Содержание к диссертации
Введение
1. Источники воспламенения пылеметано-воздушных смесей и их характеристики 10
1.1. Взрывы, анализ их причин и последствия 13
1.2. Условия взрывчатости угольной пыли 17
Выводы 24
2. Пылеобразование при различных технологических процессах 25
2.1. Пылеобразование при работе добычных комбайнов 25
2.2. Пылеобразование при погрузочно-разгрузочных операциях 26
2.3. Пылеобразование при взрывных работах 27
2.4. Пылеобразование при транспортировке угля 28
2.5. Пылеобразование при бурении шпуров и скважин 30
2.6. Условия накопления угольной пыли 30
2.7. Условия перехода угольной пыли во взвешенное состояние 41
Выводы 44
3. Установление зависимости изменения концентрации пыли по длине и сечению горной выработки 47
3.1. Анализ формул для определения концентрации угольной пыли вгорных выработках 47
3.2. Методика проведения натурных экспериментов 58
3.3. Сравнение результатов шахтных экспериментов с данными рассчитанными по зависимостям (3.1), (3.13), (3.18), (3.25) 65
Выводы 74
Выбор и обоснование средств контроля концентрации пыли и места установки датчика в сечении горной выработки 77
4.1. Выбор и обоснование средств контроля концентрации пыли 77
4.2. Выбор места установки датчика в сечении горной выработки 80
Выводы 85
Определение пылеотложения и концентрации взвешенной угольной пыли в горных выработках 86
5.1. Определение количества осевшей угольной пыли 86
5.2. Определение концентрации взвешенной угольной пыли 89
Выводы 90
Система определения взрывчатой концентрации угольной пыли 91
6.1. Дискретная система 91
6.2. Автоматическая система определения взрывчатой концентрации угольной пыли 94
6.3. Автоматизированная система мониторинга атмосферы и контроля источников загрязнения (АСМАКИЗ) 102
6.4. Автоматическая система контроля и учета тепловодоресурсов (АСКУТ) 104
6.5. Методика прогнозирования распределения концентрации пыли в горных выработках 105
6.6. Анализ и выбор системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации пыли 106
6.7. Методика и программа расчета автоматической системы контроля осевшей взрывоопасной угольной пыли 109
Выводы 130
7. Принципы построения автоматической системы контроля суммарной концентрации пыли 131
7.1. Техническое обеспечение системы 132
7.2. Технические средства системы 136
7.3. Работа системы..., 147
7.4. Программное обеспечение 155
Выводы 158
Заключение 160
Список литературы 162
- Пылеобразование при транспортировке угля
- Анализ формул для определения концентрации угольной пыли вгорных выработках
- Выбор места установки датчика в сечении горной выработки
- Анализ и выбор системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации пыли
Введение к работе
Разработка автоматической системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации взрывоопасной пыли обусловлена тем, что взрывы угольной пыли по масштабам разрушений и числу жертв являются самым грозным видом аварий в шахтах, и в то же время отсутствует система, которая бы в автоматическом режиме обеспечивала контроль взрывоопасности пыли и предупреждение взрывов.
Все известные способы пылевого контроля работают в дискретном режиме и не позволяют своевременно учесть количество осевшей пыли в горных выработках, которая, при определенных условиях, может перейти во взвешенное состояние и создать взрывоопасную концентрацию.
По масштабам разрушений и числу жертв, взрывы угольной пыли опаснее взрывов газа.
Годовая статистическая отчетность о состоянии производственных объектов и горных работ за 2001 г. свидетельствует о том, что:
95 шахт разрабатывают пласты угля, опасные по взрывчатости угольной пыли;
216 действующих очистных забоев разрабатывают пласты угля, опасные по взрывчатости угольной пыли;
406 действующих подготовительных забоев разрабатывают пласты угля, опасные по взрывчатости угольной пыли. Анализ статистического материала по взрывам метана и угольной пыли в шахтах свидетельствует о том, что как их количество, так и число жертв неуклонно растет [30, 93,113, 128].
По данным ВГСЧ Минтопэнерго РФ за период 1994-1998 гг. взрывы метана и пыли в угольных шахтах составляли 5-7% от общего числа аварий.
