Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя Российский патент 2019 года по МПК E21F7/00 E21F5/12 

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к угольной промышленности, и может быть использовано при очистной отработке опасных по газу и пыли угольных пластов очистными забоями.

Изобретение направлено на прогноз потенциальной взрывоопасности выработанного пространства лавы с учетом состава гибридной смеси (метана, водорода, сероводорода, тонкодисперсной угольной и пиритной пыли), способной взрываться в смеси с кислородом воздуха или в смеси с воздухом, метаном и другими газами. Цель достигается путем измерения компонентов гибридной смеси, расхода и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство действующего очистного забоя.

Известен способ определения аэрологических параметров призабойного пространства действующей лавы, включающий проведение газопылевых съемок в призабойном пространстве очистного забоя и утечек воздуха из лавы в выработанное пространство (Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Макеевка-Донбасс, 1989. - 319 с; стр. 39, 61-64, 108, 129, 156).

Недостатком способа является невозможность определения газовых компонентов, составляющих гибридную смесь, и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство.

Известен другой способ определения аэрогазодинамических параметров лавы и запыленности горных выработок, включающий измерение расхода воздуха и его запыленности путем проведения газопылевоздушных съемок при участковом комплексе обеспылевающих мероприятий с целью выбора средств по снижению запыленности рудничного воздуха до нормативной величины (Рубан А.Д. Геотехнологические проблемы разработки опасных по газу и пыли угольных пластов. ИПКОН РАН. - М.: Наука, 2007. - 279 с; стр. 51).

К недостаткам этого способа можно отнести отсутствие операций по определению компонентов, составляющих газовую гибридную смесь, и запыленности воздуха, утекающего из призабойного пространства лавы в выработанное пространство.

Наиболее близким по технической сути и по достигаемому результату является техническое решение, изложенное в патенте RU №2536544 С1, на способ прогноза риска взрывов гибридных смесей в шахтах и рудниках, включающий измерение расхода воздуха, объемов и концентрации газов гибридной смеси.

И этому способу присущи недостатки, заключающиеся в том, что 1) область его применения ограничена временным периодом снижения расхода воздуха и, следовательно, ростом концентрации газов и 2) исключено его использование для прогноза взрыве-опасности выработанного пространства во время нормального режима работы очистного забоя по добыче угля.

Цель изобретения - прогноз потенциальной взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя путем измерения аэрогазодинамических параметров призабойного пространства действующей лавы с учетом минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля, геометрических параметров призабойного пространства лавы, расхода воздуха и его компонентов, утечек воздуха в выработанное пространство.

Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что в способе прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя, включающем измерение расхода воздуха, концентрации газов гибридной смеси и температуры их воспламенения, по длине лавы выделяют пункты измерения газодинамических параметров лавы с интервалом их размещения кратным минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля, в полосе очистного забоя, примыкающей к выработанному пространству, измеряют расходы воздуха, протекающего по лаве в проходах между секциями (стойками) крепи, по разности потоков воздуха в выделенной полосе на поступающей и исходящей струях определяют утечки воздуха из призабойного пространства лавы в выработанное пространство, по объему утекающего из лавы воздуха и показателю опасности гибридной газовой составляющей устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства.

Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя осуществляют следующим образом.

На подготовленном к отработке участке угольного пласта, оборудованном с заданными параметрами механизированным комплексом (КМЗ), измеряют геометрические размеры крепи для прохода воздуха, включая высоту и ширину проходов для комбайна (проход 1), горнорабочих (проход 2) и полосы, примыкающей к выработанному пространству (проход 3). Определяют сечение в свету упомянутых проходов, скорость потока воздуха в них, расходы воздуха, протекающего в поперечном сечении выделенных проходов очистного забоя. Постоянными сечениями являются сечения на поступающей в лаву струе воздуха и на исходящей из нее. В основной части длины очистного забоя выделяют обычно 4-5 пунктов, в сечениях которых измеряют газодинамические параметры лавы (сечение в свету, скорость воздуха, концентрации газов, составляющих гибридную смесь, содержание в воздухе общей и тонкодисперсной угольной и пиритной пыли). Отбирают в герметичные сосуды заданного объема пробы воздуха в каждом проходе и проводят газовый анализ его состава в лабораторных условиях (концентрации и содержание компонентов гибридной смеси). При этом пункты измерения газодинамических параметров лавы размещают с интервалом, кратным минутной скорости подвигания комбайна по отбойке угля.

