Способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства

ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ЮТВЛЬСТВУСоюэ Севетскии Сецналнстнческик Республик(51) М. Кл. Е 21 Р 5/02 Государственный комитет СССР ио дмам изобретений и открытий(54)СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ЭНДОГЕННОЙ ПОЖАРООПАСНОСТИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВАЭтот способ прошел промышленныеиспытания на шахте 1 Южная п.о.Кузбассуголь и показал высокую эффективность предупреждения эндогенных пожаров. Способ испытывался в нескольких лавах, в том числе в таких условиях, где ранее при отработке пожары были неизбежными (высокая склонность углей к окислению, сильнаянарушенность пласта и невысокиескорости пррдвигания очистного за" 1 э боя), В процессе испытаний были проведены широкие научные исследования,которые позволили определить физическую сущность ряда явлений, сопутствующих процессу развития очага эндо генного пожара, что позволило усовершенствовать способ и повысить егоэффективность. Установлено, что весь"ма существенное значение имеет тепловой режим системы породы выработанного пространства (включая иуголь) - утечки воздуха. Используяпроцессы, происходящие при теплообмене в данной системе, можно регулировать процесс профилактической от работки потерь угля по длине пути 1Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для использования с целью предупреждения эндогенных пожаров в выработанном пространстве при разработке пластов угля,. склонного к самовозгоранию.По основному авт. св. Р 746123 известен способ снижения эндогенной пожароопасности выработанного пространства, заключающийся в том, что эксплуатационные потери угля обработанного антипирогеном, который вводят в виде аэрозоля в выработанное пространство с помощью обособленной вентиляционной струи, которую подают в выработанное пространство по трубопроводу сонаправлено с путями утечки воздуха, при этом предварительно перед вводом антипирогена производят воздушно-депрессионную съемку для определения величин и путей утечек воздуха, а количество воздуха в. трубопроводе принимают равным естественным утечкам воздуха. Кроме того, с целью эффективного использования способа при возвратиоточной схеме проветривания трубопровода, из которого подают антйпироген, заглубляют в выработанное пространство с учетом воэможности обработки антипирогеном всей его плди между выемочными штреками.40 фильтрации утечек воздуха и регулировать расход антипирогена и место . его выпадения, что позволяет повысит эффективность способа.Однако проведенными исследованиями также установлено, что способ имеет следующие .недостатки, а именно он является эффективным для короткихлав (до 80 м), а при большей длине лавы необходимо создавать по длине нескольких точек ввода водного раствора антипирогена, что усложняет всю организацию .работ, связано со значительными затратами и технически трудно выполнимо.Цель изобретения - повышение эффективности профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем регулирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и на выходе из него и управления33 процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси.Указанная цель достигается тем, что предварительно перед вводом антипирогена в выработанное пространст- во определяют температуру и влагосодержание утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него, а воздушно-антипирогенную смесь перед вводом в выработанное пространство подогревают до температуры, значение которой принимают из условияо о ооЭхбосх"офгде С - температура воздушно-антиВХпирогенной смеси на входев выработанное пространство, оС;х - температура утечек воздухана выходе из выработанногопространства, оС;1 ф - температура вмещающих пород, С.При этом осуществляют контроль за качеством обработки путем замеров температур поступающего воздуха и 45 антипирогенной смеси в выработанное пространством и температуры воздуха, выходящего из выработанного пространства.На фиг, 1 показана схема выемочного участка; на.фиг. 2 - зависимости качества обработки лавы от ее длины.Способ осуществляется следующим образом.Воздушно-антипирогенную смесь 55 .(аэрозоль) вводят в выработанное пространство из действующего очисФ- ного забоя, например, в месте сопряжения его с конвейерным штреком по мере его подвигания с помощью обо- О собленной вентиляционной струи сонап-,: равлено с путями утечки при количестве воздуха, равном величине естественных утечек его через обрушенные породы,и при компрессии, равной потере напора воздуха в очистном забое. Перед вводом обособленного воздушного потока в выработанное пространство его подогревают до температуры выше температуры обрушенных пород и насыщают влагой.Известночто возникновению эндогенного пожара предшествует стадия выпаривания влаги из угля, которая протекает длительное время и составляет около 60 времени, необходимого на развитие процесса до стадии воспламенения. В этой стадии происходит интенсивное испарение влаги, вслед ствие чего наблюдается снижение температуры угля за счет потери тепла на испарение. Поэтому в действующем очистном забое, где проветриваемая зона выработанного пространства постоянно перемещается, эндогенный пожар наиболее рационально предупре" дить в стадии испарения влаги из угля путем создания условий, исключа ющих сушку угля проходящим потоком утечек воздуха.При этом возможны следующие варианты: подогревают поток воздуха до ввода в него раствора антипирогена; подогревают водный раствор антипирогена или только воду и распыляют его в поток воздухами подогре-. вают воздушно-антипирогенную смесь после ее образования.Более рациональным является второй вариант, т.е. распыление в воздушный поток подогретого водного раствора антипирогена или воды, так как он легко осуществим как с технической стороны, так и по характеру теплопередачи от воды к воздуху, Раствор подогревают из расчета, чтобы результирующая температура воздушно-антипирогенной смеси и температура утечек воздуха на выходе из завала была вышетемпературы обрушенных пород. При движении данной аэродисперсной системы через выработанное пространство происходят автоматически процессы тепло- и влагообмена, интенсивность которых зависит от температурного напора, т.е. от разности температур воздушноаэрозольной смеси и горных пород. Поэтому с помощью регулирования температурного напора достигается возможность управления как процессом осжкдения антипирогена, так и процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогеннойсмеси на всем пути движения утечек воздуха. В результате этого снижается способность угЛя к окислению и повышается его влажность. Наибольший эффект при использовании предлагаемого способа и возможность контроля дости-: гаются в том случае, когда температура воздушно-антипирогенной смеси на выходе иэ контура обрабатываемой площади выработанного пространствапревышает температуру горных пород.Выполнение этого условия обеспечиваетосаждение всего распыленного антипирогена и конденсацию избыточной влаги. Одной из особенностей предлагаемого способа является возможностьпредупредить самовозгорание угляпутем недопущения выпаривания влаги,что в некоторых случаях можно осу-.ществить распылением и подачей попутям утечки воздуха только воды беэдобавки антипирогена.Ниже приводится пример осуществления способа при прямоточной -схемепроветривания,Свежая струя. воздуха 1 подаетсяв очистной забой 2 по конвейерномуштреку 3 и выдается по вентиляционному штреку 4, поддерживаемому в вы.работанном пространстве, На пластахс высокой газообильностью исходящаяструя подсвежается через перемычку5 с вентиляционным окном. Обособленная струя воздуха создается вентилятором б, например гидрореактивнымпылеподавателем типа ПГР, работающим в режиме вентилятора. ПГР забирает воздух с конвейерного штрекаи направляет его в выработанноепространство. Водный раствор антипирогена (например 20-ный растворхлористого кальция) или чистая водаиз емкости 7 через электрический нагреватель 8 подается с помощью насоса 9 типа 2 К-б по трубопроводу 10 кПГР, который .осуществляет распылениежидкости.в поток воздуха. Для облегчения передвижения все указанноеоборудование, кроме ПГР, располагается на платформах. Направлениедвижения утечек воздуха через. выработанное пространство показано стрелками 11.Для определения рациональных параметров способа в каждом конкретномслучае производят воздушно-депрессионную съемку. На основании полученныхданных определяют величину и направление утечек воздуха через выработанное пространство. Одновременно с этимопределяют температуру и влагосодержание утечек на входе и выходе иэвыработанного пространства, Исследованиями установлено, что при обработке выработанного пространства по. известному способу выпадение аэрозоляиз воздушной струи наблюдается нарасстоянии 60-80 м от места его вво"да и происходит ориентировочно по зависимости 12, приведенной на графике. Таким образом, при длине лавы6 76 в выработанном пространствеобразуются эоны А и В В зоне А потери угля обработаны антипирогеном, 6а зона В практически не защищенаот возникновения в ней очага самовозгорания угля. При равенстве тем-.. ператур поступающего к лаве воздуха,боковых пород и раствора антипнрогена (19 х == й = 12 фС) влагосодержание составляет 8,503 г/кгпвПри средней величине утечек 70,м /минили 84 кг/мин и распылении с помощьюПГР 10 кг/мин раствора антипирогенаобщее содержание влаги в струе воздуха составляет 127,5 Ь г/кг. Через70-80 м от места ввода струи аэро 1 золь вся выпадает и дальше движетсяпрактически сухой воздух с влагосодержанием 8,503 г/кг,соответствующимего теплофизическим параметрам. Такимобразом, при длине. лавы 120 м зонаВ, длиной 40-50 м, практически необрабатывается и в ней развиваютсяпроцессы, предшествующие возникно вению эндогенного пожара. При йизвестный способ даже Способствуетвозникновению пожара в зоне В, таккак воздух нагревается до й, забирает и уносит влагу, снижая тем 20 самым влажность угля. При сушкеугля происходит раскрытие микропори увеличивается окислительная способность угля. В рассматриваемомслучае при о - Е = ЗС вынос вла-.ги из выработанного пространствасоставляет 225,74 кг/сут и за Ьднисутки влажность 11,3 т разрыхленногоугля может понизиться с 3,5 - 4,0до критических значений 1,0 - 2,5.Усовершенствование известногоспособ. заключается в том, что поступающий в выработанное пространствовоздух нагревают и насыщают влагойс таким расчетом,чтобы температуравходящего и исходящего из выработанного пространства воздуха была выаетемпературы вмещающих пород(й 8Ф,йф 7.Перед подачей вод"ного раствора антипирогена из бака 7в вентилятор б последний подогревают 40 в электронагревателе 8 до заданнойтемпературы. В вентиляторе 6 (ПГР)происходит смешивание обособленнойструи воздуха и раствора, в результате чего происходит нагрев воздухаи увеличение его общего влагосодержания. Для расчета принимается, чтопри прохождении по выработанномупространству лавы 8 = 120 м воздушно-антипирогенная смесь остываетс 20 С до 12,5 С. При расходе 10 л/минраствор,антипирогена необходимодо ввода в струю воздуха подогретьдо 43 фС, чтобы смесь имела температуру 20 ОС, Процесс теплообменамежду взвешенными частицами аэрозоля и воздухом протекает при движениисмеси по зоне А пока не закончитсявыпадание последних частиц аэрозоля.В зоне В происходит конденсация паровводы за счет снижения температуры О до 12,5 фС, при этом влагосодержаниепонижается с 12 - 13 г/кг до 8,8 г/кг.Таким образом, при движении воздухапо зоне В из него равномерно конденсируется влага э количестве 4 г/кг, нли 460 кг/сутки,т.е.на каждом погонном метре пути утечки выпадает 15 кг/м влаги в сутки.По предлагаемому способу происхо" дит перераспределение количества вяпадающей влаги по длине пути утеч ки. Если в известном способе капли водного раствора антипирогена выпадают в зоне А, а в зоне В осаждения влаги не происходит, то в предлагаемом способе в зоне А выпадет меньше влаги за счет перехода части ее в .связанное состояние, а в зоне В про%исходит ее,конденсация (зависимость 13) .Изменение теплофиэических параметров утечек воздуха позволяет получить положительный эффект только в том случае, если температура воздуха в выработанном пространстве будет вьаае температуры окружающих пород по всей длине пути утечек. Контроль за качеством обработки осу. ществляется замерами температуры поступающего воздуха, Раствора антипирогена (воды) и температуры .воздуха, выходящего из выработанного пространства.Температура воздушно-антипирогенной или воздушно-водяной аэрозоли. в месте ввода ее в выработанное пространство не должна превышать30 оС.На основании полученных данных регулируют теплофизические параметры утечек воздуха на входе н выходе, чтобы обеспечить качественную профилактическую обработку выработанного пространства по всей длине путей утечки. Путем регулирования температурного напора достигается возможность управления как процессом осаждения антипирогйна, так и процессомконденсации водяных паров нз воздушно-антипирогенной смеси.Так как горные породы, уголь ивоздух имеют низкую теплопроводность, и .по термическим свойствамприближаются к теплоиэоляторам, тов .проходящем в выработанном пространстве потоке воздуйно-антипирогенной(воздушно-.водяной) смеси (аэрозоли) будет происходить плавное уменьшение температуры по длине пути фильтрации утечек.Применение предлагаемого способаснижения эндогенной пожароопасностивыработанного пространства позволитповысить эффективность профилактической обработки потерь угля в длинных очистных забоях путем регулирования теплофизических параметров утечек воздуха на входе в выработанное пространство и выходе из него и осуществить управлениепроцессом конденсации водяных паров иэ воздуш" но-антипирогенной смеси.Формула изобретения1, Способ снижения эндогеннойпожароопасности выработанного пространства по авт св. В 746123 о т л и-.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью 15 повышения эффективности профилактической обработки потерь угля вдлинных очистных забоях путем регулирования теплофиэических параметровутечек воздуха на входе в выработан ное пространство и выходе из него иуправления процессом конденсации водяных паров из воздушно-антипирогенной смеси, предварительно перед вводом антипирогена в выработанноепространство определяют температуруи влагосодержание утечек воздухана входе в выработанное пространствои выходе из него, а воздушно-анти-.пнрогенную смесь перед вводом в выработанное пространство подогревают 30 до температуры, значение которойпринимают из условияо о о"Вхфисх"пфгде йе - температура воздушно-антипирогенной смеси на входе 35 в выработанное пространство,оС;й" температура утечек воздухана выходе из выработанногопространства,оС;40- температура Вмещающих поРодя2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что осуществляютконтроль за качеством обработки путем замеров температур поступающегоаоздуха и антипирогенной смеси в выработанное пространство и температуры воздуха, выходящего из выработанного пространства.50Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 746123, кл. Е 21 Р 5/02, 197 о877068 Составитель Э. Р Техред М.Голинка е орректор у. Пономаренко ови едактор 51/ Зак лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.Гираж 466 ВНИИПИ Государственного комит по делам изобретений и откр 3035, Москва Ж, Раушская на