Геотехнологии. Безопасность жизнедеятельности

Разработанный нами программный продукт «Воздухораспределение в ШВС» обладает большими возможностями и универсальностью, позволяющей применять его для решения широкого круга задач естественного распределения в шахтах и рудниках.

Как правило, в классической постановке при расчете воздухораспределения по горным выработкам шахтной вентиляционной сети (ШВС) принимается квадратичный закон H=RQ². Фильтрационные процессы движения газовоздушной смеси в выработанных пространствах описываются двучленным законом H=R_тQ²+rQ, в котором преобладание той или иной составляющей изменяется в зависимости от местоположения исследуемого участка [1-5].

Внутренняя структура алгоритма данного программного продукта построена таким образом, что, независимо от закона движения воздуха в той или иной выработке или группе выработок, позволяет производить расчеты воздухораспределения в шахтной вентиляционной системе.

Еще одним неотъемлемым его преимуществом является возможность обработки больших потоков информации, объем которых ограничивается практически только непосредственно техническими возможностями используемых ПЭВМ.

Указанные качества позволили подойти к решению одновременно сложной и интересной задачи — совместного расчета распределения газовоздушной смеси в шахтной вентиляционной сети с включением в модель аэродинамики выработанных пространств, прилегающих к добычным участкам (с возможностью учета и примыкающих к ним присечных целиков), с включением в сформированную модель дополнительных источников тяги вентиляционной и дегазационной систем. Тем самым имеется возможность анализировать и оценивать в комплексе работу вентиляционной и дегазационной систем, управлять и регламентировать процесс массопереноса, происходящего в выработанном пространстве добычного участка.

Для проведения исследований в данном направлении совместно со специалистами Научно-инженерно­го центра горноспасателей Республики Казахстан (НИЦГ РК) был разработан демонстрационный «контрольный пример» вентиляционной сети. Сеть имеет довольно сложную структуру, по своему построению близка к реально функционирующей шахтной сети и включает 85 ветвей, 4 вентилятора главного проветривания (ВГП), 2 добычных участка, 7 воздухоподающих и воздухоотводящих стволов. На рис. 1 представлена расчетная топологическая схема «контрольного примера» с указанием номеров узлов, размещения объектов проветривания, вентиляционных сооружений-регуляторов и вентиляторов главного проветривания.

На базе примера проведена серия практических расчетов, в которой последовательно усложняется структура модели, путем подсоединения к базовой схеме новых дополнительных элементов.

Первый расчет, который следует рассматривать как базовый, представляет собой результат естественного распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети при заданных строгой топологии, постоянных аэродинамических параметрах выработок и характеристик вентиляторов главного проветривания. По окончании расчета результаты представляются в виде таблицы в формате, удобном для анализа, в которой построчно напротив каждой ветви представлены топологический код, аэродинамические характеристики, расход воздуха по ней и депрессия. В табл. 1 представлены результаты расчета по наиболее важным элементам вентиляционной сети, по воздухоподающим стволам, ВГП, величины расходов воздуха поступающего и на добычном участке.

Вторым шагом проведенных исследований является расчет совместного воздухораспределения в ШВС и в примыкающем к одному из добычных участков (ветвь 11-12 в ШВС) выработанном пространстве. Этот этап выполнялся с целью определения влияния аэродинамики выработанного пространства действующего очистного забоя на работу ШВС в целом.

Для этого по методике [5] была сформирована квазимодель аэродинамики выработанного пространства. Исходные данные, которые послужили основой для моделирования выработанного пространства, приведены в табл. 2.

Далее была сформирована объединенная модель, включающая шахтную вентиляционную сеть и сеточную область, покрывающую выработанное пространство. Для наглядности и удобства проведения анализа результатов расчета топологический код ветвей выработанного пространства и ветвей, моделирующих добычной участок, начинается с тысячи (т.е. 1001, 1002 и так далее).

Собранная таким образом сеть значительно отличается от базового варианта как внутренней топологической структурой, так и аэродинамикой. Количество ветвей возросло с 85 до 309, при этом и аэродинамика добавленных 225 элементов имеет более сложное описание. Результаты совместного воздухораспределения представлены в табл. 3.

Сравнительный анализ результатов, как и следовало ожидать, показал, что наличие дополнительных смоделированных аэродинамических связей выработанного пространства повлияло на распределение воздуха ШВС. В целом направления движения воздуха по выработкам остались прежними, однако величины расходов воздуха по выработкам и режимы работы ВГП несколько изменились. Что касается рассматриваемого добычного участка, величина расхода поступающего к нему воздуха снизилась с 8,76 м³/с до 7,23 м³/с, по самому участку до величины 6,52 м³/с.

