Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и обоснование выбранного направления работы . - 8.
1.1. Анализ способов определения динамики изменения содержания кислорода в рудничной атмосфере . 10.
Выводы 22.
2. Теоретические исследования закономерно стей изменения содержания кислорода в очистной выработке 24,
2.1. Математическая модель изменения газового состава в очистной выработке 26.
2.2. Математическое моделирование фильтр ани онных процессов в выработанном пространстве . - 31
2.3. Математическа модель окислительных процессов в выработанном простьранстве - 35.
Выводы 38.
3. Численный алгоритм реализации математической модели .
3.1. Приведение системы уравнений к безразмерному виду. - 40
3.2. Разностные схемы задачи фильтрации 43.
3.3. Численная реализация разностного аналога задачи фильтрации. 48.
3.4 численный алгоритм реализации задачи окисления кгля. 60.
выводы 68.
4. Экспериментальные исследования температурно-газового режима в натурных условиях . 68.
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований. 68.
4.1.1. Закладка наблюдательных стаепдий в выработайном пространстве . - 69.
4.1.2. Замер температуры и отбор газа. 70.
4.2. Экспериментальные исследования температурно-газвого режима в выработанном пространстве действующих лав. - 74.
Выводы 86.
5. Способ определения оптимальных параметров проветривания действующей очистной Выработки для шахт кузбаса. 87.
Заключение 89.
Литература
- Анализ способов определения динамики изменения содержания кислорода в рудничной атмосфере
- Математическое моделирование фильтр ани онных процессов в выработанном пространстве
- Разностные схемы задачи фильтрации
- Закладка наблюдательных стаепдий в выработайном пространстве
Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей проблемой стратегии управления качеством охраны труда при подземных горных работах является организация эффективного комплексного и экономически рационального использования вентиляционных систем. Подход, основанный на системных принципах разработки и внедрения новых методов проектирования вентиляции угольных шахт, является перспективным направлением аэрологии горных предприятий в России и за рубежом.
Действующее руководство по проектированию вентиляции угольных шахт предусматривает расчет количества воздуха, необходимого для проветривания горных выработок, из условия статического разжижения газа. При этом прогноз газообильности основан на эмпирических формулах, удовлетворительно описывающих средний газовый фон, но не учитывающих динамики экстренных газовыделений вследствие колебаний статического давления воздуха в шахте.
Поэтому особую актуальность в современных условиях приобретает проблема научного обоснования метода прогноза газообильности и расчета количества воздуха для совершенствования системы вентиляции газообильных шахт, обеспечивающей безопасные условия труда и способствующей сохранению жизни и здоровья работающих в подземных горных выработках.
Целью работы является теоретическое и экспериментальное обоснование установления закономерностей процесса тепло-газопереноса в горных выработках для определения обескислороживания воздуха в рудниковой атмосфере угольных шахт.
Идея работы заключается в использовании закономерностей процессов тепло-газопереноса в выработке и выработанном пространстве для разработки способа определения оптимальных параметров проветривания действующей очистной выработки.
Задачи исследований:
Изучить физико-химические условия развития окислительных процессов угля с целью установления закономерности изменения состава рудничного воздуха в действующих выработках угольных шахт.
Разработать математическую модель поглощения кислорода вентиляционной струей в действующей очистной выработке в зависимости от окислительных процессов на обнаженных поверхностях угольных пластов, отбитого угля и в выработанном пространстве.
Разработать метод расчета концентрации кислорода в вентиляционной струе в зависимости от степени развития окислительных процессов в выработанном пространстве, на отработанных поверхностях угольного пласта и отбитого угля.
Методы исследований. Основными методами являются:
аналитические и экспериментальные исследования физических условий процессов самонагревания угля;
использование современных измерительных средств с последующей обработкой информации на персональных компьютерах;
физическое моделирование и изучение процессов в натурных условиях.
Научные положения, выносимые на защиту:
Развитие происходящих в горных выработках окислительных процессов в зависимости от теплофизических характеристик угля и вмещающих пород, величины утечки воздуха и его влажности, предопределяет содержание кислорода в рудничной атмосфере.
Расчет концентрации кислорода в горной выработке производится последовательно за определением полей давления, температуры и скоростей фильтрации в проветриваемой зоне выработанного пространства и решением краевой задачи сохранения массы.
