Вы здесь

Контроль пиловибухобезпеки гірничих виробок вугільних шахт за показаннями датчиків концентрації пилу

Автор: 
Ткаченко Сергій Миколайович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
3404U003383
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ ПО ДЛИНЕ ГОРНОЙ ВЫРАБОТКИ

2.1. Общий вид зависимости концентрации угольной пыли от длины горной выработки

Образование, распространение и отложение пыли взаимосвязаны, не постоянны во времени, имеют стохастический характер, обуславливаются техническими характеристиками очистной и проходческой техники, а также свойствами разрабатываемого пласта. Поэтому возникает необходимость в контроле пылеотложения во время эксплуатации объекта (вентиляционного штрека). Этот контроль может быть осуществлен косвенно с помощью непрерывного контроля распространения пыли.
Распространение пыли по длине горной выработки происходит под воздействием конвективного переноса, турбулентной диффузии, гравитационного осаждения и взметывания под действием вентиляционной струи с последующим переносом [60]. При этом концентрацию витающей пыли принято описывать экспоненциальной зависимостью (1.11), эмпирический коэффициент которой учитывает приведенные факторы. Формула (1.11) фактически описывает концентрацию пыли, которая распространяется от точечного источника (сопряжение лава-штрек). При этом не учитывается присутствие дополнительного распространенного источника пыли - запыленной выработки. Экспериментальные данные, приводимые рядом авторов, показывают, что концентрация угольной пыли по длине горной выработки более адекватно может быть описана функцией , которая близка к экспоненциальной [7, 21, 57-63]:

Рис. 2.1. Функция распределения концентрации пыли по длине участка горной выработки.
Как видно из рис.2.1 может быть представлена суммой функций, одна из которых имеет вид (1.11), а вторая (назовем ее ) напоминает асимптоту. Иными словами, полное уравнение динамики концентрации пыли по длине горной выработки с учетом (1.11) имеет вид:

. (2.1)
Функция может быть объяснена присутствием вторичного распределенного по всей длине выработки пылеисточника - отложившейся пыли, которая под действием воздушного потока переходит во взвешенное состояние.
Взметнувшаяся пыль увеличивает показания датчиков концентрации пыли в воздухе. При этом прибор, хотя и показывает реальную концентрацию пыли в точке контроля, с точки зрения контроля пылеотложения содержит погрешность, поскольку измеряемая величина определяется и взметывающейся, и оседающей пылью. Для устранения погрешности необходима коррекция показаний датчика, что обуславливает необходимость получения динамики взметнувшейся пыли. Это, в свою очередь, предполагает исследование процессов взметывания.

2.2. Исследование взметывания угольной пыли

2.2.1. Исследование склонности пыли переходить во взвешенное состояние.
Рассмотрим процессы осаждения и взметывания частиц пылевого аэрозоля. Согласно закону Стокса, более крупные частицы падают с большим ускорением[21, 64]. При этом они образуют турбулентные вихри, которыми могут быть захвачены более мелкие частицы. Последние начнут оседать вслед за крупными примерно с той же скоростью. Часть мелких частиц выходит из-под влияния крупных и способно остаться во взвешенном состоянии. Таким образом, постоянное взаимодействие приводит к коагуляции взвешенных частиц в крупные оседающие конгломераты. Далее, вследствие большой парусности конгломерата, снижения влажности или нейтрализации сковывающих зарядов, осевшие пылевые микроструктуры разрушаются, и частицы вновь переходят во взвешенное состояние. При определенных условиях вследствие значительной интенсивности выноса мелких частиц увеличение расхода воздуха может привести не к снижению, а к возрастанию концентрации пыли в воздухе [42].
Согласно работам В.Н.Воронина, скорость, при которой начинается срыв частиц пыли, составляет около 0,3 м/с [57, 65]. Другие авторы утверждают, что критическая скорость воздуха зависит от площади поперечного сечения выработки и составляет [21, 61, 66]

. (2.2)

Для исследования динамики взметнувшейся пыли интерес представляет скорость, при которой взметывание представляет собой устойчивый процесс. Предложенная В.Н.Ворониным скорость 0,3 м/с только начинает поднимать мелкие фракции с поверхности аэрогеля. При этом более глубоко расположенные частицы слежались и собраны в крупные конгломераты [67]. Таким образом, устойчивый процесс взметывания пыли возможен, если скорость воздуха не ниже, чем показано в (2.2), но это неравество дает допустимый нижний предел, а не величину критической скорости.
В работе [68] предложена эмпирическая зависимость для учета пыли, поднимаемой в воздух из отбитой горной массы , применимая и для взметывания:

, (2.3)
где ? доля пыли, поднимаемой в атмосферу потоком воздуха;
? масса пыли, поднимаемая в атмосферу из отбитой горной массы потоком воздуха, кг;
? масса пыли в отбитой горной массе, кг;
? показатель, обусловленный поступлением в атмосферу пыли вследствие механического воздействия на горную массу;
? масса пыли, поднимаемая в атмосферу при отсутствии внешнего направленного воздушного потока при механическом воздействии на горную массу, кг;
? скорость витания пыли, м/с;
? средняя скорость потока воздуха, м/с;
? коэффициент, определяемый эмпирически.
Для определения коэффициента в [68] предложено воспользоваться зависимостью:

, (2.4)
где ? угол наклона касательной к функции , проведенной из точки (0;?0).
Путем подстановки (2.4) в (2.3) было получено:

. (2.5)
При этом в (2.3) и (2.5) остается не ясным физический смысл коэффициента A и тангенса ?. Чтобы его исследовать, приведем схематическую зависимость доли выдуваемой пыли от скорости воздуха (рис.2.2).
Рис. 2.2. Зависимость доли выдуваемой пыли от скорости воздушного потока.
Из рисунка 2.2 видно, что с повышением скорости воздуха , асимптотически стремится к 1. Поскольку зависимость экспоненциальная, то на оси абсцисс найдётся точка , соответствующая скорос