ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫДЕЛЕНИЯ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ, ПЕРЕНОСА ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ И ТЕПЛОТЫ В РУДНИЧНОЙ АТМОСФЕРЕ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Отчет содержит 120 страниц, 62 рисунка, 8 таблиц, 4 раздела, 96 использованных источников. Ключевые слова: тупиковая выработка, вентиляционный трубопровод, дальнобойность струи, грудь забоя, эффект Коанда, пылевая обстановка, проходческо-очистной комплекс, очистные работы, тепловые депрессии, тепловыделение, конвекция, критерии подобия, газоносность, газодинамические характеристики, свободные газы. Объект исследований – вентиляционные сети шахт и рудников, окружающий их породный массив. Цель работы – исследование газодинамических характеристик соляного породного массива с анализом эффективности проветривания выработок нагнетательным, всасывающим и комбинированным способами по газовому, пылевому и тепловому факторам на основании экспериментальных данных, численного моделирования и результатов опытных исследований на лабораторном стенде. Методология проведения работ – экспериментальные и аналитические исследования газоносности горных пород, динамики аэро-, газо- и термодинамических процессов в системе горных выработок и породном массиве. Результаты работы На основании проведённых исследований на золотосеребряном руднике «Купол» и результатов численного моделирования обоснована возможность увеличения отставания вентиляционного трубопровода от груди забоя до 20 м при ведении проходческих работ в тупиковых горных выработках при сечении более 20 м2 и скорости воздуха на выходе из вентиляционного трубопровода порядка 20 м/с. По результатам теоретического моделирования проветривания тупиковой выработки нагнетательным способом установлено, что эффективность проветривания фронтальной призабойной зоны линейно снижается с увеличением расстояния между концом вентиляционного трубопровода и тупиковым забоем. Показано, что вможно компенсировать это увеличение расстояния за счет увеличения скорости воздушной струи, выходящей из трубопровода, что открывает ресурсосберегающие перспективы обоснования безопасности проветривания тупиковых выработок с вентиляционными трубопроводами, расположенными на значительном удалении от забоя. По результатам опытно-промышленных испытаний и трёхмерного численного моделирования установлено, что комбинированный способ проветривания с преобладанием всасывающего эффективнее нагнетательного для снижения концентрации мелкодисперсной пыли как в призабойном пространстве, так и по всей длине тупиковой выработки. Сравнительный анализ способов проветривания тупиковых забоев показал, что значительная часть энергии вентилятора тратится на преодоление аэродинамического сопротивления вентиляционного трубопровода, переходит в тепловую энергию и при нагнетательном способе оказывает значительное влияние на тепловой баланс в тупиковой выработке. Всасывающий же способ проветривания этого недостатка лишён. Спроектирован и собран лабораторный стенд для исследования закономерностей тепломассопереноса в наклонных горных выработках в условиях наличия интенсивных тепловых источников. На стенде проведено многопараметрическое моделирование течения воздуха в наклонной выработке при различных тепловых мощностях источника возгорания, режимах работы вентилятора (перепадах давления) и аэродинамических сопротивлениях наклонной горной выработки. В результате обработки и обобщения результатов моделирования построена линейная регрессионная модель для определения массового расхода воздуха в наклонной горной выработке при различных параметрах задачи. По результатам проведённых шахтных экспериментальных исследований даны количественные оценки газоносности по свободным газам, газодинамических характеристик соляных пород и компонентного состава свободных газов на вовлекаемых в отработку новых участках шахтных полей калийных рудников Верхнекамского месторождения калийных солей. Полученные оценки используются для определения уровней газовой и газодинамической опасности разрабатываемых калийных пластов и вмещающих пород на новых участках шахтных полей калийных рудников.