Высокая аварийность на угольных шахтах является одним из основных факторов, влияющих на увеличение издержек производства и уровня травматизма. Наибольшую опасность представляют аварии 1 и 2 категории, вызванные взрывом метана и угольной пыли, которые составляют 18,9% от общего количества, а несчастные случаи со смертельным исходом при этих авариях - 86%. При взрывах в шахтах шансы на выживание в 112 раз меньше, чем при авариях, связанных с механическими обрушениями [64, 74].
Взрывы имеют место при добыче угля в шахтах, при транспортировке топлива и при использовании его в энергетике.
При анализе несчастных случаев на шахтах, установлено, что в большинстве случаев взрывы газов сопровождаются взрывами пыли отложившейся в горных выработках.
Количество остановленных по пылевому фактору очистных забоев в 1988 году [32], составило 36% или 48% из 132 обследованных, а по газовому - остановлено 20 % и 25 % очистных и подготовительных забоев соответственно.
При этом взрыв отягощается мощными динамическими воздействиями на крепь горных выработок и оборудование. Кроме того, в результате взрыва угольной пыли образуется большое количество окиси углерода, которая является причиной отравления людей. Контроль за отложением пыли осуществляется нерегулярно, а проводимые мероприятия проводятся в ряде случаев без учета накопившейся осевшей пыли. Последнее обстоятельство предопределяет участие осевшей пыли во взрывах. Для своевременного учета осевшей взрывоопасной пыли необходимо вести систематический контроль количества воздуха и концентрации проходящей по выработке пыли, с тем, чтобы предупреждать накопление пыли в горной выработке до взрывоопасных значений. Это может быть осуществлено внедрением автоматической системы контроля осевшей пыли. Для чего требуется обосновать методы контроля, аппаратуру контроля и систему передачи информации на пункт сбора, хранения и обработки данных. Автоматическая система позволит своевременно принимать решение по предупреждению накопления взрывоопасной пыли в горных выработках и исключить возможность участия ее во взрыве. Поэтому разработка автоматической системы контроля осевшей пыли и определения ее взрывоопасной концентрации, которая заблаговременно давала бы информацию о состоянии пылевой обстановки в горных выработках, обеспечивая тем самым повышение безопасности ведения горных работ, является актуальной для угольной отрасли задачей.
Цель работы состоит в установлении зависимости изменения концентрации пыли по длине и сечению горной выработки от скорости движения воздуха, скорости оседания пыли, геометрических параметров горной выработки для разработки автоматической системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации взрывоопасной пыли, позволяющей повысить безопасность ведения горных работ.
Идея работы заключается в использовании аэродинамических закономерностей изменения концентрации взрывоопасной пыли в пространстве горных выработок для определения ее суммарной концентрации.
Основные научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
1. Определение концентрации пыли в любом сечении горной выработки производится по зависимости, учитывающей скорость движения воздуха, скорость оседания пыли, геометрические параметры горной выработки, и отличающейся введением поправочного коэффициента с целью приближения результатов расчета к практически измеренным.
2. Для определения средней концентрации пыли в сечении горной выработки датчики контроля концентрации пыли необходимо устанавливать в поперечном сечении горной выработки напротив прохода людей на высоте, равной половине высоты горной выработки с учетом подвигания очистного и подготовительного забоев. 3. Разработка методики программы расчета суммарной концентрации взрывоопасной пыли, включающей расчет средней концентрации пыли в поперечном сечении горной выработки, концентрации пыли по длине горной выработки, осевшей и суммарной концентрации пыли в различных сечениях горной выработки,
4. Разработка автоматической системы контроля суммарной концентрации пыли, включающей автоматический газовый контроль, мониторинг состояния технологического оборудования и отличающейся введением в нее программы расчета суммарной концентрации взрывоопасной пыли, отображения полученной информации на мониторе оператора системы и хранения ее в базе данных.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, содержащихся в работе, подтверждаются:
- представительным объемом (более 140) натурных экспериментальных исследований концентрации пыли в сечениях горных выработок;
- удовлетворительной сходимостью расчетных результатов изменения концентрации пыли в пространстве с экспериментальными исследованиями и с ранее полученными результатами различных исследователей (расхождение не превышает 15%).
Научное значение работы состоит в установлении зависимости изменения концентрации пыли по длине и сечению горной выработки, определении коэффициента усреднения и разработке теоретических основ программы расчета суммарной концентрации пыли на любом расстоянии от источника пылеобразования.
