Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства Советский патент 1981 года по МПК E21F5/02 

1

Изобретение относится к горной промьшшенности и предназначено для использования с целью предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке пластов угля,- склонного к самовозгоранию.

По основному авт. св. 746123 известен способ снижения эндогенной пожаробпасности выработанного пространства, заключающийся в том, что эксплуатационные потери угля обработанного антипирогеном, который вводят в виде аэрозоля в выработанное пространство с помсяцью обособленной вентиляционной струи, которую подают в выработанное пространство по ipyбопроводу сонаправлено с путями утечки воздуха, при этом предварительно перед вводом антипирогена производят воздушно-депрессионную съемку для определения величин и путей утечек воздуха, а количество воздуха в трубопроводе принимают равным естественным утечкам воздуха. Кроме того, с целью эффективного использования способа при возвратноточной схеме проветривания трубопровода, из которого подеиот антйпироген, заглубляют в выработанное пространство с учетом возможности обра2

ботки антипирогеном всей его площади между выемочными штреками.

Этот способ прошел промышленные испытания на Шс1хте Южная п.о.Кузбассуголь и показал высокую эффективность предупреждения эндогенных пожаров. Способ- испытывался в нескольких лавах, в том числе в таких усло10виях, где ранее при отработке пожары были неизбежными (высокая склонность углей к окислению, сильная нарушенность пласта и невысокие скорости пррдвигания очистного за15боя) . В процессе испытаний были проведены широкие научные исследования, которые позволили определить физическую сущность ряда явлений, сопутствующих процессу развития очага эндо20генного пожара, что позволило усо вершенствовать способ и повысить его эффективность. Установлено, что весьма существенное значение имеет тепловой режим системы породы вырабо25танного пространства (включая и уголь) - утечки воздуха. Используя процессы, происходящие при теплообмене в данной системе, можно регулировать процесс профилактической от30работки потерь угля по длине пути

фильтрации утечек воздуха и регулировать расход антипирогена и место его выпадения, что позволяет повысит эффективность способа.

Однако проведёнными исследованиями также установлено, что способ имеет следующие недостатки, а именно он является эффективным для коротких лав (до 80 м), а при большей длине лавы необходимосоздавать по длине нескольких точек ввода водного раствора ант 1пирогена, что усложняет всю организацию.работ, связано со значительными затратами и технически трудно выполнимо.

Цель изобретения - повышение эффективности профилактической обраЪотки потерь угЛя в длинных очистных забоях путем регулирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и на выходе из него и управления процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси.

Указанная цель достигается тем, что предварительно перед вводом антипирогенй в выработанное пространство определяют температуру и влагосодержание- утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него, а воздушно-антипирогенную смесь перед вводом в выработанное пространство подогревают до температуры, значение которой принимают из условия;

0 .,

tg,

ис%

W

,0

где t

- температура воздушно-антивхпирогенной смеси на входе в выработанное пространство, С;

температура утечек воздуха

ИСХ на выходе из выработанного пространства,°С; t - температура вмещающий пород, С.

При этом осуществляют контроль за качеством обработки путем замеров температур поступгиощего воздуха и антипироген €ой смеси в выработанное пространством и температуры воздуха, выходящего из выработанного пространства.

На фиг. 1 показана схема выемочного участка; на фиг. 2 - зависимости качества обработки лавы от ее длины.

Способ осуществляется следующим образом.

Воздушно-антипирогенную смесь (аэрозоль) вводят в выработанное пространство из действующего очистного забоя, например, в месте сопряжения его с конвейерным штреком по мере его подвигания с помощью оббсобленной вентиляционной струи сонаправлено с путями утечки при количестве воздуха, равном величине естественных утечек его через o6pimieHные породы,и при компрессии, равной

потере напора воздуха в очистном забое. Перед вводом обособленного воздушного потока в выработанное п остранство его подогревают до температуры выше температуры обрушенных пород и насыщают влагой.

Известно,, что возникновению эндогеннрго пожара предшествует стадия выпаривания влаги из угля, которая протекает длительное время и составляет около 60% времени, необходимого на развитие процесса до стадии воспламенения. В этой стадии происходит интенсивное испарение влаги, вслед ствие чего наблюдается снижение температуры угля за счет потери тепла на испарение. Поэтому в действующем очистном забое, где проветриваемая зона выработанного пространства постоянно перемещается, эндогенный пожар наиболее рационально предупредить в стадии испарения влаги из угля путем создания условий, исключающих сушку угля проходящим потоком утечек воздуха.

