Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт

Розглянуто процес утворення водяної пробки на ділянці трубопроводу, а також питання підвищення ефективності функціонування дегазаційних систем вугільних шахт, за рахунок використання прогресивних автоматизованих систем....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2004
Hauptverfasser:	Новиков, Л.А., Бунько, Т.В., Кокоулин, И.Е., Бокий, Б.В.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2004
Schriftenreihe:	Геотехнічна механіка
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87312
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт / Л.А. Новиков, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 120-126. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-87312
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-873122025-02-09T13:16:54Z Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт Increase effective of coal mines degasation systems Новиков, Л.А. Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Бокий, Б.В. Розглянуто процес утворення водяної пробки на ділянці трубопроводу, а також питання підвищення ефективності функціонування дегазаційних систем вугільних шахт, за рахунок використання прогресивних автоматизованих систем. The process formation of a water fuse on a site pipeline, and also question improvement of functioning of coal mines degasation systems is considered, at the expense of use progressive automated systems. 2004 Article Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт / Л.А. Новиков, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 120-126. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87312 622.831.325.3 ru Геотехнічна механіка application/pdf Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Розглянуто процес утворення водяної пробки на ділянці трубопроводу, а також питання підвищення ефективності функціонування дегазаційних систем вугільних шахт, за рахунок використання прогресивних автоматизованих систем.
format	Article
author	Новиков, Л.А. Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Бокий, Б.В.
spellingShingle	Новиков, Л.А. Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Бокий, Б.В. Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт Геотехнічна механіка
author_facet	Новиков, Л.А. Бунько, Т.В. Кокоулин, И.Е. Бокий, Б.В.
author_sort	Новиков, Л.А.
title	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
title_short	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
title_full	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
title_fullStr	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
title_full_unstemmed	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
title_sort	повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт
publisher	Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate	2004
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/87312
citation_txt	Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт / Л.А. Новиков, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Б.В. Бокий // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 120-126. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
series	Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv	AT novikovla povyšenieéffektivnostirabotydegazacionnyhsistemugolʹnyhšaht AT bunʹkotv povyšenieéffektivnostirabotydegazacionnyhsistemugolʹnyhšaht AT kokoulinie povyšenieéffektivnostirabotydegazacionnyhsistemugolʹnyhšaht AT bokijbv povyšenieéffektivnostirabotydegazacionnyhsistemugolʹnyhšaht AT novikovla increaseeffectiveofcoalminesdegasationsystems AT bunʹkotv increaseeffectiveofcoalminesdegasationsystems AT kokoulinie increaseeffectiveofcoalminesdegasationsystems AT bokijbv increaseeffectiveofcoalminesdegasationsystems
first_indexed	2025-11-26T02:45:12Z
last_indexed	2025-11-26T02:45:12Z
_version_	1849819254889644032
