Геомеханічні і аерологічні основи запобігання пожеж від самозаймання вугілля в шахтах
Розкриття геомеханічних і аерологічних особливостей процесу самонагрівання вугілля в підземних гірничих виробках. Створення високоефективних способів запобігання ендогенних пожеж у шахтах. Вплив напружено-деформованого стану порід покрівлі пласту.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 29.09.2013 |
| Размер файла | 665,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В п'ятому розділі приведено результати теоретичних і лабораторних досліджень термодинамічних процесів при формуванні джерел самонагрівання вугілля в підземних гірничих виробках.
Уточнено вплив температури повітря на глибину проникнення кисню у вугільну речовину. Хроматографічними методами в НДІГС вивчена залежність константи швидкості окислювання вугілля від його фракційного складу. В міру здрібнювання вугілля спостерігали відхилення від лінійного росту залежності між зворотним значенням діаметра зерна і константою швидкості окислювання, що прагне до постійного значення. Найбільш активні частки вугілля розміром менш 0,1 мм, а для тих, що мають розмір менш 0,04 мм - швидкість окислювання максимальна і постійна. Зі збільшенням температури повітря від 50 до 100.120 0С в 2.2,5 рази збільшується глибина проникнення повітря у вугілля. При цьому обсяг, і відповідно маса вугілля, що окислюється, значно зростають, що визначає істотне збільшення теплоти, що генерується джерелом.
Проведено оцінку зміни хімічних властивостей здрібненого вугілля, що залишається у виробленому просторі, під впливом водяної пари. Для цього використані результати проведених у НДІГС експериментів по вивченню кінетики зволоження вугілля різних марок. Аналіз ізотерм зволоження вугілля різної дисперсності в мінливих термодинамічних умовах дозволив одержати співвідношення, що зв'язує температуру, вологість і тиск:
P = A0. W / (Wн e - E / RT - W), (7)
де Р - тиск пари над поверхнею вугілля, Па; Е - енергія активації, Дж/моль;
Wн - початкова вологість вугілля, %; W - поточний рівноважний вологовміст, %; Т - температура вугілля, К; R - універсальна газова постійна, Дж/ (моль. К); A0 - емпіричний коефіцієнт; Па.
Визначені в лабораторних умовах значення A0 і E для найбільш схильних до самозаймання типів донецького вугілля.
Уточнено, з урахуванням отриманих зведень про місця й умови виникнення ендогенних пожеж, схему тепломасопереносу у джерелі самонагрівання. При цьому, на відміну від відомих схем, реалізована можливість моделювати джерела, заглиблені в деформовану крайову частину вугільного шару (рис.6).
Рис. 6. Схема тепломасообміну у джерелі самонагрівання: Q1 і Q2 - відповідно теплові потоки між вугіллям, повітряним середовищем і породним масивом; Q3 - винос теплоти, обумовлений випаром води; S1, S2 - частини поверхні вогнища, що контактують з масивом порід і повітрям
Щоб процес самонагрівання вугілля в скупченні привів за час tu до самозаймання, необхідне виконання умови:
(8)
де І - комплексний показник пожежонебезпечности, кг/м2; mc - маса джерела самонагрівання, кг; S0 - площа повної поверхні скупчення, м2; Q - теплота хемосорбції кисню вугіллям, Дж/м3; - об'ємна концентрація кисню, частка одиниці; ; u - удільна швидкість сорбції кисню вугіллям, м3/ (кг с)
Вираження (8) відображає термодинамічний стан вугільного скупчення в будь-який проміжок часу.
Схема прогнозування стану вугілля, що самонагрівається, у пожежонебезпечній зоні наступна. Кількість теплоти, що виноситься потоком фільтруючого повітря, (Q1, Дж) визначається з вираження:
(9)
де S2 - площа частини поверхні скупчення, що контактує з повітрям; T - поточне значення температури вугілля в скупченні, К; Tв - температура повітря, К; tu - інкубаційний період самозаймання вугілля, с; - пористість роздрібненої вугільної маси.
Формула (8) може бути представлена у виді:
(10)
де ;
S0 - площа повної поверхні скупчення, м2; І1 - інтеграл вхідний у формулу (8); DS - елемент площі, м2; S1 - площа частини поверхні скупчення, що контактує з породами, м2.
Кількість теплоти, що утрачається джерелом самонагрівання в результаті теплообміну з породами дорівнює
(11)
де ;
Третя складова втрат теплоти в скупченні при самонагріванні визначається процесом випаровування вологи з поверхні часток і пір вугілля й обчислюється по формулі:
(12)
де
де: V - швидкість руху повітря уздовж поверхні скупчення вугілля, м/с; м - молярна маса води, кг/моль; W - вологість вугілля, %; , - середні значення тиску пари над поверхнею вугілля й у повітрі, що обтікає скупчення нагрітого вугілля, Па; R - універсальна газова постійна, Дж/ (моль К).
Теплота, що генерується в скупченні при самонагріванні вугілля, визначається з вираження:
(13)
З обліком встановлених у роботі геомеханічних особливостей зрушень порід покрівлі у виробленому просторі визначається час контакту вугілля з повітрям (рис.7).
Рис.7. Тривалість (t) взаємодії повітря з залишеним у виробленому просторі вугіллям при відпрацьовуванні пласта лавою (vоч=25 м·міс-1), тип покрівлі А2 (Ш0=l0=30 м; lk=25.30 м) при прямоточній схемі провітрювання й інкубаційному періоді самозагоряння вугілля tи=0,65 міс.; 1-лава; 2 - вентиляційна виробка; Qл, Qисх, Qут - відповідно витрата повітря в лаві, у вихідному струмені ділянки, у витоку через вироблений простір
Завдяки виконаним дослідженням з'явилася можливість забезпечити ефективність впливу на кінетику окислювання вугілля в гірничих виробок: шляхом керування гранулометричним складом, параметрами хімічної активності вугілля, витратою повітря і вмістом кисню в пожежонебезпечній зоні й ін. Прогноз процесу самонагрівання вугілля можливо проводити з урахуванням можливості керування вологовмістом вугілля шляхом подачі пари, аерозолів, струменів води.
