Автор: Соловьев Дмитрий Егорович

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №12 (35) декабрь 2011 г.

Статья просмотрена: 219 раз

Библиографическое описание:

Соловьев Д. Е. Тепловой режим в горной выработке при ведении проходческих работ в условиях криолитозоны // Молодой ученый. — 2011. — №12. Т.1. — С. 53-55.

Детальная разведка месторождений твердых полезных ископаемых Севера, строительство шахт и рудников, а так же производство добычных работ предполагает проходку большого количества тупиковых выработок различного назначения. Как известно, в условиях криолитозоны проведение их в дисперсных горных породах и эксплуатация в летний период сопряжена с целым рядом трудностей, связанных с необходимостью предотвращения растепления атмосферным теплом, без чего невозможно обеспечение устойчивости выработок. Это предъявляет особые требования к режиму вентиляции, который осуществляется путем нагнетания воздуха вентиляторами местного проветривания по гибким прорезиненным вентиляционным трубопроводам (рис. 1).

Рис. 1 – Схема проветривания тупиковой выработки в период проходки: 1 – вентилятор; 2 – трубопровод; 3 – забой тупиковой выработки; 4 - исходящая струя.

Для определения безопасных параметров вентиляционного режима, при которых бы обеспечивалась устойчивость горных выработок и соответственно безопасность ведения горных работ в летний период, была разработана математическая модель, отражающая специфические условия формирования теплового режима многолетнемёрзлого горного массива при ведении проходческих работ, которая подробно описана в работе [1]. Модель позволяет рассчитать температурный режим вскрывающей тупиковой выработки при нагнетательном режиме проветривания с учетом теплообмена воздуха в выработке с вентиляционным трубопроводом, забоем и транспортируемой отбитой горной массой, а также с учетом скорости её проходки.

Расчет температурного режима тупиковой выработки с учетом движения забоя проводился по следующему алгоритму: поперечные размеры расчетной области выбираются с учетом теплового влияния вокруг выработки, длина расчетной области превышает конечную длину проходимой выработки на величину теплового влияния. В начальный момент времени первичная длина выработки равна шагу её проходки за один цикл. При этом рассчитываются температуры воздуха в выработке и трубопроводе, а также температура окружающего массива пород с учетом теплообмена с забоем выработки и транспортируемой отбитой горной массой. Перед следующим циклом проходки температуры в массиве горных пород запоминаются, и при расчетах после подвигания забоя используются как начальные данные. Данная процедура повторяется вплоть до окончания проходки выработки.

Решение позволяет определить температуру воздуха в трубопроводе и выработке, оценить динамику температурного поля в окружающем массиве пород, а также определить параметры ореолов их протаивания в летний период ведения проходческих работ.

На основе разработанной методики были проведены численные эксперименты по расчету теплового режима тупиковой выработки при различных скоростях подвигания забоя, температуры подаваемого в выработку воздуха.

Расчеты проводились при следующих исходных параметрах: забой за 1 смену (8 часов) продвигается на 1,5, 2 и 3 м. Конечная длина проходимой выработки 180 м. При трехсменном (восьмичасовом) режиме работы и заданных скоростях проходки выработки, забой переместится на расстояние 180 м соответственно через 40, 30 и 20 суток. Естественная температура пород -4°С; теплопроводность талых и мерзлых пород соответственно 1,6 и 2 Вт/(м·К); теплоемкость сухой породы 900 Дж/(кг·К); плотность породы 1800 кг/м3; влажность породы 0,2 д.е.

Температура воздушной струи на входе в вентиляционный трубопровод составляет +5 и +10 ºС. Расход воздуха, необходимый для проветривания выработки, в расчетах при использовании самоходной техники с дизельным приводом принимается равным 800 м3/мин (для одной погрузочно-транспортной машины ПД-5А), без ее использования 144 м3/мин (принимаемый по фактору разжижения газов после взрывных работ).

