Влияние аэродинамического старения горных выработок на надежность шахтной вентиляционной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.04, кандидат технических наук Ли Телэй

• Ли Телэй
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ли Телэй

Введение

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследований 8 1.1 .Аэродинамическое старение горных выработок

1.2.Влияние аэродинамического старения горных выработок на воздухораспределение в шахтных вентиляционных сетях (ШВС)

1.3. Существующее положение основные понятии о надежности вентиляционной сети

1.3.1. Существующее положение надежности шахтной вентиляционной сети

1.3.2. Основные понятии о надежности вентиляционной сети

1.4. Анализ критериев оценки надежности шахтной вентиляционной системы

1.5. Цель и задачи исследований

2. Методика исследования аэродинамического старения горных выработок

2.1. Геологические и горнотехнические условия исследованных районов

2.2. Классификация исследованных горных выработок

2.3. Методика проведения измерений

2.3.1. Общие положения

2.3.2. Приборы для производства измерений

2.3.3. Производство измерений

2.3.4. Обработка результатов измерений

2.4. Методика обработки исходных данных 29 выводы

3. Результаты исследований аэродинамического старения горных выработок

3.1. Общие сведения

3.2. Участковые выработки 33 3.2.1. Откаточные штреки со сводчатой крепью и с конвейерным транспортом (группа 1к)

3.2.2. Откаточные штреки с трапециевидной крепью и с рельсовым транспортом (группа 1р)

3.3. Наклонные выработки

3.3.1.Наклонные выработки полевые с рельсовым транспортом (группа Зр)

3.3.2. Наклонные выработки полевые с конвейерным транспортом (группа Зк)

3.3.3. Наклонные выработки пластовые со способом охраны целик-целик и с рельсовым транспортом (группа 4р)

3.4. Капитальные штреки

3.4.1. Капитальные штреки полевые с рельсовым транспортом (5р)

3.4.2. Капитальные штреки полевые с конвейерным транспортом (5к)

Выводы

4. Общая закономерность аэродинамического старения горных выработок

4.1. Регрессионный анализ результатов наблюдений участковые выработки

4.2. Регрессионный анализ результатов наблюдений капитальной выработки

4.3 Проверка корреляции эмпирических зависимостей удельного сопротивления

4.4. Сравнение изменения аэродинамического старения между группами выработок

Выводы

5. Оценка влияния аэродинамического старения выработок на надежность шахтных вентиляционных сетей

5.1. Общие положения

5.2. Принципы оценки

5.3. Интегральный метод 68 5.3.1. Исходные положения

5.3.2 .Интегральный критерий 71 5.4. Оценка надежности вентиляции шахты Яочау по фактору аэродинамического старения

Выводы 77 6. Повышение надежности шахтных вентиляционных сетей по фактору аэродинамического старения их элементов

6.1. Общие положение

6.2. Профилактический ремонт элементов ШВС

6.2.1. Архив об аэродинамическом старении выработок

6.2.2. Графики профилактического ремонта элементов ШВС

6.3. Распределение шахтной депрессии и ее регулирование по фактору АС

6.4. Рекомендации по охране выработок 90 6.5.Об учете процессов аэродинамического старения выработок при проектировании вентиляции

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние аэродинамического старения горных выработок на надежность шахтной вентиляционной системы»

Аэродинамическое сопротивление горных выработок является основным параметром расчета воздухораспределения и оценки надежности шахтной вентиляционной системы при любых условиях. Аэродинамическое старение горных выработок, существенно влияющее на сопротивление горных выработок, представляет собой один из самых важных факторов, влияющих на надежность шахтной вентиляционной системы.

Под аэродинамическим старением горной выработки будем понимать устойчивое увеличение удельного аэродинамического сопротивления выработки во времени. С развитием горных работ процессы аэродинамического старения интенсифицируются. Сравнение сопротивления шахтных сетей (без учета подсосов на поверхности и сопротивления канала вентиляторов), принятых в проектах строительства и реконструкции шахт, с фактическими для тех же периодов эксплуатации шахт показывает, что по шахтам бывшего СССР фактические сопротивления превышают проектные в среднем в 1,9 раза, по тремя шахтам Китая фактические сопротивления превышают проектные в среднем в 1,44 раза (от 1.25 до 1.71 раза)[44,45].

