Введение к работе
Актуальность работы. Подземные эндогенные пожары относятся к одному из наиболее опасных видов аварий на угольных шахтах. Последствия, связанные с их возникновением, приводят к консервации огромных запасов угля, подготовленных к выемке, сдерживают развитие горных работ, приносят большой материальный ущерб, а в ряде случаев создают угрозу здоровью и жизни горнорабочих. Проведение горноспасательных работ при локализации и тушении пожаров сопряжено также с опасностью для жизни горноспасателей. Поэтому на шахтах при разработке углей, склонных к самовозгоранию, выполняют большой объем пожарно-профилакти-ческих мероприятий.
Однако, несмотря на принимаемые меры, количество ежегодно возникающих пожаров остается достаточно высоким. Известны случаи возникновения пожаров от самовозгорания угля на пластах, при разработке которых используются дорогие механизированные угледобывающие комплексы.
Поэтому задача разработки средств предупреждения и локализации эндогенных пожаров является весьма актуальной. Решение этой задачи может быть достигнуто разработкой способа, основанного на использовании веществ, обладающих антипирогенными свойствами в гелеобразном состоянии.
Исследования выполнялись по тематике ВостНИИ в рамках комплексных научно-технических программ Министерства угольной промышленности. Все исследования выполнены непосредственно автором в качестве ответственного исполнителя при проведении аналитических, лабораторных исследований и шахтных промышленных испытаний (№ ГР 01860057921; 01860057922; 01860057921; 01860057922).
Цель работы - разработка способа и средств механизации для предупреждения и локализации эндогенных пожаров гелеобразующими составами.
Идея работы заключается в использовании физико-химических свойств гелеобразующих составов, позволяющих доставлять их к месту применения и комплексно воздействовать на процесс самовозгорания, увеличивая аэродинамическое сопротивление и влагосодержание выработанного пространства и снижая способность угля к окислению.
Задачи исследований:
1 Изучить свойства гелеобразующих составов для разработки технологии
их получения и подачи к месту применения.
-
Определить возможность образования геля в заданном районе выработанного пространства и изучить влияние его на процесс самовозгорания угля.
-
Разработать оборудование для получения гелеобразующих составов и подачи их к месту применения.
-
Провести опытно-промышленную проверку применения гелеобразующих составов на угольных шахтах.
Методы исследований. При выполнении работы применен комплексный метод исследований, включающий:
- обобщение и анализ отечественного и зарубежного опыта предупреж-
дения, локализации и тушения эндогенных пожаров; НАЦИОНАЛЬНАЯ I
cn«tpwr —
лабораторные и шахтные исследования разработанных средств и технологии приготовления гелеобразующих составов;
опытно-промышленную проверку разработанной технологии приготовления и дистанционной подачи в выработанное пространство гелеобразующих составов и проверку разработанных средств для ее реализации.
Научные положения, выносимые на защиту:
предупреждение и локализация процесса самовозгорания угля гелеоб-разующим составом достигается за счет изменения условий теплообмена, вла-госодержания и снижения сорбционной активности угля к кислороду на 80%.
доставка к месту применения обеспечивается за счет реологических свойств гелеобразующего состава, сохраняющихся в течение 75% от времени гелеобразования, после чего он теряет подвижность.
торможение развития процесса окисления и самовозгорания достигается за счет сокращения площади контакта кислорода с активной поверхностью угля при обработке его гелеобразующим составом с применением разработанного оборудования.
Научная новизна работы:
определено влияние гелеобразующего состава на влагосодержание выработанного пространства, сорбционную активность угля и условия теплообмена.
установлена возможность образования геля в заданной области выработанного пространства;
определены основные параметры технической характеристики оборудования для приготовления и подачи гелеобразующих составов и разработано техническое задание, на которое получено заключение экспертного совета ВНПО «Респиратор» о соответствии мировому уровню.
Научная новизна диссертационной работы подтверждена Федеральным институтом промышленной собственности Российской Федерации, выдавшим автору два авторских свидетельства на изобретение (а.с. 1610046 РФ, свидетельство РФ на полезную модель 27637).
Достоверность научных положений подтверждается:
обоснованностью принятых исходных предпосылок с использованием современных представлений о закономерностях развития процесса самовозгорания угля;
обоснованностью принятых методов исследований и обработки экспериментальных данных;
необходимым и достаточным объемом проведенных лабораторных экспериментов (186 опытов) и шахтных исследований при отработке самовозгорающихся пластов Прокопьевско-Киселевского района.
удовлетворительной сходимостью результатов выполненных лабораторных и шахтных исследований (расхождение в пределах +10 %);
положительными результатами опытно-промышленной проверки и внедрения разработанного оборудования и технологии получения и подачи гелеобразующих составов в зону самовозгорания.
Практическое значение работы заключается в том, что результаты исследований позволили:
разработать, испытать и внедрить средства подачи гелеобразующих составов в зоны самовозгорания угля, обеспечивающих предупреждение самовозгорания;
разработать руководство по применению гелеобразующих составов для предупреждения самовозгорания угля в шахтах.
Личный вклад автора заключается в обосновании методов исследований, выборе объектов исследования с учетом процессов самовозгорания угля, исследовании реологических свойств гелеобразующих составов, снижающих вероятность самовозгорания угля и разработке: технических требований и конструкции оборудования для получения и транспортирования гелеобразующих составов с заданными свойствами; технологии приготовления и подачи гелеобразующих составов в выработанное пространство; "Руководства по применению гелеобразующих составов для предупреждения самовозгорания угля в шахтах".
