Науковi основи створення нетрадицiйного способу охолодження повiтря i закладання виробленого простору глибоких шахт

У випадку використання секційного закладального трубопроводу з торцевим випуском конструкції інститута "Дніпродіпрошахт" спочатку трубопровод за допомогою лебідки затягується у зібраному вигляді на всю ширину смуги. Вмикається пневмозакладальна машина ВПМД і породою заповнюється ділянка в 1-2 секції кріплення під консольним козирком. Після заповнення цього обсягу машина вимикається, трубопровод на штреку розєднується, виймаються 1-2 секції його, і знову зєднується. Вмикається закладальна машина, породою заповнюється простір під черговими 1-2 секціями кріплення і процес повторюється. Після закладки смуги на всю довжину і проходу комбайну два рази (в обидві сторони) секції кріплення переміщують на нову смугу і на місці, що вивільнилося під консольним козирком з допомогою лебідки розміщується зібраний на штреку трубо-провід.

Технологія робіт у випадку використання трубопроводу з боковим ви-пуском не потребує частих зупинок закладальної машини і характерізується майже повною відсутністю ручної праці. Але повнота заповнення виробленого простору при другому варіанті вища за рахунок торцевого випуску породи.

В роботі розглянуто варіанти і розроблені технологічні схеми закла-дання виробленого простору сипким матеріалом з використанням ВПМД при вийманні запасів довгими стовбами по падінню, по підняттю і по простя-ганню. Останню схему розроблено для випадків панельної і етажної підго-товки шахтного поля.

Створенню комплексної технології закладання виробле-ного простору, що забезпечує утилізацію відходів гірничого виробництва і нормалізацію шахтного мікроклімату, передувала розробка основних принципів формування структури технологій ведення закладальних робіт в умовах глибоких шахт Українського Донбасу. Синтезуючи наведену в роботі інформацію сформульовані основні концеп-туальні положення вирішення проблем закладки виробленого простору, якими передбачається поетапне їх впровадження.

Перший етап передбачає спорудження дільничних і загальношахтних закладальних комплексів з використанням обладнання, що пропонується, і накопичення досвіду його експлуатації з одночасною розробкою і обгрун-туванням принципів організації закладального господарства на шахтах. В якості опорних обєктів на першому етапі уявляється доцільним використати шахти, які вже мають певний досвід ведення робіт з закладанням вироб-леного простору.

Другий етап - визначення оптимальних параметрів і складу інфра-структури закладального господарства, завершення впровадження заходів по залишенню в шахті повного обсягу пустих порід, що утворюються при веденні гірничих робіт.

Третій етап - створення розгалуженої інфраструктури для реалізації задач закладки виробленого простору і розміщення в шахті відходів збага-чення, порід поверхневих відвалів, поховання інших твердих відходів про-мислових виробництв.

Реалізації кожного відповідного етапа повинно передувати його кори-гування виходячи із стану технічної бази на той період часу, що розгля-дається, з урахуванням максимальної інтеграції раніше реалізованих рішень в новий комплекс робіт.

Технологічне обєднання процесів закладання виробленого простору сипким і брикетования матеріалом дозволяє одночасно забезпечити потрібний коефіцієнт заповнення і заданий градієнт зменшення температури в гірничих виробках. При цьому в лавах пологих пластів реалізується спосіб формування закладального масиву з чередуючимися смугами із сипкого і брикетованого матеріалу. На рис.3 показана технологічна схема закладки виробленого простору сипким і брикетованим матеріалом при комбінованій системі розробки і вийманні вугілля по підняттю.Технологія зведення масиву здійснюється аналогічно вищенаведеним способам формування закладальних масивів із сипкого і брикетованого матеріалів з наступною відміною: після закладки смуги охолодженими брикетами комбайн рухається від вентиля-ційного штрека до конвейєрного без закладання з наступною відсипкою під час зворотнього ходу чергової смуги сипким матеріалом, для чого пневмозакладальний трубопровід переключають на закладальну машину ВПМД, розташовану на відстані не більше 2,5 км від місця зведення масиву. Перед зворотнім переключенням трубопроводу на загальну систему брикет-ного пневмотранспорту здійснюється його обовязкова продувка з метою очищення ставу від залишків сипкого матеріалу, після чого знову реалізують процес викладки смуги брикетованим матеріалом. Таким чином, чередуючи смуги брикетованої закладки і сипкого матеріалу, здійснюється заповнення виробленого простору лави. Параметри смуг, їх кількість і відстань між ними визначається за допомогою відомих геомеханічних розрахункових способів виходячи з умов забезпечення надійної підтримки покрівлі пласта.Кількість охолодженої породи, яка подається до виробленого простору, диференційовано змінюється по довжині лави зі зменшенням в напрямку руху повітряного струму у відповідності з температурним градієнтом в місцях зведення закладальних смуг.

