Определено оптимальное расположение трубопровода для проветривания рудников

Статья опубликована в журнале «Известия ТулГУ. Науки о Земле». Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания.

Тупиковыми называют подземные выработки, которые не имеют сквозного прохода. Их качественное проветривание – это серьезная задача, которая предотвращает накопление опасных газов в атмосфере рудника и отравление горнорабочих. При этом правильное обустройство вентиляционной системы в шахтах зависит от многих факторов, в том числе от перемещения воздушных масс по рабочей зоне и вихрей, возникающих после ударения свежего потока о горный массив.

Сегодня активно применяется нагнетательный способ проветривания, когда чистый воздух подается с помощью вентиляторов по вентиляционному трубопроводу, который прокладывается практически до конца тупиковой выработки. Ученые Пермского Политеха и Горного института УрО РАН выяснили, что длину, структуру и форму вихря, можно определить по такому показателю, как спутный поток воздуха, направленного из трубопровода к забою.

Сегодня для более детализированного и углубленного изучения различных физических процессов в горнодобывающей промышленности все чаще используют методы трехмерного моделирования с помощью компьютерных программ. Этот метод позволяет анализировать поведение объектов в различных условиях и предсказывать результаты экспериментов еще до их проведения или при помощи валидации модели подтверждать результаты научных гипотез.

На основе этого исследователи разработали трехмерную модель выработки площадью 28 квадратных метров и длиной 100 метров, в которой располагается вентиляционный трубопровод, подающий в выработку свежий воздух. Модель позволила детально отследить, как разные варианты расположения вентиляционного трубопровода в сечении выработки влияют на интенсивность вихря. А также установили длину его зоны действия, то есть зону перемешивания воздушных потоков, которые непосредственно влияют на безопасность и эффективность проветривания.

Ученые рассматривали разные варианты отставания конца трубопровода от стенки забоя: 15 и 30 метров. Также рассчитывали величину вихря для нескольких способов его расположения в выработке: в центральной части, в углу, под кровлей, на высоте роста человека.

Модель показала, что для лучшей работы вентиляционной системы необходимо, чтобы воздушная струя после выхода из трубопровода прижималась к стенкам выработки и не разворачивалась преждевременно. Так вымывание опасных газов из рабочей зоны будет эффективнее.

«Наилучший вариант при отставании конца трубопровода на 15 и 30 метров наблюдается при его размещении в одном из нижних углов выработки. Это создает наиболее широкую область для разворота воздушной струи у стенки забоя. Менее эффективно его размещение по центру под кровлей», – объясняет Алексей Таций, старший преподаватель кафедры горной электромеханики ПНИПУ, инженер Горного института УрО РАН.

Исследование ученых Пермского Политеха и УрО РАН подтвердило сильное влияние положения вентиляционного трубопровода на качество проветривания от опасных газов, выделяющихся в процессе ведения горных работ. В результате был определен лучший вариант его размещения в тупиковых горных выработках. Применение выявленных параметров в горнодобывающей промышленности повысит безопасность шахтеров.

ПНИПУ

963 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше