Ежегодное увеличение добычи угля и спроса на него приводят к необходимости организации мест временного хранения (складов) для размещения угольного сырья перед отправкой потребителю. При открытом способе складирования угля процесс пыления от погрузо-разгрузочных операций и с поверхности штабеля негативно влияет на здоровье рабочих склада и состояние прилегающих к складу территорий. Альтернативным открытому складированию является размещение угольного сырья в закрытых помещениях. Одной из главных опасностей при таком складировании угля может быть выделение в воздушную среду остаточного метана, содержащегося в угольных отдельностях, после процессов дегазации во время добычи и извлечение на поверхность, а также транспортировки до места временного хранения. В статье выполнен анализ изменения метаноносности угля в процессе добычи, транспортирования и при непосредственном размещении на закрытых складах. Рассмотрены физико-химические основы массобмена при взаимодействии газонасыщенной угольной массы с воздухом. Показано, что интенсивность метановыделения зависит от природной газоносности угольного пласта, параметров массопереноса между углем и воздухом, а также температуры окружающей среды. Для оценки динамики газообмена угольной массы с атмосферным воздухом предложен приближенный подход, основанный на использовании двух взаимосвязанных итераций, определяющих как формирование концентрационных полей метана в воздушном пространстве насыпного объема, так и величины метановыделения с поверхности штабеля к наружному воздуху. Отмечено, что безопасность эксплуатации закрытых угольных складов по газовому фактору может быть реализована с помощью искусственной вентиляции, обеспечивающей объемную концентрации метана в воздушной среде менее 1 %. Величина расхода, достаточная для достижения отмеченной концентрации метана, получена в результате компьютерного моделирования процесса формирования полей концентраций метана в воздушной среде при теоретически вычисленном выделении метана с поверхности штабеля.
Сжатый воздух широко используется во многих отраслях промышленности как один из видов безопасного технологичного энергоносителя. Затраты энергии на производство и распределение сжатого воздуха достигают 10 % от общих энергозатрат в экономически развитых странах. Анализ систем производства и распределения сжатого воздуха на предприятиях промышленного сектора показывает, что эффективность систем находится на сравнительно низком уровне. Это обусловлено тем, что данным системам уделяется недостаточно внимания ввиду того, что энергетический мониторинг систем сжатого воздуха имеет определенные трудности – наличие сложных и разветвленных воздухопроводных сетей, обладающих уникальными характеристиками; низкой чувствительностью оборудования, потребляющего сжатый воздух; сложностью проведения аудита пневматического оборудования, которое находится в постоянной работе. В статье проведен анализ вариантов снижения затрат на производство и распределение сжатого воздуха. Одним из перспективных направлений снижения затрат на распределение сжатого воздуха является своевременное обнаружение и ликвидация утечек, возникающих во внешней воздухопроводной сети предприятия. Поставленная задача решается аппаратно-программным мониторингом давления сжатого воздуха в ключевых точках сети. Предлагаемая методика позволяет в режиме реального времени обнаруживать возникающие утечки воздуха в воздухопроводной сети и подавать команды обслуживающему персоналу на их своевременную локализацию. Данная методика была апробирована в промышленных условиях предприятий компании «АЛРОСА» на воздухопроводной сети рудника «Мир» Мирнинского горно-обогатительного комбината и показала удовлетворительную сходимость расчетных значений утечек с фактическими. Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что разработанный метод мониторинга утечек воздуха в воздухопроводной сети отличается простотой, несложной программной реализацией и позволяет своевременно локализовать утечки, сокращая тем самым непроизводительные расходы энергоносителя на предприятиях.
На основе анализа горно-геологических условий разработки угольных месторождений Вьетнама, существующей нормативной базы по обеспечению безопасности при добыче угля, применения методов расчета воздухопотребности очистных и подготовительных выработок угольных шахт по метановому фактору и современных методов математического моделирования вентиляции горных выработок шахт и рудников, разработана процедура анализа эффективности управления воздухораспределением по предложенному показателю – коэффициенту энергетической эффективности вентиляционной системы, определяемого коэффициентами полезного использования воздуха и энергетической эффективности. Получены соотношения, определяющие связь между аэродинамическим сопротивлением отрицательных регуляторов, количеством одновременно разрабатываемых очистных и подготовительных забоев, производительностью вентиляторов главного проветривания и потребляемой электрической мощностью.