Алгоритм расчета газового состава в рудничной атмосфере предопределяет безопасность параметров проветривания горных выработок.
Достоверность научных положений и выводов подтверждается:
Необходимым и достаточным для статистической обработки объемом информации, полученной в процессе лабораторных экспериментальных и шахтных исследований;
Удовлетворительной сходимостью (85%) результатов теоретических, лабораторных и шахтных исследований;
Положительными результатами экспериментальных исследований разработанного способа расчета концентрации кислорода в натурных условиях и внедрением рекомендаций на шахтах Кузбасса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
реализована система дифференциальных уравнений, описывающих процессы движения воздуха, массообмена вдоль очистной выработки, фильтрации утечек воздуха в пористой среде, теплового баланса среды, фильтрующегося воздуха и баланса кислорода для выработанного пространства действующего выемочного участка;
доказана сходимость методов численного решения системы дифференциальных уравнений;
разработан алгоритм расчета газового состава в вентиляционной струе очистной выработки, позволяющий определить безопасные параметры ее проветривания.
Личный вклад автора состоит:
в разработке математической модели формирования газового состава рудничного воздуха в очистной выработке в зависимости от степени развития окислительных процессов;
в разработке программ для расчета полей скоростей, температур и концентрации кислорода, численного алгоритма реализации системы уравнений, алгоритма решения системы уравнений движения воздуха, теплопроводности и баланса кислорода;
в проведении натурных исследований и последующей обработке полученных результатов;
в разработке способа определения оптимальных параметров проветривания действующей очистной выработки для шахт Кузбасса.
Практическая ценность работы: Полученные соискателем результаты позволяют:
определять газовый состав рудничного воздуха в очистной выработке в зависимости от степени развития окислительных процессов;
разработать и оперативно исследовать программы для расчета полей скоростей, температур и концентрации кислорода;
разработать численные алгоритмы реализации системы уравнений, их решения для движения воздуха, теплопроводности и баланса кислорода;
разработать способ определения оптимальных безопасных параметров проветривания действующей очистной выработки для шахт Кузбасса.
Реализация работы:
Полученные результаты и выводы по диссертационной работе использованы при составлении целого ряда инструкций по охране труда и ликвидации горноспасателям аварийных ситуаций в шахтах (г. Кемерово, СНПО «Горноспасатель», ОВГСО, 2004-2006), а также при разработке устройств и агрегатов для горноспасательных работ (г. Кемерово СНПО «Горноспасатель» 2005-206)
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на заседании ученого совета НЦ ВостНИИ (г. Кемерово, 2005), РосНИИГД (г. Кемерово, 2005, 2006), Кемеровского регионального института повышения квалификации Минтопэнерго РФ (г. Кемерово, 2006), ОВГСН (г.г. Кемерово, Прокопьевск, Новокузнецк, 2005, 2006).
Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 11 статей, в том числе 1 патент на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на 92 страницах текста, включая 9 рисунков, 2 таблицы, список использованных источников из 27 наименований.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОГО НАПРАВЛЕНИЯ РАБОТЫ.
Вопросы, связанные с энергетической безопасностью, развитием рынка энергоносителей получили в последнее время особую актуальность. В разработанном Минтопэнерго России в 2000 году программном документе «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года» предусматривается увеличение доли угля в топливно-энергетическом балансе страны до 430 млн. тонн. Обеспечение стабильного роста добычи угля связано с необходимостью повышения безопасности ведения горных работ и снижением травматизма, вызванных загазированностью горных выработок.
Важнейшей проблемой стратегии управления качеством охраны труда при подземных горных работах является организация эффективного комплексного и экономически рационального использования вентиляционных систем. Подход, основанный на системных принципах разработки и внедрения новых методов проектирования вентиляции угольных шахт, является перспективным направлением аэрологии горных предприятий в России и за рубежом.
До настоящего времени загазирование горных выработок остается одной из причин несчастных случаев, которые заканчиваются для горняков летальным исходом. Несмотря на сокращение числа угледобывающих предприятий за последние три десятилетия, процент этого вида аварий остается достаточно стабильным (14,0 % в 80-х годах, 8,3 % в 90-е годы, 7,6 % после 2000 года).