В шостому розділі представлені дослідження з обґрунтування і вибору способів попередження самозаймання вугілля в гірничих виробках. З використанням отриманих представлень про формування пожежонебезпечних зон у процесі виїмки пластів модернізована концепція попередження самонагрівання вугілля в підземних гірничих виробках (табл.1).
Обґрунтовані шляхи (принципи) обмеження чи придушення до безпечних рівнів самонагрівання вугілля, запропоновані дистанційні способи, як найбільш придатні для впливу у важкодоступних місцях. Вперше обґрунтований вплив поліпшенням гранулометричного складу вугілля, зменшенням товщини його дифузійного шару, інгібіруванням за допомогою газових засобів, стабілізацією тиску в повітряних потоках, руйнуванням і ущільненням пласта і порід покрівлі.
Таблиця 1
Концепція керування процесом придушення самонагрівання вугілля в гірничих виробках
|
Класифі-каційна ознака |
Шляхи здійснення профілактики |
||||||||||||
|
Об'єкт |
Вугілля |
Повітря |
Метан |
Вода |
|||||||||
|
Шлях впливу |
Поліпшення грансоставу |
Зменшення дифузійного шару |
Обробка інгібіторами |
Керування складом |
Керування витратою |
Зміна шляхів руху |
Дегазація просторів |
Керування витратою |
Керування напрямком потоку |
Керування подачею |
Зміна складу |
Зміна фазового стану |
|
|
Тактика застосування |
Дистанційно |
Безпосереднім впливом |
|||||||||||
|
Місце здійснення |
Вугільний пласт |
Породи покрівлі |
Вироблений простір |
Порожнина виробки |
|||||||||
|
Фазовий стан подаваних речовин |
Газоподібні |
Рідинні |
Твердофазні |
Комбіновані (піни, суспензії, аерозолі) |
На основі отриманих даних розроблені нові й удосконалені відомі технічні рішення по запобіганню самонагрівання вугілля, у яких використовуються рідкі сполуки, що твердіють, хімічні склади, що спінюються і їхні комбінації, газоподібні інгібітори, керування складом і динамічними характеристиками вентиляційних потоків.
Успішно використана на шахтах "Тошківська", "Новогродівська" №1-3, "Південодонбаська" №3, "Дніпровська" удосконалена технологія попередження підземних ендогенних пожеж форсованим відходом лави від джерел самонагрівання вугілля, де проводили попередній розрахунок параметрів утворення герметичних і повітропроникних ділянок виробленого простору.
Експериментально обґрунтовано можливість дистанційного керування хімічною активністю здрібненого вугілля при впливі на нього газоподібними інгібіторами, такими як газоподібні продукти термодеструкції вугілля та інші. Це відкрило можливість скорочувати термін гасіння ізольованих пожеж способом рециркуляції чи зворотно-поступового переміщення пожежних газів, що знайшло підтвердження при ліквідації аварії на шахті ім.Г. Г. Капустіна.
Експериментально в лабораторних умовах і на шахті ім. О.Ф. Засядька доведена можливість використання капілярних сил для обробки вугілля при низькому тиску застосованого розчину. При використанні таких антіпирогенів, крім утворення ізолюючої плівки на поверхні вугілля, відбувається конгломерація дрібних часток вугілля, чим досягається не схильний до самонагрівання фракційний склад.
На основі концепції керування процесом самонагрівання вугілля в гірничих виробках з'явилася можливість оцінити вплив технологічних процесів виїмки вугілля на пожежонебезпечність гірничих виробок. Для цього проведена систематизація технологічних прийомів, спрямованих на запобігання самонагрівання вугілля разом з операціями, виконуваними в технологічних зонах, виявлено ряд нових шляхів і розширена область застосування загальнотехнічних методів профілактики ендогенних пожеж. Наприклад, знижують втрати вугілля у місцях формування пожежонебезпечних зон шляхом виїмки пласту на повну потужність. Забезпечують поліпшення грансоставу відбитої гірничої маси за рахунок збільшення швидкості подачі комбайна уздовж вибою. Паралельно з навантаженням і транспортуванням вугілля у цих місцях проводять якісне зачищення ґрунту пласту чи змивання з нього вугільного дріб'язку. Зменшення хімічної активності досягають також розубожуванням здрібненого вугілля сипучими інертними матеріалами на ґрунті виробки, або обробкою його розчинами ПАР. Ізоляція вугілля від повітря породами покрівлі, що обвалилися при прискореному просуванні очисного вибою, при цьому доцільно застосовувати штучне ослаблення покрівлі чи примусове її обвалення. Обмеження нагрівання повітря в тріщинах і гальмування кінетики окислювання за рахунок зменшення дифузійного шару досягають стабілізацією тиску повітря в мережі гірничих виробок. Створення метанової атмосфери і обмеження доступу кисню у вироблений простір забезпечують виконуючи кріплення брівки лави зведенням ізолюючих литих чи бутових смуг а порожнин - бар'єрами чи перемичками. Найбільший ефект дає комплексне застосування наведених мір та деяких інших.
Ефективність технологічного впливу на зазначені об'єкти обґрунтована можливістю прогнозування з використанням методів гірничої геомеханіки: місць інтенсивного здрібнювання вугілля, виникнення порожнин у виробленому просторі, циклічності обвалення порід покрівлі. Уперше запропоновано запобігати самонагрівання обмеженням пульсації тиску повітря в шахтній вентиляційній мережі, впливом газоподібних інгібіторів, ізоляцією залишеного у виробленому просторі вугілля заваленими породами покрівлі та ін. Це відкрило перспективу зниження собівартості вугілля, що добувається, і підвищення ефективності протипожежного захисту гірничих виробок.
В сьомому розділі представлені результати апробації і впровадження наукових розробок і практичних рекомендацій з попередження ендогенних пожеж, проведено оцінку економічної результативності їхнього застосування на шахтах.
Результати дисертаційної роботи використані в керівних нормативно-технічних документах по попередженню пожеж при відпрацьовуванні схильних до самозаймання пластів, а також шляхом удосконалення проектів протипожежного захисту шахт.