Анализ данных по характеристике процесса аэродинамического старения разных выработок показывает, что изменение удельного сопротивления во времени в разных группах выработок имеет большое различие. Наиболее активно деформируются участковые выработки, находящиеся в зоне активного проявления горного давления. Например, фактическое удельное сопротивление участковых вентиляционных штреков по сравнению с проектным увеличивалось в 4,33 раза за 4,25 лет существования в Донбасса[22,23], в бассейне Датун Китая за 1,92 лет - в 2,67 раза, скорости роста удельного сопротивления соответственно в средним составляют 0,769 и 0,871 раза/год. Полевые штреки стареют существенно медленнее. Например, фактическое удельное сопротивление капитальных рельсовых штреков превышает начальное в 2,2 раза за 25 лет существования в Донбассе, в бассейне Датун Китая за 18 лет - в 2,08 раза, скорость роста удельного сопротивления соответственно в средним составляют 0,048 и 0,06 раз/год.

Влияние аэродинамического старения горных выработок на воздухораспределение в шахтных вентиляционных сетях в основном представляется следующим: 1) непредвиденные увеличения сопротивлений выработок приводят к необеспеченности объектов вентиляции необходимым количеством воздуха, к отказам вентиляции; 2) вследствие малой изученности законов аэродинамического старения аэродинамические характеристики реальной ШВС становятся отличными от проектных, что приводит к устойчивому несоответствию фактического воздухораспределения в сети проектному, к отказам вентиляции, к необходимости оперативного исправления в действующей шахте дефектов проектирования со всеми нежелательными последствиями; 3) более интенсивное аэродинамическое старение может приводить к необеспеченности количеством воздуха в лавах, к превышению предела допустимого содержания метана и даже к авариям.

Таким образом, исследование аэродинамического старения горных выработок и разработка метода его учета при проектировании и эксплуатации шахтной вентиляционной системы является важной научной задачей, решение которой позволяет повысить надежность шахтной вентиляционной системы, безопасность труда горнорабочих, способствует устойчивому функционированию технологических процессов в шахте.

В Китае эта тема системно еще не исследовалась. Необходимо исследовать закономерность аэродинамического старения горных выработок, метод оценки и повышения надежности шахтной вентиляционной системы по фактору аэродинамического старения в условиях Китая.

В связи с изложенным научная задача исследования влияния аэродинамического старения горных выработок на надежность шахтной вентиляционной системы является актуальной для угольной отрасли.

Целью диссертации является установление закономерностей аэродинамического старения горных выработок и разработка метода оценки и повышения надежности шахтной вентиляционной системы по этому фактору в условиях Китая.

Основная идея работы заключается в разработке метода оценки надежности шахтной вентиляционной системы на основе представления аэродинамического старения шахтной вентиляционной сети как интегрального стохастического процесса.

Основные научные положения, разработанные автором, и их новизна:

1. Разработан метод исследования закономерностей аэродинамического старения для разных горных выработок.

2. Установлены зависимости изменения во времени удельного аэродинамического сопротивления участковых и капитальных горных выработок, учитывающие способ проведения и охраны, их назначение, вид транспорта, угол наклона.

3. Получены оценки надежности шахтной вентиляционной системы китайских шахт по фактору аэродинамического старения.

4. Анализ распределения шахтной депрессии и ее регулирования по фактору аэродинамического старения;

5. Метод повышения надежности шахтной вентиляционной системы по фактору аэродинамического старения.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

- достаточной представительностью шахтных наблюдений (общий объем наблюдений составил более 500);

- удовлетворительной сходимостью расчетных данных с фактическими значениями сопротивлений выработок и положительными результатами апробации технологии на шахте.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей изменения удельного сопротивления горных выработок во времени, а также в разработке метода критериальной оценки надежности шахтной вентиляционной системы по фактору аэродинамического старения при проектировании и эксплуатации вентиляции шахт.

Практическая значение работы заключается в составлении методики оценки надежности шахтной вентиляционной системы по фактору старения выработок, которая позволяет выбрать более надежный вариант схемы вентиляции при проектировании, оценить мероприятия по повышению надежности функционирующих шахтных вентиляционных систем. Полученные закономерности старения выработок обеспечивают возможность выбора оптимального режима ремонтных работ.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты диссертации использованы в Угольной и электрической компании Датун КНР для повышения надежности вентиляции шахты Яочау, а также рекомендованы тресту Сюйчжоу для использования на шахте Чишань.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научном симпозиуме, посвященном «Неделе горняка» в МГГУ (Москва, 1999 г.)

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 разделов и заключения, содержит 17 таблиц, 31 рисунок, список литературы из 51 наименований.

Заключение диссертации по теме «Промышленная безопасность», Ли Телэй

Выводы

1. Разработан метод составления специальных графиков профилактического ремонта горных выработок, практическая реализация которых позволит уменьшить или исключить вовсе отказы в вентиляционной системе шахты вследствие увеличения аэродинамического сопротивления выработок из-за их старения.

2. Удельный вес депрессии выработок с исходящими струями может быть одним из критериев оценки надежности шахтной вентиляционной системы. Аэродинамическое старение существенно влияет на распределение шахтной депрессии, особенно на распределение депрессии в выработках с исходящими струями. На примере шахт Яочау и Чишань фактические депрессии некоторых выработках на исходящих струях выше проектных на 55,16125,92%. Соответственные фактические сопротивления выше проектных на 53,04-120,91%.

3. Для повышения аэродинамической устойчивости выработок с учетом роли их аэродинамического старения в вентиляционной системе шахты.

4. Аэродинамическое старение выработок следует учитывать при проектировании вентиляции. При этом следует учитывать, что удельное аэродинамическое сопротивление выработок изменяется во времени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для угольной отрасли задачи по разработке метода оценки надежности шахтных вентиляционных систем по фактору аэродинамического старения выработок, позволяющего повысить надежность вентиляции действующих и проектируемых шахт, безопасность труда горнорабочих, устойчивость функционирования технологических процессов в шахте.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему.

1. Аэродинамическому старению подвержены практически все выработки шахт, что приводит к отличию фактического воздухораспределения в сети от проектного, непредвиденному перераспределению воздуха в шахте, непредвиденному распределению шахтной депрессии, отказам вентиляции.

2. Экспериментальные исследования аэродинамического старения различных видов горных выработок китайских шахт Яочау и Чишань показали, что со временем степень увеличения удельного сопротивления по сравнению с проектным может достигать для участковых выработок 2,9 раза в течение 2,2 лет, для капитальных штреков - 3,2 раза в течение 22 лет, для наклонных выработок - 4,5 раза в течение 21,5 лет.

3. Основными факторами влияния на процесс аэродинамического старения выработок являются характер проявления горного давления, способ охраны выработки, вид транспорта, организация ремонтных работ.

4. Генеральный характер изменения удельного сопротивления во времени одинаков для всех типов выработок Удельное сопротивление всех выработок увеличивается во времени.

5. Получены зависимости изменения удельного аэродинамического сопротивления выработок во времени для различных способов их охраны, назначения и вида транспорта. Зависимости удовлетворительно описываются полиномами третьей степени, кроме полевых конвейерных уклонов и штреков. Зависимость для полевых конвейерных уклонов и штреков удовлетворительно описывается полиномом ВоЙгтап.

6. Интенсивность увеличения удельного сопротивления зависит от площади поперечного сечения выработок. Чем меньше площадь поперечного сечения выработок, тем выше интенсивность увеличения удельного сопротивления. Интенсивность изменения гораздо больше, чем капитальных выработок. Средняя скорость увеличения сопротивления участковых пластовых штреков больше в 14 раз, чем полевых конвейерных штреков, и в 54 раза больше, чем полевых рельсовых штреков.

7. Разработан интегральный метод оценки надежности шахтной вентиляционной системы по фактору старения, состоящий в комплексной оценке степени увеличения общего сопротивления шахты и степени относительного изменения сопротивлений выработок вследствие старения.

8. Разработан метод регулирования шахтной депрессии по фактору старения, состоящий в уменьшении удельного веса депрессии выработок с исходящим воздухом.

9. Разработаны мероприятия повышения надежности шахтной вентиляционной системы: профилактический ремонт, позволяющий определять выработки, подлежащие ремонту, сроки и объемы ремонтных работ; мероприятие по охране выработок; учет аэродинамического старения при проектировании и эксплуатации шахтной вентиляционной системы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ли Телэй, 2000 год

1. Банкин С. С. Разработка методов оценки и повышения надежности вентиляционных сетей: Автореф. дисс. . канд техн. наук. -Кемерова, 1977. -22С.