Рассмотрены климатические и горно-технические условия, определяющие образование наледей. Отмечено, что радикальным средством для предотвращения образования наледей следует считать создание в тоннелях в зимний период положительного теплового режима за счет подогрева поступающего холодного наружного воздуха. Сформулированы задачи, решение которых позволит разработать инженерную методику расчета параметров системы подогрева. Приведены результаты теоретических исследований, основанных на математическом моделировании и аналитических решениях, и данные инструментальных измерений в натурных условиях, которые обработаны с помощью чисел подобия. Сопоставлены результаты математического моделирования по определению количества воздуха, поступающего в тоннель, при наличии ворот на порталах и данных вычислений на основе экспериментально определенного коэффициента местного сопротивления. Доказана энергетическая эффективность размещения ворот на порталах тоннеля. Обосновано расположение относительно портала мест подачи в тоннель подогретого в калориферах воздуха и удаления из него охлажденного воздуха, обеспечивающее максимальный энергетический эффект.
В статье приведена характеристика отечественных и зарубежных транспортных тоннелей и отмечены преимущества их размещения в условиях города. Одним из главных факторов, определяющих негативное воздействие на окружающую среду, в период проходки тоннелей является работа горной техники, а при эксплуатации – движение транспортных средств. Сделан анализ принципиальных отличий особенностей загрязнения атмосферного воздуха при строительстве тоннелей и зданий на поверхности. Примеры иллюстрируют уровни негативного воздействия исходящей вентиляционной струи на атмосферный воздух, предложены схемы вентиляции, уменьшающие это влияние. Показано, что в период эксплуатации автодорожных тоннелей загрязнения воздушной среды могут распространяться на значительные расстояния от порталов тоннеля. Выполнены численные расчеты концентраций оксидов углерода и азота при удалении исходящей воздушной струи через порталы и через шахты , сооруженные вблизи них. Описаны технические решения по очистке тоннельного воздуха с помощью электростатических фильтров.
На основании данных инструментальных измерений показано, что основным фактором, определяющим радиационную обстановку в подземных помещениях Санкт-Петербургского метрополитена, является радон и дочерние продукты его распада. Подтверждена гипотеза о влиянии на динамику накопления радона в подземных выработках влаги, поступающей из горных пород.
На примере угольных шахт г.Воркуты показано, что существенным резервом повышения производственной безопасности в угольной промышленности России следует считать реализацию организационных мероприятий, направленных на превентивное выявление нарушений правил безопасности, потенциально приводящих к несчастным случаям, проведение поведенческих аудитов безопасности, а также вовлечение горнорабочих в управление охраной труда и безопасностью производства.
Рассмотрены горно-технические особенности строительства подземных сооружений, определяющие выбор и параметры систем вентиляции и кондиционирования воздуха, предложены технические решения по повышению эффективности управления качеством воздуха.
Отвалы вскрышных пород, образующиеся по открытой добыче полезных ископаемых, являются мощными источниками воздействия на окружающую среду, в том числе на население, проживающее в районах, на которые распространяется пылевое загрязнение. Разработана процедура районирования территории, окружающей отвалы вскрышных пород, по величине техногенного риска. В качестве примера дана оценка распределения техногенного риска для условий отвалов вскрышных пород Оленегорского комбината.
Приведены результаты натурных исследований загрязнения атмосферного воздуха при сооружении транспортных тоннелей на совмещенной дороге Адлер - Красная Поляна. Установлены особенности динамики экологической нагрузки на атмосферный воздух. Дана оценка воздействия выбросов загрязняющих веществ из транспортных тоннелей на атмосферу. Показана возможность снижения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе за счет использования вентиляционных стволов для удаления из тоннеля исходящего воздушного потока.