У восьми очисних вибоях зроблена дослідно-промислова перевірка способу безпечної роботи очисного вибою при наявності вогнища самонагрівання у виробленому просторі. Економічний ефект склав при цьому не менш 61,5 тис. грн. на один вибій.
Економічний ефект дослідно-промислової перевірки технології обробки пласта для запобігання самонагрівання вугілля в зонах геологічних порушень на шахті ім. О.Ф. Засядька склав 93,97 грн. на метр виробки.
З використанням результатів дисертаційної роботи були розроблені технічні вимоги і виготовлені експериментальні зразки шахтних вентиляційних перемичок, що дозволяють підвищити ефективність попередження самонагрівання вугілля в гірничих виробках і скоротити число ендогенних пожеж у вугільних шахтах.
Матеріали дисертаційних досліджень використовуються для викладання курсів дисциплін "Керування станом породного масиву", "Гірничорятувальна справа", "Розробка родовищ корисних копалин", "Попередження і гасіння підземних пожеж" у Донецьком національному технічному університеті й Учбово-оперативному загоні ДВГРС.
Висновки
У дисертації надано теоретичне узагальнення і рішення актуальної науково-технічної проблеми, що полягає в підвищенні рівня ендогенної пожежної безпеки вугільних шахт на основі розкриття геомеханічних і аерологічних особливостей процесу формування пожежонебезпечних зон у виймальних полях, що інтенсивно відпрацьовують, розробці нових і модернізації існуючих способів ефективного запобігання ендогенних пожеж.
Виконані дослідження дозволили розширити представлення про особливості виникнення і розвитку джерел самонагрівання вугілля і виявити ряд факторів, що сприяють підвищенню ефективності прогнозування і профілактики ендогенних пожеж.
Основні наукові і практичні результати роботи зводяться до наступного:
1. Розкрито фізичну сутність впливу літологічної будівлі що змінюється покрівлі пласта що розроблюють на циклічність геомеханічних і аерологічних процесів у виробленому просторі, що полягає в збільшенні розмірів повітропроникних порожнеч і зменшенні частоти осад покрівлі зі збільшенням відносини жорсткості порід покрівлі до масового навантаження. Отримано експериментально-аналітичну залежність кроку осідання покрівлі пласта від потужності, модуля пружності і коефіцієнта поперечної деформації породних шарів, що її складають, що дозволяє обґрунтувати зміну аеродинамічних параметрів вироблених просторів при нестабільних гірничо-геологічних умовах у межах виймального поля. Результати використані в нормативних документах "Ендогенні пожежі на вугільних шахтах Донбасу. Попередження і гасіння. Інструкція" і "Ендогенні пожежі на вугільних шахтах Західного Донбасу. Попередження і гасіння. Інструкція", де передбачено визначення розмірів і координат пожежонебезпечних зон у виробленому просторі.
2. Уточнено механізм формування напруг у зоні плавних прогинів підроблених шаруватих порід, що полягає в представленні гірського масиву у виді товстої плити, складеної шарами, що має неоднорідні граничні умови обпирання що мають відповідні натурним умовам потужність, порядок розташування і механічні властивості. При цьому представлення повного прогину плити у виді суми двох складових - за рахунок вигину і зрушення дало можливість одержати варіаційне рівняння для внутрішньої енергії, а також систему лінійних алгебраїчних рівнянь для напруг. Це дозволило встановити параметри напружено-деформованого стану плити з урахуванням впливу зрушення на величину згинаючих моментів і енергії зрушення від поперечних сил і виявити значимі фактори такі як жорсткість породної товщі покрівлі, співвідношення розмірів плити в плані, що визначають параметри формування пожежонебезпечних зон у виробленому просторі. Установлені залежності використані при розробці "Рекомендацій з безпечного відпрацьовування лав при наявності пожежі у виробленому просторі", "Керівництва з придушення осередків самонагрівання, розташованих у вироблених просторах, шляхом прискореного посування лави" і "Технологічних схемах попередження самозаймання вугілля в шахтах шляхом керування вологовмістом виробленого простору".
3. Уперше теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено, що пожежонебезпечні зони у вироблених просторах діючих очисних вибоїв обмежені областю повних зрушень підроблених порід покрівлі. При цьому встановлено, що підроблені і завалені породи покрівлі пласта навіть з упорядкованою блоковою структурою в межах області повних зрушень є непроникної для повітря середовищем при рівні депресії виймальної ділянки сягаючому 20.50 даПа. Розміри і форма пожежонебезпечних зон описуються циклічними функціями, що вміщують розриви другого роду (наприклад функцією Хевісайда). З цього випливає, що нестабільна періодичність обвалення порід покрівлі за очисним вибоєм приводить до зміни параметрів пожежонебезпечних зон. Це дозволило обґрунтувати пожежонебезпечних параметри посування очисних вибоїв і підвищити безпеку робіт при локалізації джерел самонагрівання на шахтах "Дніпровська", "Новогродівська № 1-3", "Південно-Донбаська № 3" і інших.
4. Вперше експериментально встановлено, що розміри пожежонебезпечних зон у виробленому просторі, що примикають до підготовчих виробок, визначаються піддатливістю охоронних споруджень. При цьому з ростом піддатливості ширина зони збільшується по лінійній залежності. Зниження піддатливості за рахунок збільшення ширини вугільної цілини з 4 до 12 м у системі "бутова смуга - підготовча виробка - вугільна цілина", при важкообвалюємих покрівлях типу А3, приводить до скорочення від 6 до 3 м ширини пожежонебезпечної зони. Застосування комбінованих споруджень з перемінною конструктивною піддатливістю і зведення у виробленому просторі бар'єрних споруджень дозволяє скорочувати розміри пожежонебезпечних зон. Отримані закономірності використані в "Наставлянні по гасінню пожеж у вугільних шахтах" для обґрунтування розмірів і місць зведення ізолюючих бар'єрів при придушенні джерел самозаймання у виробленому просторі. На ряді шахт (ім. О.Ф. Засядька, "Південно-Донбаська №3", "Новогродівська №1-3 і інших) при наявності джерел самонагрівання у виробленому просторі ці порожнини були використані для забезпечення безпечного відпрацьовування лав шляхом відводу на флангові вироблення газоподібних продуктів самонагрівання.
