2411-3336 2541-9404 Записки Горного института Journal of Mining Institute Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины ΙΙ Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University 10.18454/pmi.2017.1.116 pmi-9402 https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9402 Геоэкология и безопасность жизнедеятельности Geoecology and occupational health and safety Development of energy-saving technologies providing comfortable microclimate conditions for mining Разработка энергосберегающих технологий обеспечения комфортных микроклиматических условий при ведении горных работ Kazakov B. P. Казаков Б. П. Kazakov B. P. aero_kaz@mail.ru Горный институт УрО РАН (Пермь, Россия) Mining institute, Ural bunch of the Russian Academy of Sciences (Perm’, Russia) Levin L. Yu. Левин Л. Ю. Levin L. Yu. aerolog_lev@mail.ru Горный институт УрО РАН (Пермь, Россия) Mining institute, Ural bunch of the Russian Academy of Sciences (Perm’, Russia) Shalimov A. V. Шалимов А. В. Shalimov A. V. shalimovav@mail.ru Горный институт УрО РАН (Пермь, Россия) Mining institute, Ural bunch of the Russian Academy of Sciences (Perm’, Russia) Zaitsev A. V. Зайцев А. В. Zaitsev A. V. aerolog.artem@gmail.com Горный институт УрО РАН (Пермь, Россия) Mining institute, Ural bunch of the Russian Academy of Sciences (Perm’, Russia) 22 02 2017 2017 223 116 124 23 09 2016 07 11 2016 22 02 2017 © 2017 Б. П. Казаков, Л. Ю. Левин, А. В. Шалимов, А. В. Зайцев © 2017 B. P. Kazakov, L. Yu. Levin, A. V. Shalimov, A. V. Zaitsev 2017 Б. П. Казаков, Л. Ю. Левин, А. В. Шалимов, А. В. Зайцев B. P. Kazakov, L. Yu. Levin, A. V. Shalimov, A. V. Zaitsev Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) This article is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0) https://pmi.spmi.ru/pmi/article/view/9402

Проанализированы факторы естественного и техногенного происхождения, влияющие на свойства рудничной атмосферы, определяющие уровень безопасности горных работ и возможность возникновения аварийных ситуаций. Обозначены основные направления в развитии энергосберегающих технологий обеспечения комфортных микроклиматических условий. Представлен комплекс разработанных методов и математических моделей для проведения аэрологических и теплофизических расчетов. Определены направления совершенствования методов расчета стационарного и нестационарного воздухораспределения: использование эжекторных источников тяги для организации рециркуляционного проветривания; учет потерь депрессии на сопряжениях горных выработок; влияние инерционности воздушных потоков и отработанных пространств рудника при моделировании переходных аварийных процессов. На основе алгоритма расчета распределения расходов воздуха в рудничной сети разработан метод обработки результатов воздушно-депрессионных съемок в условиях дефицита данных. Смоделированы процессы переноса пыли с учетом ее коагуляции и оседания, а также взаимодействия с каплями воды при влажном обеспыливании воздуха. Разработана методика расчета интенсивности испарения и конденсации влаги, позволяющая прогнозировать время, протяженность и количество выпадаемой влаги и ее миграцию вглубь рудника в зимний период. По результатам решения задачи теплообмена рудничного воздуха и крепи воздухоподающего ствола в сопряженной постановке определяются величина депрессии естественной тяги и условия конвективной устойчивости движения воздушных потоков. Нормализация микроклиматических параметров рудничной атмосферы прогнозируется при использовании теплообменных установок, работающих на нагревание, либо на охлаждение и осушение вентиляционного воздуха.

The paper contains analysis of natural and technogenic factors influencing properties of mine atmosphere, defining level of mining safety and probability of emergencies. Main trends in development of energy-saving technologies providing comfortable microclimate conditions are highlighted. A complex of methods and mathematical models has been developed to carry out aerologic and thermophysical calculations. Main ways of improvement for existing calculation methods of stationary and non-stationary air distribution have been defined: use of ejection draught sources to organize recirculation ventilation; accounting of depression losses at working intersections; inertance impact of air streams and mined-out spaces for modeling transitory emergency scenarios. Based on the calculation algorithm of airflow rate distribution in the mine network, processing method has been developed for the results of air-depressive surveys under conditions of data shortage. Processes of dust transfer have been modeled in view of its coagulation and settlement, as well as interaction with water drops in case of wet dust prevention. A method to calculate intensity of water evaporation and condensation has been suggested, which allows to forecast time, duration and quantity of precipitation and its migration inside the mine during winter season.

