Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности



жүктеу 0.83 Mb.
бет7/7
Дата07.05.2019
өлшемі0.83 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

В ИГД им. А.А. Скочинского в течение ряда лет проводились исследования дифференциальной пористости ископаемых углей методом внедрения ртути при давлении от 2,5 до 1500 кг/см2, что дает представление о порах радиусом от 3 мкм до 50 А0.

Угли ненарушенной структуры представляют монодисперсный тип, где более половины объема пор занимают микропоры, а содержание переходных пор составляет примерно 30-40 %; на кривой распределения пор по размерам у таких углей виден один максимум в области микропор. В углях нарушенной структуры (к которой отнесено и призабойное пространство) увеличен объем субмакропор при том же объеме микропор и переходных пор, причем относительное содержание переходных пор уменьшается до 20 %; на кривой распределения пор по размерам появляется второй максимум в области субмакропор, т.е. структура становится бидисперсной (рисунок 1).

На основании проведенного анализа средним значением диаметра пор, принимаемым для нашей разработанной квазимодели, является величина порядка 104-105 А0, что соответствует медленной ламинарной фильтрации.

Значения полученных величин проницаемости и макрошероховатости по угольным пластам на основании предложенной модели согласуются с представленными автором работы [6] экспериментальными данными и теоретическими результатами (коэффициент проницаемости порядка 1.5-4.5∙10-14), что позволяет говорить о правомерности применения данной разработанной квазимодели при проведении практических расчетов.

В основу проведения исследований была положена объемная аэродинамическая модель, состоящая из слоев слагающих пласт, основные функциональные зависимости зависят от свойств слоя и пространственного местоположения.



nx,y,z = f(X,Y,Z);

kx,y,z = f(X,Y,Z); (6)

dx,y,z = f(X,Y,Z).

Рисунок 1 – Распределение пор по радиусам у углей нарушенной структуры




Аэродинамические сопротивления (турбулентная и ламинарная составляющие) пластов рассчитываются по зависимостям (4)-(5), с учетом вышеизложенных дополнений.

Расчетная схема объемной аэродинамической модели представляет собой построенную сеточную область квазианалога в трехмерном пространстве 0ХУZ, покрывающую все призабойное пространства.

Ось Х направлена вдоль забоя, ось У – от забоя вглубь массива, ось Z – соответственно вертикально вверх.

Отличительной особенностью разбиения по оси Z (вверх от вынимаемого пласта) является тот момент, что шаг может иметь переменное значение и выбирается равным последовательным мощностям угольных пачек, слагающих пласт (рисунок 2).

Коэффициент проницаемости рассчитывается следующим образом:

(7)

где nх,у,z – пористость в точке с координатами х,у,z;


dх,у,z – средний эквивалентный диаметр кусков массива, м.

Рисунок 2 – Схема расположения слоев, слагающих пласт (по оси Z)

Площадь фильтрации Fф и длина пути фильтрации воздуха lx,y,z определяются как:

Fф = mLxynх,у,z, (8)

lx,y,z = Nxyz / nх,у,z, (9)

где Lxy – размер ячейки, перпендикулярный направлению воздушного потока, ориентированного в системе 0ХУZ сеточной области, соответственно равный ∆Х, если поток направлен вглубь, и ∆У – если направление потока ориентировано по длине забоя;


Nxyz – размер ячейки, по направлению воздушного потока, ориентированного в системе 0ХУZ сеточной области, соответственно равный ∆У, если поток направлен вглубь, равный ∆Х – если направление потока ориентировано по длине забоя, и ∆Z – если направление потока ориентировано по высоте модели;
– ширина элементарного объема, м;
– длина элементарного объема, м;
Z – высота элементарного объема, м;
Nx, Ny и Nz – число элементарных объемов по осям x, y и z;
Ly – размер моделируемой зоны по оси Y, м;
Lx – размер моделируемой зоны по оси X, м;
Lz – размер моделируемой зоны по оси Z, м.

По данным опытов и результатам расчетов корре­ляционная зависимость между коэффициентом макро­шероховатости и средним диаметром кусков модели­руемого массива авторами работы [7] предлагается в следующем виде:



L = 6∙6∙10-2dcp. (10)

Сравнение с данными, полученными в КФ АН СССР, показывает, что установленная зависимость с достаточной точностью может быть использована для инженерных расчетов.