5. Розкрито механізм самонагрівання вугілля в крайовій деформованій частині пласта, що полягає у формуванні фільтраційного режиму надходження повітря всередину пласта під дією теплової депресії, викликаної нагріванням термічно тонких тіл (часток вугілля). Це дозволяє за рахунок конгломерації дрібнодисперсних часток і обробки крайової частини пласта за допомогою капілярно-проникаючих сполук придушити самозаймання вугілля. Дослідно-промислові іспити на шахті ім. О.Ф. Засядька підтвердили високу надійність запропонованої технології.
6. Уперше теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено прискорення самонагрівання розпушеного вугілля в гірничих виробках шляхом передачі термічно тонким вугільним часткам теплоти від газів, що нагріваються унаслідок фізичних процесів: негативного ефекту Джоуля-Томсона, що виникає при десорбції і витіканні газів із крайових частин газорясних пластів, а також перетворення з механічної в теплову енергії пульсуючого в розпушеному вугільному середовищі повітря. Стабілізація режиму провітрювання і керування витіканням десорбованих газів дозволяє запобігти самонагріванню вугілля. Для зниження небезпечного впливу пульсацій повітряних потоків у виробленому просторі лав створена і випробувана на шахті ім. РСЧА ВО "Добропіллявугілля" швидкісна технологія зведення перемичок, що обгороджують частину вентиляційних штреків, що погашається.
7. Технічні рішення по прогнозуванню пожежонебезпечних зон у гірничих виробках, що є результатом дисертаційних досліджень, використано при розробці створюваної в рамках російсько-польського проекту автоматизованої системи комплексного моніторингу безпеки шахт.8. Досягнуто наступні показники економічної ефективності від упровадження результатів дисертаційної роботи:
при використанні способу форсованого відходу лави від осередків самонагрівання економічний ефект у порівнянні з комбінованим способом гасіння пожежі складає не менш 62 тис. грн. на один очисний вибій;
використання капілярно-проникаючих антіпирогенів для обробки крайової частини пласта і конгломерації термічно тонких часток вугілля забезпечує економічний ефект не менш 1,4 тис. грн. на один осередок в порівнянні з нагнітанням у шпури рекомендованих нормативними документами антіпирогенних розчинів.
Зміст дисертації висвітлено у наступних друкованих працях
Основні публікації
Опыт ликвидации сложных аварий на угольных шахтах Украины / Гладков Ю.А., Белик И.П., Привалов Н.И., Костенко В.К., Кузяра В.И. - К.: Техника, 1992, - 192 с.
Эколого-технические проблемы безопасности отработки угольных месторождений / Гребенкин С.С., Иванов И.Ф., Булгаков Ю.Ф., Глебов В.П., Ефремов И.А., Иванов И.И., Иванов Ф.И., Иванов В.Л., Костенко В.К., Керкез С.Д., Перепелица В.Г., Пилюгин В.И., Радченко В.В. - Донецк: ДонНТУ. 2004. - 256 с.
Костенко В.К. Предупреждение и тушение эндогенных пожаров при отработке крутых и крутонаклонных пластов // Справочник по разработке крутых и крутонаклонных угольных пластов Донбасса. Под общей редакцией С.С. Гребенкина, И.Ф. Иванова. Донецк: ДонНТУ, 2003. - С.269-317.
Заболотний А.Г., Холодов В.П., Каледин Н.В., Костенко В.К. Локализация эндогенного пожара на шахте "Днепровская" // Уголь Украины № 6, 1995, - С.31-34.
Костенко В.К. Влияние геомеханических факторов на формирование пожароопасных зон в выработанном пространстве // Уголь Украины. 1997, №9, С. - 48-51.
Костенко В.К. Геомеханические и технологические способы предупреждения и ликвидации самовозгораний угля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр., НИИГД, - Донецк, 1998, - С69-76.
Костенко В.К. Теоретические основы расчета параметров пожароопасных полостей в выработанном пространстве выемочного поля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр., НИИГД, - Донецк, 1998,-С.86-93.
Костенко В.К., Кукуруза А.П., Ильин А.Е. Подавление токсичных веществ на вертикальных поверхностях // Уголь Украины, - 1998, - №8-9, С.60-62.
Костенко В.К., Кошовский Б.И., Завьялова Е.Л. Влияние на кинетику окисления угля его фракционного состава и концентрации кислорода // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С.104 - 109.
Костенко В.К., Кукуруза А.П., Бокий В.В., Болдырев М.Н. Опыт ликвидации очагов самонагревания угля в зонах геологических нарушений // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С109-113.
Костенко В.К., Марийчук И.Ф., Болдырев М.Н., Кравченко В.Е. Выявление пожароопасных зон в выработанном пространстве по напряженному состоянию горных пород кровли // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С 92-97.
Костенко В.К. Влияние структурных изменений в пласте на формирование пожароопасных зон // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С 85-92.
Костенко В.К. Расчет параметров пожароопасных зон в выработанном пространстве выемочного поля // Известия Донецкого горного института, - 1999, - №2. - С 32-36.
Костенко В.К., Греков С.П., Завьялова Е.Л. Кинетика окисления скоплений углей в выработках // Уголь Украины, - 1999, - №7, - С.39 - 41.
Костенко В.К., Завьялова Е.Л., Костенко А.В. Пожароопасность горных выработок в зонах геологических нарушений // Известия Донецкого горного института, 2000. - № 1. - С 38-42.
Костенко В.К. Комплекс общетехнических мер профилактики эндогенных пожаров // Известия Донецкого горного института, 2000. - №2. - С.72-78.
Болбат И.Е., Костенко В.К., Егоров В.А. Модернизация способов тушения подземных эндогенных пожаров // Науч. сообщ. Нац. науч центра горного производства - ИГД им.А. А. Скочинского. №315/2000. - С.180-187.
