автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.03, диссертация на тему:Разработка способов обеспечения пожаровзрывобезопасных условий отработки угольных пластов по схеме "шахта-лава"

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1 Краткий анализ технологических схем и способов управления газовыделением

1.2 Обзор научно-технической литературы по обеспечению безопасной работы высокопроизводительных добычных участков.

Выводы по первой главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫРАБОТАННОГО

ПРОСТРАНСТВА

2.1 Зависимость аэродинамических характеристик выработанного пространства от горно-геологических условий и технологии отработки

2.2 Распределение фильтрационных потоков в выработанном пространстве

2.3 Формирование полей концентрации метана и температуры в выработанном пространстве

Выводы по второй главе

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

3.1 Объект и результаты натурных наблюдений.

3.2 Результаты численных экспериментов на математической модели

3.3 Анализ результатов расчета и натурных наблюдений, оценка модели.

Выводы по третьей главе.

4 ОБОСНОВАНИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПЕРЕВОДА ШАХТЫ НА

НОВУЮ ТЕХНОЛОГИЮ ДОБЫЧИ ПО СХЕМЕ "ШАХТА - ЛАВА".

Выводы по четвертой главе.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

- анализ и обобщение применяемых способов подготовки выемочных участков показывает, что без учета газоаэродинамичесих процессов, происходящих в выработанном пространстве, невозможно разработать надежную высокопроизводительную технологическую схему добычи более 5000 тонн угля в сутки из одного очистного забоя на газообильном, пожароопасном пласте;

- установлено, что для обоснованного выбора способов управления газовыделением, обеспечивающих заданную производительность очистного забоя, необходимо производить динамическое моделирование условий его работы с учетом аэродинамики выработанного пространства и характера формирования в нем газовоздушных потоков.

Разработаны метод, алгоритм и программы для ПЭВМ по расчету параметров фильтрационных потоков, концентрационных и температурных полей в выработанном пространстве участка с учетом совместной работы на единую сеть вентиляторов главного проветривания и вакуум-насосов, которые позволяют обосновать параметры технологических схем.

Методика определения пожаровзрывобезопасных параметров отработки выемочных участков с переменной производительностью лав», утвержденная Министерством энергетики, индустрии и торговли РК, используется всеми шахтами УД ОАО "Испат-Кармет".

Натурные наблюдения в лаве 63-К10-3 шахты «Саранская», позволили установить:

- адекватность разработанных в работе способов и методов моделирования системы «выемочный участок - выработанное пространство» при различных способах управления газовыделением и проветриванием их фактическим параметрам;

- закономерность распределения концентраций метана вдоль очистного забоя при различной производительности добычного участка;

- газовый баланс выемочного участка в зависимости от производительности лавы, режима проветривания и режима работы системы дегазации.

Основные положения работы опубликованы в следующих изданиях:

1. Бобнев Ю.Н. Обоснование необходимости перехода работы шахт по схеме "лава - шахта"// Труды международной научной конференции

Наука и образование ведущий фактор стратегии " Казахстан-2030", посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.) // Караганда, 1999 - С.166-167.

2. Бобнев Ю.Н., Габайдуллин Р.И. Как обеспечить пожаровзры-вобезопасную добычу 5000 тонн угля в сутки из одного очистного забоя // Труды международной научной конференции "Наука и образование ведущий фактор стратегии " Казахстан-2030", посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.) // Караганда, 1999 -С.150-152.

3. Бобнев Ю.Н., Роот Э.Г., Исабек Т.К. Перспективы развития шахт Саранского района Карагандинского бассейна // Труды международной научной конференции " Наука и образование ведущий фактор стратегии " Казахстан - 2030", посвященной 100 - летаю со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.) // Караганда, 1999 - С. 141143.

4. Бобнев Ю.Н. Экономическая эффективность подготовки очистных забоев // Труды университета, КарГТУ, выпуск 4 // Караганда, 1999 -С. 28.

5. Способ дегазации угольных пластов. Патент Р.Ф. № 2136890. МКИ E21F7/00 Яворский Б.Н., Гончаров Е.В., Бирюков Ю.М., Пак Г.А., Бобнев Ю.Н., Иванников Н.Д. // Государственный научно-исследователь-ский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела; заявл. 07.05.98; опубл. 10.09.99, бюл. № 25.

6. Способ извлечения метана из угольных пластов. Патент Р.Ф. № 2136850. МКИ E21F7/00 Яковлев Д.В., Шабаров А.Н.,Гончаров Е.В., Антонов О.М., Презент Г.М., Бобнев Ю.Н., Бирюков Ю.М. // Государственный научно - исследовательский институт горной механики и маркшейдерского дела; заявл. 07.05.98; опубл.10.09.99, бюл. № 25.

7. Чеховских A.M., Габайдуллин Р.Н., Попов С.Н., Бобнев Ю.Н. Выбор пожаровзрывобезопасных параметров отработки выемочных участков с учетом взаимовлияния проветривания и дегазации // Труды университета, КарГТУ //Караганда, 2000 - С.19-23.

8. Попов С.Н., Бобнев Ю.Н. К вопросу об адекватности математической модели аэродинамики выработанного пространства // Труды университета, КарГТУ//Караганда, 2000 - С.23 - 25.

9. Баймухаметов С.К., Чеховских А.Н., Бобнев Ю.Н. "Шахта-лава" в Караганде //Глюкауф//, ФРГ, 2001 .№ 1(2), С. 8-12.

1. Соболев Г.Г. Горноспасательное дело. - М., Недра, 1979, - 430 с.

2. Отчет НИР Исследовать состав продуктов низкотемпературного окисления углей с целью выделения наиболее показательных индикаторных газов, объективно характеризующих стадии эндогенных пожаров на характерных шахтопластах Карагандинского бассейна. Рук. Г.А. Немкин, Караганда,

1985,- 115 с.

3. Ножкин Н.В. Заблаговременная дегазация угольных месторождений. -М., Недра, 1979, - 310 с.

4. Руководство по дегазации угольных шахт. - М., Недра, 1975, - 185 с.

5. Сластунов C.B. Газопроницаемость угольного пласта в различных термодинамических условиях. Горный журнал 1. Известия ВУЗов, № 1, 1982, С. 39-41.

6. Ножкин Н.В., Сластунов C.B. Заблаговременная подготовка к безопасной отработке шахтных полей. Безопасность труда в промышленности, № 4,1990, С. 26-30.

7. Васючков Ю.Ф., Шарипов Н.Х. О технологии соляно кислой обработки угольного пласта. Уголь, № 10, С. 55-58.

8. Методика извлечения высших углеводородов из углей в лабораторных условиях. Макеевка - Донбасс, 1970. - 31 с.

9. Сластунов C.B. Заблаговременная дегазация и добыча метана из угольных месторождений. Изд. МГГУ, 1996. - 440 с.

10. Акимбеков А.К. Специальные способы борьбы с метановыделением в горные выработки. - Рук. деп. в Казгос. ИНТИ. № 6214-Ка95. - 103 с.

11. Акимбеков А.К., Гращенков Н.Ф., Суслов В.В. Управление газовыделением в горные выработки. - Рук. деп. в КазНИИНКИ, № 3856 - Ка92, 123 с.

12. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. - М., Недра,

1986.- 450 с.

13. Руководство по дегазации угольных шахт. Утв. МУП СССР 29.05.1990 - Типография МУП СССР, Люберцы. -170 с.

14. Профилактика эндогенных пожаров при отработке мощных пластов без оставления меж столбовых и междуэтажных целиков угля.// Корниянов Н.В., Сытников Н.М. // Межвузовский научный тематический сборник "Технология подземной разработки месторождений*'. Вып.1 изд УПИ. Свердловск, 1977, С. 90-97.

15. Процессы самовозгорания угля и возможность управления ими. // Ма-евская В.М., Белавенцев Л.П., Рапоцевич А.П. // Уголь, 1966, № 12, С.54-58.

16. Предупреждение эндогенных пожаров при бесцеликовой отработке выемочных полей. // Белавенцев Л.П., Скрицкий В.А. // Уголь, 1979, № 11, С. 47-52.

17. Влияние отработанных пространств на распределение воздуха в выемочных полях шахт. // Маевская В.М., Быкова З.С., Игнатенко А.П.// Сборник ВостНИИ "Борьба с эндогенными пожарами в шахтах", Кемерово, 1984, С. 14-23.