Анализ фактической аварийности на угольных шахтах Кузбасса показывает, что газовыделение в подготовительные выработки, в период падения атмосферного давления, является одной из основных причин несчастных случаев со смертельным исходом при нарушении состава рудничной атмосферы.
Действующее руководство по проектированию вентиляции угольных шахт предусматривает расчет количества воздуха, необходимого для проветривания подготовительных выработок, из условия статического разжижения газового состава. При этом прогноз газообильности основан на эмпирических формулах, удовлетворительно описывающих средний газовый фон, но не учитывающих динамики экстренных газовыделений вследствие колебаний статического давления воздуха в шахте.
Поэтому особую актуальность в современных условиях приобретает проблема научного обоснования метода прогноза газообильности и расчета количества воздуха для совершенствования системы вентиляции газообильных шахт, обеспечивающей безопасные условия труда и способствующей сохранению жизни и здоровья работающих в подземных горных выработках.
Актуальность проблемы возрастает в связи с необходимостью решения вопросов вентиляции очистных участков и подготовительных выработок на стадии проектирования, так как ошибки при проектировании могут привести к снижению уровня безопасности труда, ограничению нагрузки на забой, увеличению затрат труда и средств на реконструкцию систем вентиляции на практике.
Результаты многочисленных газовоздушных съемок показвают, что при подземной разработке угольных пластов, не содержащих метан, поглощение кислорода может являться фактором, по которому следует принимать расчетное количество для проветривания очистных забоев. Однако действующие нормативные документы, определяющие безопасное проветривание очистных забоев, не содержат методических указаний для прогноза интенсивности поглощения кислорода в шахтах.
Исходя из вышеизложенного, нами приняты следующие направления исследований:
1. Анализ существующих теоретических моделей, описывающих газообмен между поверхностью обнаїкения угольного пласта, выработанным
10 пространством и рудничным воздухом на добычных участках для различных технологических условий.
Разработка математической модели изменения концентрации кислорода в атмосфере очистной выработки с учетом окислительных процессов на поверхности обнажения как в очистной выработке, так и в выработанном пространстве для усовершенствования методики расчета необходимого количества воздуха для угольных шахт бассейна.
Проведение экспериментальных исследований динамики концентрации кислорода в очистной выработке и в примыкающем к ней выработанном пространстве для оценки адекватности теоретической модели.
Апробация в реальных условиях способа определения газового состава в очистных выработках для угольных шахт Кузбасса.
Анализ способов определения динамики изменения содержания кислорода в рудничной атмосфере
Теория и практика эксплуатации угольных месторождений подземным способом показывает, что причины окисления углей весьма разнообразны и обусловлены как природными свойствами углей (химическая активность, дробимость, пористость и т.д.), так и горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки пластов.
Низкотемпературное окисление углей - это химический процесс, протекающий в промышленной обстановке, представляет очень сложный механизм окисления, ибо в нем принимают участие химические реакции, приток кислорода к месту взаимодействия и теплообмен. Поэтому реагирование даже одних и тех же веществ может принимать различные формы в зависимости от физических условий процесса и является одной из основ ухудшения рудничной атмосферы вследствие выделения газообразных веществ (Со, СОг), как продукт окисления. По этой причине низкотемпературное окисление углей является предметом многочисленных исследорваний и к настоящему времени не только накоплен богатый экспериментальный материал, но и имеется основательно проработанная теория этого вопроса.
Исторически, разработка методик по определению «возможности» самонагревания в угольном скоплении, строились на анализе процесса самонагревания с целью выделения наиболее информативного фактора, влияющего на возникновение эндогенного пожара. Степень развития этого процесса определялась опосредованно - наличием критического значения того или иного показателя, определяющего пожароопасность в целом (критические потери угля, химическая активность, концентрация индикаторных газов и т.д.).
Существующие методы оценки пожароопасное условно можно разделить на две группы:
1. методы, основанные на изучении и математическом моделировании физико- химических процессов окисления угля и процессов тепло-массопереноса.
2 .методы оценки пожароопасности с применением теории вероятности и математической статистики. Сюда можно отнести т.н. комбинированные методы, когда вероятностная модель строится на основе анализа тепло-массопереноса в пористой угольной среде;
К первой группе методов следует отнести методы, построенные на оценке химической активности - константе скорости сорбции кислорода углем (т.е. количество сорбированного кислорода единицей массы угля в единицу времени), как показатель его активности, лежащей в основе различных методик определения склонности углей к самовозгоранию.
