Газовиділення з відбитого вугілля в шахтних бункерах і розрахунок параметрів їх провітрювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ГІРНИЧИХ ПРОЦЕСІВ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ГАЗОВИДІЛЕННЯ З ВІДБИТОГО ВУГІЛЛЯ В ШАХТНИХ БУНКЕРАХ І РОЗРАХУНОК ПАРАМЕТРІВ ЇХ ПРОВІТРЮВАННЯ

Спеціальність: Процеси гірничого виробництва

Смоланов Ігор Миколайович

Донецьк, 2003 рік

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Широке впровадження конвеєрного транспорту в шахтах є одним зі шляхів досягнення ефективного використання виймальної техніки. Неодмінною умовою ритмічної роботи конвеєрного транспорту є будівництво бункерів.

Для обслуговування виїмкових дільниць споруджують бункери ємністю від 100 до 150 т., і більше, для груп виїмкових дільниць - ємністю 300-500 т. Із вугілля, яке знаходиться в бункері, під час заповнення бункера і збереження вугілля виділяється метан, концентрація якого може стати вибухонебезпечною.

За останні роки у виробках з бункерами виникли два вибухи газу: на шахтах “Іловайська” ДХК “Жовтеньвугілля” та ім. О.О. Скочинського ДХК “Донвугілля”, які спричинили людські жертви. Як показав аналіз висновків експертних комісій з розслідування причин аварій, вибухонебезпечна концентрація метану в камері бункера на шахті “Іловайська” утворилась внаслідок зменшення витрати повітря у виробітках західного крила шахти, а отже, і у виробках, які прилягають до бункера, та виділення метану з вугілля, завантаженого у бункер. На шахті ім. О.О. Скочинського вибухонебезпечна суміш утворилась у застійній зоні, у незаповненій вугіллям частині бункера і над бункером через виділення метану з навантаженого вугілля.

У 60-70-ті роки двадцятого століття вченими різних країн були проведені експериментальні дослідження динаміки газовиділення з частинок вугілля різних фракцій. Результати цих досліджень добре узгоджуються із запропонованою ними теорією для початкової стадії метановими виділення (від декількох годин до доби). Інтенсивність метанові виділення поза цим часом хоч і знижується, але вона здатна продовжуватися протягом тижнів і місяців, що виходить за рамки існуючих сьогодні теорій.

Тому вивчення питань виділення метану та вуглеводневих газів з відторгнутого від масиву вугілля, їх накопичення у вільних об'ємах є актуальною задачею, вирішення якої забезпечить своєчасне вживання заходів для запобігання вибухів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація пов'язана з НДР: “Розробка методу визначення часу утворення небезпечної концентрації метану, який виділяється в замкнутих об'ємах” (№ ДР 010U003243) та “Дослідження сорбційних властивостей гірничих порід і вугілля при високому тиску” (№ ДР 010U002912), котрі виконувалися в Інституті фізики гірничих процесів НАН України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є визначення закономірностей виділення метану з відбитого від масиву вугілля, утворення його вибухонебезпечних концентрацій у вільних об'ємах шахтних бункерів і розрахунок на їх основі параметрів провітрювання.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити наступні задачі:

- виконати аналіз умов і обставин аварій, пов'язаних із загазованістю замкнених об'ємів і джерел метанового виділення з відбитого вугілля;

- дослідити процеси виділення метану з відторгнутого від масиву вугілля під час його зберігання в накопичувальних бункерах;

- виконати теоретичні дослідження накопичення метану в замкнених об'ємах шахтних бункерів;

- провести експериментальні дослідження складу газів, із вугілля різної стадії метаморфізму, витікання метану із вугілля і його накопичення в шахтних бункерах;

- розробити метод розрахунку параметрів провітрювання шахтних накопичувальних бункерів вугілля;

- розробити керівний документ щодо прогнозу небезпеки вибуху вуглеводних газів у вільних об'ємах бункерів і сховищах вугілля.

Ідея роботи полягає у використанні під час прогнозу загазованості вільного об'єму шахтних бункерів метаном із відторгнутого від масиву вугілля, показника зміни швидкості газовиділення за часом та розробки на цій основі методу розрахунку параметрів їх провітрювання.

Об'єкт дослідження - накопичувальні вугільні бункери шахт та сховища відторгнутого від масиву вугілля.

