Активное воздействие на взрывоопасные области и очаги горения в угольных шахтах и его математическое обоснование

• Автор: Палеев, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 294 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Особенности газовой динамики подготовительных выработок и выработанных пространств
1.2. Анализ дистанционных способов воздействия на взрывоопасные области и очаги горения в угольных шахтах
1.3. Распространение ударных волн в горных выработках
1.4. Цель и задачи исследования
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПАРОВ
ГАЛОИДОУГЛЕВОДОРОДОВ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕТИ И ВЕНТИЛЯТОРА
2.1. Математическая модель транспортирования паров галоидоуглсводородов по вентиляционному трубопроводу
2.2. Транспортирование паров галоидоуглеводородов по горизонтальному трубопроводу
2.3. Транспортирование паров галоидоуглеводородов по наклонному трубопроводу
2.4. Влияние прогрева вентиляционного трубопровода на транспортирование паров галоидоуглеводородов в зону очага пожара
2.5. Стендовые исследования
Выводы
3. ОПТИМАЛЬНЫЕ ФЛЕГМАТИЗИРУЮЩИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ
ГАЛОИДОУГЛЕВОДОРОДОВ ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ПЛАМЕННОГО
ГОРЕНИЯ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВЗРЫВОВ В ШАХТАХ
3.1. Методика проведения лабораторных исследований
3.2. Исследование флегматизации метановоздушных сред парами хладона 114В2, бромистого этила и их смесей
3.3. Исследование флегматизации метановодородовоздушных сред парами хладона 114В2, бромистого этила и их смесей
Выводы

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДИФФУЗИОННО-
ФИЛЬТРАЦИОННОГО ДВИЖЕШ1Я ГАЗА В ВЫРАБОТАННЫХ
ПРОСТРАНСТВАХ КРУТЫХ ПЛАСТОВ
4Л. Обоснование перехода к двумерной модели фильтрации газа в
выработанном пространстве
4.2. Физическое и математическое обоснование аналитического выражения сил сопротивления в пористой среде
4.3. Анализ уравнений фильтрации и состояния газа
4.4. Математическая модель диффузионно-фильтрационного движения метановоздушной смеси
4.5. Алгоритм и методика расчёта
4.6. Проверка адекватности математической модели
Выводы
5. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЩИТОВОГО УЧАСТКА
5.1. Математическая модель газодинамических процессов в выработанном пространстве щитового участка
5.2. Особенности диффузионно-фильтрационного течения в выработанном пространстве щитового участка
5.3. Влияние интенсивности метановыделения и глубины опускания рабочего щита на величину утечек в выработанное пространство
5.4. Функциональная зависимость утечек через щитовые перекрытия
Выводы
6. ПОТЕНЦИАЛЬНО ВЗРЫВООПАСНЫЕ ОБЛАСТИ В
ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ЩИТОВОГО УЧАСТКА
6.1. Влияние интенсивности метановыделения на формирование взрывоопасных областей
6.2. Воздействие вентиляционных параметров на размеры взрывоопасных областей
6.3. Размеры и особенности расположения взрывоопасных областей в .зависимости от свойств вмещающих пород
Выводы

7. АКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ СИТУАЦИЕЙ В ВЫРАБОТАННОМ ПРОСТРАНСТВЕ
7.1. Принцип управления газодинамическими процессами при локализации очагов эндогенных пожаров. Математическая
модель
7.2. Управление фильтрационным потоком с помощью пенных завес
7.3. Управление фильтрационным потоком с помощью пенных завес
и газоотсасывающих скважин
7.4. Управление фильтрационным потоком с помощью газоотсасывающих скважин
7.5. Управление фильтрационным потоком с помощью пенных завес, азотоподающих и газоотсасывающих скважин
7.6. Газодинамическая ситуация в выработанном пространстве при наличии очага эндогенного пожара
Выводы
8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ
УДАРНЫХ ВОЛН ПО СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
8.1. Математическая модель распространения ударных волн по сети горных выработок
8.2. Сравнение расчётных и экспериментальных коэффициентов затекания ударных волн при проходе ими местных сопротивлений горных выработок
8.3. Сравнение с существующей методикой
8.4. Моделирование взрыва на аварийном участке
8.5. Прохождение ударных волн по горным выработкам с учётом локальных скоплений метана по пути перемещения
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

где тк - масса капли, кг; о> - угловая скорость, рад/с; Я - радиус вращения, м, Отрыв капли произойдёт при равенстве центробежной силы силе поверхностного натяжения, удерживающей каплю у кромки лопасти. Эта сила равна
Р = 2жга, (1.5)
п.н 4 ’
где г - радиус капли, м; о - коэффициент поверхностного натяжения, н/м.
Подставляя в (1.3) значения
т1 = -яг'р, со = 2тсп , (1-6)

где р - плотность жидкости, кг/м3; п — число оборотов вентилятора, об/с, и приравнивая полученное выражение с (1.4), получим значение радиуса образующихся капель
г = I—ъгг- . (1.7)
у 8 р?г п И
Радиус нагнетательного колеса вентилятора СВМ-5М равен 0,25 м, высота лопастей 0,05 м, п = 3000 об/мин, коэффициент поверхностного натяжения для бромистого этила а — 24,15‘ 10“3 н/м [111], плотность р = 1455 кг/м3. Подставив эти значения в (1.7), получим для радиусов отрыва Я = 0,25 м и К2 = 0,2 м следующие радиусы образующихся капель: г = 32 мкм, г2 = 36 мкм, время полного испарения которых можно вычислить по соотношению Лен-гмюра [107]:

21) тг с0
где р - плотность бромистого этила, кг/м3; т2 - масса молекулы бромистого этила, кг; с0 - концентрация насыщенного пара, молек./м3; В - коэффициент диффузии пара, м2/с; г - радиус капли, м; 1 - время, с.
Подставляя в (1.8) значения Б = 0.0533-10'4 м2/с; т2 = 182,03-10'27 кг; с0 = 126,3-1023 м‘3 для радиусов капель г и г2, получим: Ц = 0,059 с, /2= 0,075 с.
Учитывая, что капли после отрыва от кромок лопастей вентилятора будут двигаться в закрученном высокотурбулентном потоке и под действием центробежных сил частично отбрасываться на стенки вентиляционного трубопровода, наряду с быстрым испарением капель, будет наблюдаться их частичная коагуляция и образование на стенках трубопровода тонкого пограничного слоя жидкого флегматизатора. Поэтому действительный процесс