Реализация выводов и рекомендаций работы
Основные научные результаты и рекомендации исследований автора реализованы на шахтах Кузбасса.
Основные положения и практические рекомендации диссертационной работы включены в "Руководство по применению гелеобразующих составов для предупреждения самовозгорания угля в шахтах", основные положения которого включены в бассейновую "Инструкцию по предупреждению и тушению эндогенных пожаров в шахтах Кузбасса" (Кемерово, 1999) и в "Технические условия на оборудование для получения и транспортирования гелеобразующих составов".
Апробация работы
Основные научные положения и практические выводы докладывались на научно-технических Советах ИГД им. А.АСкочинского (1986г., Москва), ВНИИГД (1987г., Донецк), ВО ВНИИГД (1987г., Прокопьевск), техническом совете Кузнецкого горного округа Госгортехнадзора (1985г., Кемерово), технических советах производственных объединений "Южкузбассуголь", "Прокопь-евскуголь", "Северокузбассуголь" (1985-1990 гг.), ученом Совете РосНИИГД (2002г., Кемерово), научном семинаре НЦВостНИИ (2003 г., Кемерово).
Автор признателен заведующему лабораторией "Профилактики и изоляции выработанного пространства" к.т.н. Миллеру Юрию Александровичу и коллективу лаборатории: к.т.н. Альхимовичу В.П., Шестых В.В., с.н.с. Бабаян-цуА.А, инж. Светлову Г.М., Калиниченко В.А., Бульбенко Н.Н., к.т.н. Хавовой В.П., инж. Грачевой Т.М. за оказанное содействие при проведении лабораторных и шахтных исследований.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 11 работах, одном авторском свидетельстве на изобретение и свидетельстве на полезную модель Российской Федерации.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, изложенных на 127 страницах, содержит 34 рисунка, 26 таблиц, список литературы из 102 наименований.
Диссертационная работа содержит:
Введение, в котором обоснована актуальность работы, изложены цель, идея работы, задачи и методы исследования, научные положения и их достоверность, личный вклад автора, практическая ценность работы, ее апробация и реализация.
В первой главе рассматривается состояние эндогенной пожароопасности на угольных шахтах. Приведен обзор существующих способов и средств для предупреждения самовозгораний и борьбы с эндогенными пожарами, определены цель работы и задачи исследований.
Анализ литературных источников и количество ежегодно возникающих эндогенных пожаров свидетельствуют о том, что применяемые способы и средства профилактики самовозгорания угля недостаточно эффективны. В связи с этим разработка средств предупреждения и локализации эндогенных пожаров является задачей актуальной. В настоящее время наука и практика не располагают универсальным способом и средствами предупреждения самовозгорания угля, позволяющими эффективно вести борьбу с эндогенными пожарами. Основным недостатком всех предлагаемых средств борьбы с самовозгоранием угля является их ограниченное и кратковременное воздействие на скопления угля в зоне самовозгорания.
ВостНИИ был предложен принципиально новый способ борьбы с эндогенными пожарами, основанный на использовании гелеобразующих составов (ГОС), экспериментальное применение которого в шахтах Кузнецкого бассейна показало целесообразность его использования для предупреждения самовозгорания угля. Но для промышленного применения принципиально нового способа борьбы с эндогенными пожарами необходимо изучение свойств геля (пено-геля), влияние его на выработанное пространство, совершенствование рецептуры гелеобразующих составов и разработка средств их подачи в выработанное пространство, чему и посвящена настоящая работа.
Во второй главе представлены теоретические основы применения гелеобразующих составов для предотвращения и локализации процесса самовозгорания угля, приведены методики лабораторных исследований химических и физико-механических свойств ГОС, включающих определение теплофизиче-ских параметров, влияния на процесс окисления угля кислородом воздуха и коррозионного воздействия на конструкционные материалы, применяемые для производства горно-шахтного оборудования. Кроме этого, были изучены физико-механические свойства пеногелей.
В третьей главе приведены результаты исследований движения гелеобразующих составов в обрушенных породах и методики определения зависимо-
сти скорости течения ГОС от угла наклона и времени от начала истечения и текучести гелеобразующих составов в процессе загустевания.
В четвертой главе дается теоретический расчет основных параметров технической характеристики насосного и эжекторного смесителей, пеногенера-торов. Приведены методики стендовых испытаний комплекса оборудования для получения и подачи гелеобразующих составов. Стендовые испытания показали возможность получения ГОС, в том числе вспененного, с заданным временем гелеобразования, и определили основные параметры технической характеристики смесителей и пеногенераторов и выявили отличие их от расчетных вели-чинна5-10%.
В пятой главе приведена методика шахтных исследований комплекса для приготовления и подачи гелеобразующих составов, проводимых с целью изучения характера течения ГОС и процесса формирования геля в выработанном пространстве, определения влияния ГОС на аэродинамическую характеристику выработанного пространства, его влагосодержание и изменение газового состава воздуха.
В шестой главе представлены результаты опытного внедрения разработанного принципиально нового способа предупреждения и локализации самовозгорания угля с применением разработанного комплекса оборудования для приготовления и транспортирования гелеобразующих составов.
