Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле
На правах рукописи
власов Дмитрий Владимирович
прогноз аэрогазодинамических процессов
в выемочных камерах при добыче гипса
и калийной Руды
Специальность 25.00.20 - Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Тула 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТуГУ) на кафедре геотехнологий и строительства подземных сооружений.
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор
Качурин Николай Михайлович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Ковалев Роман Анатольевич, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО ТуГУ, декан горно-строительного факультета, г. Тула
Прокофьев Леонид Владимирович, кандидат технических наук, ФГУП Гипроцветмет, главный специалист, г. Москва
Ведущая организация: ОАО ТуНИГП, г. Тула.
Защита диссертации состоится л25 октября 2012 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й уч. корпус, ауд. 220.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.
Автореферат разослан л 21 сентября 2012 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета Андрей Борисович Копылов
Общая характеристика работы
Актуальность работы. Устойчивое обеспечение потребностей страны во всех видах минеральных ресурсов, топлива и энергии будет по-прежнему осуществляться за счет увеличения добычи полезных ископаемых. В настоящее время активно развивается добыча нерудного сырья подземным способом. Ведется проектирование и строительство новых рудников Верхнекамского месторождения калийных руд, рудника месторождения Сатимола в Казахстане, Декханабадского завода калийных удобрений в Узбекистане. Освоение Гремячинского месторождения - это первый за последние 20алет реализуемый проект освоения нового калийного месторождения на территории СНГ и в Европе. ОАОаМХКаЕврохим также рассматривает вопрос о разработке ещё одного калийного месторождения - Палласовского (Эльтонского), также расположенного в Волгоградской области.
Наращивается добыча гипса. Большая часть всех запасов гипса (75%) сосредоточена в 9-ти крупнейших месторождениях с запасами более 100 млн. тонн каждое - Новомосковское, Павловское, Скуратовское, Болоховское, Плетневское, Баскунчакское, Лазинское, Порецкое и Оболенское. В настоящее время объем добычи гипса в России достиг примерно 6 млн. т. В год, что составляет 5-6% мировой добычи.
Высокие темпы развития добычи нерудного сырья подземным способом предъявляют особые требования к обеспечению эффективного и безопасного горного производства, важнейшим фактором которого являются газовые факторы и климатические параметры рудничного воздуха. В условиях перехода к рыночной экономики, а особенно в условиях реальных рыночных отношений, достоверность прогноза безопасности горных работ по газовому фактору приобретает конкретный экономический смысл. Пренебрежение безопасностью горных работ по газовому фактору приводит к крупным авариям, которые наносят ущерб владельцам шахт и рудников. С другой стороны, системный подход к данной проблеме может уменьшить вероятность возникновения аварий, а достоверный прогноз газовыделений может существенно снизить расчетное количество воздуха для проветривания очистных и подготовительных участков, что уменьшает эксплуатационные затраты на вентиляцию шахт при сохранении высокого уровня безопасности горных работ.
Российскими учеными разработаны научные основы фильтрационно-диффузионных методов прогноза газовыделений и газовых ситуаций в горных выработках, основанные на использовании фундаментальных законов термодинамики и физической химии, что существенно повысило достоверность прогноза.
Следовательно, совершенствование и развитие системного подхода к прогнозу и управлению опасными газовыми ситуациями на предприятиях минерально-сырьевого комплекса является чрезвычайно важным. Таким образом, исследование аэрогазодинамических процессов в выемочных камерах при добыче гипса и калийной руды является актуальной научно-технической задачей.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом НИР Научно-образовательного центра по проблемам рационального природопользования при комплексном освоении минерально-сырьевых ресурсов Аналитической ведомственной целевой программы Развитие научного потенциала высшей школы (2009 - 2010 гг.) (рег. номер 2.2.1.1/3942) и Федеральной целевой программы Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (гос. контракт № 02.740.11.0319).
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей аэрогазодинамических процессов в горных выработках и выемочных камерах при подземной добыче гипса и калийной руды для совершенствования методики прогнозирования газовых ситуаций при нормальных и аварийных режимах вентиляции, что повысит эффективность практической реализации автоматизированных систем управления вентиляцией рудников.
