Введение к работе
Актуальность темы. Современная вентиляция рудных шахт позволяет обеспечивать требуемые санитарно-гигиенические условия труда в подземных выработках. Однако постоянно имеющие место усложнения горно-геологических и технико-технологических условий эксплуатации горных предприятий обусловливают новые проблемы. Остаются трудности с воздухораспределением, доставкой воздуха к рабочим местам, полным обеспечением горных работ свежим воздухом, созданием эффективной системы управлением проветриванием. Одной из причин подобной ситуации является наличие в шахте не в полной мере учтённых в проектах дополнительных аэродинамических связей горных работ с поверхностью через обрушения над отработанными частями месторождений. Даже при хорошей изученности аэродинамических параметров обрушений учёт их в шахтной системе при организации управления сложен и трудоёмок. Это объясняется спецификой обрушений как вентиляционных ветвей, наличием возникающих в них локальных естественных тяг, сложным их взаимодействием между собой и вентиляторами главного проветривания, что крайне затрудняет создание эффективной системы управления проветриванием. Особенно это проявляется при аварийных ситуациях, связанных с возникновением эндогенных и экзогенных пожаров в подземных выработках. Сами пожары в данном случае становятся источниками активных
естественных тяг, то есть дополнительных побудителей движения воздуха в шахтной сети, способных создать неконтролируемые, неуправляемые режимы вентиляции.
Одним из основных факторов обеспечения успешной и безопасной ликвидации аварий является наличие системы управления вентиляцией, предусматривающее любые изменения в вентиляционной сети. Основой системы может
являться математическая модель вентиляции, позволяющая с помощью современных ПЭВМ быстро решать все задачи, связанные с взаимодействием многочисленных побудителей движения воздуха. Это даёт возможность уже на стадии разработки плана ликвидации аварий (ПЛА) делать достоверный прогноз воздухораспределения в шахте.
Объект исследований – вентиляция рудных шахт, имеющих дополнительные аэродинамические связи подземных работ с поверхностью через выработанные пространства и обрушения.
Предмет исследований – методы расчёта вентиляционных сетей.
Цель исследований – оптимизация параметров системы управления общешахтным проветриванием в условиях аварийных ситуаций при подземных пожарах.
Идея работы заключается в использовании математической модели вентиляции шахты для определения воздухораспределения в подземных выработках при аварийных ситуациях и наличии вновь появляющихся побудителей движения воздуха.
Основные задачи исследований:
- оценка роли естественных тяг и их взаимодействие в создании рациональной системы управления вентиляцией рудных шахт;
- разработка методики расчёта температурных режимов в шахте в условиях
аварийных ситуаций, связанных с экзогенными и эндогенными пожарами;
- разработка математической модели вентиляции шахты с дополнительными внутришахтными побудителями движения воздуха;
- разработка программного комплекса плана ликвидации аварий.
Методы исследований. В основу исследований положен комплексный подход, который включает: анализ состояния и причин неэффективного управления общешахтной вентиляцией, методы наблюдений и натурные эксперименты, математическое и численное моделирование процессов тепломассообмена между движущимся воздухом и горным массивом, опытно-промышленную
проверку и последующее внедрение программного комплекса планов ликвидации аварий на рудных шахтах.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Закономерность распределения температур при подземных пожарах в движущемся потоке, учитывающая кинематический и диффузионный
перенос тепла и теплообмен с горным массивом. -
Методика определения естественных тяг при подземных пожарах в
отдельных ветвях шахтной вентиляционной сети.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов выполненных аналитических исследований с результатами промышленных испытаний,
положительными результатами внедрения программного комплекса планов ликвидации аварий на рудных шахтах.
Научная новизна результатов исследований заключается:
- в разработке математической модели определения температурных параметров в подземных выработках и обрушениях при экзогенных и эндогенных пожарах;
- в учёте локальных естественных тяг, возникающих при подземных пожарах как дополнительных побудителей движения воздуха в шахтном воздухораспределении;
- в создании вентиляционной модели шахты, включающей в себя все проектные и дополнительно возникающие в сети побудители движения воздуха и их взаимодействие между собой;
- в разработке структуры плана ликвидации аварий с программным комплексом его реализации.
Практическая значимость работы заключается в разработке моделей,
алгоритмов и программ для создания рациональной системы управления шахтной вентиляцией при аварийных ситуациях в подземных условиях. Все элементы управления использованы при разработке программного комплекса ПЛА.
Реализация результатов работы. Основные научные и практические
результаты диссертации рекомендованы для их использования подразделениям ВГСЧ при согласовании планов ликвидации аварий на шахтах: «Магнезитовая», «Сидиритовая», «Ново – Кальинская», «Центральная – Новая», «Сибайский подземный рудник», «Учалинский подземный рудник», «Узельгинский подземный рудник».
Личный вклад автора заключается в сборе и обобщении материалов,
постановке задач исследований, выполнении аналитических и натурных исследований, формировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.
Апробация работы.
Основные научные положения и практические выводы докладывались на совещании в Управлении горного надзора Госгортехнадзора России (г. Москва, 27.07.2001 г.), на совещаниях руководящих специалистов ФГУП «СПО Металлургбезопасность» (2001, 2003, 2006 гг.), на техсоветах горнорудных предприятий Урала (ОАО «ВГОК», ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Севуралбокситруда), международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций (г. Екатеринбург, ноябрь 2007 г.),
II Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (г. Екатеринбург, май 2007 г.), Втором Уральском горнопромышленном форуме «Горное дело. Оборудование. Технологии» (г. Екатеринбург, 2007 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в восьми печатных работах.
Работа выполнена в рамках исследований госбюджетной тематики Минобразования РФ (2006 – 2007 гг.) «Исследование систем управления общешахтным проветриванием рудников с аэродинамически активными обрушениями», ГР № 01200605311.
Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,
заключения, изложенных на 143 страницах, содержит 14 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 65 наименований.
