Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуат

УДК 622.83.001.57

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД НАДСОЛЕВОЙ ТОЛЩИ ПАЛАШЕРСКОГО УЧАСТКА ВКМКС

И.С. Филимоновых1, И.Л. Паньков2

1 Пермский национальный исследовательский политехнический университет

2 Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия

Устойчивый спрос на калийные удобрения приводит к увеличению числа отрабатываемых площадей Верхнекамского месторождения калийных и магниевых солей (ВКМКС). В настоящее время компания МХК «ЕвроХим» ООО «Усольский калийный комбинат» строит рудник, который будет отрабатывать запасы Палашерского участка. Особенностью ВКМКС является наличие водоносных горизонтов над продуктивными пластами. Это в значительной степени осложняет все стадии производственного процесса: от проходки ствола до отработки промышленных пластов. В связи с этим главные стволы рекомендовано проходить с заморозкой. Для задания наиболее оптимальных параметров заморозки необходимо знание теплофизических свойств. В статье рассмотрены методики определения коэффициента теплоёмкости методом остывания и коэффициента теплопроводности методом стационарного потока. Полученные результаты планируется применить в расчётах параметров ледопородного ограждения.

Ключевые слова: образец горной породы, медный эталон, эталон из кварцевого стекла, теплофизические свойства, удельная теплопроводность, удельная теплоёмкость.

THE EVALUATION OF THERMAL-PHYSICS PROPERTIES

OF ROCKS BY SUPRASALT STRATA OF PALASHERSKY BLOCK OF VERKHNEKAMSKOE POTASH SALT DEPOSIT

I.S. Filimonovykh1, I.L. Pankov2

1Perm National Research Polytechnic University,

2 Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia

Strong demand for potash fertilizers increases the number of new realizable areas Verkhnekamskoe Potash Salt Deposit(VPSD). Currently, MCC "EuroChem" company "Usolsky potash plant" are building mine, which will sell reserves of Palashersky block.

171

Special feature of VPSD is the presence of aquifers over the potash seam. This greatly complicates all stages of the production process: from the building of shaft to the realization of potash seam. In this connection, the main shafts is recommended to building with freezing. To set the optimal parameters of freezing requires have knowledges of thermal-physics properties. The article describes the method of evaluation the coefficient of thermal capacity by cooling and thermal conductivity by stationary flow. The results are planned to be applied in the calculation of parameters of ice wall.

Keywords: rock sample, copper etalon, fused silica etalon, thermal-physics properties, thermal conductivity, thermal capacity.

Устойчивый спрос на калийные удобрения приводит к вовлечению в эксплуатацию новых участков ВКМКС. В настоящее время планируется строительство нового рудника для отработки полезных ископаемых Палашерского участка. Строительство стволов рудников в условиях ВКМКС подразумевает применение технологии замораживания с целью образовании вокруг будущего контура стволов ледопородного ограждения, воспринимающего на себя давление окружающих не замороженных пород и препятствующего притоку воды в выработку при ее проходке. При этом первоочередной является информация о теплофизических свойствах (теплоемкость и теплопроводность) слагаемых горных пород.

Эксперименты по определению теплофизических свойств проводились на образцах, изготовленных из керна контрольно-стволовой скважины Палашерского участка.

Для определения теплоемкости горных пород использовался метод остывания [1, 2], заключавшийся в сопоставлении скорости остывания предварительно нагретого образца горной породы, имеющего форму плоскопараллельного диска диаметром 100 мм и толщиной 30 мм со скорость остывания медного эталонного образца такого же размера.

Подготовка образцов к эксперименту заключалась в установке термодатчиков, показания с которых выводились на многоканальный измеритель температуры “ТЕРМОДАТ-11М5”. Подготовленные образцы и эталон помещались в сушильный шкаф, в котором выдерживались при температуре 60 0С до их полного прогрева. Далее производилось их извлечение из сушильного шкафа с установкой на теплоизоляционные подставки, где они остывали при комнатной температуре. Измерение температуры остывания проводилось через каждые 5 минут. Согласно методике, удельная теплоемкость породы определялась из выражения:

172

где сп , сэт – удельная теплоемкость образца горной породы и эталона; mп , mэт –

образца горной породы и эталона.