Практическое значение работы заключается в разработке методики и программы расчета автоматической системы контроля суммарной концентрации пыли с учетом перехода осевшей пыли во взвешенное состояние, обосновании типа пылемера, схемы размещения его в поперечном сечении горной выработки.
Реализация выводов и рекомендаций. Результаты научных исследований приняты к дальнейшей разработке проекта системы автоматического контроля количества осевшей и суммарной концентрации взрывоопасной пыли Департаментом угля Минэнерго России и могут быть использованы в других объединениях, разрабатывающих пласты угля, опасные по взрывам пыли.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» в 2002 и 2003 годах, отчетной конференции - выставке по подпрограмме «Топливо и энергетика» научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» (г. Москва, 2001 г.), V Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие (г. Москва, МГГУ, 2001 г.), VI Международной экологической конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (г. Москва, МГГУ, 2002 г.) и семинарах кафедры «Аэрология и охрана труда» (2001- 2003 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в 6 статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, содержит 20 рисунков, 31 таблицу, список использованных источников из 132 наименований.
Пылеобразование при транспортировке угля
При взрывании зарядов ВВ в угольном забое мгновенно разрушается большое количество угля с образованием пылевого облака. Концентрация угольной пыли в начальный момент составляет десятки и сотни граммов на 1 м3 воздуха. В дальнейшем концентрация резко снижается за счет выпадения пыли из воздуха, а также за счет выноса ее вентиляционной струёй.
Исследованиями ВостНИИ установлено, что запыленность воздуха в начальный момент после взрывания достигает 150 г/м и более. Образование высоких концентраций пыли после взрывных работ отмечено также в работах МакНИИ и МИРГЭМ [59, 84]. Средняя запыленность воздуха в течение 3 мин после взрывания составляет 0,4-7,3 г/м. Расчеты показывают, что за первые 3-4 с концентрация взвешенной пыли может достичь 120 г/м3. Особенно большую опасность представляет многоприемное взрывание по углю, при котором создаются наиболее благоприятные условия для взрыва угольной пыли и метана, скопившихся в выработке после первого или второго приемов взрывания. При одновременном заряжании всех шпуров в забое, что практиковалось в отдельных случаях, взрывание первой очереди зарядов приводило к обнажению других и при отсутствии надлежащего контроля взрывание этих обнаженных зарядов вызывало взрыв газопылевого облака. Создание взрывчатой концентрации метана возможно непосредственно после взрывания. При наличии источника воспламенения метановоздушная смесь может воспламениться и явиться причиной взрыва угольной пыли. Воспламенение метановоздушной смеси при взрывании зарядов может произойти при взрыве электродетанаторов, выгорании взрывчатых веществ в шпурах, при выбросе боевика и от других причин. Полученные косвенным путем данные о запыленности воздуха являются приближенными, однако они показывают, что при взрывании по углю в подготовительных выработках создаются взрывоопасные концентрации угольной пыли. Это подтверждается также исследованиями ВостНИИ и др. [19,62,75]. Проведенные МакНИИ исследования показали, что запыленность воздуха, при движении по выработке груженого состава с сухим углем, составляла 120-420 мг/м3. По данным ВостНИИ запыленность воздуха, при транспортировке угля в вагонетках, может достигать больших значений (980 мг/м3) [73]. Исследованиями Нецепляева М.И. [72] отмечено также большое пылеобразование при транспортировке угля конвейерами. Аналогичные данные также были получены ВостНИИ при обследовании штреков с конвейерной доставкой угля. Запыленность воздуха, при транспортировке угля конвейерами, в выработке составляла 200-660 мг/м3. Многократные наблюдения показывают, что при малых скоростях воздушной струи (0,15-0,4 м/с) наблюдается большая запыленность воздуха по всей длине конвейерных выработок. В этом случае удельное пылеобразование остается все же значительным и поток воздуха не успевает выносить пыль, образовавшуюся в процессе доставки угля. При увеличении скорости движения воздуха до 0,7-0,8 м/с происходит резкое снижение запыленности конвейерных выработок за счет более интенсивного выноса пыли воздушным потоком. С увеличением скорости движения воздуха от 0,7-0,9 м/с до 1,7-1,8 м/с концентрация пыли остается почти постоянной. При увеличении скорости