Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт

Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт

Наведено дані аналізу основних причин руйнування кріплення вертикальних стволів вугільних шахт. Визначено параметри процесів теплопередачі при подачі повітря в зимовий час і запропоновані технічні рішення, що виключають процес льодоутворення в місцях обмерзання кріплення....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2004
Автор: Гриффен, А.Л.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України 2004
Назва видання:Геотехнічна механіка
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87316
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт / А.Л. Гриффен // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 149-153. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-87316
record_format dspace
spelling irk-123456789-873162015-10-18T03:02:02Z Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт Гриффен, А.Л. Наведено дані аналізу основних причин руйнування кріплення вертикальних стволів вугільних шахт. Визначено параметри процесів теплопередачі при подачі повітря в зимовий час і запропоновані технічні рішення, що виключають процес льодоутворення в місцях обмерзання кріплення. The results of analysis of the main causes of vertical shaft lining destruction are presented. Parameters for the heat transfer processes during air supply in winter period are determined and engineering solutions are proposed preventing ice formation in the places of lining frosting. 2004 Article Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт / А.Л. Гриффен // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 149-153. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87316 622.33 ru Геотехнічна механіка 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 Наведено дані аналізу основних причин руйнування кріплення вертикальних стволів вугільних шахт. Визначено параметри процесів теплопередачі при подачі повітря в зимовий час і запропоновані технічні рішення, що виключають процес льодоутворення в місцях обмерзання кріплення.
format Article
author Гриффен, А.Л.
spellingShingle Гриффен, А.Л.
Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
Геотехнічна механіка
author_facet Гриффен, А.Л.
author_sort Гриффен, А.Л.
title Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
title_short Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
title_full Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
title_fullStr Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
title_full_unstemmed Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
title_sort оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт
publisher Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
publishDate 2004
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/87316
citation_txt Оптимизация затрат при эксплуатации вертикальных стволов угольных шахт / А.Л. Гриффен // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2004. — Вип. 51. — С. 149-153. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
series Геотехнічна механіка
work_keys_str_mv AT griffenal optimizaciâzatratpriékspluataciivertikalʹnyhstvolovugolʹnyhšaht
first_indexed 2025-07-06T14:54:22Z
last_indexed 2025-07-06T14:54:22Z
_version_ 1836909763553656832
fulltext 149 д-ра наук. Днепропетровск, 1999, - 36с. 7. Указания по определению параметров и конструкций крепи вертикальных стволов и приствольных ка- мер на больших глубинах в горно-геологических условиях Центрального и Стаханово-Первомайского районов Донбасса. Л.: ВНИМИ, 1981, 72 с. 8. СНиП 2.03.01-84. Бетонные и железобетонные конструкции. Госстрой СССР. – М.: Издательство стан- дарт, 1989. 9. ГОСТ 10180-90. Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам. Госстрой СССР. – М.: Издательство стандартов, 1990. УДК 622.33 А.Л. Гриффен ОПТИМИЗАЦИЯ ЗАТРАТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВЕРТИКАЛЬНЫХ СТВОЛОВ УГОЛЬНЫХШАХТ Наведено дані аналізу основних причин руйнування кріплення вертикальних стволів ву- гільних шахт. Визначено параметри процесів теплопередачі при подачі повітря в зимовий час і запропоновані технічні рішення, що виключають процес льодоутворення в місцях об- мерзання кріплення. OPTIMIZATION OF EXPENDITURES AT EXPLOITATION OF SHAFTS OF COAL MINES The results of analysis of the main causes of vertical shaft lining destruction are presented. Pa- rameters for the heat transfer processes during air supply in winter period are determined and engi- neering solutions are proposed preventing ice formation in the places of lining frosting Производственная мощность шахты определяется пропускной способно- стью основных технологических звеньев, в частности, подъемом, одним из ос- новных элементов которого является шахтный ствол. Удельный вес основных фондов при подземном способе добычи достигает 90% затрат, из которых на подземные сооружения и горные выработки приходится 60%. В частности, по Донецкому бассейну на шахтные стволы приходится 28,3% от стоимости под- земных сооружений [1]. Особенностью шахтных стволов является необходи- мость поддержания их работоспособного состояния на весь срок службы пред- приятия. Данные о состоянии крепи 408 действующих стволов 150 угольных шахт Украины свидетельствуют, что у 40% из них за время эксплуатации возникали нарушения крепи. В процессе эксплуатации