автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Методическое обоснование и разработка системы пароконденсационного способа профилактики взрывов угольной пыли

~ 0 .ч 11 »:*"!

На правах рукописи

БЕЛ ОЗЕРОВ ВладиславАлексеевнч

МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПАРОКОНДЕНСАЦИОННОГО СПОСОБА ПРОФИЛАКТИКИ ВЗРЫВОВ УГОЛЬНОЙ ПЫЛИ

Специальность 05.26.01 Охрана труда

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в производственном объединении по добыче угля "Воркутауголь" государственной компании "Росуголь" Министерства топлива н энергетики Российской Федерации и в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете).

Научный руководитель:

доктор технических наук профессор Ю.В.Шувалов.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор О.Н.Русак,

кандидат технических наук В.В.Соболев.

Ведущее предприятие: ВНИМИ.

Защита диссертации состоится 1997 г. в

13 ч 15 мин. на заседании диссертационного совета Д.063.15.11 при Санкт-Петербургском горном институте им.Г.В.Плеханова по адресу: 199026 Санкт-Петербург, В-26, 21-я линия, д.2 в зале № 2 (портретная галерея).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан. (ВЯ ях&рт??^ 1997 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ¡Ц ¿%/А, диссертационного совета А.Н.МАКОВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Угольная промышленность России принадлежит к числу ведущих сырьевых отраслей, обеспеченных запасами на многие сотни лет при широком спектре использования полезного ископаемого. В то же время добыча наиболее ценных углей связана с подземным способом, отличающимся высокой опасностью проявления многочисленных негативных факторов, результатом чего является высокая аварийность производства (до 70% всех аварий I и II категории в добывающих отраслях) и травматизм, в 2-5 раз превышающий средние значения по стране и в мире.

Основные аварии связаны с пожарами (до 70%), обрушениями пород (10-12%) и взрывами пыли и газа (10-12%), при этом последние представляют наибольшую опасность для людей (20% всех смертельных случаев на шахтах в 1993 г.). Вероятность воспламенения пыли и газа в выработках шахт находится в пределах от 0,001 1/год (вентиляционные штреки) до 0,02-0,05 1/год (подготовительные и очистные забои).

Многочисленные случаи возгораний и взрывов угольной пыли и газа, количественно уменьшающиеся на шахтах отрасли в целом и Печорского каменноугольного бассейна в частности, в связи с внедрением новых способов и средств профилактики, тем не менее, продолжают оставаться главной причиной гибели и травматизма людей, значительного материального ущерба. Одним из основных перспективных направлений в решении этой проблемы является увлажнение угля на всех этапах технологического процесса с использованием технических средств, обеспечивающих максимальную эффективность и надежность профилактических мер при минимальных расходах воды и трудоемкости осуществления.

Большой вклад в решение проблемы борьбы с взрывами пыли и газа на угольных шахтах внесли:

.А.Скочинский, В.Б. Комаров, Н.И.Линденау, А.И.Ксено-фонтова, A.C. Бурчаков, Б.Ф.Кирин, М.В.Воронин, И.Г.Ищук, В.С.Сергеев, Л.Я.Лихачев, В.В.Кудряшов, А.А.Мясников, С.П.Старков, А.А.Трубицын, В.И. Саранчук, Е.И.Онтин, М.И.Нецепляев, П.М. Петрухин, и многие другие.

Цель работы

Повышение уровня взрывобезопасности горных выработок угольных шахт производственного объединения «Воркутауголь».

Идея работы

Перевод аэрогелей и аэрозолей угольной пыли во взрывобезопасное состояние, преимущественно на участках выработок, не доступных для традиционных способов профилактики, путем увлажнения их пароконденса-том, выпускаемым из генератора в поток вентиляционной струи.

Задачи исследований

В соответствии с поставленной целью в работе решены следующие задачи:

1.Изучение условий и причин возникновения взрывов пыли на угольных шахтах Воркутского месторождения.

2.Выбор перспективного способа управления безопасностью горных выработок по пылевому фактору.

3.Изучение условий формирования термовлажностного и пылевого режима выработок.