Эксперименты по определению коэффициента теплопроводности, проводились натех жеобразцах горных пород пометодике, изложеннойв ГОСТе[3].

Для выполнения экспериментальных исследований была собрана опытная установка определения теплопроводности (схема представлена на рис. 1), позволяющая определять температурные градиенты исследуемого образца и эталонного диска при различных температурах, устанавливаемых на нижней и верхней рабочей поверхности камеры теплообменника.

Установка состоит из жидкостного термокриостата “FT 316-40” (1) оборудованного циркуляционным насосом, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя внутри встроенной ванны и по внешнему контуру. Во внешний замкнутый контур теплоноситель с заданной температурой подается по изолированным шлангам (2) и поступает в камеру теплообменника (3). Диаметр камеры теплообменника принят равным диаметру образцов и равен 100 мм. Заданная температура в камере теплообменника поддерживается стабильной с точностью ±0,2 0С. В торцы камеры встроены термодатчики сопротивления (4) подсоединенные к многоканальному измерителю температуры “ТЕРМОДАТ-11М5” (10). Исследуемый образец и эталон (5, 6) устанавливаются к торцам камеры, на них устанавливаются медные диски с встроенными термодатчиками сопротивления (7).

На диски устанавливаются верхний и нижний теплоприемники (8), представляющие собой массивные медные цилиндры. Собранная схема зажималась с помощью винтового пресса. Для устранения потерь тепла по баковым граням собранной схемы установлен теплоизоляционный кожух (9).

Сущность метода заключается в создании теплового потока, направленного перпендикулярно наибольшим граням плоского образца, и измерении перепада температур на его плоскостях в установившемся режиме.

После сборки схемы и установки её под винтовой пресс в камеру теплообменника от криотермостата подавался теплоноситель с заданной температурой. Фиксация температур на торцах образца и эталона проводилась через каждые 10 мин. Тепловое состояние образца считалось стационарным, если три последова-

173

тельных измерения температуры на торцах образца производимых через каждые 10 мин дают отклонения не более 10 % их среднего значения.

Рис. 1. Схема установки для определения теплопроводности образцов горных пород: 1 - жидкостный криостат «FT-316-40»;

2– термоизолированные шланги; 3 – камера теплообменника; 4 – торцевая часть камеры теплообменника

свстроенным датчиком температуры; 5 – эталонный образец (кварцевое стекло); 6 – исследуемый образец горной породы;

7– медная пластина со встроенным датчиком температуры; 8 – теплоприемник; 9 – кожух теплоизоляционный; 10 – многоканальный измеритель температуры

«ТЕРМОДАТ-11М5»

Согласно методике, коэффициент теплопроводности образца вычислялся по формуле:

где λэ – теплопроводность эталона, Вт/м.К; hп и hэ – толщина исследуемого образца

иэталона, мм; ∆То и ∆Тэ – перепады температур внутри образца и эталона, К. Получены следующие результаты коэффициентов удельной теплоёмкости (c)

иудельной теплопроводности (λ): для мергеля c = 0,5–0,9 кДж/(кг.К), λ = 0,7–

174

1,0 Вт/(м.К), для мергеля доломитисто-известкого c = 0,7–1,1 кДж/(кг.К), λ = 1,1– 1,8 Вт/(м.К), для глинистого мергеля c =0,8–0,9 кДж/(кг.К), λ=0,6÷1,4 Вт/(м.К), для доломитового мергеля c = 0,7–0,9 кДж/(кг.К), λ = 0,9–1,0 Вт/(м.К), для доломитгипсовой породы c =0,6–0,9 кДж/(кг.К), λ = 1,0–1,2 Вт/(м.К), для каменной соли c =0,7–1,0 кДж/(кг.К), λ = 2,0–2,9 Вт/(м.К).

Полученные результаты планируется применить в расчётах параметров ледопородного ограждения.