стволов на надежность и долговеч- ность их крепи, в основном, оказывают влияние: непредвиденные сложные гор- но-геологические условия, очистные работы, поддержание выработок около- ствольного двора и наличие агрессивной среды, обмерзание и низкое качество крепи. В удельном весе основных причин, вызывающих нарушения крепи, 9% при- ходится на обмерзание крепи стволов, вызванное недостаточным обогревом в зимнее время. Это приводит к их обмерзанию до глубины 300-400 м и деструк- тивным процессам в крепи, которые усугубляются агрессивностью шахтной воды или низким качеством материала крепи. Обмерзающая поверхность бето- 150 на корродирует, что приводит к разрушению крепи. Для сохранения необходи- мых зазоров в стволе периодически производится удаление льда, что сказыва- ется на целостности крепи, особенно кирпичной, и деформациям нижележащей от падающего льда [2]. При этом даже небольшие по площади и вблизи устья ствола, обмерзшие участки крепи могут препятствовать прохождению подъем- ных сосудов и требуют систематического скалывания льда [3]. На начало 2001г. 68 стволов имели неустраненные нарушения крепи, из них 54 – средней тяжести и тяжелые. Из-за скудных финансовых возможностей ру- ководство шахт вынуждено обходиться своими силами, при этом не всегда обеспечивалась объективность оценки ситуации, достоверность установления причин и эффективность мер по устранению нарушений крепи стволов [2]. Согласно правилам безопасности в угольных шахтах калориферные устрой- ства должны обеспечивать температуру поступающей струи воздуха не менее +20 С в 5 м ниже сопряжения канала калорифера со стволом шахты. При под- держании такой температуры не должны происходить криогенные процессы. Тем не менее, на многих шахтах крепь обмерзает при отрицательной темпера- туре на дневной поверхности. Учитывая климатические особенности восточных областей Украины, где нередки оттепели, крепь вертикальных стволов испыты- вает знакопеременные температурные нагрузки, что приводит к ее интенсивно- му разрушению. Калориферные установки угольных шахт относятся к наиболее слабо прора- ботанным в плане как научном, так и проектирования. Нормативная докумен- тация и пособия по калориферам содержат много спорных положений. Меха- нические службы угольных шахт работе калориферных установок уделяют вни- мание, однако в зимнее время нередки случаи обмерзания стволов и связанные с ними остановки. Так, на шахте «Красноармейская-Западная» №1 работа кало- риферных установок в первые годы эксплуатации приносила значительные убытки, так как обмерзали стволы, выходили из строя воздухоохладители [4]. Потребовались значительные затраты времени и средств для модернизации ка- лориферной установки, а также меры по стабилизации работы шахтной котель- ной с целью недопущения замерзания воды в теплообменных полостях. Калориферные установки, как правило, набираются из чугунных секций, в которых используется теплоноситель, подающийся из шахтной котельной. Их недостатки: нестабильная температура теплоносителя, большая инерционность секций и недостаточно развитые теплоотдающие поверхности, которые не мо- гут обеспечить требуемые параметры нагрева воздуха в стволах, особенно при резких колебания температуры окружающей среды. Поскольку участки крепи подверженные, намерзанию, расположены, в ос- новном, стационарно (что обусловлено рельефом крепи) и имеют сравнительно небольшую поверхность, то процесс намерзания на них можно исключить за счет локального тепловыделения в этих местах. В качестве энергоносителя ис- пользуется электроэнергия, которая будет преобразована в тепловую посредст- вом использования электронагревательных устройств. В связи с ограниченны- ми размерами стволов и с учетом коэффициента их заполнения различными 151 технологическими и конструкционными элементами возможно применение электронагревателей с поверхностно-распределенным тепловыделением (по- верхностный электронагрев). В случае поверхностного электронагрева происходит тепловое воздействие на объект нагрева с преобразованием электрической энергии в тепловую на гра- нице раздела среды и объекта, т.е. на поверхности нагревательного устройства. Отличительной особенностью электронагревательных устройств с поверхност- но-распределенным тепловыделением является возможность локализации теп- лоотдачи в заданном направлении за счет практически полного исключения те- плопотерь с нерабочих поверхностей. Это достигается за счет применения в ка- честве резистивных элементов материалов с толщиной не превышающей 1-2 мм: фольги, нагревательных тканей и лент и др. Минимизация теплопотерь с нерабочих сторон значительной площади достигается за счет применения в ка- честве теплоизоляции материалов с малым коэффициентом теплопроводности. При обогреве объектов больших геометрических размеров к.п.