Распространение ударной воздушной волны по выработкам выемочного участка при взрывах в выработанном пространстве

УДК 622.814

В.Г. Криволапов

Д.Ю. Палеев

Распространение ударной воздушной волны по выработкам выемочного участка при взрывах в выработанном пространстве

Рассмотрено распространение ударной воздушной волны по горным выработкам выемочного участка при взрыве пылеметановоздушной смеси в выработанном пространстве. Распространение ударной волны рассчитывалось на условной модели выемочного участка. Определены тенденции распространения ударной волны по выработанному пространству для заданных начальных условий.

Ключевые слова: УДАРНАЯ ВОЗДУШНАЯ ВОЛНА, ВЗРЫВ, ПЫЛЕМЕТАНОВОЗДУШНАЯ СМЕСЬ, ВЫЕМОЧНЫЙ УЧАСТОК, ВЫРАБОТАННОЕ ПРОСТРАНСТВО

Для исследования закономерностей распространения ударной воздушной волны (УВВ) по выработанному пространству и прилегающим к нему горным выработкам выемочного участка была принята условная модель выемочного участка.

Пласт угля мощностью 4 м имеет пологое падение. Сеть горных выработок состоит из четырех вскрывающих наклонных стволов и трех подготовительных штреков. Длина очистного забоя 220 м. Выработанное пространство в виде параллелепипеда представлено сетью каналов, расположенных в почве и кровле пласта и вертикальных между ними. Сечение оконтуривающих выработанное пространство погашаемых штреков больше, чем сечение каналов в самом выработанном пространстве. Расчеты распространения УВВ проводились с помощью программного комплекса «Ударная волна». Часть модели представлена на рисунке 1.

Моделировалась ситуация, которая с большой вероятностью может возникнуть при отработке мощного пологого пласта. В верхнем кутке, в части погашаемого штрека и выработанного пространства появляются локальные скопления метана. По мере подвигания очистного забоя происходит обрушение кровли. При трении обрушаемых блоков может возникнуть источник воспламенения и взрыв пылеметановоздушной смеси.

На рисунке 1 показаны области загазования и взрыва. Представленная модель не отображает всей сложности состояния выработанного пространства, однако при расчетах можно отслеживать тенденции распространения УВВ по выработанному пространству, очистному забою и в прилегающих штреках.

Расчеты показывают, что при заданных начальных условиях УВВ по каналам выработанного пространства распространилась в виде треугольника со сторонами около 40 м вдоль погашаемого вентиляционного штрека в сторону монтажной камеры и около 30 м по очистному забою в сторону нижнего сопряжения. Примерно через 0,02 с после взрыва УВВ вышла на сопряжение очистного забоя с вентиляционным штреком, а через 4,4 с УВВ прошла до конца вентиляционного штрека.

1 - вентиляционный штрек; 2 - очистной забой; 3 - погашаемый вентиляционный штрек;

4 - каналы выработанного пространства Рисунок 1 - Модель выработанного пространства и прилегающих к нему горных выработок

На рисунке 2 показано распределение избыточного давления и температуры в УВВ при ее распространении вдоль вентиляционного штрека. Интервал времени 0,05 с. Пунктирной линией показано избыточное давление (0,006 МПа), которое считается безопасным для человека.

Р, МПа Т, 0К

Рисунок 2 - Распределение избыточного давления (а) и температуры (б) в УВВ при ее распространении вдоль вентиляционного штрека с интервалом времени 0,05 с

Как видно из рисунка 2, максимальное избыточное давление во фронте УВВ лишь незначительно превысило 0,006 МПа, а максимальная температура составила 335 К (620С).

При избыточном давлении во фронте УВВ 0,003 - 0,01 МПа механические травмы, как правило, отсутствуют [1]. Возможны термические травмы и отравление токсичными газами, особенно по направлению вентиляционной струи.

Необходимо учитывать, что при расчетах общий объем загазования принят 40 м3. Реальные объемы загазования, конечно, неизмеримо больше и мощность взрывов многократно превышает ту, что получилась в рассмотренной модели.

В таблице 1 приведены значения давления во фронте УВВ на верхнем сопряжении при изменении объемов загазования в выработанном пространстве. Видно, что незначительное увеличение объемов загазования приводит к резкому увеличению избыточного давления и температуры во фронте УВВ.

Таблица 1 - Значения давления и температуры во фронте УВВ на верхнем сопряжении

Параметры Объем загазования, м3

40 60 90

Максимальное давление во фронте УВВ, МПа 0,114 0,127 1,3

Максимальная температура во фронте УВВ, К 345 380 385

Во всех рассмотренных примерах место инициации взрыва расположено в выработанном пространстве поблизости от очистного забоя. Если инициация происходит ближе к монтажной камере, то УВВ гасится в выработанном пространстве и практически не доходит до действующих выработок.

Выводы

1 Необходимо на выемочном участке применять систему газоуправления, исключающую скопление метана во взрывоопасных концентрациях в выработанном пространстве вблизи очистного забоя и у верхнего сопряжения.

2 Необходимо предусматривать средства, предотвращающие выход УВВ из погашаемого штрека с давлением во фронте УВВ, опасным для людей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1 Криволапов, В.Г. Пылевзрывозащита подготовительных выработок / В.Г. Криволапов, Д.Ю. Палеев, И.Г. Ищук. - Новокузнецк, 2003. - 115 с.

AIR SHOCK WAVE DISTRIBUTION ALONG EXTRACTION SECTION OPENINGS AFTER EXPLOSIONS IN THE GOB AREA

V.G. Krivolapov, D.Yu. Paleev

Distribution of an air shock wave along mine openings of extraction section is considered at explosion of dust-methane-air mixture in gob area. Distribution of a shock wave was calculated on a conditional model of an extraction section. Shock wave distribution along gob areas tendencies are determined for the set initial conditions.

Key words: AIR SHOCK WAVE, EXPLOSION, DUST-METHAN-AIR MIXTURE, EXTRACTION SECTION, GOB AREA

Криволапов Виктор Григорьевич Тел. (3843) 74-89-91 Палеев Дмитрий Юрьевич Тел. (3842) 45-20-62