Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЮТВЛЬСТВУ

Союэ Севетскиа

Сецналнстнческих

Республик

{u>877068 (61) Дополнительное к авт. свид-ву 1т 746123 (22) Заявлено 290280 (21) 2888765/22-03 с присоединением заявки йо(23) ПриоритетОпубликовано 30.10.81,Бюллетень Но 40

Дата опубликования описания 301081 (51)М. Кл.

Е 21 F 5/02

Государственный комитет

СССР ио делан изобретений и открытий (53) УДК 622.822 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.С.Евсеев,Л.П.Белавенцев,В.А.Скрицкий,В.

Ю.A.Ìèëëeð,B.Е.Зайденварг и В.Ф.Сазонов

Восточный. научно-исследовательский институ работ в горной промышленности (71) Заявитель(54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ

ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

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

По основному авт. св. 9 746123 известен способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства, заключающийся в том, что эксплуатационные потери угля обработанного антипирогеном, который вво- дят в виде аэрозоля в выработанное пространство с помощью обособленной вентиляционной струи, которую подают в выработанное пространство по трубопроводу 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 подают антйпироген, заглубляют в выработанное пространство с учетом воэможности обработки антипирогеном всей его площади между выемочными штреками.

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

877068

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

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

Цель изобретения — повышение эффективности профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем регулирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и на выходе из него и управления 2{) процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси.

Указанная цель достигается тем, что 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„. о о о о щ исх >

, - температура утечек воздуха на выходе из выработанного пространства, С;.

- температура вмещающиХ пород, С.

При этом осуществляют контроль за качеством обработки путем замеров температур поступающего воздуха и антипирогенной смеси в выработанное пространством и температуры воздуха, выходящего из выработанного пространства.

На фиг. 1 показана схема выемочного участкау на.фиг. 2 — зависимости качества обработки лавы от ее длины.

Способ осуществляется следующим образом.

Воздушно-антипирогенную смесь 55 .(аэрозоль) вводят в выработанное пространство из действующего очисФного забоя, например, в месте сопряжения его с -конвейерным штреком по мере его подвигания с помощью об6- д) собленной вентиляционной струи сонап-,: равлено с путями утечки при количестве воздуха, равном величине естественных утечек его через обрушенные породы,и при компрессии, равной потере напора воздуха в очистном забое. Перед вводом обособленного воздушного потока в выработанное пространство его подогревают до температуры выше температуры обрушенных пород и насыщают влагой.

Известно,,что возникновению эндогенного 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, исключа. ющих 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-антипирогенную смесь после ее образования.

Более рациональным является второй вариант, т.е. распыление в воздушный 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 выше температуры 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-антипирогенной смеси 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 контроля дости-: гаются в том случае, когда температура воздушно-антипирогенной смеси на выходе иэ контура обрабатываемой площади выработанного пространства

877068 превышает температуру горных пород.

Выполнение этого условия обеспечивает осаждение 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 осу-. ществить распылением и подачей по путям утечки воздуха только воды беэ добавки антипирогена.

Ниже приводится пример осуществления 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 перемычку

5 с вентиляционным окном. Обособленная струя воздуха создается вентилятором б, например гидрореактивным пылеподавателем типа ПГР-60, работающим в режиме вентилятора. ПГР-60 забирает воздух с конвейерного штрека и направляет его в выработанное пространство. Водный раствор антипирогена (например 203-ный раствор хлористого кальция) или чистая вода из емкости 7 через электрический нагреватель 8 подается с помощью насоса 9 типа 2К-б 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 показано стрелками 11.

Для определения рациональных параметров способа в каждом конкретном случае производят воздушно-депрессионную 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 иэ 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 >8 в выработанном пространстве образуются эоны A и В., В зоне А потери угля обработаны антипирогеном, 6 а зона В практически не защищена от возникновения в ней очага самовозгорания угля. При равенстве тем-. . ператур поступающего к лаве воздуха, боковых пород и раствора антипирогена (t>> — — 1, = t = 12oC) влаго0 содержание 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. Через

70-80 м от места ввода струи аэро золь вся выпадает и дальше движется практически сухой воздух с влагосодержанием 8,503 г/кг,соответствующим

его теплофизическим параметрам. Таким образом, при длине. лавы 120 м зона

В, длиной 40-50 м, практически не обрабатывается и в ней развиваются процессы, предшествующие возникно 5 вению эндогенного пожара. При и т Cga известный способ даже способствует возникновению пожара в зоне В, так как воздух нагревается до t t забирает и уносит влагу, снижая тем

Щ самым влажность угля. При сушке угля происходит раскрытие микропор и увеличивается окислительная способность угля. В рассматриваемом случае при to - to = 3 C вынос вла-. ги из выработанного пространства составляет 225,74 кг/сут и за Ьдни сутки влажность 11,3 т разрыхленного угля может понизиться с 3,5 - 4,03 до критических значений 1,0 - 1,5%.

Усовершенствование известного способ заключается в том, что поступающий в выработанное пространство воздух нагревают и насыщают влагой с таким расчетом, чтобы температура входящего и исходящего из выработанного пространства воздуха была вьаае температуры вмещающих пород (t> v t „p t ).Перед подачей вод- ного раствора антипирогена из бака 7 в вентилятор б последний подогревают

40 в электронагревателе 8 до заданной температуры. В вентиляторе 6 (ПГР-60) происходит смешивание обособленной струи воздуха и раствора, s результате чего происходит нагрев воздуха и увеличение его общего влагосодержания. Для расчета принимается, что при прохождении Но выработанному пространству лавы 8 = 120 м воэдушНо-антипирогенная смесь остывает с 20 С до 12,5 С. При расходе 10 л/мин раствор,антипирогена необходимо до ввода в струю воздуха подогреть до 43 С, чтобы смесь имела температуру 20 С. Процесс теплообмена между взвешенными частицами аэрозоля и воздухом протекает при движении смеси по зоне А пока не закончится выпадание последних частиц аэрозоля.

В зоне В происходит конденсация паров воды за счет снижения температуры

Q до 12,5 С, при этом влагосодержание понижается с 12 - 13 r/êã до 8,8 г/кг.

Таким образом, при движении воздуха по зоне В из него равномерно конден сируется влага в количестве 4 r/êr, нли 460 кг/сутки,т.е.на каждом погон87706&

8 ном метре пути утечки выпадает

15 кг/м влаги в сутки.

По предлагаемому способу происходит перераспределение количества вуптадающей влаги по длине пути утеч ки. Если в известном способе капли водного раствора антипирогена выпадают 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 про& исходит ее,конденсация (зависимость

13) .

Изменение теплофиэических параметров утечек воздуха позволяет получить положительный эффект только в том случае, если температура воздуха в выработанном пространстве будет выае температуры окружающих пород по всей длине пути утечек.

Контроль за качеством обработки оск-» ,,ществляется замерами температуры поступающего воздуха, раствора антипирогена (воды) и температуры .воздуха, выходящего из выработанного пространства.

Температура воздушно-антипирогенной или воздушно-водяной аэрозоли в месте ввода ее в выработанное пространство не должна превышать

30оС.

На основании полученных данных регулируют теплофизические параметры утечек воздуха на входе н 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 нз воздушно-антипирогенной смеси.

Так как горные породы, уголь и воздух имеют низкую теплопровод. ность,и .по термическим свойствам приближаются к теплоиэоляторам, 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 управление процессом конденсации водяных паров иэ воздушно-антипирогенной смеси.

Формула изобретения

1. Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства по авт.. св. В 746123 о т л и-ч а ю шийся тем, что, с целью

15 повышения эффективности профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем регулирования теплофиэических параметров утечек воздуха на входе в выработанщ ное пространство и выходе из него и управления процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси, предварительно перед вводом антипирогена в выработанное пространство опрецеляют температуру и влагосодержание утечек воздуха .на входе в выработанное пространство и выходе из него, а воздушно-анти-. пнрогенную смесь перед вводом в выработанное пространство подогревают

Ç0 до температуры, значение которой принимают из условия о о о Вх > исх > n» где йвх - температура воздушно-антипирогенной смеси на входе

35 в выработанное пространстBpiOCei й„ „ - температура утечек воздуха на выходе из выработанного пространства,оС;

40 t — температура вмещающих пород

tl

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 746123, кл. Е 21 F 5/02, 1978 (IlpOTOTHII) °

877068

Ч 11

Составитель Э. Руднева

Редактор M. янович Техред M.Ãoëèíêà Корректор у. Пономаренко Заказ 9551/50 Гираж 466 Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4