д. устройств с поверхностно-распределенным тепловыделением гораздо выше, чем у уст- ройств с локальным тепловыделением, например, широко распространенных трубчатых электронагревателей (ТЭНов). Процессы теплопередачи на границе раздела сред «поверхность нагревателя - струя воздуха» можно описать с учетом краевых условий [5]. При этом, учи- тывая линейные размеры нагревателя, его толщиной можно пренебречь и запи- сать начальное условие только для двух координат: Т0 = f0 (x, y) В начальный момент времени принимаем равномерное распределение тем- пературы на теплоотдающей поверхности Т0 = const. Поскольку на протяжении всего процесса теплообмена происходит искусст- венное поддержание постоянной температуры на поверхности S (стационарный процесс), то граничное условие первого рода можно записать в данном случае для любого момента времени τ как ТS = f (τ, xs, ys ) = TC = const Однородное граничное условие второго рода состоит в постоянстве плотно- сти теплового потока const n Tq SYX Sc =⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ ∂ ∂ −= , λ 152 и описывает процесс передачи тепла при помощи излучения по закону Сте- фана-Больцмана. В нашем случае основной поток тепла передается конвектив- ным способом, характеризующимся граничным условием третьего рода для стационарных температурных полей. В соответствии с ним количество тепла, передаваемого в единицу времени с единицы площади поверхности тела в ок- ружающую среду с температурой ТС в процессе охлаждения (ТS 〉ТС), прямо пропорционально разности температур между поверхностью тела и окружаю- щей средой )( CSC TTq −=α , где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 0С). Поверхностные электронагреватели значительных линейных размеров имеют небольшой температурный перепад на теплоотдающей поверхности за счет рав- номерного распределения плоских нагревательных элементов. Такой перепад, как правило, составляет 5-10 градусов и в инженерных расчетах им можно пренеб- речь. Для исключения обмерзания поверхности объекта примем температуру по- верхности в наименее нагретой точке +50С. В соответствии с [6] коэффициент те- плоотдачи, учитывающий совместное влияние излучения и конвекции в спокой- ной воздушной среде, составляет 10 Вт/(м2 град). Учитывая ветровую нагрузку в шахтном стволе и нормируемое значение минимальной температуры входящей струи примем коэффициент увеличения теплоотдачи 1,5. Температура воздуха, поступающего в ствол, может опускаться до минус 200С. Поэтому, с учетом теп- лового воздействия шахтного калорифера, примем ТС равной минус 150 С. Таким образом, для исключения льдообразования в вертикальном стволе требуется стационарный тепловой поток q с = 275 Вт/м2. Электронагреватели с поверхностнораспределенным тепловыделением кон- структивно могут быть выполнены в виде плоскостей разной конфигурации, например, прямоугольной формы. В качестве резистивных элементов могут быть использованы металлические и неметаллические, а также композицион- ные материалы: металлическая фольга, углеграфитовые токопроводящие мате- риалы, ленточные тканые электронагреватели на основе стали, нихрома, кон- стантана и др. материалов. Варьируя электрическими параметрами и геометри- ческими размерами резистивных материалов, а также схемами электрических соединений элементов можно получить нужную мощность на заданной площа- ди теплоотдачи. В качестве электроизоляционных материалов могут использо- ваться композиционные материалы, обеспечивающие сопротивление изоляции не менее 50 МОм: жаростойкий слюдопласт типа ИФГ-КАФХ, триацетатцел- люлозная пленка и другие. Корпус нагревателя, как правило, выполняется ме- таллическим. Причем возможно обычное, взрывобезопасное и герметичное ис- полнение. Подбор электрических параметров схемы соединения и системы за- полнения резистивными элементами позволяет рассчитать электронагреватель на, практически, любое стандартизованное напряжение питающей сети. 153 Опытом эксплуатации такого рода нагревателей в горной промышленности [7] установлено, что оптимальным является использование электронагревателей площадью от 0,1 до 2 м2 с напряжением питания 220/380 В. Стоимость 1 кв.м электронагревателя составляет, в зависимости от приме- няемых материалов и исполнения, 150-200 грн. Монтаж электронагревательных устройств может производиться механиче- ским способом, с помощью сварки, дюбелей и т.д. Управление системой электрообогрева может производиться в автоматиче- ском и ручном режиме: диспетчером, стволовым, машинистом подъема, други- ми работниками шахты в конкретных ситуациях изменения погодных условий и случаях льдообразования в стволе. Применение электронагревательных устройств позволит устранить намер- зание льда в стволе, тем самым исключив затраты на ремонт и восстановление поврежденных участков крепи, улучшить условия работы и повысить безопас- ность труда обслуживающего персонала. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Бурштейн Г.Я., Котов В.Ф. Производственные фонды и рентабельность угольной промышленности. – М.:Недра, 1970. – 208 с. 2. Герасимчук Д.А., Большаков П.Я., Будник А.В., Гамаюнов В.В. Состояние крепи вертикальных стволов угольных шахт // Уголь Украины. – №7. – С.30-32. 4. Каюн О.П., Мосиенко В.И., Батрак В.Ю., Триллер Е.А. Эксплуатация калориферных установок на шахте «Красноармейская-Западная» №1 / Уголь Украины. – 2004. – №1. – С.22-24. 4. Манец И.Г., Снегирев Ю.Д., Паршинцев В.П. Техническое обслуживание и ремонт шахтных стволов. – М.:Недра, 1987. – 327 с. 5. Лыков А..В. Тепломассобмен. – М.:Энергия, 1971. – 560 с. 6. Альтгаузен А..П., Гутман М.Б., Малышев С.А. и др. Низкотемпературный электронагрев. – 2-е изд., пе- рераб. и доп. – М.:Энергия, 1978. – 208 с. 7. Гриффен А.Л., Монастырский В.Ф., Потапенко Л.Л. Повышение эффективности горнотранспортного оборудования с использованием электронагрева. – К.:Экономика и право, 2001. – 58 с.

Схожі ресурси