Измеренные показатели в проходах и в целом в поперечных сечениях лавы сопоставляют между собой и определяют долю их в сечении прохода вблизи выработанного пространства, в том числе и и по длине лавы.

Концентрации газов, составляющих газовую гибридную смесь, определяют на высокочувствительных лабораторных установках. По концентрации газов, содержащихся в гибридных смесях, устанавливают компоненты смеси и удельное их содержание в отобранной пробе, принимая газовую смесь в сечении лавы за 100%. При этом учитывают величину энергии связи компонентов (кДж/моль), равной для метана 420, сероводорода - 363, водорода - 433, сероводорода - 538, окиси углерода - 1076. Выделяют по температуре воспламенения наиболее опасную компоненту гибридной смеси с учетом того, что температура воспламенения метана равна 650-750°С, его период индукции - 2 мс, пределы взрывоопасных концентраций - 5,3…14% по объему. Угольная пыль воспламеняется при 575-850°С, ее период индукции - 40-120 мс, взрывоопасность по массе - 5…300 г/м³.

Определяют показатель взрывоопасности как произведение содержания наиболее опасной компоненты (в газовых угольных шахтах это метан) в отобранной пробе на ее энергию связи (кДж/моль). Эта величина является показателем опасности гибридной смеси.

По объему утекающего из лавы воздуха в выработанное пространство и показателю опасности компоненты гибридной смеси устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства очистного забоя. За критерий принимают, как правило, показатель наиболее опасной газовой компоненты гибридной смеси.

Количество тонкодисперсной угольной и/или пиритной пыли в воздухе, утекающем из забоя лавы в выработанное пространство, усиливает последствие аварии, если она имела место. Измеренные объемы этой пыли в примыкающем к выработанному пространству проходу для воздуха (проход 3) суммируют и умножают на время работы комбайна в минутах в течение суток по отбойке (разрушению) угля в лаве.

Применительно к негазовым шахтам полученную величину (объем пыли) от такого произведения и по расходу воздуха, утекающего из лавы в выработанное пространство, определяют количество пыли, поступившей в течение суток в выработанное пространство очистного забоя. При этом учитывают суточное подвигание лавы, площадь обнажения почвы пласта и определяют удельное пылеотложение в выработанном пространстве лавы. Витающую (тонкодисперсную) в воздухе пыль, которая в первую очередь может взорваться в негазовой шахте, устанавливают с учетом ее доли в отобранных пылевых пробах.

Внедрение способа прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя позволит оценить фактическую газопылевую ситуацию на выемочном участке и рекомендовать эффективные технологические решения по предотвращению условий для формирования взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя.

Изобретение относится к способу прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя. Техническим результатом является прогноз потенциальной взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя. Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя включает измерение расхода воздуха, концентрацию газов гибридной смеси и температуру их воспламенения. По длине лавы выделяют пункты определения газодинамических параметров с интервалом размещения. Интервал размещения кратен минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля. Измеряют расход воздуха, протекающего по лаве в проходах между секциями крепи. По разности потоков воздуха на поступающей и исходящей струях определяют утечки воздуха из лавы в выработанное пространство. По объему утекающего из лавы воздуха и показателю опасности гибридной смеси устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства. Показатель опасности гибридной смеси представляет собой произведение содержания наиболее опасной компоненты в газовой пробе на энергию связи этой компоненты.

Способ прогноза взрывоопасности выработанного пространства очистного забоя, включающий измерение расхода воздуха, концентрации газов гибридной смеси и температуру их воспламенения, отличающийся тем, что по длине лавы выделяют пункты измерения газодинамических параметров лавы с интервалом их размещения, кратным минутной скорости подвигания очистного комбайна по отбойке угля, в полосе очистного забоя, примыкающей к выработанному пространству, измеряют расход воздуха, протекающего по лаве в проходах между секциями крепи, по разности потоков воздуха в выделенной полосе на поступающей и исходящей струях определяют утечки воздуха из призабойного пространства лавы в выработанное пространство, по объему утекающего из лавы воздуха и показателю опасности гибридной смеси, представляющему собой произведение содержания наиболее опасной компоненты в газовой пробе на энергию связи этой компоненты, устанавливают потенциальную взрывоопасность выработанного пространства.