Идея работы заключается в том, что совершенствование методики прогнозирования газовых ситуаций при нормальных и аварийных режимах вентиляции для повышения эффективности практической реализации автоматизированных систем управления вентиляцией рудников основывается на адекватных математических моделях прогнозирования газовых ситуаций с учетом процессов диффузионного переноса газовых примесей в рудничной атмосфере и релаксации давления в вентиляционных сетях, обусловленных аварийными режимами вентиляции.
Основные научные положения, сформулированные в работе, состоят в следующем.
- Динамика газовыделения в очистные камеры калийных рудников, удовлетворительно описывается решениями линеаризованных уравнений параболического типа с источником, учитывающим динамику десорбции газа, при этом прогноз газовыделений с поверхности обнажения калийного пласта следует осуществлять для времени, соответствующего длительности выемочных работ в очистной камере.
- После окончания выемочных работ в камере ее абсолютная газообильность будет постоянно снижаться до практически нулевых значений по параболическому закону, что необходимо учитывать при расчете обособленного проветривания отработанных выемочных камер.
- Взаимодействие кислорода с веществом полезного ископаемого в горном массиве представляет собой многостадийную, гетерогенную реакцию, а перенос кислорода к реагирующим поверхностям вещества полезного ископаемого посредством фольмеровской и кнудсеновской диффузии провоцирует их взаимодействие, при этом процессы низкотемпературного окисления могут приводить к выделению токсичных газов в рудничную атмосферу.
- Количество воздуха, необходимое для проветривания рабочей зоны очистной камеры рудника по токсичному газу, целесообразно определять используя теоретическую кратность воздухообмена, зависящую от геометрических параметров очистной камеры и параметров, характеризующих интенсивность газовыделения.
Новизна теоретических положений:
- получены аналитические закономерности газовыделений из разрабатываемого калийного пласта в очистные камеры рудников, отличающиеся тем, что динамика газовыделений описывается с учетом процесса десорбции газов;
- предложены математические модели для прогноза газовых ситуаций в очистных камерах и горных выработках, отличающиеся тем, что расчет полей концентрации газов осуществляется на основе установленных закономерностей динамики газовыделений, входящих в уравнение конвективно-турбулентной диффузии в виде источников;
- обоснована расчетная зависимость для определения воздухообмена по фактору выделения газообразных продуктов возможных химических реакций в веществе полезного ископаемого в горном массиве, контактирующего с воздухом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- корректной постановкой задач исследования, применением классических методов математической физики, математической статистики и теории вероятностей и современных достижений вычислительной математики;
- удовлетворительной сходимостью результатов прогноза с фактическими данными (отклонение не превышает 20 %) и большим объемом вычислительных экспериментов;
- значительным объемом шахтных наблюдений, а также результатами анализа плановых замеров.
Практическая значимость работы заключается в том, что установленные закономерности газовыделения повышают достоверность прогноза газообильности очистных камер калийных и гипсовых рудников и дают возможность предварительного анализа газовых ситуаций, которые могут возникать при различных технологических решениях и, таким образом, позволяют оценить уровень их безопасности по газовому фактору. Разработанные математические модели для прогноза газовыделений и газовых ситуаций в рудниках существенно облегчают решение задач газовой динамики шахт за счет обеспечения диалогового режима работы пользователя с ЭВМ, что повышает эффективность САПР вентиляции.
Реализация работы. Основные выводы и рекомендации работы по прогнозированию аэрогазодинамических процессов в выемочных камерах калийных и гипсовых рудников использованы ОАО KNAUF ГИПС Новомосковск, а также ООО ЗУМК - Инжиниринг на Декханабадском заводе калийных удобрений в Узбекистане. Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по аэрологии горных предприятий, а так же использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.