2. Белов П.Г., Теоретические основы системной инженерии безопасности. М. ГНТП «Бозопасность». 1996. -31с.

3. Ван Щиншэн , Исследование надежности шахтной вентиляционной системы главных шахт провинции Хэнань КНР. -Доклад на Министерство угольной промышленности (КНР) , Сюйчжоу, 1998. -47с. (накит.яз.)

4. Вассерман АД. Проектные обоснования параметров вентиляции рудников и подземных сооружений. -Л.: Наука, 1988. 152 с.

5. Гимельшейн Л.Я. Эксплуатация вентиляторов местного проветривания. -М.: Недра, 1967.

6. Гращенков Н.Ф., Жайсанбаев H.A. Влияние срока службы выработок на величину аэродинамического сопротивления // Горное дело. -1970. Вып. I. - 207-210 с.

7. Жайсанбаев H.A. Исследование изменения аэродинамического сопротивления горных выработок во времени: Автореферат канд.техн.наук.-Караганда, 1971.

8. Карпов A.M., Патрушев М.А. и др. Старение шахтной вентиляционной сети / Тр. ДонУГИ. Вып. 44. Недра, 1969.

9. Касимов О.И. Исследование аэродинамического сопротивления выемочных участков шахт Донбасса, отрабатывающих пласты пологого падения. Автореф. дис. .канд. техн. наук. Л., 1962.

10. Ковалевская В.И., Багров К.П. и др. Анализ работы действующих вентиляторных установок шахт // Безопасность труда в промышленности. -1969. № 2. 17-18 с.

11. Ли Телэй, Чжоу Мин. Влияние подземной среды в угольных шахтах на эффективность работы и безопасность шахтеров . //Сборник инженерии человека-машины-среды. -Пекин: Технические науки. 1994. -352-354 с. (накит.яз.)

12. Ли Туншэн, Исследование надежности шахтной вентиляционной системы. Дис. магистр. Сюйчжоу, 1995. (на кит.яз.)

13. Jly Синмин, Степень надежности шахтной вентиляционной системы и ее оптимизация.// Журнал Шаньдунский горный институт. 1987. №4. 30-34 с. (на кит.яз.)

14. Лю Бинцзюн. Проблемы о надежности шахтной вентиляционной системы и метод их решения. // Безопасность шахт, 1992. №9.-18-21 с.

15. Лю Юин, Иан Шэнлай. Надежность вентиляции шахты и ее оценка. // Журнал Шансиский горный институт. 1993. № 1. -25-30 с. (на кит.яз.)

16. Ма Юньдун, Сун Цзи и др. Исследование теории надежности шахтной вентиляционной системы. // Журнал Фусинский горный институт (КНР).-1995.№3,- 5-10 с. (на кит.яз.)

17. Местер H.H., Глозштейн ЯЗ. и др. Надежность проветривания подготовительных забоев // Безопасность труда в промышленности. -1971. № 1. -34-35 с.

18. Мясников A.A., Патрушев М.А. Основы проектирования вентиляции угольных шахт. -М.: Недра, 1971. -170-175.

19. Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах. -М: Недра, 1987.

20. Рогов Е.И., Банкин С.С., Рясков Е.Я. Надежность проветривания угольных шахт. Алма-Ата: Наука, 1975. -238 с. 60

21. Руководство по проектированию вентиляции угольных шахт. Киев: Основа, 1994.

22. Скопинцева О. В., Аэродинамическое старение горных выработок как фактор, определяющий надежность шахтных вентиляционных сетей. Дис. . канд. техн. наук.-Москва, 1989.

23. Скопинцева О. В., Ушаков К.З., Регулирование шахтных вентиляционных сетей по фактору аэродинамического старения горных выработок. Доклад на симпозиуме «Неделя горняка-97», Москва, МГГУД997. - 142 с.

24. Сюй Вэсин, Чин Инсиао. Инженерия надежности. Пекин, Электронная промышленность, 1988. (на кит.яз.)

25. Сюй Жуйлун, Лю Цзуань, Анализ надежности шахтных вентиляционных сооружений. // Журнал Уголь (КНР). 1992. №3. 6570 с. (на кит.яз.)

