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 воздухораспределения и теплообмена в метрополитенах и протяженных железнодорожных тоннелях и системы управление этими процессами. Основная 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 2019 г. и их новизна: 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 шахтных вентиляторов. В основу достигнутого результата положено увеличение окружных скоростей по концам рабочих лопаток до 220 м/с. Это стало возможным в результате решения задачи топологической оптимизации распределения материала рабочих лопаток по их объему по критерию минимума массы, что позволило разработать лопатки с ориентированной структурой, массы которых, на 50 - 70 % меньше массы монолитной лопатки, при сохранении допускаемого напряженно-деформированного состояния. 2. Предложен способ обогрева протяженных железнодорожных тоннелей БАМа газотурбинными установками (ГТУ) на основе двухконтурных турбореактивных авиационных двигателей, работающих на газовом топливе. При этом впервые определена зависимость динамики температур тоннельного воздуха в зоне его контакта с обделкой тоннеля у выходного портала от скорости железнодорожного состава и температуры атмосферного воздуха. Обоснованы режимы работы ГТУ в зависимости от удельной тяги двигателя, температуры атмосферного воздуха и эксплуатационных параметров тоннеля, при которых концентрации вредных веществ в газовоздушном потоке не превышают допустимых значений. 3. Разработан новый решающий блок для сетевой математической модели нестационарного воздухораспределения в вентиляционных сетях рудников, учитывающий выявленные закономерности изменения температуры воздушного потока от его скорости, температуры и площади сечения выработок, и позволяющий проводить расчет изменения температуры воздуха при его движении по выработкам.