Спосіб зведення закладального масиву із охолодженого брикетованого матеріалу захищено патентами України № 25223 А і № 25224 А.

Блок-схема розташування обладнання для реалізації комплексної технології закладання виробленого простору і нормалізації шахтного мікроклімату показана на рис.4.

????????? ?? http://www.allbest.ru/

Ріс. 4 Блок-схема розташування обладнання для реалізації комплексної технології закладки виробленого простору і нормалізації шахтного мікроклімату

Проведена дослідно-промислова апробація і визначена економічна ефективність розроблених способів. Випробування про-водилися на дослідно-експериментальному полігоні ІГТМ НАН України і в промислових умовах шахти ім.Сташкова ДХК «Павлоградвугілля» та шахти ім. Артема ВО «Дзержинськувугілля». Результати розробки впроваджені в проекти дослідно-промислового відпрацювання технології закладки вироб-леного простору на шахті ім. Сташкова ДХК «Павлоградвугілля» і на шахті "Добропільська-Капітальна" ДХК «Добропіллявугілля».

Розрахунки економічної ефективності розроблених способів свідчать про те, що використання ВПМД у технологічних схемах закладання виробленого простору призводить до заощадження коштів у сумі 726 тис. грн. на рік. Економічна ефективність впровадження комплексного способа закла-дання виробленого простору низькотемпературними кулями-брикетами з од-ночасним охолодженням шахтної атмосфери становить 1189 тис. грн. на рік.

Обгрунтованість і достовірність положень, висновків і рекомендацій забезпечується статистично значимим обсягом лаборатор-них і шахтних експериментів, проведенням теоретичних досліджень з вико-ристанням фундаментальних положень термодинаміки, теорії тепломасо-обміну у поєднанні з експериментальними дослідженнями. Достовірність одержаних результатів підтверджується задовільною збіжністю теоретичних і експериментальних даних (розбіжність не перевищує 20 %, показники знаходяться в межах довірчої вірогідності відхилення). Відтворюваність одержаних результатів забезпечується використанням стандартних приладів, типової апаратури і методів вимірювання. Адекватність розробленої матема-тичної моделі процесів тепломасопереносу реальним умовам виймальних дільниць підтверджується напівемпіричним підходом до описання процесів, які досліджуються, і задовільною збіжністю отриманих теоретичних і експе-риментальних результатів.

ВИСНОВКИ

Дисертація є закінченою науково-дослідною роботою, в якій виконано теоретичне узагальнення і вирішення значної науково-технічної проблеми, що має важливе народногосподарче значення і полягає в розробці наукових основ створення нетрадиційного способу охолодження повітря і закладання виробленого простору глибоких вугільних шахт.

В процесі виконання робіт отримані наступні підсумкові наукові вис-новки і практичні результати:

1. Дослідженням динаміки змінення абсолютних і відносних обсягів твердих відходів гірничопромислового виробництва встановлено, що при любому рівні споживання вугілля в народному господарстві супутнє утворен-ня твердих відходів очікується порядку 800 т на кожні 1000 т видобутку вугілля. Накопичення наявної кількості гірничопромислових відходів і утворення підземних порожнин в процесі видобутку вугілля є екологічно значущим фактором і являє собою одну з причин негативних наслідків техногенно-екологічного характеру у вугледобувних регіонах.