Апробация работы. Научные положения и практические разработки диссертационной работы, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений ТуГУ (г. Тула, 2010 - 2012 гг.); технических советах ООО ЗУМК - Инжиниринг (г. Пермь 2011 - 2012 гг.); Международной конференции Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2011 гг.); Международной конференции Геомеханика. Механика подземных сооружений (г. Тула, 2011 г.); 3-й Международная конференция по проблемам рационального природопользования Проблемы создания экологически рациональных и ресурсосберегающих технологий добычи и переработки отходов горного производства (г. Тула, 2010 г.); 6-й и 7-й Международной научно-практической конференции Рудник будущего: проекты, технологии, оборудование (г. Пермь, 2010 - 2011 гг.); 3-rd International Symposium Energy Mining Energy Mining, New Technologies, Sustainable Development (Сербия, г. Апатин, 2010 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей, 1 положительное решение о выдаче патента.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 189 страницах машинописного текста, состоит из 4 разделов, содержит 9 таблиц, 49 рисунков, список литературы из 208 наименований.
Автор диссертации выражает глубокую благодарность сотрудникам кафедры геотехнологий и строительства подземных сооружений за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований.
Основное содержание работы
Современные методы прогноза аэрогазодинамических процессов в выемочных камерах при добыче гипса и калийной руды являются результатом исследований, выполненных ИПКОН РАН, ИТТФ НАН Украины, ДонНТУ, МакНИИ, ИПКОН РАН, ИГД им. А.А. Скочинского, ИГДС им. Н.В. Черского СО РАН, ГИ ПермНЦ УрО РАН, МГГУ, СПГГИ, ПГТУ, ТуГУ и др. Большой вклад в решение проблемы внесли академики РАН К.Н. Трубецкой, Ю.Н. Малышев; чл. корреспонденты Ран Д.А. Рубан, Д.Р. Каплунов, А.Е. Красноштейн; академики ан УССР А.Н. Щербань, О.А. Кремнев, а также А.С. Галицын, А.Ф. Галкин, С.Г. Гендлер, Ю.Д. Дядькин, В.Я Журавленко, Б.П. Казаков, Н.М. Качурин, И.И. Медведев, К.З. Ушаков, Ю.А. Хохолов, В.П. Черняк, Ю.В. Шувалов и др. Анализ основных научных и практических результатов, полученных в различных научных школах, показал, что увеличение производительности выемочных работ на рудниках требуют дополнительных исследований по данной проблеме.
Цель и идея работы, а также современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследований:
1. Проанализировать существующую базу данных по динамике газовыделений и получить системные оценки динамики выделения газов в очистные камеры и поглощения кислорода при добыче калийной руды и гипса.
2. Разработать методику натурных исследований аэрогазодинамических процессов в очистных камерах рудников с большими объемами выработанных пространств и провести серию натурных экспериментов. Изучить физические явления, определяющих взаимодействие сосуществующих фаз при конденсации влаги, и оценить адекватность математической модели для определения количества выпадающей влаги и размеров зоны конденсации в вентиляционной сети.
3. Разработать новый способ определения площади поперечного сечения произвольной формы для горных выработок большого объема, позволяющий повысить точность натурных наблюдений и использовать современные технические средства измерения.
4. Усовершенствовать физическую модель и математическое описание процесса диффузии примесей в очистных камерах при камерно-столбовой системе разработки, обосновать алгоритм прогноза газовых ситуаций и провести вычислительные эксперименты.
5. Разработать математические модели выделения газов с поверхности обнажения горного массива и поглощения кислорода веществом полезного ископаемого в очистных камерах калийных и гипсовых рудников.
6. Разработать комплекс программных средств для прогноза процессов газообмена в выемочных камерах калийных и гипсовых рудников на основе теоретических закономерностей газовыделения из разрабатываемых калийных и гипсовых пластов и провести вычислительные эксперименты.
Тепловлажностные параметры рудничной атмосферы исследовались в натурных условиях в калийных рудниках. Показано, что процессы конденсации влаги необходимо учитывать при корректировке ПДК токсичных примесей в воздухе. Для оценки количества воздуха проведены исследования вертикальных профилей скорости (рис. 1). Полученные результаты использованы при решении задач интегральной газовой динамики.
