Разработка метода динамического расчёта шахтной вентиляции для моделирования аэрологических чрезвычайных ситуаций

• Автор: Танцов, Петр Николаевич
• Шифр специальности: 05.26.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Проветривание - основное средство обеспечения аэрологической безопасности угольных шахт
1.2. Основные методы расчёта потокораспределения в шахтных вентиляционных сетях
1.3. Вычислительные возможности увязочных методов
1.4. Способы представления выработанного пространства в шахтных вентиляционных сетях
1.5. Выводы. Цель и задачи исследования
2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ РАСЧЁТА ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЯХ
2.1. Методы расчёта статического воздухораспределения в шахтных вентиляционных сетях
2.2. Достоинства и недостатки методов стационарного расчёта воздухораспределения в шахтных вентиляционных сетях
2.3. Актуальность перехода к парадигме динамического расчёта шахтных вентиляционных сетей
2.4. Подходы к динамическому расчёту шахтных вентиляционных сетей
2.5. Выводы
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ
3.1. Постановка задачи
3.2. Математическая модель динамического расчёта шахтных вентиляционных сетей
3.3. Статическая задача
3.4. Динамическая задача

3.5 Выводы
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ГАЗОВЫХ РЕЖИМОВ
4.1. Опасности, возникающие вследствие газовыделений из выработанного пространства угольных шахт
4.2. Понятие переходной газовой характеристики выработанного пространства
4.3. Выводы
5. АПРОБИРОВАНИЕ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЁТА ШАХТНЫХ ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЕЙ
5.1. Расчёт стационарного воздухораспределения
5.2. Динамический расчёт воздухораспределения и моделирование чрезвычайных ситуаций
5.3. Расчёт воздухораспределения в вентиляционной сети шахты «Талдинская-Западная»
5.4. Длительность переходных аэродинамических процессов
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
На сегодняшний день проблема метаноопасности остаётся одной из главных в угольной промышленности. Несмотря на большое количество исследований названной проблемы в течение последних 100 лет, большинство аварий на угольных шахтах до сих пор происходит вследствие метанопроявлений.
Расчёты воздухораспределения как при проектировании систем проветривания шахт, так и в чрезвычайных ситуациях основаны на использовании компьютерных алгоритмов и программ, которые не учитывают динамику шахтных вентиляционных сетей, а именно изменения воздухораспределения при изменениях аэродинамических характеристик выработок сети, не описывают возникающих переходных аэрогазодинамических процессов. Любое воздействие на вентиляционную сеть шахты (изменение аэродинамических сопротивлений выработок, режимов работы вентиляторов главного и местного проветривания) приводит к возникновению переходных процессов, которые могут провоцировать такие чрезвычайные ситуации, как опрокидывание струй, увеличение концентрации метана в исходящей струе выемочного участка, загази-рование выработок и т.п.
В связи с этим разработка алгоритмов и программ динамического расчёта шахтных вентиляционных сетей, учитывающих изменение расходов воздуха в выработках во времени, является актуальной и может существенно повысить точность прогнозирования и управляемость аэрогазодинамических процессов, в том числе в чрезвычайных ситуациях.
Цель работы заключается в разработке быстродействующего метода, алгоритма и программы динамического расчёта шахтных вентиляционных сетей, включающего расчёт переходных аэродинамических процессов, возникающих при изменении параметров горных выработок, источников тяги и депрессий, и включающего как частное решение стационарное воздухораспределение, для

Re = ^ (1.7)

Все безразмерные величины, зависящие от указанных параметров, являются функциями числа Рейнольдса. Таким безразмерным параметром является коэффициент сопротивления

где АР - перепад давления по длине пути фильтрации L.
По зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса определяется режим течения жидкости или газа в каналах. Аналогичный подход используется и в фильтрационном движении. Анализируется общая зависимость Я -/(Re).
При наличии обратнопропорциональной зависимости между Я и Re
Я Re = А, (1.8)
где А - некоторый постоянный коэффициент, режим фильтрации описывается линейным законом сопротивления. Переходная область режима движения характеризуется тем, что в ней зависимость (1.8) нарушается, в области турбулентной фильтрации коэффициент сопротивления Я не зависит от числа Рейнольдса и является постоянным
Я = const.
Так как при увеличении скорости фильтрации наблюдается переход от линейного закона сопротивления к квадратичному, для описания движения в переходной области часто используют степенной закон сопротивления

—--си , dx
где п - показатель степенного законе, изменяющийся в пределах от 1 до 2, с - сопротивление среды.
Степенной закон сопротивления обладает существенными недостатками. В этом законе не выделены потери давления за счёт сил вязкости и сил инер-