WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Коренной Константин Николаевич

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОВЕТРИВАНИЕМ РУДНЫХ ШАХТ В УСЛОВИЯХ

АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Специальность 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород,

рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Екатеринбург - 2009

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный

университет и в филиале «Военизированная горноспасательная часть Урала»

ФГУП «Специализированное производственное объединение

«Металлургбезопасность».

Научный руководитель – доктор технических наук, доцент

Ермолаев Александр Иванович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

старший научный сотрудник

Нестеренко Геннадий Филиппович

кандидат технических наук

Росляков Станислав Михайлович

Ведущая организация – ОАО Институт «Уралгипроруда»

Защита состоится «17» декабря 2009 г. в 14-30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.02 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, 2-й учебный корпус, ауд. 2142.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет».

Автореферат диссертации разослан «13» ноября 2009 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук, профессор В.К.Багазеев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современная вентиляция рудных шахт позволяет обеспечивать требуемые санитарно-гигиенические условия труда в подземных выработках. Однако постоянно имеющие место усложнения горно-геологических и технико-технологических условий эксплуатации горных предприятий обусловливают новые проблемы. Остаются трудности с воздухораспределением, доставкой воздуха к рабочим местам, полным обеспечением горных работ свежим воздухом, созданием эффективной системы управлением проветриванием. Одной из причин подобной ситуации является наличие в шахте не в полной мере учтённых в проектах дополнительных аэродинамических связей горных работ с поверхностью через обрушения над отработанными частями месторождений. Даже при хорошей изученности аэродинамических параметров обрушений учёт их в шахтной системе при организации управления сложен и трудоёмок. Это объясняется спецификой обрушений как вентиляционных ветвей, наличием возникающих в них локальных естественных тяг, сложным их взаимодействием между собой и вентиляторами главного проветривания, что крайне затрудняет создание эффективной системы управления проветриванием. Особенно это проявляется при аварийных ситуациях, связанных с возникновением эндогенных и экзогенных пожаров в подземных выработках. Сами пожары в данном случае становятся источниками активных
естественных тяг, то есть дополнительных побудителей движения воздуха в шахтной сети, способных создать неконтролируемые, неуправляемые режимы вентиляции.

Одним из основных факторов обеспечения успешной и безопасной ликвидации аварий является наличие системы управления вентиляцией, предусматривающее любые изменения в вентиляционной сети. Основой системы может
являться математическая модель вентиляции, позволяющая с помощью современных ПЭВМ быстро решать все задачи, связанные с взаимодействием многочисленных побудителей движения воздуха. Это даёт возможность уже на стадии разработки плана ликвидации аварий (ПЛА) делать достоверный прогноз воздухораспределения в шахте.

Объект исследований вентиляция рудных шахт, имеющих дополнительные аэродинамические связи подземных работ с поверхностью через выработанные пространства и обрушения.

Предмет исследований методы расчёта вентиляционных сетей.

Цель исследований оптимизация параметров системы управления общешахтным проветриванием в условиях аварийных ситуаций при подземных пожарах.

Идея работы заключается в использовании математической модели вентиляции шахты для определения воздухораспределения в подземных выработках при аварийных ситуациях и наличии вновь появляющихся побудителей движения воздуха.

Основные задачи исследований:

- оценка роли естественных тяг и их взаимодействие в создании рациональной системы управления вентиляцией рудных шахт;

- разработка методики расчёта температурных режимов в шахте в условиях
аварийных ситуаций, связанных с экзогенными и эндогенными пожарами;

- разработка математической модели вентиляции шахты с дополнительными внутришахтными побудителями движения воздуха;

- разработка программного комплекса плана ликвидации аварий.

