Разработка научно-обоснованной методики проектирования схем вентиляции тупиковых комбайновых забоев выработок, проходимых в условиях повышенной газообильности

• Автор: Любомищенко, Екатерина Игоревна
• Шифр специальности: 25.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 158 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Технологические основы повышения риска взрывоопасности ме-
танопылевоздушных смесей и угольной пыли при работе проходческого комбайна
1.2. Анализ учёта требований безопасности и технологии проведения
тупиковых выработок при проектировании параметров вентиляции на шахтах
1.3. Анализ исследований факторов взрывоопасности угольной пыли и 21 метана при проведении подготовительных выработок комбайнами.
1.4. Постановка задачи исследований
ВЫВОДЫ
2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАКТОРОВ РИСКА 32 ВЗРЫВООПАСНОСТИ МЕТАНОПЫЛЕВОЗДУШНЫХ СМЕСЕЙ
ПРИ РАБОТЕ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА
2.1. Исследование влияния характеристик рабочих органов проходче-
ских комбайнов на образование взрывоопасных фракций угольной пыли и на выбор параметров вентиляции
2.2. Закономерности выноса взрывоопасных фракций угольной пыли за
пределы нахождения вероятных источников тепловой энергии в призабойном пространстве
2.3. Исследование влияния увеличения плотности в метановоздушной
смеси на снижение нижних концентрационных пределов воспламеняемости и взрываемости
2.4. Исследование влияния физических процессов в исходящих мета-
новоздушных потоках при обтекании нагретых препятствий на изменение молярной концентрации метана и параметры вентиляции
ВЫВОДЫ
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 60 ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ПОТОКОВ ПРИ НАХОЖДЕ-

НИИ ПРОХОДЧЕСКОГО КОМБАЙНА В ПРИЗАБОЙНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
3.1. Теоретическое обоснование закономерностей изменения парамет-
ров струи воздуха в нагнетательном трубопроводе
3.2. Методика экспериментальных исследований
3.3. Экспериментальные исследования закономерностей изменения и
потерь динамического и избыточного давления в вентиляционных потоках при подаче воздуха к забою выработки
3.4. Аналитический расчёт давления вентилятора при напорной подаче 78 воздуха в тупиковый забой выработки
3.5. Энергетическое обоснование эффективности доставки свежего воз- 82 духа к забою и концентрации метана при обтекании плоскости забоя
выработки
ВЫВОДЫ
4. РЕКОМЕНДУЕМАЯ МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМЫ
ВЕНТИЛЯЦИИ ТУПИКОВЫХ КОМБАЙНОВЫХ ЗАБОЕВ С УЧЁТОМ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ В МЕТАНОПЫЛЕВОЗДУШНЫХ ПОТОКАХ
4.1. Концепция проектирования схемы вентиляции, обеспечивающей
предотвращение взрывов метана и угольной пыли в забоях тупиковых выработок
4.2. Методика расчёта параметров схемы вентиляции тупиковых выра-
боток при работе проходческого комбайна
4.3. Реализация методики проектирования схемы вентиляции тупико-
вой выработки на шахтах
4.4. Экономическая и социальная эффективность применения методики
проектирования схемы вентиляции тупиковых комбайновых забоев с учётом физико-химических изменений в метанопылевоздушных потоках
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Актуальность темы исследования. Для обеспечения конкурентоспособности угледобывающих предприятий в современных экономических условиях возрастают требования к принимаемым проектным техническим решениям на стадии проектирования вновь строящихся, реконструируемых шахт и работ для поддержания производственной мощности. На стадии проектирования принимаются наиболее современные технические решения, которые должны повысить технико-экономические показатели. Проектирование горнопроходческих работ производится из условия повышения темпов подготовки очистной выемки и повышения производительности проходчиков. Неотъемлемой частью технического проекта является проект вентиляции забоя выработки во время проходческих работ. В настоящее время на шахтах ОАО «СУЭК» применяют высокопроизводительные проходческие комбайны. Повышение эффективности проведения подготовительных выработок диктуется необходимостью концентрации очистных работ с переходом на технологические схемы «лава-шахта». Увеличилась длина выработок до 2500 м. Опыт реализации проектных решений на шахтах ОАО «СУЭК» показал, что темпы проведения выработок высокопроизводительными комбайнами значительно ниже их технических возможностей. Одной из причин снижения темпов проведения выработок является недостаточное обеспечение свежим воздухом метанообильных забоев выработок. Повышение интенсивности работы комбайнов приводит к резкому увеличению концентрации горючей метанопылевоздушной смеси, что необходимо учитывать на стадии проектирования схемы вентиляции. По этой причине на шахтах Кузбасса в период с 2000 г. произошло 18 взрывов метанопылевоздушной смеси в подготовительных выработках, а на выемочных участках - 13. Причинами воспламенения было электрооборудование в 32 случаях и фрикционное трение при работе комбайна - в 9 случаях. Анализ методической базы проектирования показал, что концепция вентиляции не учитывает физических процессов в метановоздушных потоках в ограниченном пространстве подземных выработок и базируется на закономерностях, по-

у - плотность угля, т/м
После подстановки значений V и Б получаем
АтеоР = 157 • /к • Вср • ш • пк • 1,57 • И • у,т/мин. (2.2)
После подстановки (2.1) в (2.2) получим теоретическую производительность комбайна (т/мин)
Атеор = ,51 -Е-1к - к-у.
Для сравнения пылеобразующей способности комбайнов в табл. 2.2 приведены значения интегральных показателей Е.
Зная параметры керна резца, можно определить объём и массу разрушенных фракций угля комбайном. На рис. 2.1 приведена принципиальная схема разрушения горного массива. Замеры на шахтах показали, что параметры борозды зависят от размеров керна и прочности угля в пласте. При работе комбайна КП-21 на пласте 50 крепостью {= 1 ед. по шкале профессора Протодья-конова оставленные борозды имеют форму кернов применяемых резцов РС-33 и РС-38. У кернов диаметром 18 мм высота конусной части у основания державки равна 9 мм. Ширина борозды а изменяется от 16 до 24 мм, а глубина борозды Ь - от 8 до 12 мм. При работе комбайна АМ-75 с резцами РС-38-77/18 с кернами диаметром 18 мм размеры борозды превышали параметры керна и составляли: ширина а = 25 мм, глубина Ь = 20 мм.
Таблица 2.2 - Расчётные значения интегрального показателя пылеобразующей способности комбайнов
Комбайн Количество резцов в коронке, m Число оборотов коронки, Пк, 1/мин Средний диаметр коронки, Z?CD, м Интегральный показатель пылсобразующей способности Е, м/мин
1ГПКС 26 55 0,78 1
КП21 36 50 0,77 2
П110* 2x43 45 0,9 2744/5
JOY12CM 77 60 1,034 7
* - первое значение выделения пыли при работе комбайна П110 при разрушении массива горизонтальными слоями, а второе значение - при разрушении вертикальными слоями.