РУДНИЧНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
Оригинальная статья
УДК 622.831+502.604 © А.В. Николаев, П.В. Максимов, А.Н. Земсков, Д.А. Конотоп, С.А. Куимов, М.Л. Бартоломей, 2022
ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Уголь № 10-2022 /1159/
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2022-9-60-65
Название
Оценка адекватности математических моделей и зависимостей распределения газовоздушной смеси в пределах тупиковой выработки калийного рудника
Авторы
Николаев А.В., доктор техн. наук, доцент, профессор кафедры«Горная электромеханика» ПНИПУ,614990, г. Пермь, Россия,e-mail: nikolaev0811@mail.ru
Максимов П.В., канд. техн. наук, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ, 614990, г. Пермь, Россия, e-mail: pvmperm@mail.ru
Земсков А.Н., доктор техн. наук, доцент, заместитель генерального директора ООО «ПТУР»по нновациям и международному сотрудничеству, 614000, г. Пермь, Россия, e-mail: permzem28@mail.ru
Конотоп Д.А., аспирант кафедры «Вычислительная математика,механика и биомеханика» ПНИПУ, 614990, г. Пермь, Россия, e-mail: konotopda@gmail.com
Куимов С.А., главный специалистАО «ВНИИ Галургии»,614002, г. Пермь, Россия
Бартоломей М.Л., канд. техн. наук, старший научный сотрудникАО «ВНИИ Галургии»,614002, г. Пермь, Россия
Аннотация
Интенсификация выемки калийных руд, широкое применение высокопроизводительных комбайновых комплексов, вовлечение в отработку газоносных пластов поставили перед разработчиками ряд новых и сложных проблем. Способом, исключающим (снижающим) ошибки работников вентиляционных служб рудников при отборе проб и оценке газовой опасности, является способ имитационной (математической) модели переноса газовоздушной смеси в системе горных выработок. С этой целью была разработана имитационная модель, позволяющая определить характер распределения газов по горным выработкам и их концентрацию. С использованием созданной компьютерной модели переноса газовоздушной смеси определены основные закономерности распределения метана в выработанном пространстве в процессе проветривания тупиковых выработок. Произведенная в работе сравнительная оценка реальных измеренных данных с данными, полученными в ходе математического моделирования, показала высокую степень сходимости. При этом установлено, что полученные при отборе проб значения соответствуют среднему значению концентрации газа по сечению выработки. Учитывая, что газ по сечению распределяется неравномерно, применяемую методику оценки газовой обстановки в горных выработках необходимо изменять с учетом газовой стратификации.
Ключевые слова
Метан, газы, проветривание, безопасность, тупиковая выработка, моделирование, вычислительная газодинамика, газовоздушная смесь.
Список литературы
1. Забурдяев В.С., Харченко А.В. Метановая опасность высокопроизводительных угольных шахт // Горный журнал. 2022. № 3. С. 58-63.
2. Wei J.P., Wang H.L., Wang D.K., Yao B.H. An improved model of gas flow in coal based on the effect of penetration and diffusion // Journal of China University of Mining & Technology. 2016. Vol. 45. No 5. P. 873–878.
3. Effect of protective coal seam mining and gas extraction on gas transport in a coal seam / B. Yao, Q. Ma, J. Wei et al. // International Journal of Mining Science and Technology. 2016. Vol. 26. No 4. P. 637–643.
4. Вибрационное воздействие через скважины и технология дегазационной подготовки низкопроницаемого угольного пласта / М.В. Павленко, Н.Г. Барнов,Д.А. Кузиев и др. // Уголь. 2020. № 1. С. 36-40. DOI: 10.18796/0041-5790-2020-1-36-40.
5. Факторы воздействия комбайна при добыче угля на увеличение метаноотдачи массива в рабочее пространство лавы / М.В. Павленко, М.П. Хайдина, Д.А. Кузиев и др. // Уголь. 2019. № 4. C.8-11. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-4-8-11
6. Tutak M., Brodny J. Analysis of the Impact of Auxiliary Ventilation Equipment on the Distribution and Concentration of Methane in the Tailgate // Energies. 2018. Vol. 11. No 11. P. 3076.
7. Investigations of ventilation airflow characteristics on a longwall face – a computational approach / Z. Wang, T. Ren, L. Maet al. // Energies. 2018. Vol. 11. No 6. P. 1564.
8. Krawczyk J. A preliminary study on selected methods of modeling the effect of shearer operation on methane propagation and ventilation at longwalls // International Journal of Mining Science and Technology. 2020. Vol. 30. No 5. P. 675-682.
9. Brodny J., Tutak M. Applying computational fluid dynamics in research on ventilation safety during underground hard coal mining: A systematic literature review // Process Safety and Environmental Protection. 2021. Vol. 151. P. 373-400.
10. Прогнозирование геомеханического состояния массива при отработке соляных месторождений с закладкой / Я. Рыбак, М.М. Хайрутдинов, Д.А. Кузиев и др. // Записки Горного института. 2022. Т. 253. С. 61-70.
11.Земсков А.Н., Кондрашев П.И., Травникова Л.Г. Природные газы калийных месторождений и меры борьбы с ними. Пермь: Типография купца Тарасова, 2008. 412 с.
12. Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых: приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 8 декабря 2020 года № 505. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности.
13. Инструкция по аэрологической безопасности угольных шахт: приказ от 8 декабря 2020 года № 506. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности.
14. Медведев И.И., Красноштейн А.Е. Аэрология калийных рудников. Свердловск: УрОАНСССР, 1990. 249 с.
15. Menter F.R. Review of the shear-stress transport turbulence model experience from an industrial perspective // International Journal of Computational Fluid Dynamics. 2009. Vol. 23. No 4. P. 305-316.
16. Мохирев Н.Н., Радько В.В. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация. М.: ООО Недра-Бизнесцентр, 2007. 324 с.
17. Земсков А.Н., Полянина Г.Д., Красюк Н.Ф. Определение размеров зоны разрушения пород вокруг шпура. В Межвузовском сборнике научных трудов: Разработка соляных месторождений. Пермь: ПермПИ, 1980. С.169-174.
18. Земсков А.Н. О факторах, определяющих режим газовыделения в шпуры. В Межвузовском сборнике научных трудов: Разработка калийных месторождений. Пермь: ПермПИ, 1989. С.121-126.
19. Влияние процесса выделения метана на воздухораспределение в добычных участках калийных рудников / А.В. Николаев, П.В. Максимов, Г.Б. Лялькина и др. // Известия вузов. Горныйжурнал. 2021. № 6. С. 87–97.
20. A. The results of air treatment process modeling at the location of the air curtain in the air suppliers and ventilation shafts / A. Nikolaev, N. Alymenko, V. Nikolaev et al. // E3S Web of Conferences. 2017. Vol. 15. pp.02004.
Поддержка
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и Пермского края в рамках научного проекта № 20-45-596025
Для цитирования
Оценка адекватности математических моделей и зависимостей распределения газовоздушной смеси в пределах тупиковой выработки калийного рудника / А.В. Николаев, П.В. Максимов, А.Н. Земсков и др. // Уголь. 2022. № 10. С. 60-65. DOI: 10.18796/0041-5790-2022-10-60-65.
Информация о статье
Поступила в редакцию: 20.06.2022
Одобрена рецензентами:18.07.2022
Принята к публикации: 26.09.2022