Методика ВостНИИ определения склонности углей к самовозгоранию базируется на определении количества прореагированного с углем кислорода и выделившегося углекислого газа в лабораторной пробе при ее прогреве от 423 до 473 К, III. Показатель степени склонности углей к самовозгоранию S определяется из выражения: кффъ - соответственно поглощение кислорода при температурах 423, 448, 473 % %; ХЪХ2 - соответственно приращение содержания углекислоты при увеличении температуры с 423 до 448 и с 448 до 473 "К, %.
С учетом степени метаморфизма угля и показателя S пласты Кузбасса разделены на неопасные, малоопасные и опасные по самовозгоранию 121.
По методу ИГД им. А.А.Скочинского /3, 4/ константа скорости сорбции определяется в условиях наиболее близким к реальным условиям формированию очага эндогенного пожара. За показатель химической активности выбирается среднее значение константы скорости сорбции за промежуток времени от 50 до 250 часов от начала опыта, проведенного при температуре 25 Т. Инженером Тереховой СЕ. /5/ была сделана попытка установить взаимосвязь между химической активностью угля и метановыделением. В качестве доказательства этой взаимосвязи выбрано отношение скорости метано-выделения к константе скорости окисления угля за первые сутки. V С = - (1.2) U где: V- скорость метановыделения, мл/г ч; U константа скорости окисления, мл/г ч. За показатель пожароопасности, изучаемых шахтопластов принималась фактическая пожароопасность (количество пожаров за 10 лет).
При значениях С 1, полученных для 9 шахтопластов Воркуты и Донбасса, эндогенные пожары не наблюдались. При значениях С 1, полученных для 21 шахтопластов, пожары наблюдались на 17. Из этого делается вывод, что значение С 1 можно считать необходимым и достаточным условием пожарной безопасности.
Математическое моделирование фильтр ани онных процессов в выработанном пространстве
Описывая процессы окисления угольной массы и накопления тепла в выработанном пространстве действующего выемочного участка, будем определять самонагревание как теплофизический процесс. То есть, абстрагируясь от химической стороны явления, будем рассматривать обрушенные породы кровли, потери угля, как сплошную среду, наделенную теплофизическими и фильтрационными свойствами, источниками тепла и стоками концентрации кислорода.
В работе /3/ предложена математическая модель самонагревания угля в выработанном пространстве: ссРс (1 - Я)- - Xcdiv{gradTy \\ П) = угу дТ = qcypy(\-np0e-E/XT-av{Tc e)-k pedi (X,Tef} (2.3.1) С«Р«П nsKdiv{sdTe)+cepediv{rev) = = ccv(Tce); -Б/ П -Dnjivigrad С) + div(cv) = -U0Cpv (і - Я %т дт у (XJe) = l-(L C„Te) , (2.3.2) PH{Te) = P0exp{-L/RTe) (2.3.3) где: T - температура угля, К; Тв - термодинамическая температура воздуха, К; С - концентрация кислорода в фильтрующемся воздухе (в долях единицы); Су,Сд - соответственно теплоемкость твердой среды и воздуха, Дж/кгК; X ,Лв - теплопроводность, соответственно твердой среды и воздуха, Вт/мК; av - коэффициент объемной теплоотдачи, Дж/ м сК; U0- константа скорости сорбции кислорода углем, м /кгс; Е - температурный коэффициент константы скорости сорбции кислорода углем, м3/кгс К; р ,ре- плотность, соответственно твердой среды и воздуха, кг/м ; Ps - барометрическое давление воздуха, Па; Рн - давление насыщенных паров, Па; L - удельная теплота парообразования, Дж/моль; R - универсальная газовая постоянная, Дж/моль "К; С„ - теплоемкость водяных паров, Дж/кг К; К - отношение молекулярного веса воды к молекулярному весу воздуха [К -0.622); V - вектор скорости фильтрации, м/с; D - коэффициент диффузии кислорода, м2/с; П - пористость скопления; IIS - просветность скопления; Г0 - начальная температура комплекса твердая среда - воздух, йК. Начальные условия для системы уравнений (2.3.1) примем в виде: Туи=Те\т=,=Т, (2.3.4)