Высокопроизводительные технологии комбайновой выемки калийных руд с использованием камерно-столбовой системы разработки приводят к существенному увеличению газовыделения с поверхности обнажения калийных пластов. В калийных пластах содержится водород, метан, тяжелые углеводороды, сероводород, азот и углекислый газ. Таким образом, газовая смесь находится под некоторым избыточным давлением в порах и трещинах калийного пласта и выделяется в атмосферу выемочной камеры в режиме фильтрации. При этом следует отметить низкое значение газовой проницаемости калийной руды, что является причиной ламинарного режима фильтрации. Следовательно, считая процесс фильтрации одномерным, поле давлений газовой смеси (газа) можно приближенно описывать следующим линеаризованным уравнением:
, (1)
где ; ; Ц пьезопроводность калиной руды; - параметр интенсивности десорбции газа; m, k - пористость и газовая проницаемость калийного пласта соответственно; μ Ц динамическая вязкость газа; αp - параметр линеаризации уравнения фильтрации; Ц константа скорости процесса десорбции газа; Ц атмосферное давление; Ц сорбционная емкость руды по отношению к рассматриваемому газу; Ц плотность газа при атмосферном давлении; p - давление свободного газа в произвольной точке пласта и в произвольный момент времени; x - пространственная координата с началом координат, совмещенным с поверхностью обнажения пласта, и направленная вглубь массива; t Ц время.
Рис. 1. Вертикальные профили скорости воздуха
в камерах рудника ОАО KNAUF ГИПС Новомосковск
граничные и начальные условия имеют следующий вид: , , , где Ц начальное давление газовой смеси в калийном пласте; Ц давление газовой смеси на поверхности обнажения калийного пласта. Решение уравнения (1) для данных условий получено в виде:
. (2)
объем газовой смеси, поступающей в атмосферу выемочной камеры с единичной площади обнажения калийного пласта в единицу времени , с учетом (2) можно представить следующим образом:
, (3)
Графики зависимости показаны на рис. 2 для различных значений интенсивности десорбции газа в калийном пласте, где ; ; . Дебит газовой смеси в выемочную камеру с элементарной поверхности обнажения калийного пласта dS, учитывая зависимость (3), можно определить как , где Ц дебит газовой смеси в выемочную камеру с поверхности обнажения калийного пласта; Ц мощность разрабатываемого калийного пласта; Ц средняя скорость продвигания очистного забоя выемочной камеры. Следует отметить, что длительность выемочных работ камере составляет время, равное Тк. К этому времени поверхность обнажения приобретает максимальное значение, а забой выемочной камеры останавливается, и дальнейшая дегазация поверхности обнажения калийного пласта происходит в режиме газового истощения. Поэтому дебит газовой смеси в выемочную камеру с поверхности обнажения калийного пласта будет определяться в общем виде следующим образом:
(4)
где Ц дебит газа в выемочную камеру в течение всего периода ее отработки (Тк); Ц дебит газа в выемочную камеру в течение последующего периода ее существования.
Следовательно, для практических расчетов приемлемы приближенные формулы: , где , , . Результаты вычислительных экспериментов показывают, что прогноз газовыделений с поверхности обнажения калийного пласта следует осуществлять для времени , т.к. этот момент времени соответствует максимальному значению абсолютной газообильности. После окончания выемочных работ в камере ее абсолютная газообильность будет постоянно снижаться до практически нулевых значений, что необходимо учитывать при расчете обособленного проветривания отработанных выемочных камер. Если процесс десорбции газа вносит существенный вклад в газовыделение, то используя зависимости: , где ; , где ; инженерный прогноз газовыделений с поверхности обнажения калийного пласта также следует осуществлять для момента времени .