4.Создание безопасной конструкции шахтного мобильного парогенератора.

5.Исследование динамики движения пароконденсата в горных выработках и разработка методики прогноза термовлажностного режима выработок.

6. Исследование влияния влаги на взрывоопасность

угольной пыли шахтопластов Воркутского месторождения.

7.Разработка методики расчета параметров пароконден-сационного способа профилактики взрывов аэрогелей угольной пыли. 8.Оценка эффективности применения иароконденеацион-ного способа увлажнений аэрогелей угольной пыли и профилактики взрывов.

Методы исследований Основными методами исследований являлись критический обзор и анализ литературных данных, изучение в натурных условиях термовлажностного и пылевого режима горных выработок, лабораторные и натурные исследования процессов сушки и увлажнения аэрогелей угольной пыли, аналитические разработки методических основ прогноза термовлажностного режима выработок, стендовые и натурные испытания конструкции парогенератора.

Защищаемые научные положения

1. Большинство горных выработок угольных шахт Вор-кутинского месторождения являются взрывоопасными в результате стабильного осаждения в труднодоступных для профилактических мер местах аэрогелей угольной пыли.

2. Перспективным и эффективным способом профилактики взрывов аэрогелей угольной пыли является их увлажнение пароконденсационным способом.

3. Направленное снижение удельного влагосодержания вентиляционной струи по пути ее движения в выработках позволяет обеспечить нормативный уровень запыленности воздуха и увлажнения аэрогелей угольной пыли.

4. Разработанная конструкция парогенератора на основе гидромуфты является безопасным и эффективным средством управления процессами . массообмена в горных выработках.

Достоверность защищаемых положений, выводов и рекомендаций

Достоверность положений, выводов и рекомендаций подтверждается их обоснованностью анализом современных исследований, выполнением лабораторных и натурных проверок предложенных аналитических и эмпирических зависимостей, практической реализацией результатов работы и получением положительных заключений официальной экспертизы в форме патентов на изобретения, подтвержденных инструктивных материалов и пр.

Научная новизна

Научная новизна результатов исследований заключается в установлении качественной и количественной зависимости интенсивности образования и осаждения аэрозолей угольной пыли от направления и изменения удельного влагосодержания воздуха в горных выработках; выявлении количественной зависимости взрыво-опасности угольной пыли от ее влажности и времени перевода во взрывобезопасное состояние при выпуске в вентиляционную струю пароконденсата с заданными параметрами.

Практическая значимость работы

В результате выполненных исследований:

1. Разработана и реализована конструкция безопасного шахтного мобильного парогенератора.

2. Разработаны методики выбора параметров системы конденсационного увлажнения аэрозолей и аэрогелей угольной пыли.

3. Установлены параметры процесса увлажнения аэрогелей угольной пыли для перевода их во взрывобезопасное состояние.

4. Оценена эффективность системы пароконденсационной профилактики и область рационального ее применения на шахтах ПО «Воркутауголь».

Реализация результатов работы

Результаты работы использованы институтом Пе-чорНИИпроект и шахтами ПО «Воркутауголь» при планировании комплекса мероприятий по профилактике взрывов угольной пыли и газа. Рекомендации по использованию системы пароконденсационного увлажнения аэрогелей угольной пыли вошли в бассейновую инструкцию по профилактике взрывов. Ряд положений работы используется в учебном процессе при чтении курса « Безопасность жизнедеятельности ».

Личный вклад автора диссертационной работы

Личный вклад автора диссертационной работы заключается в постановке задач и разработке методик исследований, организации сбора информации по пылев-зрывоопасности шахтопластов Воркутского месторождения, предложению способа увлажнения и конструкции парогенератора, участия в выполнении лабораторных и шахтных исследований увлажнения-сушки пыли и оценке эффективности работы парогенератора, разработке методических положений по выбору параметров системы профилактики взрывов отложений угольной пыли.

Апробация работы

Основные положения работы в целом и отдельные предложения были доложены и обсуждены на заседаниях технико-экономического совета ПО «Воркутауголь», на Коми республиканских семинарах в г. Сыктывкаре (1991, 1992 гг.), на международном симпозиуме по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства (Санкт-Петербург, 1993 г.), на Международном симпозиуме «Горное дело в Арктике» (Санкт-Петербург, 1994 г.), Международном симпозиуме «Топливно-энергетические ресурсы России и других стран СНГ» (Санкт-Петербург, 1995 г.) и др.

Публикации

Основные положения диссертации и результаты исследований, связанные с методическими основами увлаж-

нения аэрозолей и аэрогелей пароконденсационным способом и результатами испытаний системы профилактики взрывов опубликованы в 6 научных работах. Конструктивные особенности способа профилактики взрывов и устройства парогенератора нашли отражение в двух патентах на изобретения. Методические положения по применению способа профилактики взрывов были изложены в бассейновой инструкции и лабораторной работе по курсу «Безопасность жизнедеятельности» (СПГГИ (ТУ)).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложена на 181 страницах машинописного текста, включает 28 рисунков, 27 таблиц и список литературы из 80 наименований.

В первой главе оценены горнотехнические условия выработок шахт Воркутинского месторождения по пылевому фактору, дан анализ профилактических мероприятий по борьбе с взрывами и сделаны выводы о перспективности применения способа увлажнения угольной пыли и его совершенствовании.

Во второй главе выполнен критический анализ опыта конденсационного пылеподавления и увлажнения и конструкций парогенераторов применительно к конкретным условиям шахтопластов Воркутского месторождения.

В третьей главе изложены теоретические основы конденсационного пылеподавления и увлажнения аэрогелей угольной пыли, результаты лабораторных и шахтных испытаний и аналитических методик оценки влажности и взрывчатости угольной пыли.

В четвертой главе приведены методические положения расчета параметров шахтного парогенератора, методика и результаты стендовых испытаний.

В пятой главе оценена эффективность применения пароконденсационного способа увлажнения аэрогелей в шахтных условиях и на основе технико-экономического сравнения с аналогами.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях.

1. Большинство горных выработок угольных тахт Воркутского месторождения являются взрывоопасными в результате стабильного осаждения в труднодоступных для профилактических мер местах аэрогелей угольной пыли.

Основные разрабатываемые и перспективные угольные пласты Воркутинского бассейна: Мощный (П14+12+11), Тройной (П14+13+12), Четвертый (пп), Пятый (П7), наиболее выдержаны по мощности (от 3,0-4,2 м; 2,5-2,7 м; 1,41,7 м до 0,9-1,1 м), являются коксующимися (марка 1Ж) с содержанием серы около 0,6%, выходом летучих 3137%, зольностью от 12% (п7,пц) до 20-21%. Естественная влажность углей 2,0-4,3%, пылеобразующая способность до 1100 г/'т, нижний предел ззрываемости пыли 40-45 г/м3. Склонность к самовозгоранию отмечена лишь у отдельных прослойков в почве пласта (144+13+12).

Отрабатываемые запасы углей Воркутского месторождения сосредоточены главным образом в полях шахт «Заполярная», «Комсомольская», «Воркутинская», «Северная», разрабатывающих пласты на глубинах до 1000 м и отнесенных к сверхкатегорийным по газу и пыли. Средняя газообильность по месторождению 30 м3/т, достигает на отдельных пластах до 60-96 м3/т.

На шахтах принят всасывающий способ проветривания с прямоточными схемами на участках, подсвежением исходящей струи и выпуском ее по поддерживаемой выработке на границе массив-выработанное пространство (бесцеликовая схема отработки столбов). Атмосферный воздух в холодный период года (60-70% времени) подогревается до 5-8°С перед подачей в стволы.

Высокая газоносность пластов и пылевзрывоопас-ность явились причинами вспышек и взрывов газа и пыли, часто переходящих в длительные пожары. За последние 8 лет имело место около 10 крупных аварий, связанных с возгоранием газа и пыли в горных выработках

шахт ПО «Воркутауголь», а также ряд аварий в аналогичных условиях на шахтах Кузбасса, Караганды и других бассейнов.