Для эффективной вентиляции Кузнецовского железнодорожного тоннеля предложена продольная схема вентиляции, основанная на использовании струйных вентиляторов. Показано, что использование предлагаемой схемы вентиляции при влиянии естественной тяги и поршневого эффекта поездов невозможно без автоматической системы управления вентиляцией (АСУВ). Обоснованы принципы работы АСУВ, учитывающие естественные и эксплуатационные факторы.
Приведена классификация ущерба от несчастных случаев и аварий. Предложена процедура оптимизации затрат на охрану труда и определения экономически оправданного риска несчастных случаев и аварий. Осуществлена оценка экономической эффективности повышения квалификации персонала, обслуживающего самоходную горнодобывающую технику на руднике «Северный» комбината «Печенганикель» Кольской ГМК.
Охарактеризованы проблемы сейсмического действия взрыва на тоннель. Предложена методика определения параметров в формуле М.А.Садовского для скорости смещения сейсмических волн по результатам измерений в одной точке велосиграмм сейсмических колебаний от последовательных короткозамедленных взрывов. Установлена корреляция между параметрами. Оценено влияние ошибок определения параметров на вычисление сейсмобезопасной массы заряда взрывчатого вещества.
Суровый климат и залегание многолетнемерзлых пород характеризуют почти 2/3 территории России. Значительная амплитуда колебаний температуры атмосферного воздуха, составляющая 70-100 ° С, определяет знакопеременный характер тепло- и массообменных процессов в горных выработках. Эти процессы оказывают влияние на многие аспекты безопасности и эффективности добычи полезных ископаемых, а также эксплуатации подземных сооружений. Дана характеристика влияния термодинамических параметров рудничного воздуха и горного массива на здоровье людей и производительность труда, запыленность воздуха, устойчивость горных пород, образование наледей, проветривание и т.д. Отмечается разница в принципах регулирования теплового режима подземных выработок в условиях многолетнемерзлых пород и при высоких температурах горного массива. Дан анализ причин, затрудняющих эксплуатацию подземных сооружений. Описаны особенности формирования и управления тепловым режимом железнодорожных тоннелей. Отмечен вклад ученых и выпускников горного факультета института в разработку теплофизических основ обеспечения безопасности и эффективности добычи полезных ископаемых и эксплуатации подземных сооружений.
Рассмотрены основные факторы, определяющие особенности безаварийной эксплуатации железнодорожных тоннелей в условиях сурового климата. Показано, что особую опасность представляет процесс образования наледей, определяемый сочетанием двух неблагоприятных факторов: сравнительно низкой температурой тоннельного воздуха и высокой обводненностью тоннелей. Приведены данные экспериментальных исследований, свидетельствующие о том, что газовый состав воздушной среды железнодорожных тоннелей определяют не только вредные газообразные примеси, источниками которых являются транспортные средства, но и выделение из пород и воды метана, углекислого газа, сероводорода, радона. Изучен механизм воздействия радона на персонал, обслуживающий железнодорожные тоннели, и дана характеристика масштабов его возможного влияния на ухудшение качества воздуха. Отмечено, что радоноопасными могут считаться многие регионы РФ, в том числе районы, где расположены одни из самых протяженных в России Байкальский и Северо-Муйский тоннели. Основным средством достижения необходимого качества воздуха в железнодорожных тоннелях следует считать создание рационального вентиляционного режима, который оказывает влияние не только на радиационную обстановку, но и на термодинамические параметры тоннельного воздуха. Исследована возможность применения для повышения устойчивости вентиляционного режима различных регулирующих устройств. Наибольшее воздействие на воздушный поток оказывают вентиляционные ворота, установка которых позволяет изменять расход поступающего воздуха на 70 % от первоначальной величины. Разработаны оригинальные конструкции вентиляционных ворот. Предложены и проверены в натурных условиях принципы создания в железнодорожных тоннелях положительного теплового режима - одного из наиболее надежных способов предотвращения наледи.