движения воздуха свыше 1,8 м/с запыленность резко возрастает за счет взметывания дополнительного количества пыли с поверхностей выработки. В зарубежной литературе [71] имеются данные о том, что концентрация пыли в выработках с конвейерной доставкой в зависимости от скорости движения воздуха меняется следующим образом: а) при увеличении скорости движения воздуха от 0,1 до 0,75 м/с происходит уменьшение концентрации пыли размером менее 5 мк; б) при увеличении скорости движения воздуха от 1,0 до 1,75 м/с кон центрация пыли остается постоянной; в) при увеличении скорости движения воздуха свыше 2-2,5 м/с запы ленность воздуха возрастает. Исходя из этих соображений, очевидно, что запыленность воздуха в откаточных выработках с конвейерной доставкой находится в тесной связи со скоростью движения воздуха по этим выработкам. На шахте им, Орджоникидзе увеличение скорости движения воздуха на 103% увеличило вынос пыли на 100%. На шахте им. Ленина увеличение скорости движения воздуха на 41%, а затем на 130% привело к увеличению выноса пыли соответственно на 20% и 70%. На шахте «Комсомолец» при увеличении скорости движения воздуха на 120% вынос пыли увеличился на 138%. Как видно из приведенных данных, вынос пыли на штрек растет почти пропорционально скорости движения воздуха. Это объясняется тем, что с увеличением скорости движения воздуха взвешивается соответственно большее количество пыли в лаве, что наблюдается до определенного предела. При бурении шпуров по углю ручными электросверлами наблюдается сравнительно невысокое пылеобразование. Запыленность воздуха при бурении шпуров изучалась в МакНИИ, МГИ и ВостНИИ [5, 59]. По данным МакНИИ запыленность воздуха при бурении шпуров может достигать 300 мг/м3. Исследованиями ВостНИИ установлено, что запыленность воздуха при этом процессе в зависимости от влажности угля колеблется в пределах 35-253 мг/м3. Следует отметить, что весьма значительным пылеобразованием сопровождается бурение скважин сбоечно-буровыми машинами. Пылеобразование при работе сбоечно-буровых машин без средств борьбы с пылью, по данным Петрова И. П. [78], может достигать 2000-3000 мг/м3. Высокая запыленность воздуха при бурении скважин большого диаметра в условиях шахт Донбасса также отмечается Рассоловым Н. И. [100]. 2.6. Условия накопления угольной пыли Известно, что пыль в горных выработках отлагается на всех поверхностях. Интенсивность пылеотложения является единственно обоснованным и определяющим фактором, от которого зависят: 1) классификация выработок по степени их взрывоопасности; 2) выбор средств и способов предупреждения взрывов; 3) установление эффективности комплекса обеспыливающих мероприятий, так как интенсивность пылеотложения в горных выработках при прочих одинаковых условиях зависит от того, насколько хорошо организовано подавление пыли у источников ее образования. Установлено, что общее количество пыли, образующейся в шахте, составляет 0,1-0,5% суточной добычи шахты [58]. Отложения пыли на почву могут быть объяснены проявлением силы тяжести, однако этот фактор никоим образом не может быть положен в основу для объяснения пылеотложения на боковые стенки и кровлю выработки. В этом случае имеет место налипание пыли - часть пылинок, содержащаяся в движущемся потоке воздуха и находящаяся в контакте с поверхностью горной выработки (дверной склад, затяжки, металлическая крепь и др.) ударяется об эти поверхности. Если при этом условия на поверхности выработки таковы, что есть возможность коагуляции с ранее осевшими пылинками или просто прилипания, то ударившиеся пылинки будут оставаться на этой поверхности.
Анализ формул для определения концентрации угольной пыли вгорных выработках
В современных шахтных условиях концентрация взвешенной угольной пыли, как правило не достигает взрывоопасной величины. Создание взрывного пылевого облака в шахтах возможно при участии осевшей пыли, которая при определенных условиях может перейти во взвешенное состояние. Расчет показывает, что для образования в выработке, имеющей площадь поперечного сечения 4,0 м , концентрации 100 г/м , являющейся безусловно взрывчатой, необходимо поднятие во взвешенное состояние слоя осевшей пыли толщиной менее 0,1 мм.
Угольная пыль, находящаяся во взвешенном состоянии, более пожаро- и взрывоопасна, чем отложившаяся на стенках, почве и кровле выработки. Объясняется это тем, что горение отложившейся пыли протекает аналогично горению твердых веществ, в то время как горение взвешенной в вентиляционном потоке угольной пыли может происходить в виде взрыва.
