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

Объектом исследования являются технологии вентиляции шахт, рудников, подземных транспортных систем и технические средства для их реализации, а также процессы управления расходами воздуха на платформе станции метрополитена мелкого заложения и в примыкающих тоннелях. Основная цель работы состоит в создании методологии для разработки энергоэффективных вентиляционных комплексов подземных горнодобывающих предприятий и транспортных систем с повышенной безопасностью к последствиям природных и техногенных катастроф. При выполнении проекта в целом и его заключительного этапа получены следующие основные результаты: 1. Разработаны аэродинамические схемы для высоконагруженных осевых вентиляторов главного проветривания шахт и рудников, обладающих коэффициентом аэродинамической нагруженности 696 – 914 кВт/м2, что в 4 – 5,3 раза выше, чем у выпускаемых современных высоконагруженных шахтных вентиляторов. Основой достигнутого результата является увеличение окружных скоростей по концам лопаток рабочего колеса (ЛРК) до 220 м/с. Это стало возможным за счет снижения массы ЛРК на 50 % – 70 % в результате решения задачи топологической оптимизации распределения материала лопатки по ее объему по критерию минимума массы при сохранении допускаемого напряженно-деформированного состояния. Для повышения равномерности поля скоростей воздушного потока на входе в лопаточную систему вентилятора, рекомендовано располагать лопаточные колёса на относительном расстоянии (расстояние, отнесенное к диаметру рабочего колеса) 0,22 от начала цилиндрического участка проточной части вентилятора. 2. Применение струйного вентилятора, установленного на очистном комбайне, позволяет увеличить расход воздуха через лаву на 12,5 – 24% без увеличения мощности вентилятора главного проветривания. При этом струйный вентилятор должен быть выключен на расстоянии 25 м от края забоя, ближнего к откаточному штреку, чтобы не увеличивать аэродинамическое сопротивление участка за счет создания «воздушной пробки». 3. Для метрополитенов РФ предложен способ удаления теплоизбытков с помощью адиабатического охлаждения воздуха непосредственно в тоннелях. На примере участка московского метрополитена, показано, что адиабатическое охлаждение воздуха значительно снижает требования к аэродинамическим параметрам вентиляционного оборудования: требуемая производительность вентилятора уменьшается с 279 м3/с до 67.5 м3/с затрачиваемая мощность составит 104 кВт, мощность насосного оборудования не превысит 50 кВт при расходе воды 1.5 м3/ч; 4. Разработана методика определения коэффициентов настройки преобразователя частоты тока электродвигателя тоннельного вентилятора, которая впервые учитывает время регулирования расхода воздуха для каждой интенсивности движения поездов. При этом время регулирования определяется по условию завершения текущего переходного процесса до начала следующего и не должно превышать 1/3 от фактического интервала движения поездов. Таким образом, по итогам реализации проекта за период 2017 – 2020 гг. основная его цель достигнута. Разработан комплекс методик, которые будут положены в основу создания новых энергоэффективных технологий проветривания горнодобывающих и подземных транспортных предприятий, а также нового оборудования для их реализации. Научно-технический уровень результатов выполнения отчетных этапов проекта соответствует мировому.