Рис. 2. Графики зависимости при ψ соответственно равном:
1 - 3; 2 - 6; 3 - 9; 4 - 12; 5 - 15
Взаимодействие кислорода с веществом полезного ископаемого в горном массиве происходит за счет проникновения кислорода в пористую структуру вещества и диффузионного переноса газовых молекул в микропорах и по внутренним поверхностям твердого скелета. Система внутренних пор является в этом случае транспортными каналами для проникновения газов внутрь твердого вещества. Молекулы кислорода будут сорбироваться твердыми поверхностями транспортных каналов, а затем вступать в химические реакции с веществом рассматриваемых горных пород. Интенсивность этих процессов при фиксированном уровне внешних воздействий зависит от диффузионного сопротивления среды, в которой распространяется кислород. Диффузионный поток кислорода в горный массив изменяется во времени следующим образом:
, (5)
где Гк Ц постоянная Генри для процесса сорбции кислорода веществом полезного ископаемого в горном массиве; uк(0) - начальная скорость сорбции кислорода; Dк Ц коэффициент эффективной диффузии кислорода в горном массиве.
Обработка результатов вычислений показывает, что диффузионный поток кислорода, проникающего в пористую структуру вещества полезного ископаемого в горном массиве, стремится к некоторому постоянному значению, которое достигается через достаточно большое время. Численно это предельное значение можно определить как асимптоту функции (5) .
Процесс газообмена с рудничной атмосферой горных выработок при возникновении химических реакций, происходящих в веществе полезного ископаемого в горном массиве можно рассматривать при следующих допущениях: концентрация газов химических реакций в рабочем пространстве очистной камеры зависит только от времени; изменение концентрации газов в рассматриваемом объеме происходит достаточно быстро. Тогда физически обоснованным и практически целесообразным является использование методов интегральной газовой динамики. Доказано, что газовыделение в атмосферу рабочего пространства очистной камеры можно записать в следующем виде:
, (6)
где Sв.п. - суммарная площадь внешних газоотдающих поверхностей горного массива, находящихся в рабочем пространстве очистной камеры, м2; Ω Ц объем рабочего пространства очистной камеры, м3.
Воздухообмен по фактору возможных выделений газообразных продуктов реакций в веществе полезного ископаемого в горном массиве целесообразно определять для всего объема рабочей зоны очистной камеры, по величине кратности подаваемого в выработку воздуха. В данном случае применим метод интегральной газовой динамики и баланс массы i-го газа, поступающего в рабочую зону очистной камеры, можно записать следующим образом: , где Ц плотность i-го газа; Ц газовыделение в атмосферу рабочей зоны очистной камеры, м3/м2⋅мин; Q - количество воздуха, поступающего в объем Ω рабочей зоны очистной камеры, м3/мин. Скорость газовыделения определяется по формуле, которую удобно представить в следующем виде: , где . Решение этого уравнения для условия получено в следующем виде:
, (7)
где ki - кратность воздухообмена по i-му газу, выделяющемуся в рабочую зону очистной камеры.
Следует отметить, что f(t) можно аппроксимировать следующей зависимостью: , где a, b - коэффициенты аппроксимации. Так как длительность химической реакции будет равна некоторому значению Tх.р, то в практических расчетах необходимо рассматривать значение f(Tх.р). Таким образом, можно рассчитать кратность воздухообмена, по притоку свежего воздуха в рабочую зону очистной камеры, используя соотношение (7). Расчетная формула для определения воздухообмена по кратности получена в следующем виде:
, (8)
где - количество воздуха, необходимое для проветривания рабочей зоны очистной камеры по i-му токсичному газу, м3/мин; - предельно-допустимая концентрация в рудничном воздухе по токсичному i-му газу, мг/м3.
Таким образом, обоснована расчетная зависимость определения воздухообмена по фактору выделения газообразных продуктов возможных химических реакций в веществе полезного ископаемого в горном массиве. Данный подход, реализованный для случая выделения газообразных продуктов возможных химических реакций по i-му токсичному газу, вполне приемлем и для других видов газовыделения в очистную камеру. Но тогда функция газовыделения в атмосферу рабочей зоны очистной камеры в явном виде будет отличаться от использованной зависимости. Однако в методическом отношении алгоритм для решения задачи в целом останется неизменным.
