БЕЗОПАСНОСТЬ


УДК 622.411.332:661.92:622.831.32:622.272:516.02 © С.В. Черданцев, П.А. Шлапаков, К.С. Лебедев, С.А. Хаймин, А.Ю. Ерастов, 2019

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 8-2019 /1122/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2019-9-38-43

 

Название

Параметры ударного фронта в теплопроводном газовоздушном потоке горной выработки

 

Авторы

Черданцев С.В., доктор техн. наук, главный научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: svch01@yandex.ru

Шлапаков П.А., канд. техн. наук, заведующий лабораторией АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е–mail: shlapak1978@mail.ru

Лебедев К.С., научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е–mail: lebedevks1987@yandex.ru

Хаймин С.А., старший научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, е–mail: hsa007@mail.ru

Ерастов А.Ю., старший научный сотрудник АО «НЦ ВостНИИ», 650002, г. Кемерово, Россия, e-mail: eractov_a_y@mail.ru

 

Аннотация

С переходом горных работ на более глубокие горизонты существенно снижается безопасность труда горняков на угольных шахтах. Главным образом это обусловлено проявлением газодинамических и теплофизических факторов, к первым из которых относятся внезапные выбросы угля и газа, суфлярные выделения газа, ударные и детонационные волны в атмосфере горных выработок. Причинами теплофизических явлений являются наличие пылегазовоздушных смесей, склонных к химическому реагированию в форме дефлаграции или детонации, и очагов самонагревания, приводящих к изменению температурного поля горных пород и атмосферы горных выработок, что существенно повышает вероятность зажигания и горения пылегазовоздушных смесей. В данной работе определяются параметры ударного фронта в теплопроводном газовоздушном потоке, образующемся при внезапном выбросе газа из подземного резервуара в горную выработку со сверхзвуковой скоростью. Предполагается, что движение газовоздушной смеси при переходе через ударный фронт происходит стационарно, что позволило использовать фундаментальные законы сохранения массы, импульсов и энергии. Получены формулы, определяющие скорость за ударным фронтом, найдена температура газовоздушной смеси и вычислена ширина ударного фронта. Построены графики и выявлены некоторые закономерности изменения ширины ударного фронта в зависимости от начального числа Маха при различных показателях адиабаты Пуассона.

 

Иллюстрации:

Рис. 1. График функции

Рис. 2. К решению уравнения (19)

Рис. 3. Зависимость ширины ударного фронта от начального числа Маха газовоздушного потока для ряда показателей адиабаты Пуассона

 

Ключевые слова

Горные выработки, газовоздушные смеси, законы сохранения массы, импульсов и энергии, коэффициент теплопроводности, число Маха, показатель адиабаты Пуассона, фронт ударной волны.

 

Список литературы

1. Большинский М.И., Лысиков Б.А., Каплюхин А.А. Газодинамические явления в шахтах. Севастополь: Вебер, 2003. 284 с.

2. Об одном подходе к описанию суфлярных выделений газа из резервуаров угольного массива в горные выработки / Н.В. Черданцев, С.В. Черданцев, Ли Хи Ун и др. // Безопасность труда в промышленности. 2017. 3. С. 45-52.

3. Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987. 502 с.

4. Канторович Б.В. Основы теории горения и газификации твердого топлива. М.: Книга по требованию, 2013. 601 с.

5. Chanyshev A.I. A method to determine a body’s thermal state // Journal of Mining Science. July 2012. Vol. 48. N 4. P. 660–668.

6. Initiation of underground fire sources / V.N. Oparin, T.A. Kiryaeva, V.Yu. Gavrilov et al. // Journal of Mining Science. May 2016. Vol. 52. N 3. P. 576–592.

7. Glushkov D.O., Kuznetsov G.V., Strizhak P.A. Initiation of Combustion of a Gel-Like Condensed Substance by a Local Source of Limited Power // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. January 2017. Vol. 90. N 1. P. 206-216.

8. Анализ процесса горения микрогетерогенных пылегазовоздушных смесей в горных выработках / С.В. Черданцев, Ли Хи Ун, Ю.М. Филатов, П.А. Шлапаков // Безопасность труда в промышленности. 2017. 11. С. 10–15.

9. Combustion of Fine Dispersed Dust-Gas-Air Mixtures in Underground Workings / S.V. Cherdantsev, Li Hi Un, Yu.M. Filatov // Journal of Mining Science. March 2018. Vol. 54. N 2. P. 339–346.

10. Васильев А.А., Васильев В.А. Расчетные и экспериментальные параметры горения и детонации смесей на основе метана и угольной пыли // Вестник Научного центра по безопасности работ в угольной промышленности. 2016. № 2. С. 8–39.

11. Amelchugov S.P., Bykov V.I., Tsybenova S.B. Spontaneous Combustion of Brown-Coal Dust. Experiment, Determination of Kinetic Parameters, and Numerical Modeling // Combustion, Explosion and Shock Waves. May 2002. Vol. 38. N 3. P. 295–300.

12. Kurlenya M.V., Skritsky V.A. Methane Explosions and Causes of Their Origin in Highly Productive Sections of Coal Mines // Journal of Mining Science. 2017. Vol. 53. N 5. P. 861–867.

13. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. 688 с.

14. Бартльме Ф. Газодинамика горения (перевод с немецкого). М.: Энергоиздат, 1981. 280 с.

15. Великович А.Л., Либерман М.А. Физика ударных волн в газах и плазме. М.: Наука, 1987. 296 с.

16. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. 2-е изд., перераб. и доп. / И.Ф. Кобылкин, В.В. Селиванов, B.C. Соловьев, Н.Н. Сысоев. М.: Физматлит, 2004. 376 с.

17. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие. В 10 т. Т. VI. Гидродинамика. 3-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. 736 с.

18. Овсянников Л.В. Лекции по основам газовой динамики. М.-Ижевск: Институт компьютерных исследований, 2003. 336 с.

19. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. М.: Высшая школа, 1970. 712 с.

20. Вукалович М. П., Новиков И.И. Термодинамика: Учебное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1972. 672 с.

21. Линденау Н.И., Маевская В.М., Крылов В.Ф. Происхождение, профилактика и тушение эндогенных пожаров в угольных шахтах. М.: Недра, 1977. 320 с.

 

Свежий выпуск
Партнеры