Рис. 1. Схема вентиляционной сети для контрольного примера

Таблица 1

Расчетные значения естественного распределения воздуха в базовом варианте ШВС

Номер ветви	Код сети	Турбулентное сопротивление	Ламинарное сопротивление	Депрессия мм.вд.ст	Расход воздуха м3/с
1 2 3 4 5 6 7 24 309 310 311 312	0 2 0 22 0 36 0 17 0 40 0 43 0 52 10 11 18 0 41 0 44 0 53 0	0,0002800 0,0025000 0,2000000 0,8000000 1,2000000 0,1000000 1,0000000 0,1000000 0,5592105 0,3453947 1,8390805 1,4414414	0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000	1,0404 2,4986 17,0202 102,8499 62,3564 17,4716 100,5286 7,6803 128,3449 73,7092 28,3196 103,8632	60,956332 31,614122 9,225015 11,338537 7,208581 13,218001 10,026393 8,763711 53,223791 43,498629 23,289585 23,574977

Третьим и заключительным этапом в проведенном нами практическом исследовании являлся учет дополнительных источников тяги дегазационной системы с различной производительностью, который осуществлялся путем добавления в сформированную модель новых элементов — вертикальные дегазационные скважины, соединенные трубопроводом с вакуумной насосной станцией (ВНС).

В модель были включены 3 вертикальные дегазационные скважины (номера ветвей 306, 307 и 308), пробуренные с поверхности до выработанного пространства, последовательно размещенные в глубь выработанного пространства через 60 метров друг от друга.

То есть тем самым, учитывая совместную работу вентиляционной и дегазационной систем, мы имеем возможность получить более полную и уточненную картину процессов массопереноса, происходящих в шахтной вентиляционной системе. Результаты расчетов представлены в табл. 4-6.

Как видно из полученных результатов, подключение ВНС через вертикальные дегазационные скважины к сформированной ранее модели, что является закономерным, также изменяет общую картину и распределения воздуха в ШВС, и утечек в выработанном пространстве. Количество воздуха, поступающего на добычной участок, по сравнению со вторым шагом возросло с 7,23 м³/с, и составило соответственно до 7,92 м³/с, 8,52 м³/с и 8,97 м³/с. На рис. 2 графически представлены изменения расхода воздуха, поступающего на добычной участок (Q_ду), в зависимости от изменения производительности ВНС (Q_внс). Как видно из графика, при естественном распределении воздуха величина расхода воздуха на участке находится в прямой зависимости от работы ВНС, так как только через эту ветвь осуществляется связь ВНС через выработанное пространство с ШВС.

Следует отметить тот момент, что работа ВНС повлияла на расход воздуха по воздухоподающим стволам, причем в большей степени на стволы, расположенные в непосредственной близости к добычному участку (ветви 0-2, 0-22). Характеристики работы ВГП во всех случаях третьего этапа (табл. 4-6) практически остались неизменными.

Таблица 2

Исходные данные для моделирования аэродинамики выработанного

пространства добычного участка (ветвь 11-12)

Наименование параметра, единицы измерения

Количественная величина

Протяженность отработанной части выемочного столба, м; Общая мощность пласта, м; Вынимаемая мощность пласта, м; Длина лавы, м; dy — шаг сетки по длине столба, м dx — шаг сетки по длине лавы, м Индекс пласта; dsr — средний эквивалентный диаметр кусков обрушенного массива в выработанном пространстве, м Признак обрушения пород кровли alfa — угол падения пласта, град Скорость подвигания лавы, м/сутки; Схема проветривания участка; Сопротивление конвейерного штрека кмюрг. Сопротивление лавы, кмюрг. Сопротивление вентиляционного штрека кмюрг. tnk[1,1] — время от начала отработки 1-го столба, сут tnk[1,2] — время от окончания отработки 1-го столба, сут

400 4,0 3,2 100 20 20 К10 0,1 средней обрушаемости 13 1 возвратноточная 0,08 0,054 0,004 400 0

Таблица 3

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС и выработанном пространстве