Условно можно выделить несколько уровней опасности по газовому фактору, каждый из которых характеризуется определенным составом рудничной атмосферы. Поэтому, разумеется, что в качестве главного признака, определяющего уровень опасности по газовому фактору целесообразно рассматривать максимальные значения нестационарного поля концентраций выделяющихся газов. Шахтные наблюдения, лабораторные эксперименты, а также результаты математического моделирования свидетельствуют о том, что связь между газовыделением и формированием поля концентраций выделяющихся газов, проявляется в виде взаимообусловленности существования этих явлений, разделенных в пространстве и времени. При этом рассматриваемая связь может относиться по формам детерминизма как к однозначной связи при математическом моделировании, так и к вероятностной или корреляционной (при натурных наблюдениях и лабораторных экспериментах). В ряде же случаев эта связь может быть рассмотрена как связь функционнирования и управления, так как отражает перенос вещества и энергии в горном массиве и свободном воздушном потоке.
Выделив, таким образом, главный классификационный признак и учитывая формы связи между газовыделением в выработке и дальнейшими процессами переноса газов, газовые ситуации можно классифицировать по месту их возникновения; по вероятности взрыва; по пригодности атмосферы горной выработки для дыхания. По месту возникновения все газовые ситуации целесообразно связать с метанообильными рудниками и негазовыми шахтами и рудниками. Газовые ситуации по вероятности взрыва можно подразделить на следующие классы: чрезвычайно опасные ситуации (концентрация взрывчатых газов находится между значениями нижнего и верхнего пределов взрывчатости); весьма опасные ситуации (концентрация взрывчатых газов значительно выше верхнего предела взрывчатости, например, при слоевых скоплениях метана); опасные ситуации (концентрация взрывчатого газа превышает ПДК, но меньше нижнего предела взрывчантости); неопасные ситуации (концентрация взрывчатого газа не превыншает ПДК).
Газовые ситуации по пригодности атмосферы горной выработки для дыхания людей подразделяются на две категории - это ситуации непригоднные для дыхания (концентрация кислорода менее 17 %, или же концентранция токсичных газов выше ПДК); ситуации, соответствующие санитарно-гигиеническим нормам. Анализируя взаимосвязи газовых ситуаций различных классов и категорий, можно сделать следующие выводы: на метанообильных рудниках газовые ситуации каждого класса по взрывоопасности будут также принадлежать одной из категорий по пригодности атмосферы для дыхания; газовые ситуации на углекислотообильных шахтах и негазовых рудниках также могут быть чрезвычайно опасными, когда в горной выработке происходит резкое нарушение состава воздуха, например, при подземном пожаре и атмосфера становится смертельно опасной для человека.
Предложенная классификация газовых ситуаций служит также и обонснованием в выборе методов их прогноза. Очевидно, что это методы мантематического моделирования, позволяющие заранее определить поле концентраций газов в конкретной выработке. Особенности прогноза газовых ситуаций на очистных участках занключаются в том, что это по существу фрагменты общей вентиляционной сети с распределенными источниками выделения газовых примесей и поглощения кислорода, поэтому моделинрование средней в сечении выработки концентрации сводится к решению задачи сетевой газодинамики. Очевидно, что очистной участок можно рассматривать как вентиляционную сеть, имеющую ветвей и узлов. Процессы переноса в каждой ветви вполне обоснованно можно считать происходящими за счет одномерной конвективной диффузии.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании выполненных экспериментальных и теоретических исследований уточнены закономерности аэрогазодинамических процессов в горных выработках и выемочных камерах при подземной добыче гипса и калийной руды, а также усовершенствованы методические положения прогнозирования газовых ситуаций при нормальных и аварийных режимах вентиляции, что повышает эффективность практической реализации автоматизированных систем управления вентиляцией рудников.
Основные выводы, научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Разработаны методические положения прогноза газовых ситуаций в очистных камерах и горных выработках калийных и гипсовых рудников с учетом закономерностей динамики газовыделений, позволяющие получить информацию о протекании газодинамических процессов, провести, на этой основе, критический анализ газовых ситуаций при различных технологических решениях и обосновать вариант, рациональный по газовому фактору.