Предмет дослідження - газодинамічні процеси з відбитим вугіллям.

Методи досліджень. У процесі виконання роботи використовувалися:

- комплексний метод аналізу умов і обставин виникнення аварій, пов'язаних із загазованістю замкнених об'ємів, які містять відбите вугілля; аналіз схем розміщення бункерів на шахтах України;

- теоретичні та експериментальні дослідження витікання метану із частин вугілля різних фракцій, газоносності та ступеню метаморфізму;

- теоретичні дослідження накопичення метану у вільних об'ємах із всієї маси відбитого вугілля різних фракцій;

- експериментальні дослідження динаміки метановими виділення із маси вугілля в шахтних накопичувальних бункерах з різним проміжком часу від моменту відторгнення вугілля від пласта;

- математичне моделювання метановими накопичення у вільному об'ємі вугільної ємності з різною подачею повітря для провітрювання;

- промислову перевірку вмісту метану в шахтних бункерах під час їх провітрювання та прогноз загазованості при його скороченні.

Наукові положення, які захищаються в дисертації:

1. Встановлено, що інтенсивність переходу метану від зв'язаного до вільного стану, яка визначає кінетику газовиділення, пропорційна коефіцієнту дифузії і обернено пропорційна фракційному складу вугілля. При цьому інтенсивність переходу знижується з часом відбивання вугілля від масиву і залежить від стадії метаморфізму.

2. Обґрунтовано метод розрахунку газовиділення з часток вугілля різних фракцій, який відрізняється тим, що враховує час після відбивання вугілля від масиву та знаходження його в бункері.

3. Встановлено, що максимум інтенсивності газовиділення, який визначає механізм накопичення метану в бункерах, залежить від тривалості завантаження вугілля після його відбиття від масиву.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Розроблений метод розрахунку динаміки виділення метану із відторгнутих від масиву частинок вугілля, який відрізняється від інших врахуванням у теоретичній моделі й визначених експериментально величин інтенсивності переходу метану із зв'язаного стану у вільний.

2. Уперше розроблена модель динаміки вмісту метану в накопичувальному бункері вугілля, яка враховує його фракційний склад, газового збагачення пласта, інтенсивність завантаження бункера вугіллям та витрати повітря, яке надходить до бункера.

3. Вперше розроблені методики визначення параметрів провітрювання шахтних накопичувальних бункерів, за якими розраховуються необхідні витрати повітря, кількість метану при порушенні режиму провітрювання та час утворення вибухонебезпечної його концентрації.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій роботи підтверджуються:

- коректністю поставлених завдань, застосуванням фундаментальних положень теорії передачі мас при розробці математичних моделей для дослідження витоку сорбованого метану із відторгнутого від масиву куска вугілля;

- відповідністю результатів розрахункових і експериментальних даних кінетики метанового виділення з відбитих від масиву частин вугілля різних фракцій, газоносності та ступеня метаморфізму;

- збігом розрахункових і заміряних у шахтних умовах величин концентрації метану у вільній частині бункерів, заповнених вугіллям різних стадій метаморфізму.

Наукове значення одержаних результатів полягає у розробці аналітичних залежностей, які визначають інтенсивність переходу метану із зв'язаного стану у вільний, з урахуванням часу відторгнення вугілля від масиву, для розрахунку динаміки газовиділення з вугілля різних марок. Практичне значення роботи. Розроблено та впроваджено на шахтах у вигляді галузевого стандарту спосіб прогнозу вмісту метану в бункерах і замкнених об'ємах при наявності та відсутності провітрювання, часу можливого накопичення метану до вибухонебезпечних концентрацій і розрахунку витрат повітря на провітрювання для запобігання та ліквідації загазованості.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи. Розроблений спосіб прогнозу часу накопичення метану до вибухонебезпечних концентрацій у вугільних бункерах і закритих об'ємах реалізовано у галузевому стандарті України (ГСТУ 10.1-04675545-007-2003) “Провітрювання шахтних накопичувальних бункерів вугілля у нормальному режимі роботи та аварійних ситуаціях. Методи розрахунків”.

