Энергоэффективные вентиляционные комплексы подземных горнодобывающих предприятий и транспортных систем с повышенной безопасностью к последствиям природных и техногенных катастроф

Объектом исследования являются технологии вентиляции подземных объектов и технические средства для их реализации, а также процессы управления расходами воздуха на платформе станции метрополитена мелкого заложения и в примыкающих тоннеляхОсновная цель работы состоит в методологии разработки энергоэффективных вентиляционных комплексов подземных горнодобывающих предприятий и транспортных систем с повышенной безопасностью к последствиям природных и техногенных катастроф.Важнейшие результаты по проекту, полученные в 2018 г. и их новизна:1. Повышение эффективности главных вентиляторных установок шахт, оборудованных вентиляторами серии ВОД, многократно выработавших ресурс, достигается модернизацией роторной группы. Обоснован способ модернизации двухступенчатых осевых вентиляторов ВОД (аэродинамическая схема ОВ-84 ЦАГИ), включающих рабочее колесо и спрямляющий аппарат в каждой ступени, путем замены двухступенчатого ротора на высоконагруженный одноступенчатый, выполненный по схеме "входной направляющий аппарат – рабочее колесо – спрямляющий аппарат", что позволяет достичь требуемой равномерности воздушного потока на входе в рабочее колесо, повысить ресурс работы подшипниковых опор ротора и значительно снизить его массу.Разработана методика расчета и выбора аэродинамических и конструктивных параметров шахтных осевых вентиляторов для их модернизации, учитывающая влияние частотно - регулируемого привода, гироскопического момента рабочего колеса, жесткость подшипниковых опор и со-отношение инерционно-массовых параметров ротора, которая позволяет определять на ранней стадии проектирования критические частоты вращения вентилятора.2. Повышение энергоэффективности вентиляции рудников достигается применением системы рециркуляции воздуха в его вентиляционной сети, что позволяет снизить суммарную потребляемую мощность на проветривание рабочей зоны. Величина снижения потребляемой мощности, относительно ее затрат при проветривании только главной вентиляторной установкой, прямо пропорционально зависит от протяженности горизонта и соотношения расстояния от забоя до рециркуляционной сбойки, с установленным в ней вентилятором, к длине горизонта. При этом наибольшее снижение мощности на проветривание рудника достигается при установке рециркуляционного вентилятора в сбойке, ближайшей к рабочей зоне.3. Для повышения безопасности движения поездов в тоннелях БАМа при экстремально низких температурах атмосферного воздуха, обусловленного устранением условий образования наледей на обделке тоннеля, определена требуемая тепловая мощность на нагрев тоннельного воздуха. Определены зависимости составляющих теплового баланса железнодорожных тоннелей длиной 3 и 6 км от климатических и технологических параметров для условий резко-континентального климата Сибири и Дальнего Востока. Потери тепла состоят из затрат на нагрев движущегося по тоннелю холодного поезда и поступающего в тоннель холодного воздуха. Для железнодорожных тоннелей, оборудованных вентиляционными воротами, определяющими являются потери на нагрев поезда, а в тоннелях без вентиляционных ворот - на нагрев врывающегося через порталы холодного воздуха. Максимальная суммарная мощность теплопотерь в тоннеле длиной 3 км без вентиляционных ворот, при температуре наружного воздуха -50 °С достигает 18 МВт. Осредненная по времени движения по тоннелю, суммарная мощность теплопотерь в тоннелях с вентиляционными воротами примерно в 2 раза меньше, чем без них.4. Обоснован критерий и разработан алгоритм перехода системы автоматического управления вентиляцией метрополитена мелкого заложения из режима стабилизации производительности вентилятора в режим динамического управления, основанный на сравнении относительной величины средней за такт управления оценки расхода воздуха через вентилятор с заданным значением производительности вентилятора, позволяющий использовать изменение угла закрытия створок регулятора воздухораспределения и регулирование частоты вращения вала вентилятора для снижения мощности, потребляемой на проветривание метрополитена и повышения энергоэффектив-ности системы тоннельной вентиляции.