2. прогноз газовыделений с поверхности обнажения калийного пласта следует осуществлять для времени, соответствующего длительности выемочных работ в очистной камере, т.к. этот момент времени соответствует максимальному значению абсолютной газообильности. После окончания выемочных работ в камере ее абсолютная газообильность будет постоянно снижаться до практически нулевых значений, что необходимо учитывать при расчете обособленного проветривания отработанных выемочных камер.
3. Обоснованы методические положения прогнозирования газовых ситуаций при нормальных режимах вентиляции и реверсировании ВГП на основе установленных и уточненных закономерностей аэрогазодинамических процессов диффузионного переноса газовых примесей в рудничной атмосфере и релаксации давления в вентиляционных сетях горных выработок и выработанных пространств рудников, обусловленной аварийным режимом вентиляции.
4. Установлено, что переходный процесс в ветвях вентиляционной сети после реверсировании ВГП может длиться от 20 до 90 мин, а перепад давления воздуха убывает по экспоненциальному закону, в соответствии с которым скорость изменения депрессии убывает пропорционально отношению разности давлений между конечным и текущим значением к периоду релаксации давления.
5. Обоснована расчетная зависимость определения воздухообмена по фактору выделения газообразных продуктов возможных химических реакций в веществе полезного ископаемого в горном массиве, контактирующего с воздухом, и установлено, что расчетные значения кратностей воздухообмена по газовому фактору могут быть определяющими.
6. В рудниках наблюдается локальная конденсация влаги в рудничном воздухе в радиусе 2Е2,5 км от околоствольного двора, при этом протяженность зоны конденсации составляет 50Е100 м в течение переходного периода и увеличивается до 1800 м к середине теплого периода года. При этом образование тумана в рудничной атмосфере усиливает токсичное действие вредных примесей в воздухе.
7. Для значений коэффициента эффективной диффузии 10-7Е10-6 м2/с и отношения начальной скорости сорбции газов веществом полезного ископаемого в горном массиве к константе Генри 10-4Е5⋅10-2 1/с нестационарные одномерные поля кислорода представляют собой монотонно убывающие этой функции, которые стремятся к некоторому асимптотическому значению. При этом диффузионный поток кислорода, проникающего в пористую структуру вещества полезного ископаемого в горном массиве, стремится к некоторому постоянному значению, которое достигается через достаточно большое время.
Основные научные и практические результаты диссертации опубликованы в следующих работах.
1. Качурин Н.М., Власов Д.В., Постникова М.Ю. Релаксация давления воздуха в вентиляционной сети рудника при реверсировании вентилятора главного проветривания. ИзвТуГУ. Сер. Науки о Земле. Вып.2.2010.С.73-76.
2. Качурин Н.М., Власов Д.В., Постникова М.Ю. Аэрогазодинамические процессы в вентиляционных сетях рудников, обусловленные диффузией газовых примесей. ИзвТуГУ. Сер. Науки о Земле. Вып. 2. 2010. С. 77-87.
3. Газообмен поверхности обнажения калийных пластов с рудничной атмосферой/ Н.М. Качурин [и др.] // ИзвТуГУ. Сер. Науки о Земле. Вып. 2. 2012. С. 95-103.
4. Выделение в рудничную атмосферу газов химических реакций, происходящих в горном массиве/ Н.М. Качурин [и др.] // ИзвТуГУ. Сер. Технические Науки. Вып. 8. 2012. С. 105-111.
5. Поглощение кислорода поверхностями обнажения горного массива в очистных камерах рудников/ Н.М. Качурин [и др.] // ИзвТуГУ. Сер. Технические Науки. Вып. 8. 2012. С. 112-118.
6. Положительное решение о выдаче патента на заявку на изобретение №2011114417 от 13.04.2011г. Способ определения площади поперечного сечения горной выработки большого объема/ Н.М. Качурин [и др.].
Изд. Лиц. ЛР №020300 от 12.02.97. Подписано в печать
Формат бумаги 60x84 . Бумага офсетная.
Усл.печ.л. 1,5. Уч.-изд.л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 39
Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр.Ленина, 92.
Отпечатано в Издательстве ТуГу. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 95
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по земле