При этом возможны следующие варианты: подогревают поток воздуха до ввода в Него раствора антипирогена; подогревают водный раствор антипирогена или только воду и распыляют его в поток воздуха; подогре-, вают воздушно-антипироген-ную смесь после ее образования.

Более рациональным является второй вариант, т.е. распыление в воздs uный поток подогретого водного раствора антипирогена или воды, так как он легко осуществим как с технической стороны, так и по характеру теплопередачи от воды к воздуху. Раствор подогревают из расчета, чтобы результирующая температура воздушно-антипирогенной смеси и температура утечек воздуха на выходе из завала была вышеотемпературы обрушенных пород. При движении данной аэродисперсной системы через выработанное пространство происходят автоматически процессы тепло- и влагообмена, интенсивность которых зависит от температурного напора, т.е. от разности температур воздушноаэрозольной смеси и горных пород. Поэтому с помощью регулирования температурного напора достигается возможность управления как процессом осаждения антипирогена, так и процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогеннойсмеси на всем пути движения утечек воздуха. В результате этого снижается способность угЛя к окислению и повышается его влажность. Наибольший эффект при использовании предлагаемого способа и возможность контрол дости- ; гаютсзя в том случае, когда температура воздушно-антипирогенной смеси на выходе из контура обрабатываемой площади выработанного пространства

превышает температуру горных пород. Выполнение этого условия обеспечивае оса ждение всего распыленного антипирогена и конденсацию избыточной влаги. Одной из особенностей предлагаемого способа является возможность предупредить самовозгорание угля путем недопущения выпаривания влаги, что в некоторых случаях можно осуществить распь пением и подачей по путям утечки воздуха только воды без добавки антипирогена.

Ниже приводится пример осущзствления способа при прямоточной -схеме проветривания..

Свежая струя воздуха 1 подается в очистной забой 2 по конвейерному штреку 3 и выдается по вентиляционному штреку 4, поддерживаемому в выработанном пространстве. На пластах с высокой газообильностью исходящая струя подсвежается через перемЕЛЧ1 у 5 с вентиляционным окном. Обособленная струя воздуха создается вентилятором 6, например гидрореактивным галлеподавателем типа ПГР-60, работающим в режиме вентилятора. ПГР-60 забирает воздух с конвейерного штрек и направляет его в выработанное пространство. Водный раствор антипирогена (например 20%-ный раствор хлористого кальция) или чистая вода из емкости 7 через электрический нагреватель 8 подается с помощью насоса 9 типа 2К-6 по трубопроводу 10 к ПГР, который.осуществляет распыление жидкости.в поток воздуха. Для облегчения передвижения все указанное оборудование, кроме ПГР-60, располагается на платформах. Направление движения утечек воздуха через- выработанное пространство показанб стрелками 11.

Для определения рациональных параметров способа в каждом конкретном случае производят воздушно-депрессионую съемку. На основании полученных данных определяют величину и направление утечек воздуха через выработанное пространство.Одновременно с этим определяют температуру и влагосодержание утечек на входе и выходе из выработанного пространства. Исследованиями установлено, что при обработке выработанного пространства по- известному способу выпадение аэрозоля из воздушной струи наблюдается на расстоянии 60-80 м от места его ввода и происходит ориентировочно по зависимости 12, приведенной на графике. Таким образом, при длине лавы 8 УЙ в выработанном пространстве , образуются зоны А и В., В зоне А потери угля обработаны антипирогеном, а зона В практически не защищена от возникновения в ней очага самовозгррания угля. При равенстве температур поступающего к лаве воздуха, боковых пород и раствора антипирогена ( 12°С) влагосодержание составляет 8,503 г/кг. При средней величине утечек 70 .м /мин или 84 кг/мин и распылении с помощью ПГР 10 кг/мин раствора антипирогена общее содержание влаги в струе воздуха составляет 127,55 г/кг. Черкез . 70-80 м от места ввода струи аэро(Золь вся выпадает и дальше движется практически сухой воздух с влагосодержанием 8,503 г/кг,соответствующим

0 его теплофизическим параметрам. Таким образом, при длине лавы 120 м зона В, длиной 40-50 м, практически не обрабатывается и в ней-развивецотся процессы, предшествующие возникно15вению эндогенного пожара. При t tgK известный способ даже способствует возникновению пожара в зоне В, так как воздух нагревается до t, забирает и уносит влагу, снижая тем

0 самым влажность угля. При сушке угля происходит раскрытие микропор и увеличивается окислительная способность угля. В рассматриваемом случае при t - tg вынос вла-. ги из выработанного пространства

5 составляет 225,74 кг/сут и за Ьдни сутки влажность 11,3 т разрыхленного угля может понизиться с 3,5 - 4,0% до критических значений 1,0 - 1,5%,

Усовершенствование известного

0 способя заключается в том, что поступающий в выработанное пространство воздух нагревают и насыщают влагой с таким расчетом, чтобы температура входящего и исходящего из выработан5ного пространства воздуха была выше температуры вмещающих пород (tg tjc;x t.Перед подачей вод- ного раствора антипирогена из бака 7 в вентилятор 6 последний подогревают в электронагревателе 8 до заданной

0 температуры. В вентиляторе 6 (ПГР-60) происходит смешивание обособленной струи воздуха и раствора, в результате чего происходит нагрев воздуха и увеличение его общего влагосодер5жания. Для расчета принимается, что при прохождении по выра6отанн 4у пространству лавы Е 120 м воздушно-антипирогенная смесь остывает с 20с до 12,. При расходе 10 л/мин

0 раствор антипирогена необходимо до ввода в струю воздуха подогреть до 43°С, чтобы смесь.имела температуру . Процесс теплообмена между взвешенными частицами аэрозо5ля и воздухом протекает при движении смеси по зоне А пока не закончится выпадание последних частиц аэрозоля. В зоне В происходит конденсация паровводы за счет снижения темпе р.атуры до 12,, при этом влагосодержание

0 понижается с 12-13 г/кг до 8,8 г/кг. Таким образом, при движении воздуха по зоне В из него равномерно конденсируется влага в количестве 4 г/кг, или 460 кг/сутки,т.е.на каждом погонном метре пути утечки выпадает 15 кг/м влаги в сутки.

По предлагаемому способу происходит перераспределение количества выпадающей влаги по дллие пути утач- ки. Если в известном способе капли водного раствора антипирогена выпадеиот в зоне А, а в зоне В осаждения влаги не происходит-; то в предлагаемом способе в зоне А выпадет меньше влаги за счет перехода части ее в связанное состояние, а в зоне В происходкт ее. конденсация (зависимость 13).

Изменение теплофизических параметров утечек воздуха позволяет получить положительный эффект только в том случае, если температура воздуха в выработанном пространстве будет выше температуры окружающих пород по всей длине пути утечек. Контроль за качеством обработки осуществляётся замерами температуры поступающего воздуха, раствора антипирргена (воды-) и температуры .воздуха, выходящего из.выработанного пространства.

Температура воздушно-антипирогенной или воздушно-водяной аэрозоли, в месте ввода ее в выработанное прюстранство не должна превышать . .

На основании полученных данных регулируют теплофизические параметры утечек воздуха на входе и выходе, чтобы обеспечить качественную профилактическую обработку выработанного пространства по всей длине путей утечки. Путем регулирования температурного напора достигается возможность управления как процессом осаждения антипирогена. Так и процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси.

Так как горные породы, уголь и воздух имеют низкую теплопроводHocTij, и .по термическим свойствам приближаются к еплоизоляторам, то в проходящем в выработанном пространстве потоке воздуйно-антипирогенной (воздушно-.водяной) смеси (аэрозоли) будет происходить плавное уменьшение температуры по длине;пути фильтрации утечек.

Применение предлагаемого способа снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства позволит повысить эффективность профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем регулирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него и осуществить управлениепроцессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси.

Формула изобретения

1.Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства по авт. св. Т46123 отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем Peivr лирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него и управления процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси, предварительно перед вводом антипирогена в выработанное пространство определяют температуру

и влагосодержание утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него, а воздушно-антипирогенную смесь перед вводом в выработанное пространство подогревают до температуры, значение которой

принимают из условия

-я 1о ..о

-ИСХ П

0 8 где tax

температура воздушно-антипирогенной смеси на входе в выработанное пространство, °С;

температура утечек воздуха

на выходе из выработанного пространства,с

t - температура вмеща1шдих поро °С.

2.Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что осуществляют контроль за качеством обработки путем замеров температур по.ступающего воздуха и антипирогенной смеси в выработанное пространство и температуры воздуха, выходящего из выработанного пространства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 746123, кл. Е 21 F 5/02, 1978 (прототип).

13

Риг.1

, 2