26. Сюй Жуйлун, Теория вентиляционной сети. Пекин: Угольная промышленность, 1993. -209-211 с. (на кит.яз.)

27. Сюй Жуйлун. Классификация стабильности вентиляционных сетей. // Журнал Уголь, . 988. № 7. (на кит.яз.)

28. Сюй Жуйлун. Определение степени надежности вентиляционной системы. // Безопасность шахт,. 1985. № 10.

29. Сюй Чцуюнь, Закономерность оптимизации и метод расчета метод расчета проектирования рудничной вентиляционной системы. Пекин. Металлургическая промышленность. 1996. - 27-32 с. (на кит.яз.)

30. Тань Хаочан, Чжан Цзивэн. Программа True BASIC. -Пекин: Чинхуа Университет, 1989.

31. Ушаков В.К. Принципы построения стохастической модели шахтных вентиляционных систем. -М: Докл. МГИ 1987. -40-48 с.

32. Ушаков В.К., Скопинцева О.В. Исследование влияния горногеологических и горнотехнических условий на аэродинамическое старение горных выработок // Нетрадиционные технологии разработки угольных месторождений. М.: МГИ, 1988. -86-88 с.

33. Ушаков К.З. Надежность вентиляции шахт. -М.:ЦНИЭИуголь, 1973. 87-92 с.

34. Ушаков К.З. Об оценке надежности вентиляции шахт // Уголь. 1971. -№ 7. -54-56 с.

35. Ушаков КЗ., Бурчаков A.C., Пучков JI.A., Медведев И.И. Аэрология горных предприятий. М.: Недра, 1987. -421 с.

36. Ушаков К.З., Скопинцева О.В. О влиянии аэродинамического старения горных выработок на надежность шахтных вентиляционных сетей. // Горный журнал . 1989. №6. - 55-58 с. 77

37. Ушаков К.З., Справочник по рудничной вентиляции. -М. Недра, 1988, -228 с.

38. Ушаков К.З., Ушаков В.К., Скопинцева О.В. Надежность шахтных вентиляционных систем // 23-международ. Конф. Научно-исследов. институтов по горной безопасности: Докл. -Вашингтон, 1989. -373-383 с.

39. Фан Юйчжань . Техническая реконструкция шахтной вентиляционной системы. -Пекин. Угольная промышленность , 1990. (на кит. яз.)

40. Хун Юаньпин, Шахтная вентиляция. Сюйчжоу: КГУ, 1986.-51-55 с. (на кйт.яз.)

41. Хэ Цайсин, Теория вероятности и математическая статистика. -Пекен: Наука(КНР), 2000. 288 с. (на кйт.яз.)

42. Цзао Ихуй, Шахтная вентиляция и кондиционирование воздуха. Сюйчжоу. КГУ. 1987. (на кйт.яз.)

43. Чжан Хуэчжэн. Применение компьютера по шахтной вентиляции. Сюйчжоу. КГУ, 1992. -164-167 е., -238-243 с. (на кйт.яз.)

44. Чэн Кайянь, Исследование решения динамической имитации вентиляционной системы шахты Чишань. Доклад. Сюйчжоу, 1998.-18-20 с. (на кйт.яз.)

45. Чэн Кайянь, Моделирование конвейерного пожара и решение спасения шахты Яочау. Долклад. Сюйчжоу, 1997. -52-57 с. (на кйт.яз.)

46. Чэн Цядинь, Вероятность и статистика. -Пекин.: Выше образование (КНР), 1980. 232-236 с. (на кйт.яз.)

47. Чян Мингао, Лю Тинчэн. Горное давление и его управление. Пекин, 1991. -126-131 с. (на кйт.яз.)

48. Шэн Фимин. Исследование оценки надежности шахтой безопасности.// Безопасность шахт. 1993. № 3 -41-45. (на кйт.яз.)

49. Юй Маошэн. Целесообразное распределение депрессии горных выработок. // Журнал Фусинский горный институт -1993. № 7. (на кйт.яз.)

50. Юй Шувэй. Начало инженерии надежности шахт. Пекин: Угольная промышленность, 1988. -25-39 с. (на кйт.яз.)

51. Юй Шувэй. Показатель надежности в угольных шахтах. Севр-вост угольная технология, (на кйт.яз.)