 Ключевые слова энергосберегающие технологии воздухораспределение тепло- и массоперенос рудничный микроклимат управление проветриванием Keywords energy-saving technologies air distribution heat and mass transfer mine microclimate ventilation management Автоматизированная обработка данных воздушно-депрессионной съемки для построения корректной математической модели вентиляционной сети рудников / Б.П.Казаков, А.Г.Исаевич, С.В.Мальцев, М.А.Семин // Известия вузов. Горный журнал. 2016. № 1. С. 22-30. Вентиляторные эжеторные установки для рудников / Н.И.Алыменко, Д.Н.Алыменко, А.И.Коровин, С.В.Пшеничников// Горный журнал. 2013. № 6. С. 73-77. Зайцев А.В. Ресурсосберегающие решения в системах кондиционирования рудничного воздуха / А.В.Зайцев, Ю.А.Клюкин // Проблемы недропользования. 2015. № 2 (5). С. 26-31. Казаков Б.П. Особенности моделирования процесса эжектирования воздуха на базе законов сохранения энергии и количества движения выработок / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов // Известия вузов. Горный журнал. 2006. № 2. C. 68-72. Казаков Б.П. Сравнительный анализ методов расчета воздухораспределения в рудничных вентиляционных сетях / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов // Горное эхо. Вестник Горного института УрО РАН. 2009. № 1. С. 17-20. Казаков Б.П. Влияние процессов испарения и конденсации влаги на тепловой режим глубоких рудников / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов, А.В.Зайцев // Горный журнал. 2016. № 3. С. 73-76. Казаков Б.П. Теплообмен вентиляционного воздуха с крепью воздухоподающего ствола и породным массивом / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов, Е.Л.Гришин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 92-100. Казаков Б.П. К вопросу энергосбережения проветривания рудников / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов, А.С.Киряков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. № 3. С. 139-147. Конвективная стратификация воздушных потоков по сечению горных выработок, ее роль в формировании пожарных тепловых депрессий и влияние на устойчивость проветривания / Б.П.Казаков, А.В.Шалимов, М.А.Семин, Е.Л.Гришин, Н.А.Трушкова // Горный журнал. 2014. № 12. С. 105-109. Круглов Ю.В. Моделирование переходных процессов в вентиляционных сетях подземных рудников / Ю.В.Круглов, Л.Ю.Левин, А.В.Зайцев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2011. № 5. С. 100-108. Левин Л.Ю. Разработка метода расчета местных аэродинамических сопротивлений при решении сетевых задач воздухораспределения / Л.Ю.Левин, М.А.Семин, Р.Р.Газизуллин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014. № 9. С. 200-205. Левин Л.Ю. Аэрологическая безопасность горных предприятий / Л.Ю.Левин, Д.С.Кормщиков // Инженерная защита. 2016. № 1 (12). С. 48-53. Левин Л.Ю. Исследование динамики пылевоздушной смеси при проветривании тупиковой выработки в процессе работы комбайновых комплексов / Л.Ю.Левин, А.Г.Исаевич, М.А.Семин, Р.Р.Газизуллин // Горный журнал. 2015. № 1. С. 72-75. Медведев И.И. Некоторые вопросы моделирования вентилятора-эжектора / И.И.Медведев, Н.Н.Мохирев // Известия вузов. Горный журнал. 1971. № 6. C. 70-74. Мохирев Н.Н. Инженерные расчеты вентиляции шахт. Строительство. Реконструкция. Эксплуатация / Н.Н.Мохирев, В.В.Радько. М.: Недра, 2007. 324 с. Применение системы автоматического оптимального управления проветриванием в Березовском руднике ОАО «Беларуськалий» / Ю.В.Круглов, Л.Ю.Левин, А.С.Киряков, С.В.Бутаков, Р.И.Шагбутдинов // Горный журнал. 2013. № 6. С. 61-64. Шалимов А.В. Учет инерционных сил движения воздуха при расчетах нестационарного воздухораспределения в вентиляционной сети / А.В.Шалимов, А.В.Зайцев, Е.Л.Гришин // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. № 4. С. 218-222. Kazakov B.P. Stability of natural ventilation mode after main fan stoppage / B.P.Kazakov, A.V.Shalimov, M.A.Semin // International Journal Heat Mass Transfer. 2015. № 86. P. 288-293.