На основании представленных моделей нами разработан и предлагается программный модуль «Form_seti3.exe», позволяющий рассчитывать поле аэродинамических сопротивлений по ветвям сеточной области, покрывающей все призабойное пространство. После его завершения создается текстовый файл «Set3.dat», представляющий собой аэродинамические характеристики модели призабойного пространства, являющийся базой для поведения расчетов по распределению газовоздушной смеси на различных стадиях развития и протекания газодинамического явления впризабойном пространстве.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Христианович С.А. Об основах теории фильтрации // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989. №5. С. 3-18.

2. Гращенков Н.Ф., Петросян А.Э.Б Фролов М.А. и др. Рудничная вентиляция: Справочник / Под ред. к.з. Ушакова. М.: Недра, 1988. 440 с.

3. Айруни А.Т. Основы предварительной дегазации угольных пластов на больших глубинах. М.: Наука, 1970. 79 с.

4. Ермеков М. А., Ортенберг Э. Ш., Калякина Т.Н. Метаноемкость углей и метаноносность угольных пластов Карагандинского бассейна // Аэрогазодинамика и проветривание угольных шахт: Труды ВостНИИ. Том 19. Кемерово, 1973. С. 11-15.

5. Ходов В.В., Яновская М.Ф., и др. Физико-химия газодинамических явлений в шахтах// Коллективная монография. М.: Наука, 1972. 140 с.

6. Акимбеков А.К. Управление метановыделением в выработки угольных шахт путем снижения газопроницаемости прилегающего горного массива. Автореф. дисс … д-ра тех. наук. Алматы, 1996. 288 с.

7. Дмитриев Н.М., Максимов В.М. Определяющие уравнения двухфазной фильтрации в анизотропных пористых средах. М.: Наука, 1990.




УДК 622.453




А.Т. ШАКИРОВ

К вопросу аэродинамики шахт Жезказганского рудного месторождения





В настоящее время Производственное объединение «ЖезказганЦветМет» (ПО ЖЦМ) является одним из крупнейших предприятий в горно-добывающей отрасли Республики Казахстан, объединяющем в своем составе шахты 31/32, 45, 55, 57/57´, 65, 67, 73/75 и Анненский рудник.

Каждая шахта в этом объединении представляет собой отдельный блок со своими специфическими особенностями и свойствами.

Проведенный анализ расположения технических границ шахтных полей, действующих систем вентиляции и разработки позволяет сделать вывод о необходимости более детального подхода к вопросу существующего аэродинамического взаимовлияния между вентиляционными системами смежных шахт.

На рисунке 1 представлена условная схема, позво­ляющая качественно оценить сложившееся положение в рамках данного вопроса. Данные предоставлены научно-инженерным центом горноспасателей Республики Казахстан (НИЦГ РК) и Жезказганским проектным институтом.

Множественность и переплетение аэродинамических связей между шахтами и поверхностью, наличие зон обрушения с неопределенной топологией, неустойчивость проветривания с возможностью изменения (опрокидывания) воздушного потока в зависимости от сезона года – все это говорит о сложности ситуации и необходимости скорейшего решения данной проблемы на основе научно обоснованного подхода.

Целью данной работы является оценка и совершенствование систем проветривания шахт в вышеуказанных сложных условиях.

Проведенная нами серия расчетов осуществлялась на основе методического и программного обеспечения, разработанного в НИЦГ РК по заказу ТОО «Корпорация Казахмыс» [1, 2].

Расчеты распределения воздуха в вентиляционных сетях выполнены по результатам депрессионных съемок на 8 шахтах ПО ЖЦМ, произведенных в период с 2002 по 2006 гг.

По рудникам месторождения, как показал анализ, сложились следующие наиболее тесные аэродинами­ческое связи:

- Восточный рудник (ВЖР) – шахта № 57 и Анненский рудник, в которых поступающий и исходящий потоки воздуха движутся в обоих направлениях;

- Южный рудник (ЮЖР) – шахты № 65 и № 45 имеют фактически единую систему проветривания, а шахта № 67 менее связана с другими;

- Западный рудник (ЗЖР) – шахты № 31/32, № 55 также имеют общие выработки различного технологи­ческого назначения (доставка руды, материалов и т.д.). Результаты расчетов и балансы расходов воздуха (в %) представлены в таблице 1.






