Введение к работе
Актуальность задачи. Принятая Правительством Республики Казахстан «Стратегия индустриального инновационного развития страны на 2003 - 2015 годы» предусматривает развитие различных отраслей промышленности, в том числе горно-добывающей и горно-перерабатывающей При этом государство уделяет особое внимание вопросам обеспечения промышленной безопасности
В комплексе задач, стоящих перед горно-добывающей промышленностью, совершенствование добычи и переработки полезных ископаемых может быть обеспечено за счет технического перевооружения горно-добывающих предприятий, повышения производительности труда и дальнейшей интенсификации технологических процессов с одновременным обеспечением безопасных условий труда в шахтах и рудниках Одним из основных путей улучшения санитарно-гигиенических условий и повышения безопасности труда является организация более четкой эффективной и гибкой системы проветривания подземных горных выработок, в том числе наземного комплекса производственных помещений и горно-добывающих предприятий
Вентиляционные сети современных шахт и рудников представляют единую систему, состоящую из горных выработок, для доставки воздуха в которые используются как поверхностные вентиляторы главного проветривания, так и подземные вентиляторы местного проветривания, служащие не только для подачи воздуха в тупиковые забои, но используемые для регулирования распределения воздуха в вентиляционной сети
Необходимость постоянного перераспределения воздуха обусловлено развитием подготовительных и очистных работ, введением в эксплуатацию новых горизонтов, старением выработок и их ликвидацией, изменением режимов работы вентиляторов, загромождением и тд В условиях высокой газообильности, выбросоопасности и пожароопасности угольных шахт важное значение приобретает оперативность управления проветриванием И хотя основная задача по обеспечению потребным количеством воздуха подземных выработок решается успешно, необходимо проделать еще значительную работу по определению и реализации выбора рациональных режимов проветривания, как для каждого объекта вентиляции, так и для каждой шахты в целом Вопросы безопасного ведения горных работ требуют оперативного вмешательства в характер воздухораспределения в подземных горных выработках В большинстве случаев для нахождения приемлемого решения необходимо выполнить анализ значительного количества вариантов всевозможных распределений Таким образом, проведение, исследований по установлению влияния регуляторов активного типа (далее активный регулятор) на изменение аэродинамических параметров потоков воздуха в управляемых вентиляционных системах является актуальной задачей
Целью работы является повышение промышленной безопасности на горных предприятиях за счет обоснования пожаровзрывобезопасных аэродинамических параметров проветривания подземных выработок в процессе использования активных регуляторов в вентиляционных системах.
Идея работы заключается в определении влияния активного регулятора на зоны загрязнения подземных выработок газом и пылью Основные задачи исследований:
- обоснование необходимости использования активных регуляторов в
системе управления вентиляционными потоками,
- установление зависимостей связывающих аэродинамические
характеристики активного регулятора с изменением параметров воздушных
потоков в управляемых ветвях вентиляционных сетей,
- исследование и оценка структуры воздушных потоков в зоне работы
активных регуляторов,
- разработка рекомендаций качественной и количественной оценки
влияния активных регуляторов на управление воздушными потоками с целью
локализации различного рода вредностей в местах их образований
Методы исследований. Работа выполнена с использованием теоретических и экспериментальных методов исследований с анализом литературных, фондовых и патентно-информационных источников, теоретического обобщения результатов исследований и статической обработкой полученной информации
Основные научные положения, выносимые на защиту
изменение и перераспределение расходов воздуха в системе горных выработок и промышленных воздухопроводах достигается использованием эжекционного эффекта активных регуляторов, устанавливаемых в вентиляционных каналах и работающих без перемычки,
эжекционный эффект источника тяга, работающего без перемычки в ограниченном пространстве вентиляционного канала, обусловлен величиной изменения статической составляющей давления, зависящей от скорости истечения и угла воздействия воздушного потока, вытекающего из вентилятора на основной поток воздуха в выработке,
- при однонаправленном взаимодействии потока воздуха в
вентиляционном канале и свободной струи на выходе из вентилятора характер
изменения поперечной составляющей скорости в любом сечении основного
участка свободной струи, представленной в безразмерных координатах,
является универсальным и описывается степенной зависимостью,
- область влияния активных регуляторов обеспечивает эффективный