На рисунке 2 показаны графики глубины протаивания вмещающих выработки горных пород через 20 суток после начала проходки при различных скоростях подвигания забоя. В выработку поступает теплый воздух с температурой +100С, расходом 144 м3/мин. Как видно из графиков, чем выше скорость подвигания забоя, тем на большем расстоянии от груди забоя окружающие выработку породы остаются в мерзлом состоянии и тем меньше глубина их протаивания в устьевой части, что положительно влияет на её устойчивость. Причиной этого в данном случае является тот факт, что при увеличении скорости проходки выработки обнажаются все больше поверхностей с естественной температурой пород, что приводит к более интенсивному поглощению тепла, вносимого вентиляционным потоком, всей площадью поверхности выработки и соответственно интенсивному охлаждению исходящей вентиляционной струи.

Рис. 2 - Глубина протаивания пород вокруг выработки через 20 суток после начала проходки при различных скоростях подвигания забоя. Температура и расход воздуха соответственно +10 0С и 144 м3/мин.

Результаты расчетов показывают, что глубины протаивания пород вокруг выработки при достижении длины 180 м для различных скоростей подвигания забоя соответственно составят 0,3, 0,23 и 0,13 м (рис. 3).

Рис. 3 - Глубина протаивания пород вокруг выработки при достижении длины 180 м при различных скоростях подвигания забоя. Температура и расход воздуха соответственно +10 0С и 144 м3/мин.

Снижение температуры поступающего в выработку воздуха до +5 0С при скорости подвигания забоя 2 м/смену и неизменности остальных параметров позволяет обеспечить мерзлое состояние вмещающих горных пород, к окончанию проходки выработки (рис. 4).

Рис. 4 - Изменение температуры стенки горной выработки по длине при различной температуре воздуха подаваемого в выработку. Расход воздуха и скорость подвигания забоя соответственно 144 м3/мин и 2 м/смену.

Как известно, использование самоходной техники с дизельным приводом при проходке выработки приводит к её высокой загазованности и, как следствие этого, требуется значительное увеличение количества воздуха подаваемого в забой, в конечном счете, это приводит к интенсивному протаиванию окружающих горных пород практически по всей длине выработки, что наглядно видно из графиков, представленных на рисунке 5.

Рис. 5 - Глубина протаивания пород к окончанию проходки выработки при расходе воздуха 800 м3/мин, температуре подаваемого воздуха +5ºС и различной скорости подвигания забоя за одну смену.

Таким образом, по результатам расчетов можно сделать вывод о том, что для заданных скоростей подвигания забоя 1,5; 2 м, расходе воздуха 144 м3/мин, и температуры воздуха подаваемого в выработку воздуха +5ºС может быть обеспечено мерзлое состояние вмещающих горных пород в течении всего периода проходки выработки, а при более высоких температурах поступающего воздуха для предотвращения растепления пород необходимо предварительно снизить температуру воздуха путем охлаждения его, например, в ледяных или грунтовых охладителях [2]. Использование же самоходной техники при проходке выработки приводит к высокой загазованности горной выработки, в результате чего требуется значительное увеличение количества воздуха подаваемого в забой, что в конечном счете приводит к интенсивному протаиванию окружающих горных пород практически по всей длине выработки. литература:

  1. Хохолов, Ю.А. Температурный режим многолетнемёрзлого горного массива при ведении проходческих работ [Текст] / Ю.А. Хохолов, Д.Е. Соловьев // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. №4. - С.177-182.

  2. Чабан, П.Д. Расчет охлаждения рудничного воздуха в необсаженных ледяных каналах [Текст] / П.Д. Чабан, В.П. Афанасьев, В.В. Журкович // Колыма. - 1976. - №12. - С. 39-42.

Основные термины (генерируются автоматически): проходки выработки, тупиковой выработки, горных пород, режима тупиковой выработки, окончанию проходки выработки, различных скоростях подвигания, Глубина протаивания пород, длине выработки, выработку воздуха, проходке выработки, выработки горных пород, забой тупиковой выработки, проветривания тупиковой выработки, скоростях проходки выработки, окончания проходки выработки, ведении проходческих работ, скорости проходки выработки, первичная длина выработки, проветривания выработки, забоем выработки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос