Определение параметров тепломассопереноса в угольном массиве, выработанном пространстве и атмосфере выемочных участков с очагами самонагревания.

Актуальность работы. Развитие угольной отрасли в последние годы отмечено стабильным повышением технико-экономических показателей, что обусловлено использованием современного горно-шахтного оборудования и совершенствованием технологии очистных и подготовительных работ. Однако существует ряд факторов, сдерживающих увеличение добычи угля подземным способом. Основным из них является процесс самонагревания угля, представляющий собой сложный процесс, обусловленный химической кинетикой протекания реакций окисления углеродосодержащих веществ и физическими процессами тепломассопереноса. Другим фактором является угольная пыль, образующаяся при работе горно-шахтного оборудования, которая, взаимодействуя с атмосферой горных выработок, образует пылегазовоздушные смеси (ПГВС), способные к химическому реагированию. Для обнаружения очагов самонагревания на шахтах, как правило, используются газоаналитические методы, которые, однако, не позволяют произвести точную локацию очагов самонагревания, в связи с чем их ликвидацию приходится производить на значительных площадях, что является существенным недостатком газоаналитических методов. Кроме газоаналитических, в настоящее время применяются методы шахтной электроразведки, основанные на исследовании естественного электрического поля. Среди методов электроразведки нам представляется наиболее эффективным метод экваториально-дипольного электропросвечивания, который нами уже эффективно применялся для локации очагов самонагревания на ряде шахт Кузбасса. Очаги самонагревания, характеризуемые повышенной температурой, приводят к изменению температурного поля в угольных целиках и породоугольных скоплениях, в том числе и пород, окружающих очистную выработку, что, в свою очередь, способствует повышению температуры пылегазовоздушных смесей в очистной выработке и существенно увеличивает их предрасположенность к зажиганию и горению. Процессы зажигания и горения достаточно хорошо изучены, а библиография по этой тематике весьма обширна, но посвящена она, главным образом, сжиганию углеродосодержащих веществ в специальных энергетических установках и в котельных агрегатах на тепловых электрических станциях. Процессы же зажигания и горения ПГВС в условиях горных выработок на угольных шахтах менее изучены, что обусловлено спецификой зажигания и горения ПГВС. Главное отличие заключается в том, что в процессе движения фронта горения ПГВС в горных выработках создаются критические условия горения, переходящие при определенных условиях в волны детонации и последующему взрыву, который в условиях угольных шахт носит катастрофический характер. Наиболее крупные катастрофы с человеческими жертвами произошли на шахтах Ульяновской (г. Новокузнецк) и Распадской (г. Междуреченск) и унесли жизни более двухсот человек. В связи со сказанным нам представляется, что выявление закономерностей процесса тепломассопереноса в угольных целиках и породоугольных скоплениях, содержащих очаги самонагревания, анализ процессов зажигания и горения ПГВС смесей, движущихся в воздушных потоках горных выработок, является актуальной задачей, имеющей важное научное, экономическое и социальное значение. Исследования проводились в соответствии с Государственным контрактом № 146-ГК/2011 от 11 ноября 2011 г. «Разработка проекта Инструкции по прогнозу и локации очагов самонагревания угля в шахтах» в рамках реализации федеральной целевой программы «Пожарная безопасность в Российской Федерации на период до 2012 года».