Список литературы

1.Савельев И.В. Курс общей физики: в 3 т. – М.: Наука, 1982. – Т. 1.

2.Сивухин Д.В. Общий курс физики: Молекулярная физика и термодинами-

ка. – М.: Наука, 1981. – Т.2.

3.ГОСТ 25499-82. Породы горные. Метод определения коэффициента теплопроводности. – М.: Изд-во стандартов, 1983.

Об авторах

Филимоновых Илья Сергеевич, студент, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. filimono-ilya@yandex.ru

Паньков Иван Леонидович, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, Горный институт УрО РАН, Пермь, Россия. ivpan@mi-perm.ru

About the authors

Ilya Filimonovykh, student, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. filimono-ilya@yandex.ru

Ivan Pankov, assistant professor, Ph.D, senior researcher, Mining Institute of the Ural Branch Russian Academy of sciences, Perm, Russia. ivpan@mi-perm.ru

175

УДК 622.062

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ШИРИНЫ КАМЕРЫ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ ШАХТНОГО ПОЛЯ БКПРУ-4

КОМБАЙНОМ CONTINUOUS MINER

А.В. Бердникова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Описан выбор опримальной ширины камеры, отрабатываемой комбайном Continuous Miner. Проведены расчеты нескольких вариантов ширины выработки. Получены результаты, которые использовались для выбора оптимальной ширины камеры.

Ключевые слова: проходческий комбайн, производительность, коэффициент извлечения, потери

THE CHOICE OF THE OPTIMAL WIDTH OF THE CAMERA WHEN THE ORE OF A MINE FIELD BEREZNIKI 4 COMBINE CONTINUOUS MINER

A.V. Berdnikova

Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia

Described selection of the optimal width of the camera, worked by combine Continuous Miner. The several variants of the width were calculated. The results obtained are summarized in the table that was used to select the optimal widths.

Keywords: roadheader, performance, recoveries, losses.

Отработка запасов на ВКМКС на данный момент ведется комбайнами серий Урал 20 и Урал 10. Эти комбайны применяются достаточно долгое время благодаря относительно доступной цене и простоте управления. Однако у данных комбайнов есть недостатки, такие как фиксированная высота проходимой выработки и фиксированная ширина проходимой выработки. Соответственно параметры выра-

176

ботки по ширине и высоте регулируются количеством ходов комбайна, что снижает производительность и скорость отработки.

Комбайны со стреловидным исполнительным органом позволяют вынимать пласты разной мощности, точнее следовать гипсометрии пласта, что в свою очередь снижает разубоживание. Таковы, например, комбайны серии Continuous Miner. Комбайн Continuous Miner предназначен для отработки мягких и твердых материалов на пластах различных мощностей. К положительным характеристикам комбайна Continuous Miner 30М3 также можно отнести: независимое движение с высокой маневренностью, широкий конвейер для максимальной скорости загрузки, широкие гусеницы для высокой проходимости и снижения давления на грунт, легкий доступ к узлам комбайна и низкие потребности в техническом обслуживании.

Комбайн модели 30М3 является высокопроизводительным и рассчитанным для эксплуатации на пластах большой и средней мощности [1]. Плюсом этих комбайнов также является регулировка ширины захвата, что позволяет выбрать оптимальную ширину камеры без увеличения числа ходов комбайна.

Для выбора оптимальных параметров системы разработки используются коээфициент извлечения полезного ископаемого и коэффициент потерь полезного ископаемого. Исследование проводилось для горнотехнических условий 3 западного блока 2СЗП.

Поскрольку комбайн Continuous Miner 30М3 по своим характеристикам позволяет выбрать несколько вариантов ширины выработки без увеличения количества ходов, то в данном исследовании рассмотрим следующие три варианта.

1.Минимальную ширину выработки – 3,7 метров

2.Максимальную ширину выработки, которую комбайн может отработать в

1ход – 6,5 метров

3.Ширина камеры – 4 м в два хода и междуходовой целик 1 м.

