Прогноз газообмена и динамический метод расчета количества воздуха для углекислотообильных шахт

• Автор: Ковалев, Роман Анатольевич
• Шифр специальности: 05.26.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 313 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ аварийности углекислотообильных шахт по газовому

фактору

1.2. Инженерные методы прогноза газообильности углекислотообильных шахт.

1.3. Г азообмен угольного пласта с шахтным воздухом

1.4. Теория и практика прогноза газовых ситуаций в горных выработках

1.5. Моделирование газовых ситуаций в горных выработках при снижении статического давления воздуха.
Выводы

Цель работы, идея и задачи исследований

2. ГАЗООБИЛЬНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ШАХТ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИНАМИКИ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЙ
2.1. Основные техникоэкономические характеристики и показатели угольных шахт России.
2.2. Обоснование и выбор в качестве объекта исследований ОАО
ф Прокопьевскуголь.
2.3. Обоснование и выбор в качестве объекта исследований ОАО Мосбасуголь.
2.4. Структура газового баланса и факторы, влияющие на газообильность угольных шахт.
2.5. Динамика газовыделений из различных источников и газовые ситуации в горных выработках.
2.6. Анализ и обобщение результатов шахтных наблюдений газовыделен ия при снижении статического давления воздуха
Выводы.
3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КИ
СЛОРОДА С УГЛЕМ.
3.1. Влияние антропогенной деятельности на баланс кислорода в атмосфере.
3.2. Проявление процессов низкотемпературного окисления угля на шахтах и угольных разрезах
3.3. Физическая модель и математическое описание взаимодействия
кислорода с угольным пластом
3.4. Физическая модель и математическое описание взаимодейст вия кислорода с углем в адсорбере закрытого типа
3.5. Математическое моделирование поглощения кислорода поверхностью обнажения угольного пласта.
3.6. Математическое моделирование поглощения кислорода углем в адсорбере закрытого типа
Выводы
4. КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КИСЛОРОДА С УГЛЕМ
а 4.1. Динамика газового состава в адсорбере закрытого ти
4.2. Способ определения параметров сорбции кислорода уг
т лем.
4.3. Константа скорости сорбции кислорода углем
4.4. Эффективный коэффициент диффузии кислорода в угле
Выводы
5. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА КОЛИЧЕСТВА ВОЗ
ДУХА ПО ФАКТОРУ ПОГЛОЩЕНИЯ КИСЛОРОДА УГОЛЬНЫМИ ПЛАСТАМИ.
5.1. Очистные участки
5.2. Подготовительные выработки
5.3. Усовершенствованная методика расчета количества воздуха и оценка ее адекватности
5.4. Методические положения по расчету количества воздуха необходимого для проветривания очистных и подготовительных участков углекислотообильных шахт.
5.5. Практическая апробация динамического метода расчета количе
ства воздуха для шахт Кузбасса
Выводы
6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОГНОЗНЫХ МОДЕЛЕЙ Г АЗОВЫ ДЕЛЕНИЯ ИЗ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА В
ПЕРИОДЫ ПАДЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ
ф 6.1. Физическая модель и математическое описание динамики концентрации газового состава в шахтном воздухе.
6.2. Математические модели аэрогазодинамики выработанных пространств углекислотообильных шахт
6.3. База данных но Подмосковному бассейну для оценки адекватности математических моделей динамики газовыделений
6.4. Структура системы прогноза динамики газовыделений в горные выработки
6.5. Оценка адекватности усовершенствованной методики прогноза содержания углекислого газа в шахтном воздухе
Выводы
7. ПРОГНОЗ ГАЗОВЫХ СИТУАЦИИ В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ
УГЛЕКИСЛОТООБИЛЬНЫХ ШАХТ.
7.1. Классификация газовых ситуаций в угольных шахтах, разрабатывающих пласты угля с низким содержанием метана.
7.2. Очистные участки углекислотообильных шахт.
7.3. Динамика концентрации углекислого газа на очистных участках
и в подготовительных выработках при постоянном атмосферном давлении.
7.4. Математическая модель процесса вытеснения кислорода из атмосферы горных выработок в периоды снижения атмосферного давления воздуха.
7.5. Математическая модель динамики концентрации кислорода в атмосфере подготовительной выработки.