Анализ пожаро-взрывоопасности выработок шахт Воркутского месторождения был выполнен на основе натурных исследований в форме маршрутных тепловых съемок по методике СПГГИ (ТУ) одновременным отбором проб пыли и количественной оценкой ее отложений. Исследования проводились на шахтах «Юр-Шор», «Аяч-Яга», «Центральная», «Северная», «Комсомольская», «Воркутинская» по сети воздухоподающих выработок от околоствольного двора до очистных забоев и далее по вентиляционным выработкам с исходящей струей (рис.1).

В результате исследований установлены общие закономерности изменения термовлажностного режима выработок, характеризующиеся стабильным ростом температуры 1;, относительной влажности воздуха <р и его влагосодержания (1 на всем пути от околоствольного двора до конца очистной выработки (значения t до 10^18°С, <р - 90-ь95%, с! - 7-н14 г/кг) с последующей стабилизацией их значений в горизонтальных вентиляционных выработках или снижением 1; и <1 в восстающих. Основная часть выработок в продолжение всего года находится в условиях сушки окружающего их массива, что способствует поддержанию низкой влажности отложений угольной пыли на уровне равновесного гигроскопического влагосодержания с воздухом (2-3%).

Наличие мощных источников пылеобразования в выработках, связанных с транспортированием угля, формирует отложения сухой пыли, наиболее взрывоопасных фракций (до 30-50 мкм), в труднодоступных для профилактической обработки местах (пространства за крепью и конструктивными элементами сооружений в горных выработках), количественно превосходящие пределы взры-воопасности (40 г/м3) и потенциально опасные по возгораниям, взрывам и детонации аэрозолей.

П, мг/м3 120

500

4-

х

1000

1^00 ' 2(1

I

конвейерный штрек 613-ю пл. IV вент, бремсберг 532-ю лава 613 Ь, М

2000 2500

3000

Рие.1. Термопылевая карта выработок шахты «Воркутинская».

2. Перспективным и эффективным способом профилактики взрывов аэрогелей угольной пыли является их увлажнение парокондеисационным способом.

Анализ современных способов и средств борьбы с пылью свидетельствует о максимальной эффективности и практическом применении мокрых способов со стремле-

нием к высокой эффективности связывания тонких фракций, снижению расхода и давления воды, технологической простоте и компактности, устойчивости и надежности функционирования, отсутствию влияния на устойчивость вентиляционной сети выработок.

На шахтах Воркутского месторождения основными способами борьбы с пылью являются: предварительное увлажнение пластов (удельный расход воды 10 л/т), увлажнение при работе выемочных и погрузочных* машин (30-40 л/т) в местах погрузки и перегрузки угля (5 л/т). Пылевзрывозащитными мероприятиями в выработках являются: побелка известково-цементным раствором с периодичностью в 2-3 месяца (расход воды 10-40 м3), обмывка водой с смачивателем ДБ периодичностью от одного раза в месяц до нескольких месяцев (7-50 м3), туманообразующие завесы (удельный расход воды 0,1 л на 1 м3 воздуха), водяные и сланцевые заслоны (400 л воды или 400 кг инертной пыли на 1 м2 сечения выработки) и осланцевание (периодичность 1 раз в несколько месяцев с расходом пыли 2-3 кг на 1 м выработки).

Общая протяженность защищаемых выработок на шахтах в среднем около 100 км, из них осуществляется побелка - 20 км, осланцевание - 10 км, обмывка - 72 км. Расход воды на защитные мероприятия более 400 тыс. м3 в год (150 м3/сутки), годовые затраты около 2,5 млн. усл.ед.

Значительные масштабы проводимых мероприятий не обеспечивают нормативные параметры и пылевзрыво-защиту горных выработок, результатом чего являются вынужденные нарушения технологического процесса и простои по пылевому фактору, достигающие 5-25% в сутки, а остаточная запыленность выработок вблизи источников пылеобразования в 3-10 раз превышает ПДК. Исследования свидетельствуют о высоких уровнях интенсивности пылеотложений мелких фракций (до 30 мкм) в этих выработках, достигающих 70-1000 г/м3-сут.