fulltext	120 ных шахт // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць / Ін-т геотехнічної механіки НАН України. – Дніпро- петровськ. – 2002. – Вип. 40. – С.181-186. 3. Мартиненко С.В. Аналіз конструкцій і роботи вузлів піддатливості кріплення та шляхи їх удосконалення // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: Наукові праці КДПУ. – Кременчук: КДПУ, 2003. – Вип.4(21). – С.150-152. 4. Шашенко А.Н., Сургай Н.С., Парчевский Л.Я. Методы теории вероятностей в геомеханике. – К.: Техніка, 1994. – 216 с. 5. Шашенко А.Н., Тулуб С.Б., Сдвижкова Е.А. Некоторые задачи статистической геомеханики. – К.: Пуль- сари, 2002. – 302 с. 6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. – М.: Физматгиз. – 1969. – 572 с. 7. Булычев Н.С., Амусин Б.З., Оловянный А.Г. Расчет крепи капитальных горных выработок. – М.: Недра, 1974. – 256 с. 8. Баклашов И.В., Тимофеев О.В. Конструкции и расчет крепей и обделок. – М.: Недра, 1979. – 313 с. 9. Руппенейт К.В. Некоторые вопросы механики горных пород. – М.: Углетехиздат, 1954. – 384 с. 10. Попов В.Л., Каретников В.Н., Еганов В.М. Расчет крепи подготовительных выработок на ЭВМ. – М.: Недра, 1978. – 230 с. 11. Руппенейт К.В., Драновский А.Н., Лыткин А.В. Расчет сборной кольцевой крепи подземных сооруже- ний. – М.: Недра, 1969. – 150 с. 12. Рачинский В.М. Расчет статически неопределимых систем. – М.: Ин-т нефтехим. и газ. пром-ти, 1959. – 28 с. УДК 622.831.325.3 Л.А. Новиков, Т.В. Бунько, И.Е. Кокоулин, Б.В. Бокий ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ДЕГАЗАЦИОННЫХ СИСТЕМ УГОЛЬНЫХШАХТ Розглянуто процес утворення водяної пробки на ділянці трубопроводу, а також питання підвищення ефективності функціонування дегазаційних систем вугільних шахт, за рахунок використання прогресивних автоматизованих систем INCREASE EFFECTIVE OF COAL MINES DEGASATION SYSTEMS The process formation of a water fuse on a site pipeline, and also question improvement of functioning of coal mines degasation systems is considered, at the expense of use progressive auto- mated systems При разработке угольных пластов на больших глубинах в условиях высокой метанообильности разрабатываемых пластов первоочередной задачей является обеспечение безопасных условий труда обслуживающего персонала. Вероят- ность возникновения ситуаций, опасных по газовому фактору, зависит от эф- фективности работы вентиляционной и дегазационной систем. Эффективность работы дегазационной системы (ДС) зависит от степени ее соответствия показателям, предусматриваемым на стадии проектирования, и нормативным показателям. В настоящее время на многих шахтах угольной от- расли ДС имеют низкие показатели эффективности функционирования, в связи с чем возникает необходимость в их усовершенствовании и реконструкции. При этом необходимо учитывать взаимодействие основных элементов ДС меж- ду собой и с внешней средой, а также изменение с течением времени топологии 121 газопроводной сети по мере ведения горных работ. При реконструкции ДС происходит коренная перестройка ее структуры, что связано с большими материальными затратами и трудоемкостью проводи- мых работ. Поэтому необходимо рассматривать варианты улучшения режимов работы действующей ДС за счет усовершенствования ее основных элементов. В частности, это относится к участковым и магистральным дегазационным тру- бопроводам, расходные характеристики которых должны соответствовать нор- мативным и зависят от их герметичности, а также от их состояния по пропуск- ной способности. Нарушение герметичности фланцевых соединений труб и уменьшение проходного сечения трубопровода (образование вмятин) может происходить в результате конвергенции горных пород, а также при воздействии технических средств. Кроме того, уменьшение проходного сечения может быть связано с загрязненностью трубопровода, которая проявляется наличием рас- пределенных и местных твердых отложений, а также скоплений воды. Распре- деленные твердые отложения представляют собой продукты коррозии внутрен- ней поверхности трубопровода, а местные отложения - скопления пыли и шла- ма в местах изменения скорости потока метано-воздушной смеси (МВС). К ним относятся колена, арматура, места расположения измерительных диафрагм, во- доотделителей, регулировочных задвижек. Скопления воды образуются в по- ниженных местах трубопровода, в местах сопряжений горизонтальных участ- ков трубопровода с наклонными и вертикальными участками, а также в верти- кальных и наклонных участках, характеризующихся высокой скоростью дви- жения потока МВС в вертикальном направлении. Степень загрязненности трубопроводов различна и зависит от геометриче- ских параметров и взаиморасположения их участков, интенсивности поступле- ния пыли, шлама и воды из дегазационных скважин, а также от их количества. Скопления пыли и шлама в трубопроводах приводят к уменьшению их проход- ных сечений (до 30 %). Скопления воды могут