Вы здесь

Розробка способу підвищення вибухобезпеки на сполученнях лав з вентиляційними виробками при стовповій системі відпрацювання

Автор: 
Грядущий Володимир Борисович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2008
Артикул:
3408U003871
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

Раздел 2
Моделирование распределения газовых потоков и
концентрации метана в тупиковой части
погашаемой вентиляционной выработки
На основании выполненных в работе исследований наиболее опасным является район
сопряжения очистного забоя и вентиляционной выработки и особенно тупик
погашения.
В него поступает вместе с метаном 40 - 90 % утечек воздуха из выработанного
пространства выемочного участка [47,86]. Это создает угрозу формирования
местных скоплений метана и взрывоопасных объемов газовой смеси как в пределах
тупика погашения, так и на сопряжении с ним.
В соответствии с экспериментальными исследованиями [50,87] в погашаемых
выработках, из которых извлекли крепь, образование местных скоплений метана
невозможно, если:
или , (2.1)
где - средний дебит метана в выработанном пространстве, м3/мин;
S - проектная площадь поперечного сечения вентиляционного штрека в свету, м2;
- утечки воздуха через выработанное пространство, м3/мин;
Ст - среднее объемное содержание метана в поперечном сечении тупика
вентиляционного штрека на сопряжении с очистной выработкой, %;
vв - скорость движения воздуха в сечении тупика, м/мин.
В выражении (2.1) величина S фактически не входит, так как скорость газового
потока в тупике принята равной:
, (2.2)
то есть тупиковое пространство представляется выработкой, в которую поступает
вся газовая смесь из выработанного пространства и движется по ней с постоянным
расходом и с конкретным неизменным содержанием метана.
Из (2.1) при характерной скорости движения газовых потоков в тупике vв~1м/с
получается ограничение по концентрации: Ст ? 0,54%. Это не взрывоопасная
концентрация метана, но при условии равномерного распределения газовой среды в
тупиковом пространстве. Следовательно, выражения (2.1) и (2.2) правомерны
только при отсутствии фактора расслоения (стратификации) утечек, что заведомо
исключает возможность формирования местных скоплений метана по мере продвижения
газовой смеси из выработанного пространства в тупик и к окну лавы. Поэтому
условия (2.1) и (2.2) не позволяют анализировать газовую обстановку в
продольных слоях и поперечных сечениях тупика с учетом естественной конвекции,
обусловливающей образование местных скоплений метана.
Практика применения различных способов предотвращения взрывов [32], а также
разработка новых способов - не могут быть научно обоснованы без учета условий
формирования газовой обстановки в тупиковом пространстве вентиляционной
выработки.
Для решения проблем нормализации газового режима на участке необходимо
исследовать закономерности распределения концентрации метана в тупиковом
пространстве с учетом следующих факторов:
- величины притоков метана и воздуха в тупик;
- конструкции сопряжения лавы с тупиком;
- изменение длины тупика в процессе технологического цикла;
- расположение и величины аэродинамического сопротивления ограждающей
перемычки;
- производительности дегазационного трубопровода и расстояния его входного
сечения от завала и кровли тупика.
В данном разделе воздействие перечисленных факторов на газовый режим тупика
исследовалось путем математического моделирования распределения потоков смеси
метана и воздуха в выработанном пространстве и в плоскостях продольного и
поперечного сечений тупиковой части погашаемой вентиляционной выработки.
Результаты проведенных исследований позволяют научно обосновать выбор (или
целесообразность разработки новых) способов предотвращения формирования местных
скоплений метана и взрывоопасных объемов газовой среды в пространстве тупиков,
сопряжений лав и погашаемых вентиляционных выработок.
2.1. Математическая модель процессов массопереноса в тупиковой части погашаемой
вентиляционной выработки
Слоевые скопления метана в тупике создают угрозу формирования взрывоопасных
объёмов (ВО) его смеси с воздухом. В данных исследованиях возможность
формирования ВО в пространстве тупика, его ожидаемое расположение и размеры
определяются по результатам математического моделирования распределения потоков
газовой смеси и содержания (концентрации) в них метана в каждом продольном или
поперечном сечении тупика. Моделирование производится в зависимости от
следующих факторов: величины утечек воздуха и дебита ме­тана в выработанном
пространстве; места возведения ограждающей перемычки; производительности
дегазационного трубопровода и расстояния его входного сечения от завала и
кровли тупика.
Конвективно-диффузионный перенос газовой среды в произвольном объёме тупикового
пространства рассматривается в проекциях u и V (в м/c) вектора скорости
газового потока на плоскость вертикального продольного сечения тупика (рис.
2.1). Пространственные координаты x и z (в м) отсчитываются от завала тупика –
в горизонтальном направлении и почвы тупика – в вертикальном направлении.
Принято, что утечки воздуха с примесью метана, поступают в тупик через его
завал и бок, непосредственно примыкающий к выработанному пространству.
Считается, что градиенты давления развиваемого вентилятором в продольном и
вертикальном направлении указанной плоскости существенно превышают динамическое
давление струй утечек в поперечных сечениях тупика (у непроницаемого для утечек
бока тупика, противоположного выработанному пространству, градиент
динамического давления и скорость струи – нулевые). Это позволяет учитывать
воздействие на газовый режим тупика как депрессии вынужденной конвекции
(принудительное проветривание), так и естественной [88], обусловленной
различием плотности воздуха и метана.

Рис. 2.1. Схема поступления утечек воздуха из в