Костенко В.К., Алексеенко С.А. / Влияние динамики воздуха в выработанном пространстве на развитие эндогенного пожара // Сб. науч. тр. НГА Украины, 2000. - №10, - С.58-64.
Костенко В.К. Модернизация способов профилактики самонагревания угля в подземных горных выработках // Проблемы экологии, 2000. - №1. - С.53 - 58.
Костенко В.К. Влияние геомеханических процессов на самонагревание угля в подземных горных выработках // Геотехнологии на рубеже ХХ1 века // Под общ. ред.С. С. Гребенкина, Ю.В. Бондаренко. - Донецк: ДУНПГО. т.2, 2000. - С.12-16.
Радченко В.В., Плетнев В.А., Чуприна М.В., Костенко В.К., Завьялова Е.Л. Влияние тепловой депрессии на развитие очага самонагревания в деформированном пласте // Уголь Украины, 2001, №7. - С.45-47.
Костенко В.К. Геомеханика и газодинамика самонагревания угля в подземных горных выработках // Горный информационно-аналитический бюллетень, М.: Изд-во МГГУ, №10, - 2001. - С.128-131.
Костенко В.К. Изменение термодинамического состояния вмещающего горные выработки углепородного массива при переходных вентиляционных режимах // Проблеми гірського тиску. Зб. наук. пр. ДонНТУ, 2002. №8. - с.103-115.
Костенко В.К. Обоснование пожаробезопасной скорости отработка склонных к самовозгоранию угольных пластов // Известия Донецкого горного института, 2003. - №2. - С 115-119.
Гребенкин С.С., Костенко В.К. Перепелица Б.А., Завьялова Е.Л. Влияние режима проветривания тупиковой выработки на развитие очагов самонагревания в зонах геологических нарушений пласта // Сб. науч. тр. НГА Украины, 2004. - №19, том 3, - С.53-58.
Способ предупреждения пожара в выработанном пространстве: А. с. № 1303731 СССР, МКИ Е21 F 5/00/ И.Е. Болбат, В.К. Костенко, А.Л. Левашев - Опубл. в Б.И., 1987, № 14.
Передвижная шахтная перемичка: А. с. № 1647155 СССР, МКИ Е21 F 5/00/В.В. Чистюхин, Н.И. Привалов, В.К. Костенко, А.Я. Бердник, Н.А. Бондарев - Опубл. в Б.И., 1991, № 17.
Способ проходки выработки по пласту: А. с. № 1710768СССР, МКИ Е21 D 11/38, Е21 F 5/00/В.К. Костенко, К.М. Деменкова, И.А. Шамардина - Опубл. в Б.И. 1992, №5.
Пашковский П.С., Костенко В.К., Кошовский Б.И. Возможность использования газообразных ингибиторов для снижения горючих свойств углей // Пути развития горноспасательного дела. Тр. науч. - практ. конф., - Донецк, НПО "Респиратор”, 1997,-С.109-110.
Додаткові публікації
Костенко В.К., Кириленко В.М., Кошовский Б. И, Дмитров С.О. Выявление мест зарождения пожара // Охрана труда, 1996, - № 10, С. - 32-34.
Костенко В.К. Ширина барьерного целика при ведении горных работ вблизи изолированного пожарного участка // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр., НИИГД, Донецк, 1997, С.50-57.
Греков С.П., Калюсский А.Е., Костенко В.К., Ерагин Н.А. Развитие процесса самонагревания угля в выработанном пространстве // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр., НИИГД, - Донецк, 1997, - С.58 - 67.
Костенко В.К. Влияние воды на самонагревание измельченного угля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр., НИИГД, - Донецк, 1998, - С 76-80.
Греков С.П., Калюсский А.Е., Костенко В.К., Ерагин Н.А. / Оценка критических условий самовозгорания угля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД, - Донецк, 1998, - С.80 - 86.
Перцев А.Ф., Костенко В.К., Гусар Г.А. Комплексный показатель склонности к самовозгоранию скоплений угля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД, - Донецк, 1998, - С.22 - 27.
Костенко В.К., Гусар Г.А., Кукоба Л.И., Гусар В.Г. Термодинамическое состояние очагов самонагревания в выработанном пространстве при воздействии водой на скопления угля // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С 97-103.
Греков С.П., Костенко В.К., Кошовский Б.И., Толкачев О.Э. Влияние параметров окисления угля и его фракционного состава на самонагревание в скоплении // Горноспасательное дело: Сб. науч. тр. / НИИГД. - Донецк, 1999. - С 113-122.
Костенко В.К., Гусар В. Г, Гусар А.Г., Костенко А.В. Снижение загрязнения окружающей среды при профилактике и тушении эндогенных пожаров // Проблемы экологии, 1999. - №2. - С.42-46.
Костенко В.К., Пилюгин В.И., Ревякин А.В. Нагревание деформированного угля движущимся в трещинах газовым потоком // Известия Донецкого горного института, 2001. - №1. - С 74-76.
Пилюгин В.И., Костенко В.К., Костенко А.В., Ничипор В.М., Проценко А.В. Области фильтрации метана в подрабатываемой кровле разрабатываемого пласта // Известия Донецкого горного института, 2001. - №1. - С 81-85.
Способ локализации пожара: А. с. № 1388565 СССР, МКИ Е21 F 5/00/И.Е. Болбат, В.С. Сергеев, Костенко В.К., А.Л. Левашев, Ю.А. Жирный, С.Н. Коростелев, В. Е Пяткин - Опубл. в Б.И., 1988, №14.
Способ получения пены при тушении пожара: А. с. № 1528511 СССР, МКИ А62 С 1/12, А62D 1/00/Н.Т. Москаленко, В.Я. Василенко, А.И. Козлюк, В. К Костенко, Л.С. Беляева - Опубл. в Б.И., 1989, № 46.
Способ локализации и тушения пожара в выработках: А. с. № 1583631 СССР, МКИ Е21 F 5/00/Л.С. Беляева, К.М. Деменкова, В.К. Костенко, И.А. Шамардина - Опубл. в Б.И., 1990, № 29.
Способ тушения пожара: А. с. № 1659014 СССР, МКИ Е21 F 5/00/В.К. Костенко, К.М. Деменкова, И.А. Шамардина - Опубл. в Б.И., 1991, №24.
Способ локализации эндогенных пожаров.А. с. № 1654592 СССР, МКИ Е21 F 5/00/В.К. Костенко, К.М. Деменкова, П.С. Пашковский, Л.С. Беляева, Н.В. Жадан - Опубл. в Б.И., 1991, № 21.
Способ тушения пожара и устройство для его осуществления: А. с. № 1683784 СССР, МКИ Е21 F 5/00/Н.Т. Москаленко, Ю.М. Маркович, В.К. Костенко - Опубл. в Б.И., 1991, № 38.
Шахтная перемычка: А. с. № 1640439СССР, МКИ Е21 F 1/14/В.В. Чистюхин, Н.И. Привалов, В.К. Костенко, М.И. Шкрудь, Н. А Бондарев - Опубл. в Б.И., 1991, № 13.
Устройство для непрерывного наращивания гибкого трубопровода при всасывающем способе проветривания тупиковых выработок: А. с. № 1765452 СССР, МКИ Е21 F 1/00/В.П. Сухоруков, В.В. Кузнецов, Б.С. Любарский, Б.А. Грядущий, А.А. Крупка, И.Е. Болбат, В.К. Костенко - Опубл. в Б.И., 1991, № 38.
Способ тушения пожара в горной выработке: А. с. № 1682593 СССР, МКИ Е21 F 5/00/В.К. Костенко, К.М. Деменкова, И.А. Шамардина, Л.С. Беляева, М.Е. Краснянский, А.А. Король - Опубл. в Б.И., 1991, № 37.
Способ локализации и тушения подземных пожаров: А. с. № 1682591 СССР, МКИ Е21 F 5/00/К.М. Деменкова, Р.Ф. Снисаренко, Б.С. Любарский, Л.С. Беляева, В.К. Костенко, А.А. Крупка - Опубл. в Б.И., 1991, № 37.
Шахтная надувная перемычка: А. с. № 1760130 СССР, МКИ Е21 F 1/14/В.В. Чистюхин, В.П. Сухоруков, Н.И. Привалов, В.К. Костенко, Б.С. Любарский, Ю.В. Ковальчук. - Опубл. в Б.И., 1992, № 3.
Болбат И.Е., Костенко В.К., Романченко С. Б, А.Л. Левашов, Ю.А. Жирный Проветривание аварийного участка при пожаре в выработанном пространстве. // Совершенствование способов борьбы с эндогенными пожарами - Донецк, Тезисы докл. Всесоюз. науч. - техн. конф. - ВНИИГД, - 1987,-С.17-20.
Чумак А.С., Грядущий Б.А., Костенко В.К. Состояние и перспективы развития способов тушения пожаров в подземных горных выработках // Современные проблемы обеспечения пожаробезопасности и пожаротушения в замкнутых пространствах Севастополь, Тез. докл. Республ. научн. - техн. конф., СПИ, - 1991,-С.33-34.
Костенко В.К. Перспектива создания концепции профилактики эндогенных пожаров в выработанном пространстве // Пути развития горноспасательного дела. Тр. науч. - практ. конф. - Донецк, НПО "Респиратор”, 1997, - С.114-116.
Костенко В.К. Комплексный подход к проблеме предупреждения самонагреваний и ликвидации самовозгораний угля. // Перспективы развития горных технологий в начале третьего тысячелетия. Сб. науч. тр. - Алчевск: - ДГМИ, 1999. - С 255-259.
Костенко В.К., Чуприна М.В. Нагревание деформированного угля движущимся в трещинах газом // Пожежна безпека - 2001. Зб. наук. праць. - Львів: - ЛІПБ, 2001. - С.220-222.
Особистий внесок здобувача у роботах, опублікованих із співавторами
[1,12,18, 20,21,22,26,32,39,40,41] - постановка ідеї досліджень, збір, аналіз, узагальнення вихідних даних що до параметрів пожежонебезпечних зон, джерел самозаймання вугілля, та способів їх придушення;
[8,9,14,29,33] - лабораторні дослідження властивостей вугілля, аналіз результатів впливу різних факторів на кінетику його окислювання;
[5,7,11,13,15,24,25,30,31,53,56] - експериментальні дослідження параметрів пожежонебезпечних зон та деформованої крайової частини вугільного пласта, узагальнення й аналіз результатів;
[23,34-38] - розробка математичних моделей самонагрівання та охолодження вугілля в виробленому просторі та в деформованому розрихленому вугіллі, проведення теоретичних досліджень кінетики температури в джерелах самозаймання вугілля;
[6,10,16,17, 19,27,28,42-52,54-55] - розробка практичних рішень по веденню гірських робіт на схильних до самозаймання пластах, в тому числі шляхом вибору раціональних параметрів вуглевидобутку.
Аннотация
Костенко В.К. Геомеханические и аэрологические основы предотвращения пожаров от самонагревания угля в шахтах. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 21.06.02 - "Пожарная безопасность”. Государственный Макеевский научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ). Макеевка - 2004.
В диссертации дано теоретическое обобщение и решение актуальной научно-технической проблемы, заключающейся в повышении уровня эндогенной пожарной безопасности угольных шахт на основе раскрытия геомеханических и аэрологических особенностей процесса формирования пожароопасных зон в интенсивно отрабатываемых выемочных полях, модернизации существующих и разработке новых способов эффективного предотвращения эндогенных пожаров. Объект исследования - условия пожаробезопасной отработки склонных к самовозгоранию угольных пластов пологого и наклонного падения. Предмет исследования - геомеханические, аэрологические и тепловые процессы в деформирующемся под влиянием горных работ угленосном массиве, технология предупреждения самонагревания и самовозгорания угля в подземных горных выработках. Использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Раскрыта физическая сущность влияния изменяющегося литологического строения кровли разрабатываемого пласта на цикличность геомеханических и аэрологических процессов в выработанном пространстве, заключающаяся в увеличении размеров воздухопроницаемых пустот и уменьшении частоты осадок кровли с увеличением отношения жесткости пород кровли к массовой нагрузке. Уточнен механизм формирования напряжений в зоне плавных прогибов подработанных слоистых пород, заключающийся в представлении горного массива в виде толстой плиты, имеющей неоднородные граничные условия опирания, сложенной слоями, имеющими соответствующие натурным условиям мощность, порядок чередования и механические свойства. Это позволило установить параметры напряженно-деформированного состояния плиты с учетом влияния сдвига на величину изгибающих моментов и энергии сдвига от поперечных сил и выявить значимые факторы, такие как жесткость породной толщи кровли, соотношение размеров плиты в плане, определяющие параметры формирования пожароопасных зон в выработанном пространстве. Получена экспериментально-аналитическая зависимость шага осадки кровли пласта от мощности, модуля упругости и коэффициента поперечной деформации слагающих ее породных слоев, что позволяет обосновать изменение аэродинамических параметров выработанных пространств при нестабильных горно-геологических условиях в пределах выемочного поля. Впервые теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что пожароопасные зоны в выработанных пространствах действующих очистных забоев ограничены областью полных сдвижений подработанных пород кровли. При этом установлено, что подработанные и обрушенные породы кровли пласта даже с упорядоченной блочной структурой в пределах области полных сдвижений являются непроницаемой для воздуха средой при уровне депрессии выемочного участка достигающем 20…50 даПа. Размеры и форма пожароопасных зон описываются содержащими разрывы второго рода цикличными функциями (например функцией Хэвисайда). Из этого следует, что периодичность обрушения пород кровли позади очистного забоя приводит к изменению параметров пожароопасных зон. Впервые экспериментально установлено, что размеры пожароопасных зон в выработанном пространстве, примыкающих к подготовительным выработкам, определяются податливостью охранных сооружений. При этом с ростом податливости ширина зоны увеличивается по линейной зависимости. Раскрыт механизм самонагревания угля в краевой деформированной части пласта, заключающийся в формировании фильтрационного режима поступления воздуха вглубь пласта под действием тепловой депрессии, вызванной нагреванием термически тонких тел (частиц угля). Это позволяет за счет конгломерация мелкодисперсных частиц и обработки краевой части пласта с помощью капиллярно-проникающих составов подавить самовозгорание угля. Впервые теоретически обосновано и экспериментально подтверждено ускорение самонагревания разрыхленного угля в горных выработках путем передачи термически тонким угольным частицам теплоты от газов, нагревающихся вследствие физических процессов: отрицательного эффекта Джоуля-Томсона, возникающего при десорбции и истечении газов из краевых частей газообильных пластов, а также превращения из механической в тепловую энергии пульсирующего в разрыхленной угольной среде воздуха.
Полученные представления о процессе формирования самонагревающейся среды использованы для обоснования путей предупреждения эндогенных пожаров, заключающихся в выборе рациональных параметров основных и вспомогательных технологических операций по выемке угля. Это позволило существенно увеличить арсенал общетехнических мер и способов профилактики самонагревания и возгорания угля в горных выработках. На угольных шахтах Украины используются нормативно-технические руководящие документы, способы и средства профилактики и локализации самовозгорания угля для обеспечения безопасности горных работ. Это позволило повысить безопасность работ при локализации очагов самонагревания в шахтах "Днепровская", "Новогродовская" № 1-3, "Южно-Донбасская" № 3 и других. Экономический эффект по сравнению с комбинированным способом тушения пожара составляет не менее 62 тыс. грн на один забой. Опытно-промышленные испытания на шахте им. А.Ф. Засядько подтвердили высокую надежность технологии применения капиллярно-проникающих антипирогенов, экономический эффект составил не менее 1,4 тыс. грн. на один очаг самонагревания.
Ключевые слова: пожароопасная зона, скорость подвигания забоя, механическая деструкция пласта и пород, аэродинамика выработанного пространства, механизм самонагревания угля, способы профилактики общетехнические.
Анотація
Костенко В.К. Геомеханічні і аерологічні основи запобігання пожеж від самонагрівання вугілля в шахтах. - Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за фахом 21.06.02 - "Пожежна безпека". Державний Макіївський науково-дослідний інститут по безпеці. робіт у гірничої промисловості (МакНДІ). Макіївка - 2004.
Дисертація присвячена підвищенню рівня ендогенної пожежної безпеки вугільних шахт на основі розкриття геомеханічних і аерологічних особливостей процесу формування пожежонебезпечних зон у виїмкових полях, модернізації існуючих і розробці нових способів ефективного запобігання ендогенним пожежам. Предмет дослідження - геомеханічні, аерологічні і теплові процеси у вугленосному гірському масиві, що деформується під впливом гірничих робіт, технологія попередження самонагрівання і самозаймання вугілля в підземних гірничих виробках. Розкрито фізичну сутність впливу літологічної будівлі покрівлі розроблювального пласта на циклічність геомеханічних і аерологічних процесів у виробленому просторі. Уперше теоретично обґрунтовано й експериментально підтверджено прискорення самонагрівання розпушеного вугілля шляхом передачі термічно тонким вугільним часткам теплоти від газів, що нагріваються унаслідок фізичних процесів у атмосфері гірничих виробок.
Abstract
Kostenko V. K. Geomechanical and aerologic bases of prevention of fires from self-heating coal at mines. - the Manuscript.
The dissertation on competition of a scientific degree of Dr. Sci. Tech. on a speciality 21.06.02 - " Fire safety", State Makeevsky a scientific-research institute on safety works in mining industry (MakNII). Makeyevka - 2004.
In the dissertation the problem of increase of a level of safety from fires because of igniting spontaneously substances of collieries is solved actual scientific and technical on the basis of disclosing geomechanical and aerologic features of process of formation of fire-dangerous zones in the fields that is taken out, modernization existing and development of new ways of effective prevention fires owing to self-ignition of substance.
Object of research - conditions of fireproof working off of coal layers of flat and inclined falling inclined to self-ignition.
Subject of research - geomechanical, aerologic and thermal processes in under influence of mountain works a carboniferous file, that is deformed, technology of the prevention of self-heating and self-ignition of coal in underground mountain developments.
Theoretical and experimental methods of researches are used.
Keywords: a fire-dangerous zone, speed of movement of a face, mechanical destruction of layer and breeds, aerodynamics of the produced space, the mechanism of self-heating of coal, ways of preventive maintenance is the total of technical.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Способи підготовки шахтного поля, його розкриття шахтного поля вертикальними стволами і квершлагами. Суцільна та стовпова система розробки зі спареними лавами в ярусі. Виймання вугілля комбайном. Кріплення гірничих виробок та керування гірським тиском.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 12.02.2012Основні вимоги до якості вугілля, що коксується. Сировинна база проектованої збагачувальної фабрики. Результати ситового аналізу вугілля шахт "Золоте" та "Кочегарка". Вибір процесу збагачення. Гідравлічна класифікація та методи зневоднення концентрату.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 07.08.2013Технологічні параметри та режим роботи обертових печей для випалювання вапняку. Розрахунок процесу горіння вугілля та необхідної кількості повітря для підтримання заданої температури. Параметри матеріального і теплового балансу. Визначення розмірів печі.
курсовая работа [260,6 K], добавлен 20.11.2012Вимоги до якості вугілля, яке йде на коксування. Призначення вуглепідготовчого цеху. Розрахунок вугільної шихти для коксування та стадії її підготовки: прийом, попереднє дроблення, збагачення, зберігання і усереднення вугілля, дозування компонентів шихти.
дипломная работа [616,4 K], добавлен 12.11.2010Аналіз хіміко-технологічних систем для одержання газифікованого вугілля. Оптимальні умови проведення ХТП в реакторі. Розрахунок матеріального і теплового балансів хімічного реактору. Кількість і склад відходів, що утворюються в ХТС, методи їх утилізації.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.06.2011Источники образования и допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода в шахтах. Факторы, определяющие климат в горных выработках. Последовательная и параллельная работа вентиляторов. Влияние утечки воздуха на проветривание шахты.
контрольная работа [626,3 K], добавлен 23.10.2009Обґрунтування параметрів вібраційного впливу для ефективної десорбції газу з мікросорбційного простору вугільного пласта, розробка молекулярної моделі його структури. Власні частоти коливань сорбованого метану в мікропорах газонасиченого вугілля.
автореферат [44,0 K], добавлен 11.04.2009Умови запобігання самозагорянню пиловідкладень в елементах помольного агрегату. Механізм дисипації енергії в зоні удару молольних тіл. Умови загоряння вугілля у млині. Методи зниження пожежонебезпечності в системах пилоприготування вугільного палива.
дипломная работа [12,6 M], добавлен 10.06.2011Аналіз існуючих систем токарного інструменту. Вибір методики досліджень статичної жорсткості конструкцій різців, визначення припустимих подач, опис пристроїв. Дослідження напружено-деформованого стану елементів різця з поворотною робочою частиною.
реферат [25,0 K], добавлен 10.08.2010Причини відмови роботи колон бурильних труб за ускладнених умов буріння. Значення додаткової опори у рівномірному розподілі напружень по впадинах витків різьби ніпеля. Методи зменшення концентрації напружень у зонах двоопорного замкового з’єднання.
статья [2,5 M], добавлен 07.02.2018Теоретичні основи адсорбції. Адсорбери періодичної дії та безперервної дії з рухомим шаром адсорбенту. Характеристика продукції, сировини, допоміжних матеріалів. Порівняльна характеристика і вибір технологічної схеми установки і основного обладнання.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.06.2013Операции по бурению в угольных шахтах производится пневматическими или электрическими вращательными установками шнекового типа. Использование пневматических поршневых перфораторов в крепких породах. Внедрение гидравлических полуавтоматических кареток.
реферат [887,0 K], добавлен 03.02.2009Использование комплексной механизации на подземных рудниках и шахтах. Условия выбора погрузочно-доставочных комплексов. Расчет мощности двигателей и расхода электропневмоэнергии буровых установок. Правила техники безопасности при работе на машинах.
курсовая работа [63,3 K], добавлен 17.02.2014Склад прямого та зворотного коксового газу, шихти з вугілля різних басейнів. Властивості газу і його компонентів, теплоємність, теплопровідність, динамічна в’язкість, вибуховість. Теплотехнічні засоби та склад надсмольної води. Розрахунок газозбірника.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 08.12.2014Аналіз засобів механізації гірничих робіт. Вибір бурового, виємково-навантажувального устаткування, для механізації допоміжних робіт. Розрахунок бурових верстатів та іншого необхідного обладнання. Аналіз конструкцій і експлуатація гірничого устаткування.
курсовая работа [319,3 K], добавлен 02.11.2013Проектування приводу стрічкового транспортера. Кінематичний аналіз схеми привода. Коефіцієнт корисної дії пари циліндричних коліс. Запобігання витікання змащення підшипників усередину корпуса й вимивання матеріалу. Еквівалентне навантаження по формулі.
курсовая работа [520,8 K], добавлен 25.12.2010Короткі історичні відомості про розвиток гірничої справи. Класифікація гірських порід та їх основні фізико-механічні властивості. Класифікація корисних копалин та основні їх родовища в Україні. Вивчення основних способів видобутку корисних копалин.
курс лекций [27,1 K], добавлен 31.10.2008Схема розбивки фрагмента елементарної ділянки різальної частини фрез на восьмикутні елементи. Моделювання процесу контурного фрезерування кінцевими фрезами. Методика розрахунку контактних напружень на ділянках задньої поверхні різального інструменту.
реферат [472,6 K], добавлен 10.08.2010Автоматизовані системи тестування як частина навчального процесу. Комп'ютерні тести у навчанні та вимоги, що пред'являються до завдань. Структурна схема створення систем тестування. Редактор для створення електронних тестів EasyQuizzy та Easy Test.
курсовая работа [443,8 K], добавлен 11.03.2015Створення нових лакофарбових матеріалів, усунення з їх складу токсичних компонентів, розробка нових технологій для нанесення матеріалів, модернізація обладнання. Дослідження технологічних особливостей виробництва фарб. Виготовлення емалей і лаків.
статья [21,9 K], добавлен 27.08.2017