Ранее отложившаяся пыль за счет энергии ударной волны источника воспламенения может перейти во взвешенное состояние и тем самым подготовить среду для дальнейшего протекания взрыва.
Взвешенная угольная пыль, образующаяся при ведении взрывных работ, также может явиться причиной взрыва при наличии выгорания ВВ, взрыва открытого заряда и др.
За одно взрывание разрушается до 12 т угольного целика с образованием 1400 кг и более угольной мелочи и пыли. Указанное количество осевшей угольной пыли при условии ее равномерного распределения во взвешенном состоянии на участке выработки длиной 50 м может образовать концентрацию от 100 до 1500 г/м3, что в 3-50 раз превышает нижний предел взрывчатости угольной пыли, равный для углей Донбасса 30-35 г/м3 [85].
Согласно исследованиям Ксенофонтовой А.И. и Бурчакова А.С. на шахтах Донецкого, Карагандинского и Львовско-Волынского бассейнов, а также других исследователей на шахтах Челябинского и Кузнецкого бассейнов [59, 60] концентрация пыли в воздухе резко уменьшается при всех производственных процессах с увеличением скорости движения воздуха от 0,2 м/с до 0,6-1,0 м/с в лавах и до 0,3-0,5 м/с в подготовительных выработках. Уменьшение запыленности атмосферы в диапазоне от 0,2 до 1,0 м/с объясняется тем, что при увеличении скорости струи увеличивается объем воздуха, проходящего через сечение источника пылеобразования, вследствие чего происходит эффективное разжижение взвешенной пыли вентиляционной струей.
Казалось бы, что с повышением скорости воздуха, например, в три раза запыленность воздуха должна снизиться также в три раза. Однако результаты исследования этого не подтвердили. При увеличении скорости, вентиляционной струи в три раза (с 0,25 до 0,75 м/с) запыленность воздуха снижается в 2-2,5 раза.
Объяснить это можно тем, что с увеличением скорости вентиляционной струи повышается вынос пыли за счет крупных частиц. Происходит это потому, что усиление разжижения взвешенной пыли в воздухе уравновешивается повышением выноса пыли за счет крупных частиц.
Дальнейшее увеличение скорости воздушного потока более 2 м/с в лавах и в подготовительных выработках более 0,7-0,8 м/с повышает запыленность воздуха, в одних случаях намного, в других - незначительно, в зависимости от интенсивности сдувания пыли. Минимальная запыленность воздуха в конвейерных выработках достигается при скорости движения воздушной струи 1,2 м/с. Эту величину нужно рассматривать как оптимальную по пылевому фактору. С уменьшением скорости движения воздуха от 1,2 до 0,8 м/с запыленность воздуха практически не изменяется. С увеличением скорости движения воздуха свыше 1,2 м/с запыленность увеличивается и при увеличении скорости движения воздуха свыше 1,8 м/сек. запыленность резко возрастает за счет взметывания дополнительного количества пыли с поверхностей выработки. При уменьшении скорости вентиляционной струи менее 0,8 м/си увеличении свыше 1,8 м/с запыленность воздуха в откаточных выработках с конвейерной доставкой резко увеличивается. При увеличении скорости движения воздуха в откаточных выработках с конвейерной доставкой угля с 0,15 м/с до 2,1 м/с участок интенсивного отложения пыли увеличивается с 10-12 до 30 м. Пылеотложение на остальной части выработки также зависит от скорости движения воздуха. Существенное влияние на количество сдуваемой пыли оказывает размер частиц. Высокодисперсная пыль уносится потоком воздуха значительно труднее, чем пыль с более крупными частицами. Так, при скорости воздуха 3,3-3,6 м/с сдувание угольной пыли с частицами размером меньше 10 мк составляет 25-35%, сдувание более крупных фракций той же пыли в 2-3 раза больше. Скорость, при которой начинается сдувание пыли, значительно меньше при сухой пыли, чем при влажной, что подтверждается данными, полученными при исследованиях. UKp для влажной пыли в 1,5-2,0 раза выше, чем для сухой. Например, сдувание пыли при содержании влаги 2,5-3,0% начинается фактически при скорости воздушного потока около 1,5-2,0 м/с, а при содержании влаги 4,5-5,5% - около 3-4 м/с. Шахтная пыль состоит на 85-90% из фракций менее 2 мк. Таким образом, при скорости движения воздуха, больше критической, происходит сдувание налипшей пыли; при скорости, менее указанной, все классы пыли, в том числе и крупная, коагулируют на стены в проветриваемом объеме выработки. Выводы 1. Все горные выработки в шахтах, в зависимости от условий пылеотложения, следует разделить на 2 группы: а) выработки, не вмещающие источник пылеобразования (вентиляционные штреки и т. д.); б) выработки, вмещающие источник пылеобразования (промежуточные, откаточные штреки и т. д.). 