2. Експериментально встановлено, що найбільш інтенсивне ущільнення сипкого матеріалу відбувається на початку процесу брикетування і повязано з перерозподілом часток матеріалу і їх більш щільним упакуванням під дією зовнішніх сил. При цьому істотний вплив на характер розподілу щільності по висоті брикету надає схема пресування. Двобічне пресування дозволяє отримати більш рівномірний по гущині брикет порівняно з однобічним.

3. Розроблено спосіб брикетованої доставки охолодженого закладаль-ного матеріалу, який полягає в безперевантажному транспортуванні породних брикетів у вигляді куль стиснутим повітрям по транспортному трубопроводу до місця зведення закладального масиву. Встановлена дальність транспор-тування дорівнює 13,2 км, продуктивність системи визначається інтервалом вводу брикетів до трубопроводу, технологічна швидкість становить 10 м/с, час збереження брикетами потрібної міцності не перевищує 23 хвилин, початкова температура брикетів відповідає - 5 0С і нижче, робочий тиск у системі сягає 0,1 МПа. Технічні вимоги до обладнання і показники призначення способу визначені «Технічним завданням...», яке заптверджено на галузевому рівні.

4. Вперше встановлено, що при відводі тепла від поверхні кулі темпе-ратура по полю брикета розподіляється нелінійно, понижуючись від центра на периферію до досягнення температури замерзання води, після чого межа промерзання починає посуватися від периферії на центр до досягнення брикетом температури холодоагента. Процес розморожування брикетів відбувається аналогічно: при підводі зовнішнього тепла температура перифе-рійної частини підвищується до нульової позначки, а крива зміни тем-ператури по полю брикета має злом на межі таяння, який рухається до центру кулі. При відтаюванні до центру характер кривої знову змінюється, але цей процес відбувається вже за межами збереження брикетом міцності.

5. Експериментально встановлено закономірності, які характеризують процес тепло- і масопереносу на виймальних дільницях глибоких шахт. Дове-дено, що в рівняннях теплового балансу урахування впливу масообміну може базуватися не на емпирічних значеннях відносної вологості в характерних точках виробки, а на використанні регресійних рівнянь, що характеризують вологовиділення на виймальних дільницях в залежності від загальної кількості сприйнятого повітрям тепла.

6. Вперше запропоновано математичну модель для прогнозу теплово-логісних параметрів повітря на виймальних дільницях, яка дозволяє здій-снювати порівняльний аналіз теплового режиму виймальних дільниць з бри-кетованою закладкою виробленого простору із охолоджених і неохолоджених матеріалів. Від існуючих математичних моделей запропонована модель відмі-нюється напівемпирічним підходом до описання процесу масообміну.

7. Встановлені параметри брикетованої закладки виробленого простору, які забезпечують зменшення температури повітря на виймальних дільницях. Визначено охолоджуючий вплив закладального масиву із охолодженого матеріалу на вентиляційний струм, який при різниці температури уміщуючих порід і закладального масиву 35 0С складає близько 300 кВт.

8. Розроблені наукові основи створення системи технічних засобів і способів закладання виробленого простору охолодженим брикетованим матеріалом. Розрахунками, виконаними для широкого діапазону гірничо-геологічних умов видобутку вугілля доведено, що закладання виробленого простору охолодженими до температури - 10 0С брикетами дозволяє зменшити температуру повітря на виході з лави в середньому на 8,4 0С при коливанні значень зменшення температури в межах 5,4 - 13,4 0С.

9. Розроблена технологія і визначений порядок виконання робіт по закладанню виробленого простору очисних вибоїв глибоких шахт охолодже-ними кулями-брикетами і сипким закладальним матеріалом. З урахуванням особливостей обладнання розроблені технологічні схеми, наведені їх вибіркові характеристики, а також визначені розрахункові показники і параметри технології ведення закладальних робіт в умовах крутопохилих і пологих пластів для широкого діапазону видів кріплення і виймальних агрегатів.