7.6. Математическая модель динамики концентрации кислорода в атмосфере выработок очистного участка
Выводы.
ш ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Но на этапе низкотемпературного окисления кинетика процесса определяется, главным образом, первыми двумя стадиями. При этом можно выделить два предельных режима протекания взаимодействия кислорода с углем кинетический и диффузионный. При кинетическом режиме скорость протекания первой стадии превышает скорость протекания всех остальных стадий. Диффузионный же режим характеризуется тем, что скорость протекания первой стадии меньше скорости протекания совокупности остальных стадий. Так как скорость всех стадий, за исключением первой, сильно возрастает с увеличением температуры, кинетический режим может быть реализован при сравнительно низких температурах. Следовательно, оценить окислительную активность угля можно по интенсивности поглощения кислорода углем при низкотемпературном окислении, которое реализуется в кинетической области. В лабораторных условиях установка, имеющая адсорбер, конструкция которого должна обеспечивать протекание процесса окисления в кинетической области, неоднократно совершенствовалась для получения более достоверных результатов и снижения трудоемкости . Исследования, выполненные на кафедре АОТиОС ТулГУ, показали, что для проведения эксперимента оптимальный размер частиц угля, находящихся во взвешенном состоянии, составляет 0,,3 мм. Экспериментально установлено, что значение скорости сорбции кислорода кипящем слое в 1, раза выше, а в неподвижном скоплении состав
ляет 0,. Окислительная активность подмосковных углей изменяется от 0, до 1, 3 1с и зависит от петрографического состава, показателей технического анализа и стадии метаморфизма угля. Однако в ходе проведения исследований с помощью данного устройства были выявлены следующие недостатки. Вопервых, изза большого числа соединений оказалось сложно обеспечить герметичность замкнутого контура, по которому циркулирует воздух, а утечка воздуха может быть интерпретирована как малая скорость сорбции кислорода углем. Вовторых, в результате турбулентных пульсаций, создаваемых побудителем расхода воздуха, на переходнике, где должна поддерживаться нулевая точка, то создается избыточное давление, то возникает разрежение, что приводит к смещению нулевой точки, вызывает срабатывание клапана, через который подается кислород в контур, и фиксируется как сорбция кислорода углем. Учитывая данные недостатки, Н. М. Качуриным, Е. И. Захаровым, И. В. Панферовой и В. В. Жучковым было предложено обеспечивать равнодоступность реагирующих поверхностей угольных частиц для кислорода путем их перемещения в адсорбере под действием сил тяжести. Технически это было осуществлено за счет вращения адсорбера с заданной скоростью. Недостатками данной схемы, на наш взгляд, являются значительная продолжительность эксперимента около одного месяца и погрешности при определении расчетным путем объема поглощенного кислорода ввиду пренебрежения возможным выделением продуктов окисления. Прямых измерений состава газовой среды адсорбера закрытого типа с вращающимся барабаном не проводилось, поэтому это интересное в научном и практическом отношениях решение требует дальнейшей доработки. Ископаемые угли хорошие естественные сорбенты по отношению к углекислому газу. Поэтому движение газа в углях происходит одновременно по разным законам в режиме фильтрации и диффузии. Фильтрация является преобладающей формой течения в трещинах и порах, размеры которых значительно больше средней длины свободного пробега молекул. Движущей силой фильтрации является перепад давлений газа в направлении движения. Газовая проницаемость углей углекислотообильных шахт составляет около ми подчиняется логарифмическому нормальному закону распределения , 4. Все эти условия соблюдаются при движении газовых смесей в пластах угля, а также при движении газов в выработанных пространствах углекислотообильных шахт, где породы кровли обычно представлены мелкозернистыми глинистыми песками и песчаными глинами, заполняющими выработанное пространство после выемки угля 5, 1. В периоды падения статического давления воздуха в горных выработках из выработанных пространств углекислотообильных шахт происходит газовыделение. В работе Н.