Особистий вклад здобувача. Основні результати досліджень, наведених у дисертаційній роботі, належать особисто автору, зокрема: ідея роботи, розроблені методи аналізу виділених із вугілля газів, математичні моделі та програми обчислювань на ЕОМ, систематизація результатів експериментів, розробка методу розрахунків загазованості вугільних накопичувальних бункерів і замкнутих об'ємів.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися і схвалені:

- на засіданнях Відділення фізико-технічних гірничих проблем Донецького фізико-технічного інституту ім. О.О. Галкіна НАН України (2001 р.) та Інституту фізики гірничих процесів НАНУ (2003 р.);

- на Міжнародній конференції з пожежної безпеки “Пожежна безпека - 2001” (м. Львів, 2001 р.);

- на II Міжнародній науково-практичній конференції “Метан у вугільних родовищах України” (м. Дніпропетровськ, 2001 р.);

- на Міжнародній конференції “Обробка дисперсних матеріалів і середовищ” (м. Одеса, 2002 р.);

- симпозиумі “Тиждень гірника-2002” (м. Москва, 2002 р.);

- 12 Міжнародній науковій конференції “Деформування і руйнування матеріалів з дефектами в гірничих породах і виробітках” (2002 р.);

- на Міжнародній науковій конференції “Вібротехнологія-2002” (м. Одеса, 2002 р.).

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 12 наукових працях, зокрема: 8 - у спеціалізованих науково-технічних журналах і збірниках наукових праць, затверджених ВАК України і 2 - у збірниках наукових праць конференцій.

Структура й обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, п'яти глав, висновку і додатків. Робота має 205 стор., включає перелік літературних джерел з 77 найменувань, 47 рисунків, 38 таблиць і 4 додатка.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Стан розкриття питання.

У першому розділі подано аналіз стану вивчення актуальності завдання, умов та обставин аварій, пов'язаних із загазованістю накопичувальних шахтних бункерів і закритих сховищ вугілля та динаміки метанового виділення з нього, яке приводить до утворення вибухонебезпечних концентрацій метану.

Проблема вивчення накопичення метану у вугіллі та його виділення розглядалася в значній кількості праць А.Т. Айруні, А.Д. Алексєєва, А.И. Боброва, В.Л. Божка, О.А. Гершуна, Б.А. Грядущого, І.Л. Еттінгера, Ф.С. Клєбанова, К.А. Корепанова, Ю.С. Кричевского, С.В. Кузнєцова, А.М. Морева, А.А. М'ясникова, А.Е. Петросяна, І.М. Печука, П.Я. Полубаринової-Кочиної, Ю.С. Премислера, В.І. Саранчука, Л.А. Склярова, О.О. Скочинського, В.В. Ходоса, А.С. Цирульникова, А.Н. Щербаня, М.Ф. Яновської та інш.

Як показав аналіз праць, відбите від масиву вугілля здатне довгий час зберігати і виділяти сорбований метан, що і було при недостатньому провітрюванні сховищ причиною його накопичення до вибухонебезпечних концентрацій, які спричиняли аварії. Установлено, що швидкість виділення метану з відбитого вугілля залежить від його фазового стану, газоносності, крупності, ступеню метаморфізму, петрографічного складу, об'єму закритих пор, ступеню порушення та температури. Однак задача визначення швидкості газовиділення з відбитого вугілля теоретично не вирішена. Існуючі фізико-математичні моделі процесу газовиділення характеризують лише якісні сторони явища. Застосовувані в інженерній практиці методи розрахунку газовиділення із відбитого вугілля базуються на емпіричних залежностях, які враховують газоносність вугілля в зоні добування та його фракційність. Залежність інтенсивності газовиділення з відбитого вугілля від часу визначена експериментально для обмеженого відрізку часу після відторгнення, коли вугілля ще перебуває у гірничих виробках.

Теоретичні дослідження виділення метану з відторгнутого від масиву вугілля.

У цьому розділі досліджуються теоретичні основи витоку метану з відторгнутого від масиву вугілля.

Існуючі моделі метанового виділення з відбитого вугілля для опису динаміки процесу використовують рівняння дифузії, аналогічне широко відомому рівнянню теплопровідності, яке дає позитивні результати для незначного періоду часу з моменту відділення вугілля від пласта (100-200 хвилин). Далі рішення рівняння надто швидко наближається до нуля, у той час як виділення метану (особливо з закритих пор шляхом дифузії), яке залежить, окрім усього іншого, від розміру частинок, може продовжуватися тривалий час (тижні, місяці).

У зв'язку з цим, у роботі запропоновано фізичну модель і математично сформулювало задачу метанового виділення, яка враховує, окрім процесів дифузії метану із вугілля, також інтенсивність його переходу зі зв'язаного стану у вільний, що залежить від часу, або залишкового метанового вмісту в вугіллі, а також від коефіцієнта масовіддачі.

Фізична модель процесу надається таким чином. Частинки вугілля різних фракцій об'ємом _i, які містяться у бункері об'ємом V, з моменту їх завантаження виділяють метан та інші вуглеводневі гази, котрі змішуються з повітрям у незаповненому вугіллям об'ємі V₂, де:

V₂ = V - V₁

З самого початку метан перебуває у зв'язаному стані з концентрацією S₀. З часом він переходить у вільний стан з концентрацією С₀ і дифузійним механізмом сортується з поверхні _i кожної i-тої частини з коефіцієнтом масовіддачі . З самого початку частка метану в об'ємі V₂ дорівнює 0. Концентрація метану в частинках вугілля (газоносність) задана.

Математична модель такого процесу витікає з рішення задачі Коші для системи двох звичайних нелінійних диференціальних рівнянь першого порядку відносно середніх значень и :

(1)

k²=

Де:

F(C, S) - швидкість десорбції, моль/м³ /с;

С₀ - концентрація газу поза зовні вугілля, моль/м³.

Задача (1) описує динаміку концентрацій і для часток довільної форми . Найбільш прийнятим для практики є частки у вигляді пластини, циліндра або кулі. У цих випадках у системі (1) необхідно припустити відповідно:

=R²;

=2R;

=4R³;

=4R².

Далі ми обмежимося лінійними постановками задачі (1).

Рішаючи (1) для описання потоку метану з одиниці площі поверхні куска вугілля:

Одержимо вираз:

(2)

Де:

- швидкість переходу метану із зв'язаного у вільний стан.

Тоді формула для розрахунку загальної кількості метану Q^*, який виділяється з моменту часу t зі сферичної частини вугілля радіусу R з газоносністю Q при:

Після відповідних перетворень має вигляд:

(3)

Де:

D - коефіцієнт дифузії.

 (4)

Враховуючи, що величини за інших однакових умов залежать тільки від типу вугілля, то, використовуючи експерименти з двома фракціями вугілля R₁ і R₂, одержимо залежність для визначення коефіцієнта дифузії:

(5)

Де:

Q^*₁, Q^*₂ - газовиділення з фракцій вугілля R₁ і R₂ відповідно.

Отримані залежності опису динаміки виділення метану з відбитих часток вугілля і визначення параметрів і D були використані для дослідження питання метанового накопичення у вільному просторі бункерів.

Розрахунок накопичення метану в замкнутих об'ємах.

У третьому розділі досліджуються процеси накопичення метану з відторгнутого від масиву вугілля різних фракцій у незаповненому вугіллям просторі бункера.

Вивчено схеми провітрювання виїмкових дільниць з панельним і по горизонтальним способами підготовки шахтного поля для шахт ДХК “Макіїввугілля” і “Донвугілля”, а також шахти “Іловайська” ДХК “Жовтеньвугілля”, на якій відбувся вибух метану в конвеєрній виробці з бункером. При панельному способі підготовки шахтного поля - це схема провітрювання виїмкової дільниці при відпрацюванні похиленого поля, а при горизонтальному.

Установлено, що схеми улаштування бункерів найрізноманітніші, а їх зміст коливається від 10 до 470 т вугілля. Провітрювання бункерів вугілля здійснюється через шар вугілля, або через труби, прокладені через усю висоту бункера. Виходячи з найбільш типових схем розташування і провітрювання бункерів, розроблено фізичну модель накопичення метану у вільному від вугілля просторі бункера з частин вугілля різних фракцій. Сформульовано адекватну модель процесу у вигляді:

V₂ g(t)-[g(t)+Q(t)] * C

Де:

g - витрата метану, що надходить зі скупчення вугілля у вільний обсяг бункера м³/с;

t - час з моменту завантаження вугілля в бункер, с.;

Q(t) - витрата повітря, що провітрює бункер, м³/с.;

C - концентрація метану у вільному обсязі бункера, %.

Вихідна умова С=0.

За відсутності провітрювання бункера і при середньо-виваженому радіусі часток вугілля для опису динаміки концентрацій метану С у вільному від вугілля об'ємі V₂ одержане спрощене рівняння:

Де:

Q₀ - витрата повітря, що надходить у бункер;

t - час з моменту завантаження вугілля в бункер.

Експериментальні дослідження виділення газів з відторгнутого від масиву вугілля.

У четвертому розділі наведено розроблену методику аналізу продуктів десорбції та деструкції із вугілля різних стадій метаморфізму для короткочасного та довгого зберігання у шахтних бункерах або інших об'ємах. Наведено результати дослідження кінетики утворення газоподібних речовин із вугілля фракцій 2,5-20,0 мм., при їх нагріванні до 250⁰С. На основі дослідження вугілля з різним виходом летких, із п'яти шахт Донбасу показано, що основними складовими частинами виділених із вугілля газів є метан, етан, водень вуглецю. Вміст інших гомологів метану на порядок нижчий, ніж СН₄.

Виконано експериментальні дослідження з вивчення витоку метану з відторгнутого від масиву вугілля марок ОС, Ж, Г фракцій від 0,00005 до 0,0375 м., при температурах 25⁰С і 40⁰С із природною газоносністю від 12 до 30 м³/т.

Динаміка метановиділення із часток радіусів R вугілля пл.l₃ “Мазурка” шахти “Північна” при температурі 25⁰ С:

R =0,0075 м.;

R = 0,00375 м.;

R = 0,00187 м.

Обробка результатів досліджень з використанням теоретичних залежностей (3-5) дала можливість визначити коефіцієнт дифузії метану, який дорівнював 3,510^-10 м²/с і величин інтенсивності переходу метану у вільний стан, залежні від часу з початку відторгнення вугілля від масиву, або залишкового складу у вугіллі метану.

Аналогічні результати були одержані на шахтах “Лівенська”, ім. А.Ф. Засядька, “Південно-Донбаська №3”, “Бутовка Донецька”, “Чайкіно”.

Узагальнене рівняння визначення інтенсивності переходу метану у вільний стан для різного вугілля одержано у виді:

Для встановлення адекватності розробленої математичної моделі натурному об'єкту виконані експериментальні дослідження накопичення метану в бункерах і надбункерних просторах на 11 шахтах ДХК “Макіїввугілля”, “Донвугілля”, “Жовтеньвугілля”. Усього виконано 15 експериментів у бункерах ємністю від 10 до 400 т., які обслуговують виїмкові дільниці, середньодобове навантаження яких становить від 214 т., до 2400 т., з природною газоносністю вугілля від 12 м³/т., до 25 м³/т. Провітрювання бункерів і над бункерних просторів під час експериментів було як задовільно (при витратах повітря 160-720 м³/хв.), так і незадовільним (при витратах 80 м³/хв. і менше), що у двох випадках спричинило вибух метану.

Методи розрахунку провітрювання шахтних накопичувальних бункерів вугілля.

У п'ятому розділі викладено методики розрахунків провітрювання шахтних накопичувальних бункерів для вугілля, які мають практичне значення:

- розрахунок нормативних витрат повітря для провітрювання бункерів;

- розрахунок вмісту метану за умов скорочення провітрювання нижче норми;

- розрахунок часу загазованості бункерів до вибухонебезпечної концентрації метану за умови припинення провітрювання.

Розрахунки ґрунтуються на:

- визначенні середніх розмірів часток вугілля за даними ситового аналізу шахти;

- використанні залежностей для розрахунку витрат повітря через шар вугілля у бункері при різних депресіях, товщина шару, поперечних перерізах бункера;

- використанні одержаних у роботі залежностей метанового виділення із часток вугілля різних фракцій, природної газоносності, проникливості;

- обліку часу транспортування вугілля до бункера, швидкості заповнення вугіллям бункера, часу перебування вугілля в бункері.

На підставі поданих у дисертації матеріалів було розроблено галузевий стандарт (ГСТУ 10.1-04675545-007-2003) “Провітрювання шахтних накопичувальних бункерів вугілля у нормальному режимі роботи та аварійних ситуаціях. Методи розрахунків”. Застосування розробленого стандарту у підрозділах ДВГРС може забезпечити безаварійну експлуатацію шахтних бункерів, що виключає витрати на відновлення у випадку вибухів метанового повітряної суміші та вугільного пилу. Очікуваний економічний ефект від його впровадження складає від 500 тис. грн., до 3 млн. грн., залежно від умов конкретного підприємства.

