Введение к работе
Актуальность работы.
Освоение подземного пространства является одним из главных направлений развития мегаполисов, ежегодно возрастают объемы горнопроходческих работ по всей стране (метрополитен, транспортные тоннели, коллекторы). По данным Ростехнадзора, количество строящихся подземных объектов транспортного и специального назначения в период с 2005 по 2011 годы существенно возросло. До 2020 года только в Москве планируется построить дополнительно 120 км метро.
Горнопроходческие работы характеризуются интенсификацией производственных процессов, сопровождающейся ростом газо- и пылевыделения. Загрязнение атмосферы проводимых горных выработок пылью и вредными газами, концентрации которых превышают ПДК, создает опасность для жизни и здоровья рабочих.
При ведении горнопроходческих работ возникает необходимость проветривания системы выработок, представляющей собой сквозную горную выработку и примыкающие к ней тупиковые (одну или более). Применение традиционных схем вентиляции выработок при их проходке не всегда обеспечивает эффективный вынос вредных веществ. Местная вентиляция имеет ряд существенных недостатков, таких как: затраты средств и времени на установку и обслуживание вентиляторов местного проветривания, удлинение трубопровода с увеличением длины выработки и др. Одним из перспективных способов проветривания примыкающих тупиковых горных выработок является пульсирующая вентиляция (ПВ). Однако использование импульсов давления для проветривания примыкающих тупиковых горных выработок изучено недостаточно, нет методик определения параметров ПВ, поэтому определение параметров систем вентиляции горных выработок при их проходке с использованием пульсирующего режима проветривания для обеспечения безопасности по газовому фактору является актуальной задачей.
Цель работы – обоснование параметров систем вентиляции тупиковых горных выработок при их проходке на основе использования установленных закономерностей аэродинамики пульсирующего потока для обеспечения аэрогазовой безопасности.
Основная идея работы заключается в использовании пульсирующей вентиляции, в соответствии с установленными зависимостями средней по сечению потока и осредненной по времени скорости движения воздуха от параметров ПВ, для эффективного проветривания примыкающих тупиковых горных выработках без дополнительных источников тяги, за счет интенсификации турбулентности потока.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
Эффективность вентиляции примыкающих тупиковых горных выработок по газовому фактору с использованием пульсирующего режима проветривания определяется значением критерия безопасности – средней по сечению потока и осредненной по времени скоростью движения воздуха (далее средняя скорость).
Рациональный режим пульсирующей вентиляции примыкающих тупиковых горных выработок определяется с учетом установленных зависимостей средней скорости движения воздуха в горных выработках от величины избыточного давления, от расстояния между генератором импульсов давления и местом сопряжения выработок, от длины примыкающей тупиковой горной выработки, от частоты импульсов давления, а также от угла поворота генератора импульсов давления (ГИД).
Максимальная эффективность проветривания примыкающей тупиковой горной выработки обеспечивается при размещении ГИД в сквозной выработке у ее борта со стороны примыкания тупиковой выработки, что позволяет повысить безопасность ведения горнопроходческих работ.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются достаточным объемом и представительностью статистической выборки, удовлетворительной сходимостью результатов моделирования с лабораторными исследованиями (погрешность не превышает 15 %) и их соответствием общепризнанным теоретическим представлениям.
Научное значение работы заключается в разработке математической модели, описывающей нестационарные процессы массопереноса в примыкающих тупиковых выработках при использовании генератора импульсов давления, позволяющей определять рациональные параметры их проветривания, обеспечивающие безопасность при ведении горнопроходческих работ.
Практическая ценность работы состоит в разработке алгоритма и рекомендаций для выбора параметров систем вентиляции, реализующих проветривание примыкающих тупиковых горных выработок при использовании ГИД.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по выбору параметров систем вентиляции для проветривания примыкающих тупиковых горных выработок приняты к использованию Тоннельной ассоциацией России при проектировании и строительстве Калининской линии Московского метрополитена от станции «Новогиреево» до станции «Новокосино».
Выводы и рекомендации диссертационной работы используются компанией Atlas Copco для оптимизации внедрения вентиляционного оборудования при проектировании вентиляции подземных сооружений. Математическое моделирование нестационарных процессов массопереноса в горных выработках позволяет упростить пусконаладочные работы, подобрать оптимальное вентиляционное оборудование и обеспечить наиболее эффективное проветривание, тем самым обеспечить безопасность горнорабочего
Апробация работы.
Основное содержание и отдельные положения диссертационной работы докладывались на научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2010 – 2012 гг.); на научных семинарах кафедры «Безопасность жизнедеятельности и гражданская оборона» (МГГУ 2010 – 2012 гг.), ФГБУН ИПКОН РАН (2010 – 2012 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации и результаты исследований опубликованы в 8 научных статьях (в том числе 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения; содержит 16 таблиц, 43 рисунка, список литературы из 108 наименований.
