Разработка методов прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания горнодобывающих предприятий

Авторы

  • Б.П. Казаков Горный институт УрО РАН
  • А.В. Шалимов Горный институт УрО РАН
  • Е.Л. Гришин Горный институт УрО РАН
  • А.В. Зайцев Горный институт УрО РАН
  • А.Г. Исаевич Горный институт УрО РАН
  • Д.С. Кормщиков Горный институт УрО РАН

DOI:

https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.2

Ключевые слова:

Теплообмен, пожар, воздухораспределение, выработанное пространство, естественная тяга, конвективная стратификация, сопряжение горных выработок, эжекционный эффект, воздушно-депрессионная съёмка

Аннотация

Исследования аэро- и теплогазодинамических процессов, протекающих в аварийных режимах проветривания, в частности во время рудничных пожаров, являются основой для разработки комплекса мероприятий, направленных на предотвращение возникновения аварий, а также на управление аварийным проветриванием в реальном времени. Описание процессов переноса тепла и дыма по горным выработкам проведено на основе тепломеханического расчёта, в основу которого положена математическая модель сопряжённого нестационарного теплообмена. Моделирование нестационарного воздухораспределения под действием переменных тепловых депрессий осуществлено на базе модифицированного метода контурных расходов, учитывающего инерционность воздушных потоков и механическую сжимаемость воздуха в выработанных пространствах рудника. Для оценки устойчивости аварийного проветривания рудника в случае отключения источника тяги разработана модель конвективного расслоения воздушных потоков по сечению горных выработок. На основании законов сохранения энергии и импульса выведены универсальные математические зависимости для определения потерь депрессии на сопряжениях горных выработок произвольной конфигурации, с помощью которых проведены исследования реверсивных режимов проветривания. Проведён анализ эффективности проветривания рабочих зон рудников с выработками большого сечения за счет использования рециркуляционных систем с эжектирующими источниками тяги. Разработан способ интерактивной работы с данными при подготовке и обработке результатов воздушно - депрессионных съёмок вентиляционных сетей рудников, позволяющий определять аэродинамические сопротивления всех выработок в условиях недостающих или избыточных противоречивых данных. На основе комплексного учёта аэрологических и теплофизических факторов, определяющих параметры рудничной атмосферы, разработана система управления воздушными потоками в аварийных режимах проветривания с помощью регулируемых источников тяги и вентиляционных дверей. Все модели реализованы численно и интегрированы в единый программный комплекс, предназначенный для решения сложных сетевых аэрологических задач, в том числе задач прогнозирования, профилактики и борьбы с рудничными авариями.

Поддерживающие организации
Статья подготовлена при финансовой поддержке гранта РФФИ, проект № 17-45-590973 «Разработка методов прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания горнодобывающих предприятий».

Биографии авторов

  • Б.П. Казаков, Горный институт УрО РАН
    доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник отдела аэрологии и теплофизики, Горный институт УрО РАН - филиал Пермского федерального исследовательского центра УрО РАН (ГИ УрО РАН)
  • А.В. Шалимов, Горный институт УрО РАН

    доктор технических наук, ведущий научный сотрудник отдела аэрологии и теплофизики, "ГИ УрО РАН"

  • Е.Л. Гришин, Горный институт УрО РАН

    кандидат технических наук, заведующий сектором аэрологической безопасности и горноспасательного дела отдела аэрологии и теплофизики, "ГИ УрО РАН"

  • А.В. Зайцев, Горный институт УрО РАН

    кандидат технических наук, заведующий сектором математического моделирования и информационных технологий отдела аэрологии и теплофизики, "ГИ УрО РАН"

  • А.Г. Исаевич, Горный институт УрО РАН

    кандидат технических наук, заведующий сектором рудничной вентиляции и горной теплофизики отдела аэрологии и теплофизики, "ГИ УрО РАН"

  • Д.С. Кормщиков, Горный институт УрО РАН

    кандидат технических наук, научный сотрудник отдела аэрологии и теплофизики, "ГИ УрО РАН"