Номер ветви	Код сети	Турбулентное сопротивление	Ламинарное сопротивление	Депрессия мм.вд.ст	Расход воздуха м3/с
1 2 3 4 5 6 7 24 81 82 309 310 311 312	0 2 0 22 0 36 0 17 0 40 0 43 0 52 10 11 11 1002 11 1007 18 0 41 0 44 0 53 0	0,0002800 0,0025000 0,2000000 0,8000000 1,2000000 0,1000000 1,0000000 0,1000000 0,0045800 0,2907600 0,5592105 0,3453947 1,8390805 1,4414414	0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0121000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000	0,7658 2,0747 13,3427 68,7087 59,7791 13,5046 81,9644 5,2287 0,1949 0,1453 85,7521 71,0118 20,1455 84,6780	52,297896 28,807632 8,167822 9,267461 7,058039 11,620939 9,053422 7,231006 6,523973 0,707032 43,516823 43,267981 18,222126 21,266280

Таблица 4

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 0,82 м³/с

Номер ветви	Код сети	Турбулентное сопротивление	Ламинарное сопротивление	Депрессия мм.вд.ст	Расход воздуха м3/с
1 2 3 4 5 6 7 24 81 82 306 307 308 309 310 311 312 313	0 2 0 22 0 17 0 36 0 40 0 43 0 52 10 11 11 1002 11 1007 1022 1127 1040 1127 1058 1127 18 0 41 0 44 0 53 0 1127 0	0,0002800 0,0025000 0,2000000 0,8000000 1,2000000 0,1000000 1,0000000 0,1000000 0,0045800 0,2907600 5000.0000 5000.0000 5000.0000 0,5592105 0,3453947 1,8390805 1,4414414 2362,9964	0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0121000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000	0,7862 2,0869 13,3529 69,0581 59,7901 13,5147 81,9730 6,2806 0,2318 0,1914 375,4739 371,6264 362,7807 86,0960 71,0226 20,1555 84,6865 387,2436	52,989420 28,892297 8,170958 9,290997 7,058689 11,625264 9,053893 7,924995 7,113657 0,811337 0,274034 0,272627 0,269362 43,509757 43,267619 18,221977 21,266141 0,816023

Таблица 5

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 1,52 м³/с

Номер ветви	Код сети	Турбулентное сопротивление	Ламинарное сопротивление	Депрессия мм.вд.ст	Расход воздуха м3/с
1 2 3 4 5 6 7 24 81 82 306 307 308 309 310 311 312 313	0 2 0 22 0 17 0 36 0 40 0 43 0 52 10 11 11 1002 11 1007 1022 1127 1040 1127 1058 1127 18 0 41 0 44 0 53 0 1127 0	0,0002800 0,0025000 0,2000000 0,8000000 1,2000000 0,1000000 1,0000000 0,1000000 0,0045800 0,2907600 5000.0000 5000.0000 5000.0000 0,5592105 0,3453947 1,8390805 1,4414414 872,1469660	0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0121000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000	0,8040 2,0976 13,3619 69,3803 59,7998 13,5235 81,9804 7,2548 0,2653 0,2389 1298,0232 1290,5299 1273,5329 86,4131 71,0321 20,1642 84,6939 1311,3788	53,585519 28,966164 8,173704 9,312647 7,059258 11,629051 9,054305 8,517502 7,611013 0,906489 0,5095 14 0,508041 0,504685 43,503240 43,267302 18,221847 21,266020 1,522240

Таблица 6

Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС,

выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 2,07 м³/с

Номер ветви	Код сети	Турбулентное сопротивление	Ламинарное сопротивление	Депрессия мм.вд.ст	Расход воздуха м3/с
1 2 3 4 5 6 7 24 81 82 306 307 308 309 310 311 312 313	0 2 0 22 0 17 0 36 0 40 0 43 0 52 10 11 11 1002 11 1007 1022 1127 1040 1127 1058 1127 18 0 41 0 44 0 53 0 1127 0	0,0002800 0,0025000 0,2000000 0,8000000 1,2000000 0,1000000 1,0000000 0,1000000 0,0045800 0,2907600 5000.0000 5000.0000 5000.0000 0,5592105 0,3453947 1,8390805 1,4414414 872,1469660	0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0121000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000 0,0000000	0,8179 2,1060 13,3690 69,6436 59,8073 13,5304 81,9863 8,0535 0,2924 0,2817 2400,8862 2390,3545 2366,7734 86,6723 71,0396 20,1711 84,6998 2415,5775	54,048397 29,024087 8,175864 9,330303 7,059706 11,632030 9,054630 8,974115 7,989858 0,984257 0,692948 0,691427 0,688008 43,497913 43,267052 18,221745 21,265924 2,072383

жүктеу 1,98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: