Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Рост производственных мощностей современных горнодобывающих предприятий вызывает потребность в подаче в рабочие зоны все большего количества свежего воздуха, что, в свою очередь, обусловливает необходимость повышения производительности вентиляторных установок главного проветривания (ВУГП) и неизбежный рост затрат на их строительство и эксплуатацию.
Анализ публикаций показал, что проветривание большинства рудников осуществляется всасывающим способом с помощью ВУГП, расположенной на дневной поверхности, а вентиляционные стволы используются для подъема полезных ископаемых, людей и грузов. Вследствие недостаточной герметичности поверхностных комплексов вентиляционных стволов (ПКВС) одновременно с ростом производительности и размеров ВУГП происходит рост утечек воздуха (достигающих в некоторых случаях до 60% от производительности ВУГП), что существенно снижает эффективность проветривания.
Таким образом, уменьшение поверхностных утечек является одним из основных направлений в комплексе мероприятий по снижению затрат горнодобывающего предприятия на проветривание. В настоящее время этот вопрос исследован недостаточно. Основная часть поверхностных утечек воздуха происходит через устье вентиляционных стволов при использовании стволов в качестве скиповых, скипо-клетевых или клетевых.
В связи с этим, для рудников актуальной задачей является разработка технических решений для управления поверхностными утечками воздуха при совмещении с автоматическим непрерывным контролем их величины. Это позволяет оперативно увеличивать аэродинамическое сопротивление устья вентиляционного ствола и тем самым эффективно сокращать поверхностные утечки воздуха.
Цель работы - разработка методов непрерывного автоматического контроля величины поверхностных утечек воздуха и управления ими с помощью воздушной завесы путем изменения структуры воздушных потоков в устьях вентиляционных стволов.
Основная идея диссертационной работы состоит в автоматическом непрерывном контроле и эффективном сокращении поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола с помощью воздушной завесы.
Основные задачи работы: - исследование эффективности существующих методов контроля поверхностных утечек воздух на рудниках;
разработка метода автоматического непрерывного контроля величины поверхностных утечек воздуха на рудниках, основанного на контроле производительности ВУГП и количества воздуха, поступающего в рудник;
определение оптимальных и надежных схем размещения датчиков в каналах ВУГП, и в подземных горных выработках на исходящих струях рудника в составе системы автоматического непрерывного контроля величины поверхностных утечек воздуха;
разработка технических решений, обеспечивающих уменьшение поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола с помощью воздушной завесы путем изменения структуры воздушного потока;
разработка метода управления поверхностными утечками воздуха через устье вентиляционных стволов на основе использования воздушной завесы с применением системы автоматического непрерывного контроля величины поверхностных утечек воздуха.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Схема размещения датчиков измерения аэродинамических параметров в вентиляционных каналах вентиляторной установки главного проветривания и в подземных горных выработках на исходящих струях рудника, обеспечивающая надежный контроль величины поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола.
-
Система регистрации количества поступающего в рудник воздуха, включающая использование датчиков динамического давления в вентиляционных каналах вентиляторной установки главного проветривания и ультразвуковых датчиков скорости в подземных горных выработках на исходящих струях рудника, позволяющая осуществлять непрерывный мониторинг утечек воздуха.
-
Метод эффективного управления поверхностными утечками воздуха, заключающийся в совмещении автоматического непрерывного контроля их величины с использованием воздушной завесы в устье вентиляционного ствола для оперативного регулирования его аэродинамического сопротивления.
Научная новизна:
экспериментально установлено, что при автоматическом непрерывном определении расхода воздуха в каналах вентиляторных установок главного проветривания надежность и точность измерений выше при использовании датчиков динамического давления с осредняющей напорной трубкой;
предложен алгоритм расчета величины поверхностных утечек воздуха через устье вентиляционного ствола;
с помощью математического моделирования определены аэродинамические характеристики встречной воздушной завесы, разделенной про-
дольной перегородкой, при ее размещении в устье вентиляционного ствола;
- разработаны техническое решение и эффективный метод управления
поверхностными утечками воздуха через устье вентиляционных стволов
при непрерывном автоматическом контроле их величины на основе ис
пользования встречной двухсторонней сопряженной воздушной завесы для
оперативного регулирования аэродинамического сопротивления устья вен
тиляционного ствола.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций
обеспечивается использованием сертифицированного оборудования, строгой постановкой задач математического моделирования, использованием апробированных методик измерения, большим объемом наблюдений, выполненных в натурных условиях.
Практическое значение работы заключается в управлении поверхностными утечками воздуха через устье вентиляционного ствола при помощи двухсторонней встречной воздушной завесы, размещенной выше сопряжения вентиляционного канала со стволом совместно с автоматическим непрерывным контролем величины поверхностных утечек воздуха.
Реализация результатов работы. Разработанные методы и результаты экспериментальных исследований по оптимизации метода измерения аэродинамических параметров вентиляторных установок главного проветрива-ния легли в основу рабочего проекта «Техническое измерение расхода и давления на ГВУ», выполненного ЗАО «Компания СЗМА» для БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий» (2008 г.).
Разработана методика проведения аэродинамических испытаний датчиков Emerson Rosemount 3095MFA mass probar flowmeter (Rosemount 3095MFA) на главной вентиляторной установке рудника БКПРУ-4 ОАО «Уралкалий».
Методы контроля поверхностных утечек воздуха используются в учебном процессе для студентов специальности «Физические процессы горного производства» Пермского государственного национального исследовательского университета по дисциплине «Контроль процессов горного производства».
Личный вклад автора заключается:
в разработке метода автоматического непрерывного контроля величины поверхностных утечек воздуха на рудниках;
в проведении шахтных экспериментальных работ по изучению мест установки датчиков контроля скорости воздушного потока в горных выработках на исходящих струях рудника;
в проведении шахтных экспериментальных работ по изучению мест установки в вентиляционных каналах ВУГП датчиков контроля основных
аэродинамических параметров вентиляторной установки главного проветривания;
- в разработке эффективного метода управления поверхностными утечками воздуха через устье вентиляционных стволов при непрерывном автоматическом контроле их величины совместно с использованием воздушной завесы, которая обеспечивает оперативное регулирование аэродинамического сопротивления устья вентиляционного ствола.
Апробация результатов диссертационной работы. Научные положения и основные результаты исследований докладывались и обсуждались на научном международном симпозиуме «Неделя горняка-2009» (г. Москва, 2009 г.), на научных сессиях Горного института УрО РАН (г. Пермь, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.), на 2-м, 3-м, 4-м, 5-м и 6-м Международном северном социально-экологическом конгрессе, 4-й, 5-й, 6-й, 7-й и 8-й Межрегиональных научно-практических конференциях «Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения» (г. Воркута, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг.), на региональных научно-практических конференциях «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (г. Пермь, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011 гг.), на 3-й региональной конференции «Молодежная наука Верхнекамья» (г. Березники, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа изложена на 143 страницах, содержит 33 рисунка и 23 таблицы. Список использованной литературы состоит из 130 наименований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность чл.-корр. РАН Красноштейну А.Е.|, д.т.н. Алыменко Н.И., д.т.н. Андрейко С.С., д.т.н. Казакову Б.П. и другим сотрудникам Горного института Уральского отделения РАН за помощь при проведении исследований и написании диссертации. Проведенные эксперименты и внедрение результатов исследований были бы невозможны без содействия руководителей и ведущих специалистов предприятия ОАО «Уралкалий».
Похожие диссертации на Разработка методов контроля и снижения поверхностных утечек воздуха на рудниках
