БЕЗОПАСНОСТЬ

Оригинальная статья

УДК 533.6:622.4 © Г.А. Колегов, А.Ю. Крайнов, 2021

ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 7-2021 /1144/

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2021-7-33-38

Название

Метод учёта аэродинамических параметров выработанных пространств в моделях шахтных вентиляционных систем

Авторы

Колегов Г.А., аспирант кафедры математической физики ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (ТГУ), 634050, г. Томск, Россия, e-mail: zergferr@gmail.com

Крайнов А.Ю., заведующий кафедрой математической физики ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский государственный университет» (ТГУ), 634050, г. Томск, Россия, e-mail: akrainov@ftf.tsu.ru

Аннотация

Выработанные пространства угольных шахт являются важным элементом рудничных вентиляционных сетей. В статье предложен метод включения выработанных пространств угольных шахт в математические модели шахтных вентиляционных систем посредством представления пористой среды сетью фиктивных ветвей, учитывающих свойства элементарных репрезентативных объёмов. Аэродинамические параметры фиктивных ветвей предлагается вычислять с использованием квадратичных сопротивлений, соблюдая законы Кирхгофа. Обоснован и верифицирован способ расчёта аэродинамических сопротивлений ветвей выработанных пространств согласно формуле Эргуна. Разработанный метод задания аэродинамического сопротивления выработанного пространства был применён для оценки градиентов давления в выбранном выработанном пространстве шахты «Распадская», для которого имеются измеренные значения перепадов давления. Приведены результаты расчетов. Определена практическая значимость полученных результатов, обозначены пути дальнейшего развития методологии.

Ключевые слова

Вентиляция, вентиляционная сеть, математическая модель, выработанное пространство, аэродинамическое сопротивление.

Список литературы

1. Палеев Д.Ю., Лукашов О.Ю. Программа расчета вентиляционных режимов в шахтах и рудниках // Горная промышленность. 2007. № 6. С. 20-23.

2. Ушаков К.З. Аэромеханика вентиляционных потоков в горных выработках. М.: Недра, 1975. 167 с.

3. Скочинский А.А., Комаров В.Б. Рудничная вентиляция. М.-Л.: Углетехиздат, 1949. 442 с.

4. Кобылкин С.С. Обоснование метода расчёта параметров вентиляции шахт на основе объемного моделирования аэрогазодинамических процессов: дис. ... канд. техн. наук: спец. 05.26.03: защищена 2011 / С.С. Кобылкин. М., 2011. 161 с.

5. Говорухин Ю.М., Фрянов В.Н., Палеев Д.Ю. Численное моделирование взаимодействующих геомеханических и аэродинамических процессов на выемочном участке // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып. 2. С. 288-299.

6. Gilmore R.C. Computational fluid dynamics modeling of underground coal longwall gob ventilation systems using a developed meshing aproach. Dr. Mechanical Engineering diss. Colorado School of Mines, 2015. 280 p. URL: http://hdl.handle.net/11124/20176 (дата обращения: 15.06.2021).

7. Lolon S. Computational Modeling of Barometric Pressure Fluctuation Effects on Explosive Methane-Air Mixtures in a Longwall Mine Gob. PhD (Mining and Earth Systems Engineering) diss., 2017. 190 p. DOI: http://dx.doi.org/10.13140/RG.2.2.22535.19360 .

8. Jing Shen, Mingran Chang. Effect of nitrogen ingection on the variation of oxidation in coal mine gob based on numerical simulation // The Open Fuels and Energy Science Journal. 2016. Vol. 9. P. 47-54.

9. Wedding W.C. Multiscale modeling of mine vintilation system and flow through the gob. Dr. of Philosophy diss. Lexington, Kentucky, 2014. 249 p. URL: https://uknowledge.uky.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=1014&context=mng_etds (дата обращения: 15.06.2021).

10. Wu F-I, Luo Y, Chang X-t. Coupling simulation model between mine ventilation network and gob flow field. The Southern African Institute of Mining and Metallurgy, 2019. URL: https://www.researchgate.net/publication/337580509 (дата обращения: 15.06.2021).

11. Teruel E.F., Uddin R. Macroscopic modeling of turbulence in porous media flows, Mecánica Computacional Vol. XXVII, págs. San Luis, Argentina, 2008. P. 265-280.

12. Long Fan, Shimin Liu. A conceptual model to characterize and model compaction behavior and permeability evolution in coal mine gobs // International Journal of Coal Geology. 2017. Vol. 172. P. 60-70.

13. Петушкеев Б.Л. Решение трехмерной задачи газовой динамики и переноса метана в угольной шахте с использованием параллельных вычислений. Дис. ...канд. физ.-мат. наук: спец. 01.02.05: защищена 2010 / Б.Л. Петушкеев. Томск, 2010. 150 с.

Поддержка

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках выполнения государственного задания № 0721-2020-0036

Для цитирования

Колегов Г.А., Крайнов А.Ю. Метод учёта аэродинамических параметров выработанных пространств в моделях шахтных вентиляционных систем // Уголь. 2021. № 7. С. 33-38. DOI: 10.18796/0041-5790-2021-7-33-38.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 24.03.2021

Одобрена рецензентами: 06.06.2021

Принята к публикации: 15.06.2021

РЕЦЕНЗИЯ

на статью: «Метод учета аэродинамических параметров выработанных пространств в моделях шахтных вентиляционных систем», авторы: Колегов Г.А., Крайнов А.Ю.

Рецензент

Шраген Э.Р., доктор физ.-мат. наук, кафедра Математической физики Национального исследовательского Томского государственного университета.

Рецензируемая статья посвящена актуальной проблеме технологии обеспечения проветривания угольных шахт. В настоящее время расчеты проветривания угольных шахт проводятся с использованием программного комплекса «Вентиляция-2». Для обеспечения точности расчета величины аэродинамических сопротивлений выработок определяются посредством выполнения воздушно-депрессионной съемки с выполнением процедуры согласования расчетных значений объемного расхода с измеренными значениями. При этом, выработанные обрушенные пространства шахты принимаются полностью изолированными. Однако выработанные обрушенные пространства в реальности являются важными элементами вентиляционных сетей, участвующими в общешахтном воздухообмене, необходимость учета которых в моделях вентиляционных сетей продиктована соображениями безопасности, и следовательно выработанные обрушенные пространства не являются полностью изолированными.

Проблема учета влияния выработанных пространств на проветривание угольных шахт является весьма актуальной. Было предпринято несколько попыток учета выработанных пространств при расчетах проветривания угольных шахт. Это работы, выполненные коллективом ученых, среди кторых: И.М. Васенин, Д.Ю. Палеев, О.Ю. Лукашев, Б.Л. Петушкеев. Однако разработанный ими подход оказался трудоемким, требующим больших вычислительных мощностей.

В рецензируемой статье авторы предлагают оригинальную методику реализации расчета аэродинамики проветривания обрушенного выработанного пространства, включенную в стандартную методику расчета проветривания шахт, с использованием законов Кирхгоффа и учетом аэродинамических сопротивлений по формуле Эргуна. Представлены результаты расчетов и валидации предлагаемого подхода к расчету аэродинамики проветривания обрушенных выработанных пространств угольных шахт.

Рассматриваемая статья является оригинальной, имеет большую практическую значимость и научно-практический интерес для читателей отраслевого журнала. Статью «Метод учета аэродинамических параметров выработанных пространств в моделях шахтных вентиляционных систем» целесообразно опубликовать в представленном виде в журнале «Уголь».