10. Доведена технічна можливість, екологічна необхідність і економіч-на доцільність обєднання в єдиному технологічному ланцюгу процесів закладки виробленого простору очисних вибоїв глибоких вугільних шахт і нормалізації шахтного мікроклімату.

Результати розробок пройшли промислові випробування і впроваджені в проекти дослідно-промислового відпрацювання технології закладки виробленого простору на шахті ім. М.І.Сташкова ДХК «Павлоградвугілля» і на шахті «Добропільська-Капітальна» ДХК «Добропіллявугілля».

«Вихідні дані і технічний регламент для створення комплексного способу закладки виробленого простору і нормалізації температури повітря глибоких шахт шляхом використання охолоджених куль-брикетів» затверджені на галузевому рівні і впроваджені в проекти інститута «Дніпродіпрошахт».

«Технічні завдання...» на технічні засоби, що розроблені по результатам роботи, затверджені Мінвуглепромом СРСР і Мінвуглепромом України.

Сукупність отриманих результатів складає необхідні наукові основи для створення нетрадиційного способу охолодження повітря і закладання виробленого простору глибоких вугільних шахт.

брикетування температура шахтний

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1.Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г. К концепции создания экологически чистых технологий при разработке глубоких шахт // Уголь Украины. - 1994.- № 2.- С.3-4.

2. Перепелица В.Г. Создание комплексной технологии закладки выработанного пространства и охлаждения воздуха глубоких шахт путем утилизации отходов горнопромышленных производств // Материалы, технологии, инструменты : Научн.техн.журнал НАН Беларуси. - 1998, том 3.- № 3.- С. 78-82.

3. Перепелица В.Г. Об оценке экологической ситуации в горнопромы-шленных регионах // Уголь Украины.- 1998.- № 4.- С. 43-44.

4.Волошин А.И., Перепелица В.Г.Определение технологических параметров подготовки закладочного материала для его транспортирования вибропневмозакладочными машинами // Известия Донецкого горного института, № 2 (8), - 1998.-С.32-34.

5. Перепелица В.Г. Комплексный подход к решению задач утилизации отходов горнопромышленных производств, закладки выработанного простра-нства и охлаждения воздуха глубоких шахт // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 2. - С.14-21.

6. Перепелица В.Г. Подготовка и доставка брикетированного закла-дочного материала с использованием пневмотранспортных систем // Сб.науч. тр. НГА Украины. - 1998. - С.22-27.

7. Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г. Создание малоэнергоемких устройств для пневматической закладки выработанного пространства // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 2. - С.53-58.

8. Перепелица В.Г. Снижение температуры воздуха глубоких шахт пу-тем закладки выработанного пространства охлажденным брикетированным материалом // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 3. - С.104-109.

9. Перепелица В.Г. Анализ объемов выхода побочных продуктов горного производства и оценки возможности их утилизации при закладке выработанного пространства // Сб.науч.тр. НГА Украины. "Проблемы эколо-гии горного производства и обеспечение безопасности жизнедеятельности" - Днепропетровск. - 1998.- № 3, том 5. - С. 160-164.

10. Перепелица В.Г. Определение исходных данных для расчета температурного режима шахты с учетом влияния локальных участков охлажденного закладочного массива // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 3. - С.100-104.

11. Перепелица В.Г. Методы прогноза тепловлажностных параметров воздуха на выемочных участках глубоких шахт // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 4 - С.9-24.

12. Перепелица В.Г., Волошин А.А., Рябцев О.В. Технологические особенности отработки угольных пластов системами с закладкой выработанного пространства при вибропневматической доставке закладочного материала // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 4. - С.24-32.

13. Перепелица В.Г. Тепловой режим выемочных участков глубоких шахт при брикетированной закладке выработанного пространства // Сб. науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 5. - С.124-128.

14. Волошин А.И., Перепелица В.Г., Волошин А.А. Обоснование и перспективы использования вибрационно-пневматических машин в инфраструктуре закладочного хозяйства шахт Донбасса // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 7. - С.8-13.

15. Волошин А.И., Перепелица В.Г., Сергийченко Г.Л. Малогаб-аритный дробильно-закладочный комплекс // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 2. - С.53-58.

16. Булат А.Ф., Перепелица В.Г. Специфика условий и проблемы улуч-шения безопасности труда на угольных шахтах Украинского Донбасса // Охрана труда. - 1996. - № 2. - С.29-31.

17. Перепелица В.Г. Анализ тепловых условий выемочных участков глубоких шахт и оценка технологических решений, влияющих на формиро-вание микроклимата при очистной выемке // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 9. - С.35-50.

18. Волошин А.И., Перепелица В.Г. Результаты испытаний камерной вибрационно-пневматической закладочной машины ВПМЦ // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 9. - С.17-21.

19. Волошин А.И., Перепелица В.Г., Гогель Э.Б., Иочков А.А. Освоение технологии селективной добычи марганцевых руд с оставлением пустых пород в отработанных заходках на шахтах Никополь-Марганецкого бассейна // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1998.- № 4. - С. 56-57.

20. Перепелица В.Г. К вопросу моделирования процессов массопереноса в горных выработках глубоких угольных шахт // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1997. - № 2. - С.46-51.

21.Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г. Геоэкологические проблемы утилизации отходов горнопромышленных производств и пути их развития // Сб.науч.тр. "Проблемы повышения эффективности горнорудного производства". - Кривой Рог, НИГРИ. - 1994. - С. 34-41

22. Перепелица В.Г. Тенденции изменения экологически значимых объемов выхода промышленных отходов угольных шахт и побочных продук-тов углеобогащения на предприятиях Украинского Донбасса // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1998. - № 10. - С.22-26.

23. Перепелица В.Г. Формирование массива при комплексной закладке выработанного пространства сухой сыпучей и охлажденной брикетированной породой // Сб.науч.тр. "Геотехническая механика".- Днепропетровск. ИГТМ НАН Украины.- 1999. - № 12. - С.6-11.

24. Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г. Комплексное решение задач повышения экологической защищенности горнопромышлен-ных регионов и снижения температуры воздуха глубоких шахт путем закладки выработанного пространства охлажденной породой // Труды Международного симпозиума по проблемам прикладной геологии, горной науки и производства : Санкт-Петербург. - 1993. - С.159-164.

25. Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г., Кузьмин Н.А., Крюков Г.А. Перспективы реализации экологически чистых технологий путем использования вибрационно-пневматических закладочных машин в инфраструктуре закладочных хозяйств // Тез.докл. Всесоюзной конф. "Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых".- М : Черметинформация. - 1990. - С.60-61.

26. Потураев В.Н., Волошин А.И., Перепелица В.Г. Геоэкологическое обоснование прооцессов закладки выработанного пространства и охлаждения шахтного воздуха при комплексном решении указанных задач // Тез.докл. Х Международной конф. по механике горных пород.- М : - 1993.- С.121.

27. Poturaev V.N., Voloshin A.I., Perepelitsa V.G. Utilization of the Mining Production Waistes by Means of their Packing in the Mined out Spase of Mining Enterprises // The 13-th International seminar on estimation and preservetion of surroundings. - Great Britain, Aberdeen. - 1992. - P.117-122.

28. Патент Украины № 25223 А. Способ закладки выработанного пространства. Патентообладатель - институт геотехнической механики НАН Украины. Авт. Волошин А.И., Перепелица В.Г., Потураев В.Н. - 07.1997.

29. Патент Украины № 25224 А. Способ подготовки и доставки брике-тированного закладочного материала. Патентообладатель - институт геотех-нической механики НАН Украины. Авт. Перепелица В.Г. - 07.1997.

30. Патент Украины № 25225 А. Способ замораживания брикетов из закладочного материала. Патентообладатель - институт геотехнической меха-ники НАН Украины. Авт. Перепелица В.Г. - 07.1997.

31. Патент Украины № 97073801. Способ закладки выработанного пространства глубоких шахт. Патентообладатель - институт геотехнической механики НАН Украины. Авт. Перепелица В.Г. - 07.1997.

Размещено на Allbest.ru