изолированный отвод и разбавление локальных областей, загрязненных газом и
пылью до безопасных пределов.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются
- корректной постановкой задач исследований, обоснованностью
принятых исходных предпосылок, методов анализа и использованием
фундаментальных законов и положений рудничной аэрологии и промышленной
вентиляции,
- удовлетворительной сходимостью (в пределах 5 - 15%) расчетных и
экспериментальных данных,
- апробацией работы на международных конференциях, совещаниях,
семинарах и публикациях основных научных положений в открытой печати
Научная новизна работы состоит в следующем,
- получены зависимости для определения величины изменения давления в
выработке с вентилятором, работающим без перемычки, с учетом изменения
направления истечения воздушного потока из выходного отверстия активного
регулятора и его воздействия на локальные источники загрязнения,
- получена зависимость изменения координаты половинного значения
максимальной скорости в поперечном сечении ограниченной свободной струи
на любом удалении от выходного отверстия,
- установлено, что все значения половинных максимальных скоростей для
различных сечений свободной струи находится на одной прямой проведенной
из полюса струи под углом 6 - 7,
- предложена функциональная зависимость, позволяющая определить
величину скорости потока воздуха в любом поперечном сечении основного
участка свободной струи, распространяющейся в ограниченном пространстве
Личный вклад автора состоит.
- в разработке и реализации идеи учета влияния угла направления
воздушного потока, вытекающего из вентилятора, на характер изменения
аэродинамических параметров в вентиляционных каналах различной формы и
назначения,
в разработке методики экспериментальных исследований по изучению эжектирующего влияния активных регуляторов на изменение расходов воздуха в вентиляционной системе и эффективное удаление вредных веществ из источников их поступления,
в изучении структуры воздушных потоков в зоне работы активных регуляторов в ограниченном пространстве;
- в разработке практических рекомендаций и предложений по
совершенствованию управлением воздушными потоками на основе
использования активных регуляторов
Научное значение полученных в диссертации результатов заключается в установлении общих закономерностей влияния активных регуляторов на воздушные потоки, позволяющие дать качественную и количественную оценку их воздействия на изменение давления, расходов воздуха и вынос загрязняющих веществ на исходящие вентиляционные струи
Практическое значение работы состоит в том, что ее реализация позволяет определить влияния регуляторов активного типа на изменение аэродинамических параметров воздушных потоков в управляемых вентиляционных системах, что дает возможность решать задачи управления вентиляционными режимами, как в нормальных, так и аварийных условиях эксплуатации горно-добывающих и промышленных предприятий Разработан алгоритм по определению аэродинамических параметров активных регуляторов по обеспечению заданного расхода воздуха в регулируемой ветви
Реализация работы. Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, использованы при
- составлении «Рекомендации по определению влияния активного
регулятора на изменение аэродинамических параметров потоков воздуха в
управляемых вентиляционных системах»;
разработке автоматизированной информационной системы позволяющей произвести выбор и расчет параметров QSba и Бвьа в соответствии с заданными исходными данными, с последующим их использованием по управлению воздушными потоками в сложных вентиляционных системах,
определении пожаровзрывобезопасных условий отработки добычного участка с использованием активного регулятора
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международной научной конференции «Наука И образование — ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030», Караганда, КарГТУ, 2004, 2008 гг, Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы горно-металлургического комплекса Казахстана», Караганда, КарГТУ, 2005г, Международной научно-практической конференции «Повышение качества образования и научных исследований» в рамках VI Сатпаевских чтений, Экибастуз, ЕИТИ, 2007 г, III Международной научно-практической конференции «Эффективные инструменты современных наук - 2007» Том 9 Технические науки Днепропетровск, 2007 г
Публикации работы: Основное содержание диссертации отражено в 9 печатных работах, из них 4 статьи и 5 тезисов докладов
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов и выводов, изложенных на 127 страницах текста печатного устройства ЭВМ, содержит 46 рисунков, 27 таблиц, списка использованных источников из 97 наименований и приложения
Автор выражает признательность научному руководителю доктору технических наук, профессору Ж Г Левицкому за методическую помощь в выполнении работы, а также благодарность за ценные советы доктору технических наук, профессору А К Акимбекову, к т н Давыдову Е Г.