18. Аэродинамика смежных выемочных столбов при оценке пожарной опасности. // Бонецкий В.А. // Проблемы аэродинамики угольных шахт: Сборник научных трудов.// ВостНИИ.-Кемерово, 1984, С. 78-85.

19. Особенности аэродинамики выработок выемочного участка при бесцеликовой технологии выемки угольных пластов.// Калиев С.Г., Машра-пов Ш.Ж., Рясков Е. Я. И Безопасность труда в промышленности. 1983, № 10, С. 44-45.

20. К вопросу применения прямоточной схемы проветривания для управления газовыделением на выемочных участках. // Калиев С.Г., Машра-пов Ш.Ж., Жумашев Н.В. // Управление газовыделением средствами вентиляции и дегазации в угольных шахтах: Сборник трудов.// ВостНИИ.-Кемерово, 1980, Т.32, С. 93-99.

21. Аэрогазодинамика выработанного пространства при прямоточных схемах проветривания. // Мясников A.A., Попков М.Н., Сухарев Н.В. // Вопросы безопасности горных работ в шахтах: Сборник научных трудов.// ВостНИИ, Кемерово, 1984, С. 26-38.

22. Исследование пожароопасности отработки мощного пласта К12 на шахтах "Майку дукская" и им.Костенко по технологической схеме без оставления целиков у вентиляционных выработок. // Александров В.А., Давыдов Ю.А., Когай А.Н., Кудрявцева Е.М. // Вентиляция шахт и предупреждение эндогенных пожаров: Сборник научных трудов. // ВостНИИ, Кемерово, 1984, С. 26-38.

23. Нисходящее проветривание и эндогенная пожароопасность выемочных участков Центрального района Донбасса.// Зрелый Н.Д., Горбатенко А.Е.// Уголь Украины, 1976, № 4, С. 43-45.

24. Профилактика эндогенных пожаров при бесцеликовой технологии выемки на шахтах Карагандинского бассейна. // Александров В.А., Югай А.И., Кудрявцева Е.М., Немкин Г.А.// "Проблемы аэродинамики угольных шахт "Сборник научных трудов. // ВостНИИ, Кемерово, 1984, С. 105-110.

25. Предупреждение эндогенных пожаров при бесцеликовой отработке выемочных полей. // Белавенцев Л.П., Скрицкий В.А. // Уголь, 1979, № 11, С. 47-52.

26. Роль горнотехнических параметров отработки пластов в предупреждении эндогенных пожаров.// Линденау И.Н., Белавенцев Л.П., Миллер Ю.А.// Уголь. 1977, № 10, С. 65-68.

27. Оценка эндогенной пожароопасности при бесцеликовой технологии выемки мощных пластов угля. // Хардин H.H., Александров В.А., Кудрявцева Е.М. // Технология и механизация разработки мощных пластов: Сборник научных трудов. // КНИУИ. Караганда, 1979. Вып. 56, С. 19-23.

28. Методы предотвращения и управление самовозгоранием угля при бесцеликовой системе разработки.// Huang Huanji, - Мэйтань к эсюэ изиму // Cool Sei and Tech. 1982. № 4, С. 6-10.

29. Исследование механизма процесса самовозгорания угля. / Маевская

B.М., Белавенцев Л.П., Рапоцевич А.П. // Вопросы безопасности в угольных шахтах, Сборник научных трудов. // ВостНИИ. М.: Недра, 1969, Т. 10,

C. 209-225.

30. Распределение давления и скорости воздуха в выработанном пространстве. // Маевская В.М., Бонецкий В.А., Поликарпов А.Г., // Вентиляция шахт и предупреждение эндогенных пожаров: Сборник научных трудов.// ВостНИИ. Кемерово, 1975, Т.26, С. 28-39.

31. Воздухопроницаемость выработанного пространства при отработке мощных пологих пластов на шахтах Кузбасса. // Быков B.C., Воронков H.H., Игнатенко А.П., Селиванов A.C., Щур Л.Н.// Эффективные способы управления газовыделением в угольных шахтах: Сборник научных трудов.// ВостНИИ. Кемерово, 1981, С. 155-158.

32. Моделирование схем вентиляционных соединений с различными законами сопротивления в ветвях. // Бонецкий В.А., Быкова З.С., Поликарпов А.Г. // Борьба с газом, внезапными выбросами и пожарами в угольных шахтах: Сборник научных трудов. // ВостНИИ. Кемерово, 1975, № 24, С. 205-210.

33. Определение утечек воздуха через выработанное пространство при прямоточных схемах проветривания. // Масляев А.Е., Линденау И.Н.// Предупреждение и тушение подземных пожаров, повышение безопасности на рудничном транспорте и при взрывных работах: Сборник научных трудов. // ВостНИИ. Прокопьевск, 1974, Т. 22, С. 17-22.

34. Аэродинамическая характеристика обрушенных и деформированных пород при отработке сближенных пластов. // Бонецкий В.А., Быкова З.С.,Гасков В.В., Джексембинова А.И., Исаенко В.Л., Поликарпов А.Г. // Предупреждение и тушение подземных пожаров, повышение безопасности на рудничном транспорте и при взрывных работах: Сборник научных трудов./ВостНИИ. Прокопьевск, 1974, Т.22, С. 41-50.

35. Анализ формул законов сопротивления при фильтрации воздуха через неконсолидированные пористые среды. // Шашмурин Ю.А. // Физика процессов, технология и техника разработки недр: Научно-технический сборник. // Горнометаллургический институт Кольского филиала АН СССР. Л.: Наука, 1970, С. 234-237.

36. Применимость двучленного закона сопротивления и критериальные уравнения при исследовании аэродинамики пористых сред. // Алехичев С.П., Бассерман А.Д. // Физика процессов, технология и техника разработки недр: Научно-технический сборник. // Горнометаллургический институт Кольского филиала АН СССР. Л.: Недра, С. 237-245.

37. Рудничная аэрогазодинамика. // Абрамов Ф.А.- М.: Недра, 1972, с. 274

38. Метанораспределение на выемочном участке при возвратноточной схеме проветривания. // Фомичев В.И. // Вентиляция шахт и рудников: Межвузовский сборник. // ЛГИ. - Ленинград, 1976. - Вып.З, С. 47-49.

39. Геомеханические процессы формирования полей фильтрации в очагах эндогенных пожаров. // Вылегжанин В.Н., Вылегжанин Вл.Н. // Подземная разработка мощных угольных пластов: Сборник научных трудов. // Куз-ПТИ, Кемерово, 1979. - № 7, С. 76-85.

40. A.C. № 1252506 (СССР). Способ локализации эндогенных пожаров.// Портола В.А. - Опубл. в Б.И., 1986, №31.

41. A.C. № 1317157 (СССР). Способ тушения эндогенного пожара. // Голик A.C., Голик Г.А., Палеев Д.Ю., Лапин В.А. - Опубл. в Б.И., 1987, №22

42. A.C. № 1303728 (СССР). Способ тушения очага пожара в угольных шахтах. // Портола В.А., Игишев В.Г., Лагутин В.И., Гуттер A.A. - Опубл. в Б.И., 1987, № 14.

43. Алборов И.О., Худиев Ч.М. Фильтрация воздуха через зоны обрушения // Известие ВУЗов. Горный журнал. 1990, №10, С. 64-68.

44. Алехичев С.П., Пучков Л.А. Аэродинамика зон обрушения и расчет боковых утечек воздуха. -М.: Наука, 1968, 150 с.

45. Милетич А.Ф. Утечки воздуха и их расчет при проветривании шахт. М. - Недра, 1968, 68 с.

46. Исследовать аэродинамику выработанного пространства при бесце-ликовой выемке угля и разработать "Рекомендации по снижению экзогенной пожароопасности за счет схем и способов вентиляции"// отчет о НИР 1926316000. Руководитель Чеховских A.M.- Караганда, 1990,162 с.

47. Клебанов P.C. О движении воздуха по горным выработкам при наличии выработанных пространств. Доклады АН СССР, Т. ИЗ, №4, 1957, С. 96-99.

48. Медведев И.И. Исследование утечек воздуха и способов их уменьшения в условиях шахт Донбасса. Автореферат кандидатской диссертации. Л. -1955,23 с.

49. Ушаков К.З. Утечки воздуха в условиях газовых шахт Донбасса и расчетные коэффициенты запаса воздуха. Автореферат кандидатской диссертации. М.-1955,28 с.

50. Давыдов Е.Г., Габайдуллин Р.И. Унифицированный метод расчета шахтных вентиляционных сетей. // Энергетика и топливные ресурсы Казахстана. - №2,1993, С.114-116.

51. Мясников A.A., Рябченко A.C., Садчиков В.А. Управление газовыделением при разработке угольных пластов. М. -Недра, 1987,216 с.

52. Маевская В.М., Поликарпов А.Г., Щур Л.Н., Косарь Л.Ф. Принципы моделирования движения метановоздущной смеси в выработанном пространстве. Способы и средства предупреждения самовозгорания угля в шахтах. Труды ВостНИИ, Кемерово, 1988, С.81-84.

53. Разработать "Методику расчета координат эндогенных пожаров с учетом совокупного влияния концентрационных и тепловых полей на распределение температуры в выработанном пространстве". Отчет о НИР. Научно-инженерный центр горноспасателей РК. Научный руководитель Чеховских A.M. - Караганда, 1994,17 с.

54. Веселовский B.C., Орлеанская Г.Л. Кинетика нагревания угля, потерянного в подземных выработках. Научные сообщения ИГД АН СССР, Вып. XIV, 1980, С. 162-166.

55. Чеховских A.M., Габайдуллин Р.И., Попов С.Н., Бобнев Ю.Н. Выбор пожаровзрывобезопасных параметров отработки выемочных участков с учетом взаимовлияния проветривания и дегазации // Труды университета, Кар-ГТУ // Караганда, 1. 2000 г., С.19 -23.

56. Бобнев Ю.Н., Роот Э.Г., Исабек Т.К. Перспективы развития шахт Саранского района Карагандинского бассейна // Труды международной научной конференции "Наука и образование ведущий фактор стратегии " Казах-стан-2030", посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.)//Караганда, 1999 г., С. 141-143.

57. Бобнев Ю.Н. Обоснование необходимости перехода работы шахт по схеме "лава-шахта" // Труды международной научной конференции "Наука и образование ведущий фактор стратегии " Казахстан-2030", посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.) // Караганда, 1999 г., С. 166 - 167.

58. Чеховских A.M., Давыдов Е.Г., Калякин Г.В., Емелин П.В. Расчет температурного поля в выработанном пространстве // Химическая физика процессов горения и взрыва// Труды XI симпозиума по горению и взрыву. Черноголовка, -1996 г., том 1, С. 192-195.

59. Бобнев Ю.Н., Габайдуллин Р.И. Как обеспечить пожаро-взрывобезо-пасную добычу 5000 тонн угля в сутки из одного очистного забоя // Труды международной научной конференции "Наука и образование ведущий фактор стратегии "Казахстан-2030", посвященной 100-летию со дня рождения академика К.И.Сатпаева (29-30 июня 1999 г.)//Караганда, 1999 г., С.141-143.

60. Руководство по проектированию угольных шахт. Алматы. - 1997.258 с.

61. Способ дегазации угольных пластов. Патент РФ N 2136890. MKHE21F7/00 Яворский Б.Н., Гончаров Е.В., Бирюков Ю.М., Пак Г.А., Бобнев Ю.Н., Иванников Н.Д.// Государственный научно-исследовательский институт горной геомоханики и маркшейдерского дела; заявл. 07.05.1998, опубл. 10.09.1999, бюл. N25.

62. Способ извлечения метана из угольных пластов. Патент РФ N 2136850. MKHE21F7/00 Яковлев Д.В., Шабаров А.Н., Гончаров Е.В., Антонов О.М., Презент Г.М., Бобнев Ю.Н., Бирюков Ю.М.// Государственный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела; заявл. 07.05.1998, опубл. 10.09.1999, бюл. N25.

63. Попов С.Н., Бобнев Ю.Н. К вопросу об адекватности математической модели аэродинамики выработанного пространства // Труды университета, КарГТУ, 1.2000, С.23-25.

64. Баймухаметов С.К., Чеховских А.Н., Бобнев Ю.Н. "Шахта-лава" в Караганде //Глюкауф //, ФРГ, 2001 , № 1(2), С. 8-12.