Приклад розрахунку. Розрахувати нормативні витрати повітря для провітрювання бункера з наступними вихідними даними:

- ємність бункера G = 260 т.;

- площа поперечного перерізу F = 20 м²;

- висота шару вугілля в бункері Н = 10 м.;

- природна газоносність вугілля А = 24 м³/т;

- коефіцієнт дифузії метану D = 5*10^-10 м²/c;

- середнє значення коефіцієнта дифузії метану D₀ = 10^-9 м²/c;

- депресія через шар вугілля h = 100 Па.

Порядок розрахунку:

1. Використовуючи таблицю 1, шукаємо середній радіус часток вугілля за формулою:

Таблиця 1. - Фракційний склад вугілля:

Номер фракції, i	1	2	3	4	5	6	7
Частка фракції, mi	0,06	0,10	0,25	0,10	0,08	0,12	0,29
Радіус фракції 103Ri, м	30-20	20-10	10-6	5-3	4-2	3-1	1

2. За допомогою таблиці 2, знайдемо питому максимальну концентрацію метану в над бункерному просторі:

Таблиця 2. - Залежність питомої максимальної концентрації метану від радіуса часток:

Радіус частиц R, м	0,005	0,01	0,015	0,02
Питома концентрація fm, %	0,214	0,088	0,046	0,027

3. Визначаємо нормативну витрату повітря для провітрювання бункера:

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій подано рішення актуальної науково-технічної задачі, що полягає у встановленні закономірностей витоку газів із вугілля різного фракційного складу і ступеня метаморфізму, дослідженні накопичення метану у вільному просторі шахтних накопичувальних бункерів і на підставі цього, розрахунку необхідних витрат повітря для їх провітрювання та часу накопичення метану до вибухонебезпечних концентрацій при аварійному зупиненні провітрювання.

Основні наукові результати і висновки, одержані при виконанні роботи, полягають у наступному:

1. Аналіз умов збереження вугілля в шахтних накопичувальних бункерах та інших закритих сховищах свідчить про те, що відторгнуте від пласта вугілля, що впродовж довгого часу виділяє метан, який може стати причиною вибуху. Відсутність надійних методів розрахунку динаміки газовиділення з часток відбитого вугілля різних фракцій і ступеня метаморфізму унеможливлює здійснення розрахунків метанового накопичення в бункерах за нормального та аварійного режимів провітрювання.

2. Зроблено аналіз схем розташування вугільних бункерів на шахтах України. Показано, що умови провітрювання бункерів визначаються станом вентиляційних мереж. Провітрювання здійснюється через шар вугілля, або труби, прокладені через усю висоту бункера. На підставі досліджень розроблено фізичну модель процесу накопичення метану з відбитого вугілля різних фракцій в незаповненій частині бункера.

3. Розроблено математичну модель опису метанового виділення з відторгнутого від масиву вугілля, яка відрізняється від існуючих тим, що враховує інтенсивність переходу метану із зв'язаного стану до вільного. Знайдено аналітичне рішення задачі та вирази, які дозволяють на основі кривих динаміки метанового виділення із вугілля розраховувати коефіцієнти внутрішньої дифузії та інтенсивності переходу метану у вільний стан.

4. Сформульовано математична модель динаміки вмісту метану в накопичувальному бункері вугілля з урахуванням його фракційного складу, газового збагачення пласта, інтенсивності завантаження бункера вугіллям, витрати повітря, що надходить до бункера. Одержані й проаналізовані аналітичні рішення, які дають можливість розраховувати необхідні для провітрювання витрати повітря, кількість метану при порушенні провітрювання і під час утворення вибухонебезпечної концентрації метану.

5. Вивчена кінетика утворення газоподібних речовин із вугілля під час його нагрівання. Показано, що основними речовинами у виділених газах при температурі до 45°С є метан, а при більш високих температурах - водень, етан, оксид і диоксид вуглецю, які повинні враховуватися під час довгострокового зберігання вугілля у погано провітрюваних приміщеннях в умовах його самонагрівання.