Сокращение затрат и повышение эффективности управления пылевым режимом может быть достигнуто путем интенсивного осаждения влаги из водного аэрозоля, движущегося с вентиляционным потоком по выработкам и имеющего аэродинамические характеристики, сходные с аэрозолем угольной пыли.

Исследования Б.В.Деркжного, М.Л.Михельсона, A.A. Скочинского, Л.И.Барона, А.И.Агошкова, М.М.Сме-танина и др. показали высокую эффективность пароконден-сационного увлажнения и коагуляции аэрогелей угольной и соляной пыли, обеспечивающих обеспыливание воздушных потоков с показателем эффективности, превышающим традиционные мокрые способы улавливания пыли. По расчетам Ю.Д.Дядькина конденсационное смачивание особенно эффективно для основной массы пьтлевых частиц в облаке (80%) диаметром менее 10 мкм, способных увеличить свою массу в 100 и 1000 раз.

При образовании аэрогелей и аэрозолей угольной пыли в выработках шахт, необходимые условия их увлажнения и лылеподавления формируются при изменении влагосодержания воздуха d на участке конденсационного пылеподавления в пределах 0,04-0,25 г/кг. Эти параметры могут быть достигнуты как естественным путем, в части выработок с выпадением влаги из воздуха (вентиляционные восстающие выработки шахт), так и искусственным переувлажнением вентиляционной струи пароконденсатом или перегревом ее с насыщением влагой.

Для условий глубоких горизонтов шахт Воркуты связь влагосодержания насыщенного паром воздуха от его температуры t и глубины расположения выработки Н выражается зависимостью:

d„ 1/(1 + 0,00018-Н)1,22ехр{[(360 + 18,7t)/(236 + t)]1 - 0,0016}

Искусственное перенасыщение вентиляционной струи влагой в парообразном или пароконденсатном состоянии может быть обеспечено с использованием шахтных кондиционеров конструкции ВостНИИ или перенос-

ных парогенераторов СПГГИ (ТУ). В первом случае необходим значительный перегрев воздуха на начальном участке концентрации, рассчитываемый по разработанной аналитической методике, реализованной в программе на ПЭВМ (до 10-16°С от начальной), а расход тепла достигает 1-4 млн. кДж/ч на единичный участок (100-250 м).

Более рациональным является искусственное поддержание стабильно высокой относительной влажности воздуха (95%) на защищаемом участке с периодическим переувлажнением воздуха за пределами dH путем выпуска в струю пароконденсата.

Исследования влияния влаги на взрывоопасность угольной пыли, проведенные Н.Н.Семеновым, В.Цыбульс-ким, А.М.Быковым, М.Й.Нецепляевым, В.И.Мамаевым и др. позволяют утверждать, что ее роль значительно выше других инертных добавок и определяется не только высокой теплоемкостью, но также коагуляцией агрегатированием пыли и скрытой теплотой испарения, поглощающей тепло при интенсификации процесса окисления.

Таблица 1.

Расчетная производительность генерации пара на участке профилактики (расход воздуха 50000 кг/ч)1

Температура Расход пара (кг/ч) при показателе цикличности

воздуха, °С "ГпАконл.

1 2 3

6 21 41 71

8 22 42 72

10 26 58 103

12 29 59 110

14 34 76 130

16 38 78 138

18 41 80 142

1 При поддержании высокой относительной влажности на участке в период хс расход пара в период тк сокращается на 30% и более.

Проведенные аналитические исследования теплового баланса аэрозолей угольной пыли в процессе окисления позволяют приближенно оценить роль влаги на рост температуры (ЛТ) при действии точечного источника тепла (д) про сравнению с удельным содержанием горючих компонентов (твердого Уг, и газообразного Угг) и золы Ас.

ДТ я Ч/(УГ + Угг + 2АС + 4^У)Ю3 Анализ экспериментальных данных по взрывчатости углей Кузбасса и лабораторные исследования влияния влажности на изменение длины пламени (Ьпл) навесок угольной пыли шахтопластов Воркутского месторождения (прибор ПКО-1м) дали возможность количественной оценки этого фактора. Для углей Кузбасса:

Ьпл = 2(УГ - Ас)/(1 -I- 0,04\У2) Для углей Воркуты:

Ь„л ~ 300 - КПЛ \У где КцЛ - угловой коэффициент (для пласта Четвертый Кпл = 15, для пласта Тройной КПл = 6). Характер зависимостей позволяет оценить безопасные уровни увлажнения аэрогелей угольной пыли в пределах V/ = 30-35%.

3. Направленное уменьшение удельного влагосо-держания вентиляционной струи по пути ее движения в выработках позволяет обеспечить нормативный уровень запыленности воздуха и увлажнения аэрогелей угольной пыли.

Практический опыт и теоретические исследования процессов тепломассообмена в горных выработках Севера, выполненные Ю.Д.Дядькиным, П.Д.Чабаном, В.К.Куренчаниным, Е.Н.Чемезовьш, М.Т.Осодоевьш, Ю.В.Шуваловым выявили тесную связь этих процессов с полевым режимом выработок. Сезонные колебания запыленности воздуха в воздухоподающих выработках с амплитудами колебаний до сотен мг/м3 зависят от направления и интенсивности процесса массообмена.

Математическая обработка результатов сотен замеров запыленности воздуха в горных выработках шахт Севера и Воркуты позволила установить критерий, определяющий уровень относительной запыленности воздуха, в качестве которого рекомендовано изменение удельного влагосодержания воздуха на единицу пути - Ас! (г/кг м) (рис.2). Изменение запыленности воздуха П по отношению к ее значению П0 при отсутствии процессов массо-обмена в выработке (Дс1 = О) зависит от величины и направления потока поступающей (-) в воздух, или конденсирующейся из него (+) влаги.

Управление процессами массообмена в выработках на участке конденсации пара создает благоприятные условия для пылеосаждения и очистки воздуха от пыли, которые в то же время содействуют интенсификации процессов конденсации и увлажнения аэрогелей пыли за счет образо-

Дс1 ___

Г -

кг-м 0,05

0,04 0,03 0,02

0,01 0

-0,01 -0,02

-0,03

Рис.2. Зависимость относительной запыленности воздуха от изменения удельного влагосодержания.

вания начальных ядер конденсации тумана. В этом случае степень перенасыщения пара в воздухе до критического уровня, рассчитываемая по формуле Кельвина, может быть снижена и для условий выработок шахт Воркуты, критический уровень относительной влажности воздуха близок к единице.

Направленное конденсационное увлажнение аэрозолей и аэрогелей угольной пыли принципиально отличается от процессов осаждения ее аэрозолей туманообра-зующими завесами, в которых расход капельно-жидкой влаги определяется не только увлажнением пыли, но также испарением ее для влагонасыщения воздуха при повышении его температуры в процессе теплообмена с окружающей средой. Увлажнения аэрогелей на бортах и кровле выработок при этом не происходит, а обводнение почвы даже в прямолинейной выработке наблюдается не более чем до 50-60 м, что на порядок меньше дальности действия пароконденсатного облака.

Лабораторные и шахтные исследования процессов сушки и увлажнения аэрогелей угольной пыли в климатических условиях, близких к реальным, позволили установить закономерности процессов (рис.3) в зависимости от степени насыщения и перенасыщения воздуха влагой. Интенсивность процесса сушки аэрогеля определяется степенью насыщения воздуха паром и замедляется в 5-10 раз при увеличении относительной влажности от 0,4-0,5 до 0,9-0,95. Увлажнение аэрогелей влажным воздухом (<р < 0,95) позволяет достигать лишь уровня равновесного гигроскопического влагосодержания (5-6%), но не обеспечивает их взрывобезопасное состояние (более 17-20%).

Переувлажнение воздуха пароконденсатом позволяет интенсивно насыщать аэрогель влагой с темпом роста около 3% в час до уровня взрывобезопасного состояния (20-35%). На основании исследований можно рекомендовать рациональное соотношение тс/тк, при максимальном увлажнении аэрогелей до 34-35%, минимально

допустимом уровне 20% и относительной влажности воздуха в период тс не менее 85-90%, величина которого не менее 5-6.

4. Разработанная конструкция парогенератора на основе гидромуфты является безопасным и эффективным средством управления процессами массообмена и пылевзрывобезопасности в горных выработках.

Конденсационный способ управления пылевым режимом источников в горных выработках угольных шахт в отличие от рудников, не получил распространения в связи с отсутствием безопасных и мобильных средств генерации пара.

Анализ возможностей средств получения тепловой энергии в шахтных условиях позволил сформулировать принцип безопасного устройства, преобразующего в теплоту механическую энергию вращательного движения жидкости и потери ее при трении, ударах и т.д. Базовой конструкцией устройства является гидромуфта привода горных машин, модернизированная водоподающей и паро-выпускающей системами с регулированием подачи пара (патент № 2039294 «Шахтный парогенератор» от 9.07.95). Изготовленный заводским способом экспериментальный образец установки на базе гидромуфты ГПЭ400У прошел стендовые испытания, показавшие техническую возможность получения влажного пара низких параметров (давление 0,2-0,3 МПа, температура на выходе из выпускного сопла до 60°С) с удельным расходом 0,7-0,8 кг на 1 кВт-ч потребляемой мощности. Аналогом конструкции является электрический парогенератор СПГГЙ (ТУ) (авторы М.М. Сметанин, И.П.Озерной), обеспечивающий получение пара таких же параметров с расходом до 50 кг/ч при потребляемой мощности 55 кВт.

Производственные испытания парогенераторов были проведены на шахте «Ленинградская» ПО Ленин-

Рис.3. Динамика сушки и увлажнения угольной пыли (влажность \¥Г1) при контакте ее с воздухом (температура X, относительная влажность ф, т - время массообмена). Кривые 1 - ф = 42%; t = 27,5°С; 2 - ф = 57%; t = 23°С; 3 - ф = 77%; 1 = 24°С; 4 - ф = 66%; 21,5°С; 5 - ф = 93%; t = 13,5°С; V = 0,1-0,3 м/с; б - ф = 88%; г = 20,5°С;

7 - ф = 100%; t = 29,5°С (туман) - почва камеры;

8 - ф = 100%; 1 = 29,5°С (туман) - середина камеры.

град сланец» и «Воркутинская» ПО «Воркутауго ль» в прямолинейных выработках протяженностью 600-800 м. В процессе испытаний исследовалась возможность увлажнения эталонных навесок аэрогелей угольной пыли, размещенных на почве, бортах и у кровли выработок через 50 м. Испытания подтвердили правомерность разработанных методик расчета параметров системы конденсационного увлажнения аэрогелей по темпу и количеству поступающей в аэрогель влаги, а также позволили оценить максимальную и рациональную длину участка па-роконденсационной обработки. При скорости движения вентиляционной струи 1-2 м/с максимальная длина продвижения парового облака достигала 600-800 м, рациональная длина интенсивного увлажнения 250-300 м.

Производительность парогенератора gпт, обеспечивающая увлажнение отложений пыли тотл в период (тс + тк) и компенсацию испарения влаги на участке Ь с параметрами влагосодержания воздуха от (11 (начало) до с12 (насыщенный паром воздух при температуре Епг = 0,00001-тотл(\¥т1п - \УП)и-Ь/тк + 0,00Ю(а2 - (^Жз™,

кг/ч.

Шахтный и поверхностный образцы парогенераторов рационально использовать для пылеподавления конденсационным способом интенсивных источников, снабженных аспирадионными укрытиями, или отделенных от мест работы и прохода людей изолирующими ограждениями тканевого типа. В шахтных условиях могут быть эффективно использованы конструкции систем пылеподавления, разработанные и испытанные А.И.Агошковым и М.М.Сметаниным и др.

Увлажнение аэрогелей пыли целесообразно производить пароконденсационным способом с цикличным выпуском пара в объемах выработок и помещений, труднодоступных для стандартных профилактических способов (высотные объекты, труднодоступные для людей и техники пространства, загроможденные конструкциями

объемы и т.д.), а также в условиях чрезвычайных ситуаций (обрушения и пр.).

Технико-экономические расчеты системы профилактики взрывов аэрогелей угольной пыли и пылеподавле-ния мощных источников в сравнении с туманообразую-щими завесами и орошением свидетельствуют о ее высокой конкурентоспособности и технической целесообразности.

Удельные затраты энергии и материалов на единицу длины обрабатываемой выработки с использованием туманообразующих завес составляют: вода - 0,006

м3/ч, сжатый воздух - 2 м3/ч, электроэнергия - 0,001 кВт ч/ч. При обработке выработки пароконденсационным способом расход воды - 0,00004 м3/ч, электроэнергии -

0.04.кВт-ч. Экономические затраты при реализации па-роконденсационного способа в 2-5 раз ниже, чем туманообразующих завес.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение новой актуальной научной и практической задачи повышения взрывобезопасности горных выработок угольных шахт с систематическим накоплением угольной пыли, основанное на использовании эффективного пароконденсацион-ного способа осаждения аэрозолей и увлажнения до взрывобезопасного уровня аэрогелей пыли.

Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1.Натурными исследованиями на шахтах Воркутского месторождения установлено, что в основных воздухо-подающих выработках преобладают процессы сушки горных пород, что создает опасные условия взрывов отложений угольной пыли в местах, не доступных для традиционной профилактической обработки.

2.Доказано анализом литературных данных и экспериментальными исследованиями, что одним из перспективных для управления пылевым режимом выработок

является пароконденсационный способ пылеподавле-ния и увлажнения аэрогелей пыли.

3.Установлена экспоненциальная зависимость изменения запылейности выработок от интенсивности изменения удельного влагосодержаний воздуха в них.

4.Стендовыми и натурными Испытаниями подтверждена техническая возможность создания конструкции шахтного парогенератора на основе использования

• стандартной гидромуфты с закрепленным ведомым диском и дополнением конструкции системами подачи воды и выдачи пара.

5.Разработанная методика исследования термовлажност-ного и пылевого режима выработок обеспечивает надежную оценку их пылевзрывоопасности на основе предложенных термопылевых карт выработок.

6.Установлена лабораторными и шахтными экспериментами возможность увлажнения аэрогелей угольной пыли до 30-40% при движении над ними воздуха с пароконденсатом в течение отрезка времени, в 5-6 раз меньшего, чем период последующей сушки до взрыво-безопасного состояния аэрогеля.

7.Доказана физическая эффективность и экономическая целесообразность применения шахтного парогенератора для профилактики взрывов отложений пыли в горных выработках угольных шахт.

8.Разработанная методика выбора параметров системы конденсационного увлажнения аэрогелей угольной пыли обеспечивает надежность защиты горных выработок от взрывов и выбора рациональных средств профилактики.

Основные положения диссертации опубликованы в

следующих работах:

1. Теоретические основы конденсационного увлажнения и подавления пыли. / Сб. Физические процессы горного производства. С.-Петербург, Изд. СПГГИ (ТУ), 1992. С. 77-82 (соавтор Шувалов Ю.В.).

2. Пароконденсационный способ предотвращения возгорания и взрывов пыли. / Международный симпозиум по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства. Тезисы докладов. С.-Петербург, Изд. СПГГИ (ТУ), 1993. С. 18 (соавторы: Шувалов Ю.В., Бобровников В.Н., Веселов А.П.).

3. Конденсационное увлажнение и предотвращение взры-вовбпыли. // Горный журнал. № 1, 1994 (соавторы: Шувалов Ю.В., Бобровников В.Н., Веселов А.П.).

4. Конденсационное увлажнение аэрозолей и аэрогелей угольной пыли. Записки СПГГИ (ТУ), том 139. С.Петербург, Изд. СПГГИ (ТУ), 1994. С.54-61 (соавторы: Шувалов Ю.В., Бобровников В.Н., Веселов А.П.;.

5. Способ борьбы с пылью. / Патент № 2029098. Б.И. № о, 20.02.95. С.4 (соавторы: Шувалов Ю.В., Бобровников В.Н.).

6. Шахтный парогенератор. / Патент № 2039294. Б.И. № 19, 9.07.95. С.4 (соавторы: Шувалов Ю.В., Бобровников В.П., Горенок А.М., Спиридонов Ю.В.).