При выборе оптимальной ширины отработки пласта, для каждого варианта проводились расчеты междукамерных целиков на пластах АБ и Кр.II. Конструктивные параметры системы разработки принимают с учетом технических средств и опыта ведения горных работ на основании геомеханических расчетов.

Геомеханические расчеты по оценке условий подработки ВЗТ должны предусматривать проверку выполнения нормативных требований по допустимой степени нагружения междукамерных целиков и допустимому прогибу ВЗТ.

Расчетные параметры системы разработки должны удовлетворять требованиям безопасности ведения горных работ по обеспечению устойчивости междукамерных и междуходовых целиков, а также кровли очистных камер [2] и методике расчета определения коэффициента извлечения рудной массы [3]. Полученные результаты приведены в таблице.

177

По результатам нам нужно выбрать оптимальный вариант ширины камеры для отработки запасов на 2СЗП 3 западный блок комбайном ContinuousMiner. Как видно из таблицы, наиболее высокий коэффициент извлечения получается при варианте с шириной камеры 6.0 м по пласту АБ и шириной камеры 6,5 по пласту Кр.II. Здесь следует сказать, что в расчетах потерь и коэффициента извлечения учитывались потери только в целиках в горловине камеры и в междукамерных (междуходовых) целиках, так как только эти параметры изменяются при расчетах.

Параметры системы разработки и коэффициенты извлечения и потерь в зависимости от ширины камеры

Нарисунке показаны параметрысистемыразработкиоптимального варианта.

Рис. Параметры системы разработки при ширине отработке пласта Кр.II камерами шириной 6,5 м

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

1.Для шахтного поля БКПРУ-4 возможно применение комбайна Continuous Miner типоразмера 30М3.

2.Проведенный анализ зависимости коэффициента извлечения от ширины камеры позволяет сделать вывод, что оптимальной шириной камеры будет 6,5 м,

178

то есть максимальная ширина камеры, которую может отрабатывать комбайн

Continuous Miner 30М3 в один ход.

Список литературы

1.Горнопромышленный портал России / горнодобывающие машины [Элек-

тронный ресурс]. – URL: http://www.miningexpo.ru/news/55 (дата обращения: 15.07.2016).

2.Аман И.П. Расчет технико-экономических показателей по системе разработки на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей. – Пермь, 2013. – 30 с.

3.Методическое руководство по ведению горных работ на рудниках Верхнекамского калийного месторождения / Уральский филиал ВНИИГ. – М.: Недра, 1992. – 468 с.

Об авторе

Бердникова Анна Владимировна, студентка VI курса, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия. anna berdnikova59@gmail.com

About the author

Berdnikova Anna Vladimirovna, 6-year student, Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russia. anna berdnikova59@gmail.com

179

УДК 378.147

РИСК-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД К ОРГАНИЗАЦИИ ПРОВЕТРИВАНИЯ КАЛИЙНЫХ РУДНИКОВ

Г.З. Файнбург

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

Рассмотрены проблемы становления риск-ориентированного подхода к организации проветривания калийных рудников. Особое внимание уделено научному обоснованию возможных методик оценки и управления рисками.

Ключевые слова: риск-ориентированный подход, идентификация опасностей, оценка риска, проветривание, калийный рудник.

THE RISK-FOCUSED APPROACH FOR VENTILATION DESIGN

OF THE ROTASH MINES

G.Z. Faynburg

Perm national research polytechnic university, Perm, Russia

This article considers formation problems risk-focused approach to ventilation design of the potash mines. The special attention is paid to scientific justification of possible techniques of an assessment and the risk management.

Keywords: risk-focused approach, identification of dangers, risk assessment, ventilation, potash mine.

В настоящее время продолжается переход от управления промышленной безопасностью на основе «концепции абсолютной безопасности» к рискориентированному подходу. В настоящей работе делается попытка рассмотрения процессов проветривания с позиций оценки риска.

Последовательное и устойчивое освоение Верхнекамского калийного месторождения требует взвешенного и научно-обоснованного подхода к проектным решениям планируемой подземной добычи и эксплуатации действующих рудников. И одним из центральных вопросов принципиального характера становится организа-

180