2. Характер пылеотложения в значительной степени зависит от формы выработки, рода крепления, влажности и других факторов. 3. Наиболее опасной является осевшая угольная пыль, которая при определенных условиях может перейти во взвешенное состояние и тем самым создать условия для возникновения взрыва. 4. Факторы, определяющие пылеотложение, являются не одинаковыми для вентиляционных и для откаточных выработок. Отложение пыли в вентиляционных выработках (штреки, ходки и др.) в основном зависит от параметров вентиляционной струи, выходящей из лавы: количества проходящего воздуха, скорости его, структуры потока, запыленности атмосферы, дисперсного состава пыли. 5. Главными факторами, определяющими запыленность воздуха при конвейерной доставке, являются: влажность транспортируемого материала, скорость движения воздуха, состояние конвейерных выработок. Резкое снижение запыленности воздуха происходит при увеличении влажности угля до 8%. 6. Пылеотложение в выработках крайне неравномерно как по длине, так и во времени. В выработках, вмещающих источник пылеобразования, наибольшее пылеотложение наблюдается в непосредственной близости от источника. Пылеотложение в протяженных выработках переменного сечения зависит от ее длины и сечения. 7. Интенсивность пьшеотложения в вентиляционных штреках изменяется очень широко в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий и составляет от 1-17 г/(м3-сут) в 300 м и до 67-1577 г/(м3-сут) - в 10 м от лавы; 8. При ведении взрывных работ по углю дисперсность осевшей и взвешенной угольной пыли по мере удаления от забоя возрастает. Пыль, отложившееся в вентиляционных штреках, содержит 40-70% фракций менее 100 мк и с удалением от лавы дисперсность пыли возрастает. 9. На участке вентиляционного штрека, расположенном в 10-300 м от лавы, оседает до 86% всей выносимой пыли. Пылеотложение в откаточных выработках с конвейерной доставкой угля происходит следующим образом.
Выбор места установки датчика в сечении горной выработки
Система «Микон IP» (СИСТЕМА) предназначена для непрерывного измерения параметров шахтной атмосферы, состояния промышленных и горнотехнологических объектов (ГТО), состояния горного массива, основного и вспомогательного технологического оборудования, передачи информации на диспетчерский пункт, ее обработки, отображения и хранения с помощью специальных устройств, входящих в состав системы, а также осуществления местного и централизованного диспетчерского ручного, автоматизированного и автоматического управления объектами, автоматический газовый контроль и защиту, автоматическое проветривание тупиковых выработок и др.
Область применения СИСТЕМЫ - подземные выработки шахт и рудников, в том числе опасные по газу, пыли и внезапным выбросам в соответствии с «Правилами безопасности в угольных шахтах», РД 05-94-95, М, 1995 г.
С 1999 года начала внедряться и эксплуатироваться на угольных шахтах акционерных обществ «Челябинску голь» (шахты «Центральная», «Кор к и некая», «Капитальная»), «Кузнецкуголь» (шахты «Абашевская», «Есаульская», «Юбилейная»), «Кузбассуголь» (шахты «Полысаевская», «Первомайская», «Октябрьская»), «Киселевскуголь» (шахта «Катинская»), «Прокопьевскуголь» (шахта «Красногорская»), «Воркутауголь» (шахты «Воркутинская», «Комсомольская», «Северная»).
Функциональное назначение СИСТЕМЫ определяется совокупностью контролируемых и управляемых параметров, назначением, количеством и расположением средств сбора информации, устройств сигнализации и исполнительных устройств и алгоритмами обработки информации.