6. Проведені лабораторні дослідження витікання метану із часток вугілля фракцій від 0,05 до 37,5 мм., різного ступеня метаморфізму. Одержано аналітичні залежності для визначення інтенсивності переходу зв'язаного метану у вільний стан як функції часу, або залишкового складу метану в вугіллі, які дають можливість з використанням теоретичних залежностей розраховувати газовиділення з вугілля.

7. На підставі експериментальних досліджень у промислових умовах на 11 шахтах ДХК "Макіїввугілля", "Донвугілля" та "Жовтеньвугілля" з'ясовано, що одержані залежності адекватно описують розглянутий процес і на їх основі розроблені нормативні документи для розрахунків:

- витрати повітря під час провітрювання бункерів;

- вмісту метану під час скорочення провітрювання нижче нормативного і часу загазування бункерів до вибухонебезпечної концентрації метану при припиненні провітрювання. вугілля метан шахтний

8. Розроблено галузевий стандарт (ГСТУ 10.1-04675545-007-2003) “Провітрювання шахтних накопичувальних бункерів вугілля у нормальному режимі роботи та аварійних ситуаціях. Методи розрахунків”. Очікуваний економічний ефект від його впровадження складе від 500 тис. грн. до 3 млн. грн., залежно від умов конкретного підприємства.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ ОПУБЛІКОВАНІ

1. Алексеев А.Д., Ульянова Е.В., Коврига Н.Н., Смоланов И.Н. Исследование фазового состояния метана в углях // Физико-технические проблемы горного производства: Донецк.- 2001. Вып. 3. С. 3-8.

2. Алексеев А.Д., Ульянова Е.В., Коврига Н.Н., Смоланов И.Н. Взаимодействие метана с угольным веществом // матер. XI Межд. науч. школы “Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках”. - Симферополь. - 2001. С. 6-8.

3. А.Д. Алексеев, И.Н. Смоланов, Л.В. Шевченко Время образования опасной концентрации метана, выделившегося из угля в замкнутом объеме. // Обработка дисперсных материалов и сред: Международный периодический сборник научных трудов. - Одесса. - 2002. Вып. 2. С. 197-200.

4. Греков С.П., Березовский А.А., Кошовский Б.И., Смоланов И.Н. Метанового выделение из частиц угля в закрытых объемах. // Горноспасательное дело. - Донецк. - 2002. С. 56-65.

5. Греков С.П., Кошовский Б.И., Ильин В.М., Смоланов И.Н. Истечение метана из частиц угля // Горноспасательное дело. - Донецк. - 2002. С. 74-88.

6. Смоланов И.Н., Шевченко Л.В. Исследование динамики метанового выделения из угля, отторгнутого от массива. // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк. - 2002. Вып. 5. С. 74-78.

7. А.Д. Алексеев, С.Н. Смоланов, Е.В. Ульянова, Н.Н. Коврига, И.Н. Смоланов. Определение фазового состояния метана по спектрам ЯМР // Геотехническая механика. - Днепропетровск. - 2002. - Вып. 32. - С. 61-67.

8. Смоланов И.Н., Шевченко Л.В. Исследование процесса метанонакопления в бункерах при хранении угля. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М: МГТУ.- 2002. № 6. С. 60-62.

9. Греков С.П., Смоланов И.Н. Газовыделение из отторгнутого от массива угля и опасность скопления взрывоопасных концентраций метана в шахтных накопительных бункерах и замкнутых объемах // Уголь Украины. - 2003. № 1. С. 52-54.

10. Березовский Н.А., Греков С.П., Смоланов И.Н. Математическая модель выделения метана из отторгнутого от массива куска угля // Доповіді НАН України: Сер. Математика. 2003. № 1. С. 12-17.

11. Смоланов И.Н., Шевченко Л.В. Определение времени образования взрывоопасной концентрации метана, выделяющегося в замкнутых объемах // Физико-технические проблемы горного производства. - Донецк. - 2003. Вып. 6. С. 173-179.

12. Проветривание шахтных накопительных бункеров угля в нормальном режиме работы и в аварийных ситуациях: ОСТУ 10.1-04675545-007-2003 / Пашковский П.С., Греков С.П., Смоланов И.Н. и др., утв. приказом № 363 от 11.07.03. С. 20.

Размещено на Allbest.ru

...