Вас вітає Наукова спільнота!

Вітаємо на нашому сайті

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ «ДЕГАЗАЦИОННЫЙ ГАЗОПРОВОД – ПЛАСТОВАЯ ВЫРАБОТКА» В РЕАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ ШАХТНОЙ СРЕДЫ

08.09.2021 22:44

[3. Технічні науки]

Автор: Ширин Л.Н., доктор техн. наук, профессор, кафедра транспортных систем и технологий, Национальный технический университет ”Днепровская политехника”; Егорченко Р.Р., аспирант, Национальный технический университет ”Днепровская политехника”


Для эффективной транспортировки метановоздушной смеси по шахтному дегазационному газопроводу, проложенному в пластовых и магистральных подземных выработках, необходимо соблюдать условия взаимодействия элементов системы «дегазационный газопровод – пластовая выработка». К основным показателям эксплуатационной надежности дегазационного газопровода относятся прямолинейность трассы, герметичность сети и внутреннее сопротивление движению метановоздушной смеси по вакуумному газопроводу. 

Шахтными исследованиями режимов работы дегазационного газопровода было установлено [1], что в реальных условиях эксплуатации одной из основных причин снижения эффективности  работы дегазационной системы является преждевременный износ газопровода за счет увеличения шероховатости внутренней стенки и наружных коррозионных повреждений. 

Оценка технического состояния участков подземного газопровода, вышедших из строя в процессе эксплуатации в агрессивной шахтной среде ШУ «Покровское», показала, что наиболее подверженными интенсивному коррозионному разрушению являются криволинейные участки газопровода, уложенного на почве выработки (рис. 1). Сооружение шахтных газопроводов традиционно выполняется мерными звеньями стальных труб (длиной 4,0 м), поставляемых производителями без противокоррозионной их защиты. При воздействии деформаций горного массива и агрессивных шахтных вод происходит нарушение профиля и целостности участков газопровода, что приводит к возникновению аварийных ситуаций.

На рис 1 приведен характерный участок внутреннего скопления механических отложений в местах нарушения стыковых соединений звеньев стальных труб, подверженных влиянию деформаций горного массива.  

 

Рисунок 1 - Коррозия внутренней стенки шахтного газопровода,

Подобные скопления внутри шахтного газопровода происходят вследствие наличия влаги в извлекаемой из углепородного массива метановоздушной смеси, а также в результате поступления механических примесей в процессе подсоса воздуха и пыли из вентиляционных выработок через неплотности стыковых соединений, нарушенных при деформации массива горных пород.

По результатам анализа наружного состояния демонтированных звеньев шахтного стального газопровода были выявлены участки со сквозными коррозионными повреждениями, вызванными воздействием шахтных агрессивных вод. 

Необходимо отметить, что приведенные показатели эксплуатации щахтных дегазационных газопроводов до настоящего времени не учитываются при расчете их пропускной способности. При расчетах эффективности работы эксплуатируемых дегазационных систем традиционно учитывают применяемые системы разработки угольных пластов, действующие схемы проветривания, направление отработки выемочных участков, а также количество выделяемой газовой смеси.

Приведенные выше условия эксплуатации дегазационных газопроводов, сооруженных в пластовых выработках, подверженных влиянию шахтной среды являются нетипичными для работы газотранспортной системы и требуют внесения корректировок в действующие методики расчета их пропускной способности и надежности.

В соответствие с рекомендациями [2] для формирования банка данных о нетипичных условиях эксплуатации шахтных дегазационных систем необходимо периодически проводить экспертную оценку состояния горного массива пластовых выработок, фиксировать характер геологических нарушений и выполнять оценку прямолинейности продольного профиля газопровода. Сформированный таким образом банк данных о нетипичных условиях работы взаимодействующих элементов системы «дегазационный газопровод – пластовая выработка» позволит установить реальную ее пропускную способность и факторы, влияющие на ее эффективность.

Нетипичными условиями работы дегазационного газопровода для прямолинейных участков трассы следует считать экстремальные производственные ситуации, вызванные интенсивным пучением пород почвы в результате несовершенств технологий крепления и поддержания горных выработок с учетом времени их эксплуатации. В этой связи возникает необходимость введения поправочных коэффициентов, которые ранее не были  учтены при расчетах и выборе диаметра трубопровода. 

Следует также отметить, что эффективность дегазации источников метановыделения напрямую зависит от показателей работы дегазационной системы, на производительность которой влияет стабильность и надежность функционирования ее элементов. Для оценки эффективности работы подземного дегазационного газопровода действующих шахт используют зависимость:




Где Qф, Qр – расход метановоздушной смеси в системе газопроводов соответственно фактический и расчетный, м3/мин. 

Расчетный расход газа определяется зависимостью




где pн2 ,pk2 – абсолютное давление смеси соответственно в начале и конце участка трубопровода, атм.;

d – внутренний диаметр трубопровода, см;

γ – коэффициент гидравлического сопротивления участка трубопровода из новых труб; 

Δ – относительный вес газа; 

T – средняя абсолютная температура метановоздушной смеси в трубопроводе, К;

L – длина участка трубопровода, км.

При оценке эффективности использования вакуумного подземного дегазационного трубопровода на действующих шахтах отрасли не учитываются изменения продольного профиля газопровода, которые приводит к прогибам звеньев стальных труб в их стыковых соединениях. Экспериментально подтверждено, что именно на участках стыковых соединений чаще всего наблюдается уменьшение пропускной способности шахтного газопровода. Обусловлено это преимущественно послойным отложением твердых фракций, поступающих в вакуумный газопровод в результате подсоса в систему воздуха и пыли из вентиляционных выработок и нарушения герметичности стыковых соединений трубопровода. 

Для оценки нетипичных режимов работы искривленного в профиле и плане шахтного дегазационного трубопровода потребовалось ввести в методику расчета эффективности системы коэффициент прямолинейности трубопровода kпт , учитывающий погрешность состояния трассы трубопровода. и включающего основные показатели. 

Эффективность дегазационной системы определяется зависимостью




Где Ес, ЕПГВНС – показатели эффективности использования скважин, вакуумного подземного дегазационного трубопровода, вакуум-насосной станции. 

Основное влияние на показатель эффективности использования дегазационной системы «Е» оказывает эффективность использования вакуум-насосной станции и эффективность вакуумного подземного дегазационного трубопровода. Эффективность работы вакуум-насосной станции в основном определяется наличием конденсата в трубопроводе и попаданием рудничного воздуха внутрь системы через неплотности соединений трубопровода, которые появляются в газопроводе из – за искривления профиля.

Таким образом, обобщающий показатель эффективности использования дегазационной установки в большей степени зависит от эффективности эксплуатации вакуумного подземного дегазационного трубопровода. Для нахождения коэффициента эффективности использования вакуумного газопровода рассмотрим зависимость 




где Егп и ЕПС – показатели эффективности использования вакуумного газопровода, оцениваемые соответственно по его герметичности и пропускной способности. 

В свою очередь показатели эффективности герметичности соединений и пропускной способности определяются зависимостями 




где Qс – объемный расход метановоздушной смеси на выходе из скважины, м3/с;

Qд, Qр - объемный расход метановоздушной смеси в вакуумном подземном дегазационном трубопроводе, соответственно, действительный (на входе в вакуум-насосную станцию) и расчетный, определяемый для условия максимальной пропускной способности трубопровода, т. е. при отсутствии в нем конденсата, м3/с.

При этом расчетный объемный расход метановоздушной смеси в вакуумном трубопроводе определяется с учетом коэффициент прямолинейности трубопровода




где kпт – коэффициент прямолинейности трубопровода.




где К – число остановок дегазационной установки в сутки для слива

конденсата из подземных трубопроводов; 

Vk – объем конденсата, сливаемого из подземного газопровода за одно обслуживание, м3; D -внутренний диаметр трубопровода, м; 

L – длина подземного вакуумного дегазационного трубопровода, м.

Рассчитанный по формулам реальный коэффициент эффективности использования вакуумного трубопровода Епг сравнивается с его максимально возможным значением Епг1, определяемым при условии отсутствия скоплений воды в трубопроводе и его максимально возможной герметичности и прямолинейности.

Оценка пропускной способности подземного дегазационного трубопровода производится при сравнении показателей эффективности реальной пропускной способности и расчетной, величина которой установлена при отсутствии скоплений воды в трубопроводе.

При оценке эффективности использования дегазационной установки предлагается поправка для определения области рациональных режимов движения метановоздушной смеси по дегазационному газопроводу, учитывающая работу системы в условиях с активным пучением пород почвы.

Литература:

1. Инструкция по дегазации угольных шахт. Серия 05. Вып. 22. – М.: ЗАО «НТЦ исследований проблем промышленной безопасности», 2012. – 250 с.

2. Бокий Б. В. Извлечение и использование шахтного метана //Уголь Украины. – 2006. – № 5. – С. 3-7.



допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Конференції

Конференції 2021