Методы исследований. В основу исследований положен комплексный подход, который включает: анализ состояния и причин неэффективного управления общешахтной вентиляцией, методы наблюдений и натурные эксперименты, математическое и численное моделирование процессов тепломассообмена между движущимся воздухом и горным массивом, опытно-промышленную
проверку и последующее внедрение программного комплекса планов ликвидации аварий на рудных шахтах.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Закономерность распределения температур при подземных пожарах в движущемся потоке, учитывающая кинематический и диффузионный
    перенос тепла и теплообмен с горным массивом.
  2. Методика определения естественных тяг при подземных пожарах в
    отдельных ветвях шахтной вентиляционной сети.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов выполненных аналитических исследований с результатами промышленных испытаний,
положительными результатами внедрения программного комплекса планов ликвидации аварий на рудных шахтах.

Научная новизна результатов исследований заключается:

- в разработке математической модели определения температурных параметров в подземных выработках и обрушениях при экзогенных и эндогенных пожарах;

- в учёте локальных естественных тяг, возникающих при подземных пожарах как дополнительных побудителей движения воздуха в шахтном воздухораспределении;

- в создании вентиляционной модели шахты, включающей в себя все проектные и дополнительно возникающие в сети побудители движения воздуха и их взаимодействие между собой;

- в разработке структуры плана ликвидации аварий с программным комплексом его реализации.

Практическая значимость работы заключается в разработке моделей,
алгоритмов и программ для создания рациональной системы управления шахтной вентиляцией при аварийных ситуациях в подземных условиях. Все элементы управления использованы при разработке программного комплекса ПЛА.

Реализация результатов работы. Основные научные и практические
результаты диссертации рекомендованы для их использования подразделениям ВГСЧ при согласовании планов ликвидации аварий на шахтах: «Магнезитовая», «Сидиритовая», «Ново – Кальинская», «Центральная – Новая», «Сибайский подземный рудник», «Учалинский подземный рудник», «Узельгинский подземный рудник».

Личный вклад автора заключается в сборе и обобщении материалов,
постановке задач исследований, выполнении аналитических и натурных исследований, формировании научных положений, выводов и рекомендаций диссертации.

Апробация работы.

Основные научные положения и практические выводы докладывались на совещании в Управлении горного надзора Госгортехнадзора России (г. Москва, 27.07.2001 г.), на совещаниях руководящих специалистов ФГУП «СПО Металлургбезопасность» (2001, 2003, 2006 гг.), на техсоветах горнорудных предприятий Урала (ОАО «ВГОК», ОАО «Учалинский ГОК», ОАО «Севуралбокситруда), международной научно-практической конференции «Обеспечение безопасности при угрозе чрезвычайных ситуаций (г. Екатеринбург, ноябрь 2007 г.),
II Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» (г. Екатеринбург, май 2007 г.), Втором Уральском горнопромышленном форуме «Горное дело. Оборудование. Технологии» (г. Екатеринбург, 2007 г.).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в восьми печатных работах.

Работа выполнена в рамках исследований госбюджетной тематики Минобразования РФ (2006 – 2007 гг.) «Исследование систем управления общешахтным проветриванием рудников с аэродинамически активными обрушениями», ГР № 01200605311.

Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав,
заключения, изложенных на 143 страницах, содержит 14 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 65 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Состояние изученности вопроса и постановка задач исследований

Решению вопросов обеспечения управляемости подземной вентиляцией
посвящены исследования таких учёных, как Воронин В.Н., Дробот В.Я., Дымчук, Г.К., Каледина Н.О., Клебанов В.И., Ксенофонтова А.И., Луговский С.И., Мустель П.И., Пучков Л.А., Скочинский А.А., Ушаков К.З., Ярцев В.А. и др.

В работе рассмотрено состояние проветривания рудных шахт Урала за тридцатилетний период. Основой для оценки и анализа явились результаты более пятидесяти анемометрических съёмок. Вентиляция шахт в период 1970 1980 гг. характеризуется крайне низкими аэродинамическими и экономическими показателями.

Проведённые в 80 - е годы техническое перевооружение и реконструкция вентиляции привели к определённому улучшению. В вентиляционных расчётах были приняты фактические аэродинамические параметры сети, режимы работы устанавливаемых современных вентиляторов главного проветривания соответствовали характеристикам сети. В настоящее время отмечается стопроцентная и выше обеспеченность воздухом, достаточно высокий КПД вентиляторов,
небольшой перерасход электроэнергии.

Однако ряд недостатков, которые отмечены для периода 1970 1980 гг.,
остались и в настоящее время:

- обеспеченность воздухом непосредственно горных работ не превышает 80 %;

- внутришахтные утечки достигают 30 35 %;

- коэффициент использования воздуха на большинстве шахт составляет 0,6 0,8;

- система регулирования воздухораспределением малоэффективна и зачастую не обеспечивает подачу в забои требуемого количества воздуха;

- управление вентиляцией зависит от действия внутришахтных локальных и сложных естественных тяг.

Одной из главных причин отмеченных недостатков является наличие не
учтённых в проектах или частично учтённых при реконструкции вентиляции образовавшихся в процессе отработки месторождений дополнительных вентиляционных связей подземных выработок с поверхностью через обрушения.
Трудность учёта обрушений как вентиляционных ветвей заключается в их специфических аэродинамических особенностях.

Несмотря на то что обрушения большей частью заполнены кусковым
материалом, объёмы фильтрующегося воздуха, оцениваемые в виде утечек или подсосов, достигают значительных величин, то есть они аэродинамически
активны. Эквивалентные отверстия обрушений соизмеримы с отверстием шахт. Аэродинамические сопротивления комплексов обрушений зачастую ниже
сопротивления воздухоотводящих из шахты путей, движение воздуха подчиняется в большей части закону сопротивления с промежуточными показателями. Движущиеся потоки неравномерно распределены по площади обрушений.
Одновременно в одной горизонтальной плоскости могут двигаться чистые и
загрязнённые объёмы, скорости движения исчисляются весьма малыми
величинами, что может привести к образованию застойных зон, а при фильтрации загрязнённого воздуха – аккумуляцию в них ядовитых газов. Связь через обрушение с поверхностью приводит к образованию дополнительных естественных тяг, величина и направление действия которых зависят от метеорологических условий на поверхности. Возникает сложное взаимодействие тяг между собой и вентиляторами главного проветривания, что может привести к дезорганизации проветривания отдельных участков и шахты в целом.

Для устранения недостатков использовались и используются ряд мероприятий по исключению обрушений из схем вентиляции, таких как применение
рациональных нагнетательного или комбинированного проветривания, изоляция обрушений перемычками, засыпкой и заиловкой воронок и провалов обрушений. Но, как показала практика, существенного улучшения проветривания в конечном итоге они не приносят.

Особая ситуация с труднопредсказуемой вентиляционной обстановкой
возникает при авариях, связанных с подземными пожарами. Пожары являются мощными источниками тепловых депрессий. Поэтому при пожарах взаимовлияние тяг через обрушения через стволы ещё более усложнит возможность управления.

Введение тяг как дополнительных побудителей движения воздуха в расчёты вентиляционных сетей даст возможность создания эффективной управляемой вентиляции при любом состоянии вентиляции, что и является основной целью исследований работы.

2.Оценка роли естественных тяг в организации и управлении проветриванием подземных работ

Теоретические исследования, выполненные отечественными и зарубежными учёными, показывают, что на величину естественной тяги основное влияние оказывают не только температура (плотность) воздуха и высота воздушного столба, но и такие факторы, как работа вентиляторов главного проветривания, сопротивление трения при движении воздуха, увеличение столба воздуха и т.д. Дополнительные факторы обычно увеличивают или уменьшают величину тяги.

Известны два метода расчёта естественной тяги – гидростатический и термодинамический.

Имеется ряд методик реализации методов для различных условий возникновения и действия естественных тяг. Используемые в практике инженерные зависимости в большей степени касаются несложных вентиляционных соединений при действии двух тяг. При появлении в шахтной сети дополнительных естественных тяг и их взаимодействии крайне усложняются расчётные вентиляционные проработки. В этих случаях предпочтителен гидростатический метод с достаточно точными аналитическими зависимостями.

Термодинамический метод более трудоёмок и требует большего количества дополнительных исходных данных.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»