Система обеспечивает выполнение следующих функций: автоматический газовый контроль (АГК); автоматическая газовая защита (АГЗ); автоматическое управление проветриванием тупиковых выработок (АПТВ); телесигнализация (ТС) и телеизмерение (ТИ) различных контролируемых параметров шахтной атмосферы и микроклимата и состояния технологического оборудования; телеуправление (ТУ) основным и вспомогательным технологическим оборудованием; контроля состояния и учет работы технологического оборудования, систем электроснабжения, гидроснабжения и пневмоснабжения; воздействия на локальные системы автоматического управления основным и вспомогательным оборудованием; местное и централизованное диспетчерское ручное, автоматизированное и автоматическое управление основным и вспомогательным оборудованием, системами вентиляции, электроснабжения, гидроснабжения, пневмоснабжения и т.д. Основными особенностями СИСТЕМЫ являются: аппаратная и информационная открытость и совместимость; возможность создания в горных выработках автономных локальных информационно-управляющих подсистем; максимально широкое использование компьютерных средств обработки информации, в том числе средств электронного документирования и архивирования с возможностью получения «твердых» (бумажных копий). Применение системы СИСТЕМА позволяет на основе использования единых технических и программных средств реализовывать различные задачи централизованного диспетчерского и местного, ручного, автоматического и автоматизированного контроля, мониторинга и управления. Объектами управления и контроля могут быть шахтная атмосфера и микроклимат, основное и вспомогательное технологическое оборудование, транспортные и вентиляционные системы, системы электро-, пневмо- и водоснабжения, системы пожаротушения и т.д. Мониторинг состояния технологического оборудования Работа СИСТЕМЫ в режиме мониторинга состояния технологического оборудования отличается от системы автоматического газового контроля только применением датчиков, контролирующих технические и технологические параметры работы оборудования. Контроль и управление электроснабжением Особенность работы систем контроля и управления электроснабжением заключается в обеспечении возможности воздействие на управляемое оборудование электроснабжения с наземных вычислительных устройств. Система SMP Назначение системы Система SMP предназначена для непрерывного контроля пожарной опасности и опасности по метану угольных шахт, а также для защиты выработок с большой динамикой выбросов метана и высокой пожарной опасностью. Система реализует следующие функции: - непрерывное измерение метана и параметров шахтного воздуха; - центральное питание подземных устройств; - дистанционный отсчет, передача на поверхность и регистрация измерительных данных; - отключение электроэнергии, как местное, так и из поверхности; - демонстрация измерительных данных и результатов их обработки, как в графической, так и в текстовой форме; - документация работы системы на магнитных и бумажных носителях информации. Структура системы В состав системы входят следующие элементы (рис.6.1): Подземные устройства: - микропроцессорные датчики; - аналоговые датчики; - бистабильные датчики; - подземные концентраторы связи CCD. В подземной части системы используются аналоговые и бистабильные датчики соединенные со станцией посредством подземных концентраторов CCD и систем PUL, а также метанометры ММ-1 подключенные непосредственно к групповым системам UG станции СМС-ЗМ. Искробезопасные бистабильные выходы концентраторов CCD и метанометров ММ-1 могут подключаться к исполнительным схемам (напр., к выключателям электропитания в распределительных устройствах) посредством контактных блоков IZZO или устройств контроля цепей типа UKO-93.
Анализ и выбор системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации пыли
В настоящее время нет автоматической системы контроля количества осевшей и суммарной концентрации пыли.
Все известные системы пылевого контроля работают в дискретном режиме и не учитывают накопление осевшей пыли в горных выработках которая при определенных условиях может перейти во взвешенное состояние и тем самым создать взрывоопасную концентрацию пыли.
Используемый на шахтах и рудниках весовой метод измерения концентрации пыли с отбором пыли на фильтр не отвечает этому требованию. Имеется ряд факторов, которые существенно влияют на достоверность результатов измерений при этом методе. К их числу следует отнести: потери пыли при ее собирании с полок, возможность потерь пыли при смещении полок, не учитывается пыль, осевшая на бока и кровлю выработки и т. д. Недостатком также является низкая точность полученных результатов.
Метод определения пылеотложения путем обметания пыли, осевшей на поверхности выработки, является трудоемким и неточным. Так как для получения достоверных данных о пылеотложении за определенный период времени необходима тщательная подготовка участка, т.е. удаление ранее отложившейся пыли. При отборе проб следует принимать соответствующие меры по уменьшению потерь пыли. Учитывая вышесказанное он применяется крайне редко.
Кроме того, процесс разнесен во времени (отбор проб в шахте и обработка в лаборатории), что делает практически невозможным сопоставления результатов при различных режимах, а также исключает возможность контроля взрывоопасных пиковых концентраций пыли. Имеющиеся экспресс-пылемеры СДПВ-1, ИКАР) качественно не меняют картины, хотя в значительной мере ускоряют процесс пылевого контроля и способствуют накоплению статического материала о запыленности при различных технологических операциях на рабочих местах и в выработках, необходимого для оценки работы и выбора средств пылеподавления.
Очевидно, эффективность контроля за работой средств пылеподавления, за состоянием пылевого режима и уровнем пылеотложений в шахтах в значительной мере будет зависеть от оперативности получения информации о концентрации пыли.
В условиях роста производительности добычного оборудования возрастает скорость подвигания забоя, что влечет за собой быстрое изменение пылевой обстановки. В такой ситуации недостаточно иметь общие статические данные о запыленности. Необходим непрерывной контроль концентрации пыли в автоматическом режиме. Такой контроль позволит оперативно управлять противопылевыми мероприятиями, своевременно обнаруживать отклонения в технологических режимах горных машин и нарушения в работе средств пылеподавления, а также наладить контроль пылеотложений.
Продолжительный непрерывный контроль запыленности, производимый с достаточной точностью в горных выработках, позволяет определить величину пылеотложений, что является одним из главных факторов взрывобезопасности горных работ.
Принимая во внимание вышеизложенные аспекты, перспективным следует считать разработку автоматических систем, обеспечивающих передачу информации на поверхность шахты. Это позволяет выделить разработку средств оперативного дистанционного контроля запыленности воздуха в угольных шахтах в разряд актуальных. Такой вывод, подкрепляется исследованиями МакНИИ, ИПКОН, МГИ [50], где в качестве одного из основных направлений дальнейшего развития пылевого контроля также считается разработка автоматических пылеизмерительных систем.
Разработка автоматической системы контроля взрывоопасной концентрации пыли в угольных шахтах преследует цель повышения эффективности мероприятий по борьбе с пылью путем оценки их качества по уровню запыленности воздуха. Причем система должна заменить эксплуатируемые приборы с ручным управлением и обеспечить передачу информации на пункт диспетчера. При этом должны выполняться требования, которые предусмотрены руководством по борьбе с пылью и правилами безопасности по контролю запыленности воздуха в шахтах. Контроль эффективности обеспыливания должен производиться по концентрации пыли в фиксированных точках. Причем необходимо обеспечить определение средних концентраций в сечении горной выработки. В связи с этим необходимо выбрать такие места установки датчиков системы, которые позволяли бы по показаниям датчика судить о запыленности на различных участках горной выработки, контролировать пылеотложения и т.п.
Система автоматического контроля взрывоопасной концентрации угольной пыли предусматривает передачу информации о концентрации пыли в точках установки датчиков на пункт диспетчера. Ее визуальное отображение позволяет оценивать общее состояние выемочных и проходческих выработок по пылевому фактору. Сравнение уровней запыленности на различных участках дает возможность оценить степень использования средств пылеподавления и принять соответствующие организационные меры повышения их эффективности.
Создание автоматической системы контроля взрывоопасной концентрации угольной пыли позволит своевременно вести учет осевшей взрывоопасной пыли и принимать решения по предупреждению накопления взрывоопасных концентраций пыли.
Всем требованиям непрерывного контроля концентрации пыли соответствует система «МиконІР». Она начала внедряться и эксплуатироваться на угольных шахтах акционерных обществ «Челябинску голь», «Кузнецку го ль», «Кузбас суго ль», «Кисел евскуголь», «Прокопьевскуголь», «Воркутауголь» с 1999 года.
Многофункциональность системы основана на использовании современных высоконадежных свободно программируемых микропроцессорных устройств как в подземных выработках, так и на поверхности, применении стандартных протоколов и интерфейсов связи, унифицированных электрических сигналов, цифровых методов обработки, хранения, представления и передачи информации. Система имеет возможность технического и программного расширения, что позволяет внедрить программу расчета суммарной концентрации пыли в систему. Поэтому в качестве технического обеспечения системы контроля суммарной концентрации пыли принимаем систему «Микон IP».
