пыльности); во-вторых, пыле-метановыделение в забое растет с повышением мощности в настоящее время проходческих ( 200 кВт) и очистных ( 570 кВт) комбайнов; в- третьих, оно также растет с переходом добычных участков на более глубокие ( > 500 м) горизонты. Запыленность воздуха в

зоне резания угольного пласта достигает 80 г/м , и пылеметановоздушная смесь в призабойной части выработки становится взрывоопасной.
Мировой опыт разработки угольных пластов показывает, что в последние 15-20 лет источники фрикционного воспламенения метана по своей значимости вышли на уровень источников теплового импульса, возникающих при взрывных работах и эксплуатации электрооборудования (по 30 %). Поэтому на угольных шахтах США ежегодно регистрируется около 50-ти вспышек , в Великобритании - 15, а в Кузбассе - 1,2. Одной из причин «отставания» Кузбасса по числу вспышек на 100 млн. т. угля является отставание в энерговооруженности горных комбайнов, которое необходимо ликвидировать для повышения производительности труда; и тогда следует ожидать рост числа вспышек на шахтах России. Отсюда вытекает актуальность проблемы прогнозирования и предупреждения фрикционного воспламенения.
Для предупреждения вспышек пылеметановоздушных смесей необходимо предотвратить с очень малой степенью риска следующие события: образование источника воспламенения в виде горячего следа резца исполнительного органа комбайна на породе; наличие взрывчатой кон-

сравнению с водой физико-химической активностью, обеспечивающей эффективное смачивание пылевых частиц; создает пересыщенную влагой атмосферу. Благодаря конденсационному эффекту', пылинки утяжеляются и оседают на почву выработки : расход жидкости удавалось сократить в 15-20 раз [ 72 ] . Однако, в подземных условиях получение пара сопряжено с большими технологическими трудностями, которые пока невозможно преодолеть.
Гидроакустический способ осаждения пыли исследован достаточно широко и всесторонне [73 ]. Установлено, что его эффективность по снижению запыленности воздуха зависит от частоты и интенсивности звуковых колебаний, а также от характеристики пылевого аэрозоля (дисперсности и концентрации пыли в воздухе). Для реализации этого способа разработаны гидроакустическая форсунка и виброгидроакустический пылеуловитель ПВГ. Применение гидроакустической форсунки ГФ - 3 позволяет повысить эффективность осаждения мелкодисперсной пыли в 1, 36 - 1, 76 раза. Однако ввиду высокой интенсивности звуковых колебаний (до 140 до), а также из-за конструктивных особенностей излучателя гидроакустический способ пылеподавления пока не может быть использован в оросительных устройствах проходческих комбайнов. Он применяется на пунктах перегрузки горной массы, в подготовительных выработках при взрывных работах, в пылеулавливающих установках и т. д.
Высокий эффект пылеподавления (90 %) при уменьшенном е 2 раза расходе воды и давлении на форсунке 2-3 МПа дает орошение водовоздушными эжекторами, благодаря хорошей очистке запыленного воздуха, проходящего через эжектор. Однако водовоздушные эжекторы по конструктивным особенностям не на всех комбайнах применимы, так как загромождают стрелу исполнительного органа комбайна и усложняют проведение выработок малого сечения [ 132 ] .
Для борьбы с выделением пыли в атмосферу выработки испытывалось внутреннее орошение : вода через полые вращающиеся режущие органы комбайна подается непосредственно к режулцей кромке зубков, связывает пыль, не дает ей взвеситься. Давление воды не должно быть слишком низким, чтобы предотвратить засорение форсунок и у'лучшить орошение штыба; при этом тонкого распыления воды не требу'ется [ 75] . Эффек-