приводить к падению создавае- мой вакуум-насосами депрессии до 50% [1]. Причем могут возникать условия, при которых образуются водяная "пробка", которая в течение некоторого вре- мени полностью перекрывает проходное сечение трубопровода. При этом за- метно изменяются газодинамические параметры МВС. Рассмотрим схему дегазационного трубопровода постоянного диаметра, изображенную на рис. 1. Будем рассматривать процесс движения МВС на горизонтальных участках трубопровода 1, 2 и вертикальном участке 3. В начале 1-го участка расположена дегазационная скважина I. Движение МВС в трубопроводе происходит за счет разности давлений ΔР = Р1 - Р2 (Р1 > Р2), создаваемой вакуум-насосами. В местах уменьшения скорости движения потока МВС (сопряжения участков 1 и 2, 2 и 3) создаются наиболее благоприятные условия для образования скоплений воды в виде "пробок". Это особенно характерно для сопряжения участков 2 и 3. Мелкие частицы воды, поступающей в трубопровод из дегазационной сква- жины I, захватываются и переносятся потоком МВС. В результате на внутрен- ней поверхности трубопровода возникает водяная пленка и капли воды, кото- 122 рые стекают под действием силы тяжести на дно горизонтального участка 2 и образуют локальные скопления воды. 1, 2, 3 – участки трубопровода; I – дегазационная скважина; - направление движения МВС; Р1 и Р2 – давления МВС соответственно в начальном и конечном сечениях. Рис. 1 – Cхема дегазационного трубопровода. В месте сопряжения участков 2 и 3 значение скорости МВС Vмвс уменьшает- ся, что приводит к уменьшению величины кинетической энергии потока МВС. В связи с этим более крупные частицы влаги будут выпадать из потока, оседая на дне участка 2 перед сопряжением. По мере роста толщины слоя воды они все более будут подвержены дина- мическому воздействию потока МВС, что вызывается ростом продольной ско- рости движения газа от стенок трубопровода к его оси. Поток МВС при этом способствует слиянию скоплений воды между собой. Под действием силы тя- жести крупные капли воды на поверхности участке 3 будут двигаться вниз в сторону сопряжения. В итоге, в конечном сечении участка 2 возникает "пробка", которая под дей- ствием динамического давления потока МВС начинает двигаться по трубопро- воду вплоть до момента своего разрушения. При увеличении значения Vмвс про- цесс разрушения "пробки" потоком МВС будет происходить более быстро и интенсивно. При определенном значении Vмвс образование "пробки" в месте сопряжения происходить не будет, однако может начаться ее образование на вертикальном участке 3. Согласно [2], приближенное выражение для потерь давления МВС с части- цами влаги на участках 1 и 2 будет иметь вид ΔРгжi=ΔРi· [ ]11 −⋅⋅+ вомвсK μμ , (1) где Δpi = pкi – pнi – потери давления МВС без влаги на i-м участке трубопровода (i = 1÷2 ), Па; pнi и pкi – давление в начальном и конечном сечениях i-го участка трубопровода, Па; К – коэффициент выбираемый согласно [3]; μво молекуляр- ная масса воды; μмвс – молекулярная масса МВС; τi – касательное напряжение на внутренней поверхности i-го участка трубопровода, Па. Для потерь давления МВС в месте поворота трубопровода Δрповi можно за- 123 писать Δрповi = i гжi Р Р Δ Δ ·ρмвсi·Vповi 2 · [ ] ° − ⋅⋅+⋅ 90 106,01000 15,2 i повiповi r αλ , (2) где λповi – коэффициент сопротивления трению потока МВС на i-м участке тру- бопровода в месте его поворота; αi – угол поворота i-го участка трубопровода, град; rповi – радиус i-го участка трубопровода в месте его поворота, м; ρмвсi - плотность МВС, кг/м3; Vповi – скорость потока МВС в месте поворота i-го участ- ка трубопровода, м/с. При переходных режимах в трубопроводах, которые могут иметь место в случае присутствия скоплений воды, коэффициент сопротивления i – го участ- ка трубопровода можно определить по формуле Шевелева [4] λi = 3.0 Re 171044.8 ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ + −⋅ iiD Число Рейнольдса на i-том участке трубопровода определяется как Rei=0,5·Vмвсi ·Di ·µмвс -1, где µмвсi – динамическая вязкость МВС на i-том участке трубопровода, Па·с. Значения коэффициента сопротивления λповi при турбулентном режиме дви- жения МВС определяется из выражения λповi= λi + 0.075 λi · Rei 0,25 ,2 5,0 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⋅⋅ повi i r D где λi – коэффициент сопротивления i-го участка трубопровода; Di -диаметр i-го участка трубопровода, м. Выражение для потерь давления на i - том участке трубопровода в месте скопления воды [5] будет представлять собой зависимость вида ΔPскi= F(ρмвсi, V* мвсi, εi ), (3) где εi – коэффициент сжатия потока МВС; v * мвсi = Vмвсi· fскi - 1·fi – скорость МВС на i - том участке трубопровода в месте скопления воды, м/с; fi и fскi – площади поперечных сечений i - го участка трубопровода перед скоплением воды и в месте скопления, м2. Тогда с учетом выражений (1), (2), (3) давление в конечном сечении 3-го участка трубопровода будет определяться как 124 P2 = P1 - ∑ = Δ 2 1i повiP - ∑ = Δ 3 1i гжiP - ΔPск2 В случае низкой эффективности работы ДС или малой концентрации метана в МВС проводится оценка состояния участков трубопроводов по пропускной способности и выявление нарушений герметичности фланцевых соединений труб. Для этого согласно [1] проводят газовые съемки участков газопроводной сети, зондирование дегазационных скважин и осуществляют замеры значений фактических подсосов воздуха. При этом желательно использовать современ- ные высокочувствительные приборы. В ИГТМ НАН Украины разработан анемометр АПР-2, который может быть использован (с учетом использования аэродинамического преобразователя раз- ности давлений ПРД-1 [6] ) для измерения величины разряжения и скорости МВС в дегазационных трубопроводах. Интерес представляют собой газоанализаторы метана, созданные на основе волоконной оптики [7]. Эти устройства отличаются высокой точностью, искро- безопасностью, помехозащищенностью, широким диапазоном измерений и су- ществуют в портативном и стационарном исполнении. Кроме того, они могут быть объединены с системами сбора информации и пожарной сигнализации. Для предотвращения загрязнения трубопроводов, периодически должны проводится мероприятия по очистке запорной арматуры, измерительных диа- фрагм, колен, тройников и расширений от твердых отложений, а также удале- ние скоплений воды [1]. МВС, поступающая из дегазационных скважин в тру- бопроводы, должна подвергаться очистке от воды, пыли, шлама. При этом, предпочтительно использовать эффективные конструкции водо- и пылеотдели- телей, а также устройства позволяющие осуществлять комбинированную очи- стку МВС. Значительный интерес представляет собой конструкция автоматиче- ского устройства для автоматического отвода воды из дегазационного трубо- провода [8], а также установка для отвода конденсата [9]. В настоящее время существуют высокоэффективные конструкции газовых сепараторов, которые могут устанавливаться в дегазационных скважинах, и предназначены для отде- ления газа от газо-жидкостной смеси [10]. Средства контроля и автоматизации должны решать задачи, связанные с ав- томатизацией вакуум-насосных станции (ВНС), непрерывным контролем за МВС при ее выходе из ДС, повышением эффективности работы ДС в целом. При работе средств контроля и автоматизации особо важным моментом являет- ся передача достоверной информации о параметрах МВС в дегазационных тру- бопроводах и дегазационных скважинах с последующей ее обработкой на ПЭВМ. После обработки полученной информации принимается решение о вы- боре оптимальных режимов работы отдельных звеньев ДС. Это обеспечивается путем полного или частичного перекрытия отдельных скважин или участков газопроводной сети, работы ВНС в рациональном режиме, автоматического удаления из трубопроводов водяных пробок. При этом средства автоматизации и контроля шахтных ДС должны соответствовать общим требованиям, предъ- 125 являемым к шахтной автоматике. В связи с эти целесообразно использовать рассмотренные выше волоконно-оптические датчики и оптоволоконную связь для получения и передачи достоверной информации о состоянии ДС. В 80-х годах рассматривались вопросы создания и использования автомати- зированных систем контроля и управления дегазацией. Так в работе [11] рас- сматривался вопрос использования автоматической информационной системы контроля параметров шахтных дегазационных установок (ДИСК). В качестве технических средств, входящих в систему рассматривались элементы аппара- туры отбора, передачи и приема информации, а также различные дополнитель- ные и вспомогательные устройства: автоматический водоотводчик, регуляторы вакуума в трубопроводе, переносные приборы трех параметров МВС, средства метрологического обеспечения системы. По мере совершенствования средств контроля и автоматизации, развития компьютерной техники, возникновения высокоэффективных операционных систем, трансляторов с алгоритмических языков, систем программирования и т.