Начальное распределение кислорода в выработанном пространстве как и в /3/ определяем из условия, что их значения устанавливаются под влиянием диффузии кислорода из очистных выработок, решением уравнения: d2c рЛ-пр0 dy2 П V ) с граничными условиями: С 1,=,,= С0 СД= (2-3.6) где L2 - величина проветриваемой зоны (считаем, что на границе избранной области окисления не происходит из-за недостаточности притока кислорода). Искомым решением является функция: С(у, 0) = С0\е ! V I (2.3.7) где: в - (2,.8) /ГО На границе Г} выработанного пространства, примыкающей к ранее отработанному столбу, целику, а так же расстоянии L2 от очистной выработки исходя из условия, что на начальной стадии самонагревания температура мало отличается от температуры окружающих пород: ГД = Г0;ГД =?V Д =С{у,т = 0)\Г[ (2.3.9) На части границы Г2, примыкающей к очистным выработкам, граничные условия представлены в виде: ту\гг=Т,\г2=Т0 .(2.3.10) С\Г2=Св (2.3.11) где: Св -решение краевой задачи (2.1.1). Условия сопряжения для задач (2.1.1) и (2.3.1) очевидно можно представить в виде: Im = CV„ (2.3.12)
Таким образом, для определения концентрации кислорода в очистной выработке последовательно находим поле давлений и скоростей фильтрации воздуха, поля температур и концентрации кислорода в расчетной области выработанного пространства, а затем решая краевую задачу (2.1.1) окончательно определяем концентрацию кислорода в выработке.
Описанная математическая модель представляет собой систему задачи эллиптического и четырех задач параболического типов в классической постановке. Вопросы существования и устойчивости решения этих задач давно изучены и описаны в математической литературе.
ВЫВОДЫ
1. Математическая модель прогноза содержания кислорода в очистной выработке с учетом влияния окислительных процессов в выработанном пространстве представляет собой систему уравнений, состоящую из четырех уравнений параболического типа и одного уравнения эллиптического типа.
2. Вопросы существования и устойчивости решения этих уравнений давно изучены и описаны в математической литературе. Методы отыскания решения этой системы, а так же вопросы устойчивости этих методов будут рассмотрены в последующих главах.
Разностные схемы задачи фильтрации
Доопределим так же сеточную функцию А =0. Таким образом, на множестве всех узлов Q. , включая и граничные разностная задача принимает вид: Ч4гА=-/ (3.2.22)
В качестве граничных узлов для задачи (3.2.22) выступают & и на этом множестве точек Н=0. Значения давления вдоль очистных выработок определяется из сопряженной задачи.
Разностный аналог задачи фильтрации не поддается реализации «в лоб» в силу его многомерности, поэтому необходимо построить такой численный алгоритм, который бы позволил с одной стороны экономить оперативную память ЭВМ, что безусловно сказывается на скорости расчетов, а с другой позволил бы получить решение с достаточной точностью.
Существующие методы численной реализации многомерных задач эллиптического типа можно разделить на два семейства - вариационно-разностные и итерационные. Вариационно-разностные основаны на том, что решение эллиптической задачи приводит к минимуму определенным образом построенный функционал. Таким образом, определение решения сводится к нахождению точки экстремума этого функционала. Это приводит, в случае многомерных задач, к необходимости обрабатывать огромное количество информации одновременно размещенное в оперативной памяти ЭВМ. Семейство итерационных методов позволяет разбить задачу по направлениям и, в отличие от вариационно-разностных, значительно экономят оперативную память. Оптимальный набор итерационных параметров обеспечивает высокую скорость сходимости итераций.
Идея итерационных методов состоит в том, что решение стационарной задачи Ар = / (3.3.1) определяется с помощью нестационарной C, - - = V-/) (3.3.2) где операторы G} и итерационные параметры т, выбираются из условия сходимости итераций: где (р - точное решение сеточного уравнения (3.3.1). Для реализации задачи фильтрации (3.2.22) применен итерационный попеременно-треугольный метод. Матрица G, для этого метода имеет вид: Gl={D mRx)D-\D mR1) (3.3.4) где D - диагональная матрица D(p = d(x) p, a d[x) - некоторая положительная функция, определенная на (J О i?=S V ftW + ,(«) 2Л„ (3.3.5) 4М ь(«) (3.3.6) а У h " 2h V Для матриц R} и Я2 очевидны соотношения: R1+R2=-A,- (Rtf,q )={ p,Ri p) Вид оператора D и итерационные параметры Й И г будем выбирать из условия оптимальной скорости сходимости итерационного процесса. Лемма 1. Пусть разностные операторы -A,Rl,R2,D положительно определены и самосопряжены, т.е. - Л = -Л О, R = R2 О, D = D 0, - Л = Rx + R2 и существуют положительные действительные константы S, Д такие, что 3D -Л, К[ DR2 — Л, тогда существуют такие положи 4 тельные числа У\,У2, что: y[Gl -A y2Gl К \ , \ , і жу -S/ \ + mS + — ш ЗА ;у2 ц1т отношение Ухіїї -максимально, если / v 4 / 8 ff 2 д II Гі Й7 = Я70 = AS" 1 2(l + fij) /2 4 ъ 1 + " Д Действительно: Gl=(D + mR})D l(D + mR2)=D + w(Rx +R2)+ TU2RXD R2 , учитывая, что для оператора -Л существуют оценки: -Л = Д+А, ЗПшпВ — Л получаем для G} оценку сверху: ш2 ) Gt ( сГД —Л-ЙТЛ 8 4 — + Й7 + -— А Л = Л и Y\G\ "Л С другой стороны: Gl=D-mA + m2R}D ]R2 = D + nrA + w2R]D iR2 -2ятЛ = = D-crfo + Д2)+m2R1D {R2 -2етЛ = (»-rafy)D l(D mR2)-Imk Теперь оценим скалярное произведение: {віУ,у)=2я( АУ у)+((В-Щ )D-l{D-mR2)y,y)= = 2m( ky,y)+{D-\D-mR2)y{D -mR\)y)=2m(-hy,y)+ + {D-\D-mR2)y,{D mR2)y) Обозначая через ц/ = \D mR2 )y, получим: {Gly,y) = 2m{-Ky y)+{D- y/,if/\ но т.к. оператор D положительно определен, т.е. \p у/, y/J 0, то fay, у) 2cr(- Ay, у), отсюда G{ -2шА и - Л — G{, принимая 2ят 2т П = окончательно получаем утверждение леммы. Определим теперь выражение для итерационного параметра ш. Рассмотрим отношение: ш У\ = (« ) = - = П ґ 2шд 1 + &S + Х8АЛ Функция \ш) принимает максимальное (минимальное) значение при \ш) = 0. Найдем производную функции %{ш) и приравняем ее к нулю: 2SA f {2mS) l + tuS + m2— -2mS 1 + mS + m a N + rnd + w -2шд J ?{ ) Отсюда: v f v l + mS + vj — 2SA S + 2m SA = 0 / _ = 0, после рас крытия скобок и приведения подобных, получим: 4-V 5fc = 0 , . 2 и функция if (яг J достигает своего экстремума в точке 0)Q = г—. Нетрудно показать, что на самом деле функция if (йт) достигает в точке й70 своего максимума. Подставляя выражение для сг0 в выражения для ,/ окончательно получим утверждение леммы 1. Лемма 2. Для любых сеточных функций ра(х), qa (х\ иа (х), va (х),а -1,2, заданных на Q и для любых положительных действительных чисел Єj, Є2, Бъ и для любых т1, Г2 2 сУЩествует оценка:
Закладка наблюдательных стаепдий в выработайном пространстве
В выработанном пространстве лав намечается закладка 6-ти наблюдательных станций длинной 60 м(рис. 4Л). На каждой станции через каждые 15 м устанавливаются температурные датчики и диффузоры воздухоотборных шлангов. Воздухоотборные шланги и магистральные провода заключаются в металлические трубы диаметром 3/4 и длиной 2 м.
Закладка наблюдательных станций начинается за 100 м и до остановки лавы. В соответствии с проектом закладки наблюдательных станций в очистном забое выбираются наиболее удобные места в ограждающей крепи для укладки металлических труб.
Порода в месте укладки труб выравнивается и в зазоры между ограждающей крепью 2-х смежных секций крепи укладываются трубы с термодатчиками и диффузорами воздухоотборных шлангов.
По мере подвигания забоя лавы воздухоотборный шланг, электропровода и металлические трубы наращиваются участками по 2 м.
Начиная со второго датчика воздухоотборные шланги и провода маркируются, т.е. на них нитрокраской наносятся полосы, количество которых соответствует номеру датчика или диффузора.
За 16 м до остановки лавы трубы начинают постепенно заглублять с таким рассчетом, чтобы за 10 м до остановки лавы они лежали ниже почвы выработки. На этом же расстоянии рабочие очистного забоя вдоль забоя между задней стойкой и ограждающим креплением подготавливают канавку от вентиляционного штрека до конвейерного штрека, в которую укладываются воздухоотборные шланги и магистральные провода 5-х наблюдательных станций.
После наблюдательной станции №5 воздухоотборные шланги и магистральные провода укладываются в общую трубу диаметром 3 и выводятся на конвейерный штрек и далее до места возведения перемычки. Для монтажа термодатчиков и диффузоров воздухоотборных шлангов используются специально подготовленные отрезки труб длиной 0,3 м, которые имеют перфорированный участок длиной 0,2 м (рис. 4.1). Термодатчик 1 и диффузор воздухоотборного шланга 2 заводятся в середину перфорированного участка и при помощи проволоки 3 закрепляются к отверстиям перфорации 4. Затем устанавливаются заглушки 5 из пенопласта и концы трубы заделываются цементным или гипсовым раствором 6.
Для удобства прокладки магистральных проводов и воздухоотборных шлангов длина отдельных звеньев принимается 10-12 м. Воздухоотборные шланги соединяются между собой при помощи штуцеров из металлических трубок диаметром 4-5 мм и жимком из проволоки длиной 30-40 мм. Электропровода в месте соединения обматываются изоляцией.
Ограждающие трубы 1 между собой соединяются (рис. 4.2) при помощи стяжек из металлической проволоки 3 диаметром 3-4 мм. Место стыка ограждается отрезком резиновой трубы 4 длиной 0,2 м, на концах которой устанавливаются жимки 5 из проволоки.
Замер температуры и отбор проб газа производится 2-3 раза в неделю в ремонтную смену при подвиганий лавы, а затем с такой же переодичностью при полной остановке лавы на свежей и исходящей струях (в 10-15 м от забоя лавы), в очистной выработке и в пунктах замера наблюдательных станций.
Замер температуры производится индикатором ИТВ-1М, который выпускается опытно-экспериментальным заводом ВостНИИ. С помощью индикатора определяется сопротивление терморезисторов ММТ-4 (помещенных в термодатчик), величина которого изменяется в зависимости от температуры окружающей среды. Показания индикатора с помощью тарировочных графиков переводят в температуру.
Тарировочные графики составляются при тарировке терморезисторов каждого термодатчика. Устройство термодатчиков, индикатора ИТВ-1М, методика тарировки терморезисторов приведены в "Руководстве по обнаружению ранней стадии возникновения эндогенных пожаров при разработке самовозгорающихся пластов на шахтах Кузбасса". Результаты замеров в шахте и величина температуры, определенная с помощью тарировочных графиков, заносится в журнал наблюдения.
Отбор проб из воздухоотборных трубок и атмосферы выработок производится в резиновые камеры пр помощи насоса Шинца. Объем проб должен быть не менее 2 литров (до упругого состояния резиновой камеры).
Перед набором проб воздуха воздухоотборные трубы прокачиваются, при этом необходим двойной обмен объема воздуха, заключенного в трубке. Одновременно с прокачкой трубок производится продувка резиновых камер. Один раз в неделю в каждой воздухоотборной трубке производится отбор проб воздуха на наличие непредельных углеводородов, для чего используются специальные трубки-концентраторы, сорбирующие микропримеси этилена и ацитилена. При отборе проб воздуха один конец герметизирующего шланга снимают и подсоединяют к воздухоотборной трубке. Освободившийся конец трубки-концентратора подсоединяют к насосу Шинца и делают 15 качков (рис. 4.3). После чего трубку-концентратор отсоединяют и концы ее закрывают герметизирующим шлангом.