Рисунок 1 – Схема аэродинамических связей между шахтами ПО ЖЦМ и с поверхностью


Таблица 1 – Результаты расчетов распределения воздуха в вентиляционных сетях шахтах ПО ЖЦМ

Шахта

Поступающая

Исходящая

Главные воздухоподающие стволы, %

Зоны обру­шения, %

С шахт-связей, %

Главные вентиляционные стволы, %

На шахты-связи, %

№ шахты

%

Кол-во связей

№ шахты

%

Кол-во связей

№31/32

31

54

№ 55

№ 65


№ 45

9

1

5



4

1

1



96

№ 57

№ 55


2

2


2

2


№ 45

35

50

№ 65

15

4

50

№ 65

№ 57


47

3


12

1


№ 55

31

67

№ 65

№31/32


0,5

1,5


1

2


91

№ 65

№31/32


№73/75

2

3

4



2

4

1



№ 57

17

82

№31/32

1

1

79

Анненский рудник

21

23

№ 67

78

8

№ 65

14

9

98

№73/75

2

1

№73/75

81

0

№ 65

№ 55


№ 67

11

5

3



3

2

1



100

-

-

-

№ 65

76

14

№ 45

№ 55


9

1


13

2


86

№ 67

№ 55


№ 45

№31/32


№73/75

7

0,5


3

0,1


3

8

2

3



1

3


Анненский рудник

70

0

№ 57

30

27

100

-

-

-




Анализ результатов расчетов, представленных в таблице 1, показывает, что через связи со смежными шахтами в отдельные шахты поступает до 30 % (Анненский рудник) от общего количества воздуха. Из общего объема воздуха, исходящего из шахт, до 47 % (с шахты № 45 на шахту № 65) направляется в смежную шахту.

Вопрос ликвидации или сохранения сложившихся межшахтных связей не может решаться без детального анализа технологических назначений и необходимости их с производственной точки зрения. Тем не менее сложившаяся ситуация должна быть приведена в соответствие с требованиями параграфа 114 «Единых правил безопасности…» [3], согласно которому «смежные шахты с независимым проветриванием, соединенные между собой одной или несколькими подземными выработками, должны быть изолированы друг от друга прочными вентиляционными сооружениями или все выработки каждой из шахт должны быть включены в общую вентиляционную систему, определяющую направление воздушных струй и количество воздуха, распределяемого по выработкам».

Особо стоит остановиться на проблеме связанной с зонами обрушения, из-за невозможности определения (вычисления) аэродинамического сопротивления обрушенной зоны и, как следствие, регулирования распределения воздуха в шахте.

Подтверждением остроты этой проблемы и необходимости ее решения являются данные таблицы 1. Очевидно, в отдельную шахту через зоны обрушения может поступать от 8 до 82 % (шахта № 57) воздуха на проветривание шахты, через специально пройденные воздухоподающие стволы поступает в шахту от 17 до 81 %.

Этот анализ показывает, насколько актуально стоит проблема с поступлением через зоны обрушения воздуха, который зачастую попадает в действующие забои и выемочные камеры.

Определение составляющих аэродинамического сопротивления является сложной задачей, от корректности решения которой во многом зависит точность расчета количественных параметров поступления воздуха через зоны обрушения. Для их расчета применялись различные модели. Наиболее предпочтительной из них, способной адекватно описывать фильтрационные потоки, считается гидродинамическая модель.

Однако для практических целей необходим метод расчета аэродинамического сопротивления зоны обрушения, базирующийся не на эмпирических формулах, имеющих модельные границы применимости, а на физико-аналитическом подходе к структуре кусковато-пористой среды. Приемлемую для инженерных расчетов точность при определении составляющих аэродинамического сопротивления кусковато-порис­той среды дают формулы (1) и (2) [4].

(1)

(2)

где ρ – плотность газовоздушной смеси, кг/м3;


L – масштаб шероховатости, м;
l – длина пути фильтрации, м;
Fф – площадь фильтрации, м2;
μ – вязкость воздуха кг/с·м;
Кх,у – коэффициент проницаемости, м2.

В этих формулах l, Lф, F и К зависят непосредственно от состояния зоны обрушения, на которое, в свою очередь, влияют физико-механические свойства угля и пород, горно-геологические условия, размеры зоны обрушения, а также временной фактор, определяющий степень слеживаемости обрушенного пространства.

Авторами работы [5] на гидродинамической модели получены некоторые результаты по оценке величин коэффициента проницаемости К и масштаба шероховатости l с последующем расчетом удельных сопротивлений для условий разработки рудных тел.

В диапазоне размеров фракций от 0,5 до 100 мм в зоне обрушения рудных тел значение К меняется от 0,8·10-8 м2 до 3,5·10-4 м2, соответственно, а значение l – от 0,44·10-6 м2 до 2,7·10-2 м2.