Библиографические ссылки

  1. Красноштейн А.Е., Казаков Б.П. процессов распространения газовых рециркуляционного проветривания // ископаемых. - 2006. - № 1. - С. 95-101.
  2. Казаков Б.П., Шалимов А.В., Гришин воздухоподающего ствола и породным полезных ископаемых. - 2011. - № 5. - С. 91-99.
  3. Воропаев А.Ф. Теория теплообмена рудничного воздуха и горных пород в глубоких шахтах. - М.: Недра, 1966. - 250 с.
  4. Кошель А.В., Исаевич А.Г. Оценка возможности применения нагнетательного способа проветривания на калийных рудниках // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. - 2016. - № 1. - С. 218 - 223.
  5. Шалимов А.В. Численное моделирование газовоздушных потоков в экстремальных ситуациях и аварийных режимов проветривания рудников и шахт // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2011. - № 6. - С. 84 - 92.
  6. Меренков А.П., Хасилев М.Ю. Теория гидравлических цепей. - Москва, 1985. - С. 279.
  7. Казаков Б.П., Шалимов А.В. Сравнительный анализ методов расчёта воздухораспределения в рудничных вентиляционных сетях // Горное эхо / Вестник Горного института УрО РАН. - 2009. - № 1 (35). - С. 17-20.
  8. Шалимов А.В. Адаптация метода узловых давлений к расчётам воздухораспределения в рудничных вентиляционных сетях // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. - 2011. - № 1. - С. 95-101.
  9. Cross H. Analysis of flow in networks of conduits or conductors // Engineering Experiment Station, University of Illinois. - 1936. - P. 38.
  10. Todini E.A., Plati S. Gradient method for the analysis of pipe networks // International Conference on Computer Applications for Water Supply and Distribution, Leicester Polytechnic, UK, September 8-10. - 1987.
  11. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. - М.: Высшая школа. - 1994. - 544 с.
  12. Круглов Ю.В., Левин Л.Ю., Зайцев А.В. Моделирование переходных процессов в вентиляционных сетях подземных рудников // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2011. - № 5. - С. 100 - 108.
  13. Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow // Taylor and Francis. - 1981. - P. 196.
  14. Постникова М.Ю. Влияние выработанных пространств на вентиляцию рудников в переходный период аварийной вентиляции // Горный информационно-аналитический бюллетень (научнотехнический журнал). - 2011. - № 3. - С. 206 - 209.
  15. Wang S., Liu B., Liu S. Computer Simulation of Unsteady Airflow Processes in Mine Venilation Networks // Journal of liaoning technical university (natural science edition). - 2000. - P. 21 - 29.
  16. Лискова М.Ю. Влияние выработанных пространств на воздухораспределение при включении ГВУ после ее длительной остановки // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. - 2013. - № 2 - С. 51 - 56.
  17. Казаков Б.П., Шалимов А.В., Гришин Е.Л. Моделирование нестационарных процессов движения воздуха и переноса тепла и примесей по выработкам рудничных вентиляционных сетей в программном комплексе АэроСеть // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. - 2010. - № 2. - С. 64-68.
  18. Мохирев Н.Н., Радько В.В. Инженерные расчёты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. - М.: Недра, 2007. - 325 с.
  19. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям - М.: Машиностроение. 1992. - 672 с.
  20. Казаков Б.П., Шалимов А.В., Стукалов В.А. Моделирование аэродинамических сопротивлений сопряжений горных выработок // Горный журнал. - 2009. - №12. - С. 56-58.
  21. Карпов А.М., Фролов М.А., Чухонцев Н.Ф. Анализ случая работы «вентиляторов-толкачей» в шахтной вентиляционной сети // Уголь. - 1955. - № 11. - C. 9 - 10.
  22. Дейли Дж, Харлеман Д. Механика жидкости. - М.: Энергия, 1971. - 480 с.
  23. Гримитлин М.И. Вентиляция и отопление цехов судостроительных заводов. - Л., 1978. - 240 с.
  24. Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых» // Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору. - Приказ от 11 декабря 2013 года № 599. - 195 с.
  25. Левин Л.Ю., Семин М.А., Газизуллин Р.Р. Разработка метода расчета местных аэродинамических сопротивлений при решении сетевых задач воздухораспределения // Горный информационноаналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2014. - №9. - С. 200-205.
  26. Харев А.А. Местные сопротивления шахтных вентиляционных сетей. - М.: Углетехиздат. - 1954. - 248 с.
  27. Казаков Б.П., Мальцев С.В., Семин М.А. Обоснование участков измерения аэродинамических параметров воздушного потока при определении аэродинамического сопротивления стволов // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). - 2015. - №5. - С.-75.
  28. Maleki B., Mozaffari E.A. Comparative Study of the Iterative Numerical Methods Used in Mine Ventilation Networks // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. - 2016. - Vol. 7. - № 6. - P. 21 - 28.
  29. Oktem O., Adler J. Solving ill-posed inverse problems using iterative deep neural networks // Inverse Problems. - 2017. - 24 p.
  30. Казаков Б.П., Исаевич А.Г., Мальцев С.В., Семин М.А. Автоматизированная обработка данных воздушно-депрессионной съемки для построения корректной математической модели вентиляционной сети рудников // Известия высших учебных заведений / Г орный журнал. - 2016. - № 1. С. 22-30.
  31. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2015610589 Аналитический комплекс «АэроСеть» //Мальков П.С., Зайцев А.В., Кашников А.В., Кормщиков Д.С., Круглов Ю.В., Левин Л.Ю., Казаков Б.П., Шалимов А.В. / Федеральная служба по интеллектуальной собственности, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 14 января 2015 года.

Загрузки

Опубликован

2021-01-12

Выпуск

№ 4 (2020)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Казаков, Б., Шалимов, А., Гришин, Е., Зайцев, А., Исаевич, А., & Кормщиков, Д. (2021). Разработка методов прогнозирования, профилактики и борьбы с аварийными нарушениями проветривания горнодобывающих предприятий. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 23-40. https://doi.org/10.7242/2658-705X/2020.4.2