д. возникла возможность использования современных автоматизированных систем (АС) в различных сферах деятельности. В качестве такой системы хоте- лось бы отметить разрабатываемую в ИГТМ НАН Украины информационную технологию проектирования, анализа и расчета ДС (ИТ ПАРДС). Система предназначена для расчета и анализа параметров МВС на участках газопровод- ной сети, выбора оптимальных режимов работы ДС, повышения качества ин- женерных решений, повышения безопасности ведения горных работ, снижения трудоемкости расчетов и облегчения контроля за их точностью. ИТ ПАРДС включает в себя: графическую подсистему, осуществляющую введение и кор- ректировку графической информации о топологии и структуре газопроводной сети с визуализацией результатов расчетов; информационную подсистему, осуществляющую сохранение, поиск, упорядочивание, архивацию и выдачу те- кущей информации, которая используется при проектировании и усовершенст- вовании ДС; подсистему структурно-параметрического анализа, осуществляю- щую оперативный контроль текущего состояния действующей ДС; подсистему инженерных расчетов, осуществляющую расчеты, связанные с определением параметров МВС и оптимальных режимов роботы ДС; подсистему документи- рования, осуществляющую анализ результатов расчета и формирование на его основе документации характеризующей состояние проектируемой или усо- вершенствованной ДС. В результате проведенных исследований могут быть сделаны следующие выводы: - при расчете значений давления в конечном сечении трубопровода необхо- димо учитывать значения ΔPскi, ΔPгжi, ΔPповi на его i-тых участках; - учитывая, что ИТ ПАРДС является модульной, возникает возможность за- мены ее отдельных элементов на более прогрессивные без существенной пере- стройки ее программных средств; - эффективность работы шахтных ДС зависит от эффективности используе- мых АС контроля и управления, их надежности, поведения и характера взаимо- 126 действия между собой при неблагоприятных условиях эксплуатации. В частно- сти это касается случаев высокой обводненности дегазационных трубопрово- дов; - АС контроля и управления должны соответствовать требованиям, изло- женным в ГОСТ 34.201-89. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Руководство по дегазации угольных шахт. - Киев, 2003. 2. Иванов О. П., Мамченко В. О. Аэродинамика и вентиляторы. – Л. : Машиностороение, Ленингр.отд-ние, 1986. – с.67-77. 3. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Справочник проектировщика/ Под ред И. Г. Староверова. М.: Стройиздат, 1978. 509с. 4. А.М. Морев., И.И. Евсеев. Дегазация сближенных пластов. М. ”Недра”, 1975, С.141-142. 5. Л.А. Новиков, Б.В. Бокий. Математическая модель движения метано-воздушной смеси на участке дега- зационного трубопровода. // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотех. мех. НАН Украины им. Н.С. Полякова. – Днепропетровск, 2003. – Вып. 47. – С. 311-312. 6. А.Ф. Булат, И.Е. Кокоулин, Т.В. Бунько. Продолжение и развитие идей Ф.А. Абрамова в отделе проблем разработки месторождений на больших глубинах ИГТМ им. Н.С. Полякова НАН Украины. // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин-т геотех. мех. НАН Украины им. Н.С. Полякова. – Днепропетровск, 2004. – Вып. 48. – С. 46-49. 7. В.Ш. Берикашвили., М.В. Хиврин. Волоконно-оптические системы контроля атмосферы угольных шахт. – М. : Радиотехника. – 2001. – №5.– С.21-27. 8. А.с. 909226. СССР, МКИ Е 21 F 17/00. Устройство для автоматического отвода воды из дегазационного трубопровода / М.Н. Долгополов, И.М. Местер, В.Н. Шатохин (СССР). - № 2951738/22-03; Заявл. 03.07.80; Опубл. 28.02.82; Бюл. №8.-1982. 9. Пат. 2177106. РФ, МПК7 F 16 T 1/20. Установка для отвода конденсата / В.П. Кульбякин, Г.С.Горячев, Т.А. исакова (РФ) - № 2000105095/06; Опубл. 01.03.00, Бюл. № 35. – 2001.- С. 238. 10. Пат. 219365. РФ, МПК7 Е 21 В 43/38. Газовый сепаратор и способ его эксплуатации / ЛОПЕС Дивонсир (ВR), В.Н. Деменьтьев (РФ). - № 2000131570/03; Заявлено 20.12.99; Опубл. 18.12.00; Бюл. №33. – 2002. – С. 285-286. 11. Карпов Е.Ф., Рязанов А.В. Автоматизация и контроль дегазационных систем. М., Недра, 1983. - С.125- 135.

Повышение эффективности работы дегазационных систем угольных шахт

Institution

Ähnliche Einträge