Удельные сопротивления при длине пути фильтрации Lф = 1 м и площади фильтрационного потока F = 1 м2 рассчитываются по эмпирическим формулам, полученным на основании результатов моделирования:

для ламинарного движения



(3)

для турбулентного движения



(4)-(5)

Далее, зная по маркшейдерским замерам размеры зоны обрушения, рассчитывают сопротивление всего обрушенного пространства.

Однако эти формулы, доведенные, по мнению их разработчиков, до конкретного применения, требуют проверки и уточнения, учитывающие физико-механические свойства пород обрушения, вычисления размеров каналов движения воздуха с поверхности до рабочих мест для условий шахт Жезказганского рудного месторождения.

В настоящее время при проведении депрессионных съемок, формировании расчетной схемы проветривания шахт и выполнения на ее основе расчетов распределения воздуха в нормальных и аварийных режимах применяется прием замены связи шахтой сети с зоной обрушения «условными» вентиляторами, работающими по некоторой характеристике. Причина использования такого приема объективно заключается в невозможности доступа к зонам обрушения и выполнения необходимых замеров при съемках.

Как показывают предварительные расчеты, выполненные с заменой «условных вентиляторов» пассивными ветвями с приближенно рассчитанными аэродинамическими сопротивлениями, имеются значительные расхождения в распределениях воздуха.

Необходимость проведения теоретических и экспериментальных исследований аэродинамики зон обрушения, в том числе выходами на поверхность, диктуется серьезностью проблем, связанных с невозможностью изоляции этих зон от действующих забоев и рабочих камер, различием характера их воздействий на вентиляционные сети шахт в различные сезонные периоды, а также с пересмотром отдельных позиций планов ликвидации аварий.

Для подобных исследований должны привлекаться методы геомеханики, теории разрушения пород при массовых обрушениях, влияния климатических параметров на направления и величины потоков воздуха через зоны обрушения.

Выводы


1. С целью совершенствования управления проветриванием шахт на Жезказганском рудном месторождении необходимо установить все реально существующие аэродинамические связи между шахтами, провести детальный анализ управляемости вентиляционных сетей и их взаимовлияния, что в конечном итоге позволит разработать комплекс мер по приведению в соответствие с требованиями ЕПБ системы проветривания всех шахт и рудников ТОО «Корпорации Казахмыс».

2. Сложившиеся условия работы и проветривания шахт месторождения с большим количеством зон обрушения с выходом на поверхность требуют проведения теоретических и экспериментальных исследований, направленных на определение аэродинамики этих зон и однозначности их представления при расчетах распределения воздуха в нормальных и аварийных режимах.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методическое и программное обеспечение создания единой системы проветривания шахт ТОО «Корпорация Казахмыс». НИЦГ РК, 2006.

2. Руководство пользователя по эксплуатации программы «Расчета воздухораспределения в ШВС». НИЦГ РК, 2006.

3. Единые правил безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом. М.: Недра, 1977.

4. Гращенков Н.Ф., Петросян А.Э., Фролов М.А. и др. Рудничная вентиляция: Справочник. М.: Недра, 1988. 440 с.

5. Алборов И.О., Худиев Ч.М. / Фильтрация воздуха через зоны обрушения // Известия вузов. Горный журнал. 1990. № 10. С. 64-68.







3  2008






Каталог: wp-content -> uploads -> docs -> trudi%20univer
trudi%20univer -> Пак ю. Н., Шильникова и. О., Пак д. Ю. Методологические аспекты организации самостоятельной образовательной деятельности студентов в контексте госо нового поколения
trudi%20univer -> Проблемы высшей школы
trudi%20univer -> Пак ю. Н., Нарбекова б. М., Пак д. Ю. Компетентностный подход в госо нового поколения и качество образования
trudi%20univer -> Машиностроение. Металлургия Әож 621. 735. 34=512. 122 Ішкі беттерді өңдеуге арналған жайғыш бастиектерінің тозуға төзімділігін арттыру К. Т. Шеров
trudi%20univer -> Пак ю. Н., Шильникова и. О., Пак д. Ю. Состояние и тенденции развития Болонского процесса за рубежом
trudi%20univer -> Ерахтина и. И., Гейдан и. А., Жукова а. В. Активные методы в интенсификации подготовки студентов технических специальностей
trudi%20univer -> Пак ю. Н., Пак д. Ю. Болонский процесс и концептуальные аспекты обеспечения качества высшего образования
trudi%20univer -> Машиностроение. Металлургия
trudi%20univer -> Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7


©kzref.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет