Научное обоснование разработки средств ликвидации скоплений газа в горных выработках методом пульсирующей вентиляции

Доказана возможность ликвидации ЧС при реализации аэрогазодинамического разрушения местных и слоевых скоплений газа при режиме пульсирующей вентиляции на основе теоретического обоснования его параметров и результатов многолетних шахтных экспериментов.

Получено описание процесса аэродинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при пульсирующем режиме вентиляции в виде критериального уравнения, включающего числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Eu), Фруда (Fr), Галилея (Ga) и Архимеда (Ar), показатели которых учитывают условия формирования скоплений динамически активных газов; из представленных чисел определяющими являются числа Рейнольдса (Re), Эйлера (Eu) и Архимеда (Ar).

Выявлены определяющие параметры аэрогазодинамического процесса предупреждения образования и ликвидации местных скоплений опасных и (или) вредных газов при режиме пульсирующей вентиляции. Установлено, что ими являются средние значения концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с загазированного участка воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа.

Разработана математическая модель газопереноса при РПВ в ГВиПС, отличающаяся от других моделей тем, что в ней учтено совокупное влияние средних значений концентрации газа в поступающей на загазированный участок и в исходящей с него воздушной струе, максимальное значение концентрации газа в местном скоплении газа, расход воздуха в выработке и в генераторе импульсов давления (пульсатора), гидравлический диаметр выработки, разность значений статического давления у пульсатора и в местном скоплении, скорость воздушного потока и расстояние от пульсатора до местного скопления газа. Доверительный интервал вычислений - 98,5.

Выявлены зависимости влияния технических параметров пульсатора на время разрушения местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции. Подтверждено, что оптимальной частотой импульсов для разрушения скоплений метана является диапазон от 6 до 8 Гц, а расход воздуха пульсатора следует разделить по технологическому признаку сечения выработки на 3 диапазона: до 0,5 м3/с, от 0,51 до 1,5 м3/с, более 1,5 м3/с.

Установлены закономерности влияния определяющих параметров системы газовоздушный поток - пульсатор» на время ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции ГВиПС.

Разработана методика определения рациональных значений определяющих параметров с учетом конкретных условий системы «горная выработка - газовоздушный поток - пульсатор», при которых невозможно образование скоплений газа и ликвидируются существующие при пульсирующей вентиляции.

Установлено, что применять метод газодинамического предупреждения и ликвидации местных скоплений опасных газов при пульсирующем режиме вентиляции целесообразно при двух режимах - предаварийном (разрушение образовавшихся скоплений газа) и эксплуатационном (предупреждение образования скоплений газа). При этом эксплуатационным следует считать режим, когда СМ3 имеет значение менее СПДК<1, а предаварийным, когда СМ3 имеет значение СПДК?1.

Определены оптимальные режимы генерации пульсирующей вентиляции и технические параметры пульсаторов, на основе которых впервые научно обоснованы и разработаны рекомендации по применению генераторов РПВ в ГВ.

Результаты исследований отражены в следующих публикациях автора

1. Филин А.Э. и др. Разрушение скоплений метана методом пульсирующей вентиляции в условиях шахты «Заполярная» ОАО «Воркутауголь»// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2000. - № 7. - С. 24-25.

2. Филин А.Э. и др. Исследование состояния проветривания коммуникационных коллекторов в г. Москве// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2000. - № 7. - С. 61-63.

3. Филин А.Э. Проблемы метанобезопасности угольных шахт с точки зрения скоплений метана// Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М: МГГУ, 2001. - С. 43-44.

4. Филин А.Э., Калинин А.Р. Анализ состояния автоматизации мониторинга воздуха при использовании подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2001. - С. 28-30.

5. Филин А.Э., Черненко А.Ю. Перспективы развития области применения пульсирующей вентиляции // Горный информационно-аналитический бюллетень - 2002. - № 6. - С. 97-98.

6. Калинин А. Р., Филин А. Э. Инвестиции как экономический стимул использования подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2002. - С. 24-26.

7. Филин А.Э., Калинин А.Р. Экономические и технологические перспективы применения пульсирующей вентиляции в условиях подземного пространства // Проблемы большого города: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2003 . - С. 53-54.

8. Филин А.Э. и др. Результаты шахтных испытаний установки «пульсатор П1» на шахте «Воркутинская» ОАО «Воркутауголь»// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. - № 8. - С. 287-291.

9. Филин А.Э. Анализ причин и роста травматизма по газовому фактору// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. - № 8. - С. 294-296.

10. Филин А.Э. Проблемы автоматизации обеспечения безопасности горных предприятий// Горный информационно-аналитический бюллетень - 2004. - № 8. - С. 297-299.

11. Калинин А. Р., Филин А.Э. Основные этапы применения системы экономического стимулирования при технологическом освоении подземного пространства// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2004. С. 25-27.

12. Филин А.Э. Исследование влагопереноса на модели горной выработки при пульсирующем режиме проветривания// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2004. С. 75-77.

13. Филин А.Э. Анализ результатов исследования влагопереноса в условиях модели горной выработки при пульсирующей вентиляции// Эколого-экономические проблемы горного производства: Сб. науч. работ. - М.: МГГУ, 2004. С. 77-79.

14. Калинин А. Р., Филин А. Э. Экономические инструменты развития горных предприятий в условиях мегаполиса // Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. - Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. - Вып. 7. - С. 53-54.

15. Филин А.Э. Анализ исследований МГИ-МГГУ на гидромоделях// Эколого-экономические проблемы природопользования в горной промышленности: Сб. науч. работ. - Шахты: ЮРОАГН РФ, 2004. - Вып. 7. - С. 23-25.

16. Филин А.Э. Перспектива применения пульсирующей вентиляции в условиях газообильных шахт// Народное хозяйство республики Коми: Сб. науч. трудов. - Сыктывкар: СПК, 2005. - Том 3. - С. 131-136.

17. Филин А.Э. Повышение транспортирующих свойств воздушной струи методом пульсирующей вентиляции// Тезисы VII Международной научно-практической конференции «Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности»: Сб. науч. трудов. - Кемерово: КГТУ, 2005. - С. 88-90.

18. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка электронной справочно-информационной программы по аэрологии и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 61-65.

19. Филин А.Э., Смирнов С.С. Исследование городских коммуникаций и инженерных сетей по пылевому фактору// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 265-271.

20. Малашкина В.А., Филин А.Э. Исследование факторов, влияющих на газодинамический режим разрушения слоевых и локальных скоплений метана в подземных горных выработках угольных шахт.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 207-223.

21. Филин А.Э. Классификация горных выработок по степени опасности возникновения скоплений метана.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 223-229.

22. Филин А.Э. Механизм разрушения скоплений метана в горных выработках.// Тематическое приложение «Метан» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2005. - С. 229-238.

23. Филин А.Э., Рыбкина С.Т. Факторы влияющие на возникновение чрезвычайных ситуаций// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 192 -195.

24. Филин А.Э., Зубков К.Б. Разработка программы «Сигнализатор» для инженеров по технике безопасности и охране труда// Тематическое приложение «Безопасность» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 182 -186.

25. Филин А.Э. Особенности газопереноса при пульсирующей вентиляции в условиях газообильных угольных шахт// Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С.69-84.

26. Филин А.Э. Рациональные параметры применения метода пульсирующей вентиляции в условиях газообильных горных выработок// Тематическое приложение «Аэрология» к Горному информационно-аналитическому бюллетеню - 2006. - С. 85-89.

27. Филин А.Э. Метод расчета оптимальных параметров расхода воздуха в выработке и расхода устройства пульсатора для дезинтеграции скоплений метана в горных выработках угольных шахт. - г. Тула: Известия ТулГУ. Естественные науки. Серия: «Науки о земле», 2007. - Вып. 2- С. 301-305.

28. Филин А.Э. Повышение эффективности предотвращения и ликвидации скоплений газа в горных выработках. - г. Люберцы: ФГУП «ПИК ВИНИТИ», 2008. - С. 1-272.

29. Филин А.Э. Об оценке степени опасности возникновения местных скоплений газа в горных выработках и подземных сооружениях (на примере метана). - Уголь, 2008. - Вып. № 9- С. 10-11

30. Филин А.Э. Средства повышения эффективности проветривания газообильных горных выработок. - Горная промышленность, 2008. - Вып. №5 - С. 56.

31. Филин А.Э., Кобылкин А.С., Слюнин М.А. Автоматизированная информационно-аналитическая система мониторинга состояния охраны труда и промышленной безопасности в организациях// Отдельный выпуск «Безопасность» Горного информационно-аналитического бюллетеня - 2008. - Вып. №6 - С. 177-180.

32. Ушаков К.З., Филин А.Э., Сребный М.А., Азерская К.Ф., Соломахин А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П1. Патент на изобретение № 2193666 от 27.11.02 г. -: М.: БИПМ, 2002 - № 33, часть 2. С. 289.

33. Филин А.Э., Соломахин А.Н. Устройство для проветривания горных выработок Пульсатор П2. Патент № 2301341 от 20.06.07г. - М.: БИПМ, 2007 - № 17, часть 3. С. 624.

Размещено на Allbest.ru