Исследование и разработка систем аэрогазодинамической безопасности подземных рудников

• Автор: Кормщиков, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Существующие технологии контроля проветривания горных выработок
1.2. Анализ методов расчета воздухораспределения в вентиляционных сетях.
1.3. Анализ способов обеспечения аэрогазодинамической безопасности в штатных и аварийных режимах проветривания
1.3.1. Штатный режим проветривания
1.3.2. Аварийный режим проветривания
1.4. Цель и задачи исследования
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ВОЗДУХОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ В ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СЕТЯХ
2.1. Решение обратной задачи воздухораспределения в вентиляционной сети.
2.1.1. Корректные исходные данные задачи
2.1.2. Некорректные исходные данные задачи
2.2. Программная реализация алгоритма распределения расходов
2.3. Верификация алгоритма прогнозирования распределения воздуха на основе данных инструментальных измерений в рудниках
2.4. Выводы
3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА РАСХОДОВ ВОЗДУХА В СЕТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ШАХТ И РУДНИКОВ
3.1. Концепция системы аэрогазодинамической безопасности на основе алгоритма решения обратной задачи воздухораспределения
3.2. Разработка системы мониторинга вентиляции на физической модели рудника (испытательном аэродинамическом стенде)
3.3. Экспериментальное исследование работы алгоритма прогнозирования воздухораспределения в различных вентиляционных режимах
3.4. Выводы
4. СОЗДАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИНСТРУМЕНТОВ ПЛАНА МЕРОПРИЯТИЙ
ПО ЛОКАЛИЗАЦИИ И ЛИКВИДАЦИИ АВАРИЙ
4.1. Разработка методов расчета распределения продуктов горения в сети горных выработок
4.1.1. Обоснование модели идеального вытеснения для решения задач газопереноса
4.1.2. Разработка алгоритма определения зон задымления при авариях
4.1.3. Расчет и визуализация динамического распространения продуктов горения
4.2. Подготовка оперативных мероприятий по локализации и ликвидации последствий аварий
4.2.1. Алгоритм определения опасных позиций при задействовании аварии.

4.2.2. Определение путей выхода людей с учетом топологии вентиляционной сети и распределения продуктов горения
4.3. Выводы
5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ И МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АЭРОГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ШАХТАХ И РУДНИКАХ
5.1. Разработка автоматической замерной станции
5.2. Методика определения количества и мест установки автоматических замерных станций
5.3. Разработка системы аэрогазодинамической безопасности рудника «Таймырский» ОАО «ГМК «Норильский никель»
5.4. Оценка эффективности инвестиций в систему аэрогазодинамической безопасности
5.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
Современные горнодобывающие предприятия в условиях возрастания мощности добычи полезных ископаемых увеличивают глубину отработки и площади шахтных полей. Это приводит к существенному усложнению и разветвлению вентиляционных сетей шахт и рудников. Удаление очистных работ от шахтных стволов усложняет доставку свежего воздуха и повышает сложность обеспечения безопасных условий труда.
Для обеспечения безопасной добычи полезных ископаемых необходимо осуществлять контроль параметров рудничной атмосферы: количества воздуха, требуемого для проветривания, его температуры и компонентного состава.
На сегодняшний день можно выделить два способа контроля параметров воздухораспределения: периодический и оперативный. Периодический — это контроль, проводимый участком вентиляции шахты один раз в месяц при помощи приборов. Оперативное наблюдение осуществляется с помощью датчиков, позволяющих производить непрерывный контроль параметров воздуха.
Исследованием и разработкой мероприятий контроля проветривания горных выработок занимались Скочннский А.А, Комаров В.Б., Абрамов Ф.А., Ушаков К.З., Милетнч А.Ф., Бурчаков A.C., Ксенофонтова А.И., Цой С.В., Тян Р.Б., Потемкин В.Я., Пучков Л.А., Медведев И.И., Красноштейн A.E., Файнбург Г.З., Мохирев H.H., Алыменко Н.И. и другие отечественные ученые. За рубежом данный вопрос рассматривали Бирд Д., Каллен А., Смит С., Кинджери Д., Макферсон М., Шмидт В., Скотт Д.Ю., Блум С., Маркс В., Стюарт К. и другие.
Основным недостатком периодического способа контроля параметров вентиляции являются большие временные затраты на проведение и обработку замеров. Второй способ контроля вентиляции лишен данного недостатка и позволяет своевременно получать информацию о состоянии вентиляционной сети. Однако наряду с этим автоматические системы мониторинга вентиляции осуществляют контроль параметров воздуха только в тех местах, где установлены датчики. Для получения полной картины воздухораспределения необходимо большое количество дорогостоящих датчиков. При этом, если один из датчиков системы мониторинга выходит из строя, то полностью теряется оперативная информация о параметрах воздуха не только в той выработке, где он установлен, но и на всем участке сети, который обслуживается этим датчиком.

При программной реализации алгоритма обнаружена следующая особенность расчета. Если между усредняемыми расходами большая невязка, то после усреднения замеренных расходов воздуха, некоторые расходы с малыми значениями могут изменить направление. Поэтому в алгоритм добавлена возможность сохранения направлений (см. рисунок 5) за счет распределения невязки пропорционально замеренным расходам воздуха.
В таком случае выработки, инцидентные подсети по входящим расходам, корректируют заданные на замерных станциях расходы в соответствии с весовыми коэффициентами по следующей формуле
См = СГ+г^--Д А выработки, инцидентные подсети по исходящим расходам, корректируют заданные на замерных станциях расходы по следующей формуле
^ = Д<3Т (2.7)
1 ум*
Кроме того, на практике существует необходимость указывать замеренные расходы воздуха, определенные с высокой достоверностью. Поэтому в программе реализована возможность учета замеров, определенных с высокой достоверностью. Такие расходы воздуха не будут корректироваться усреднением. На рисунке 5 приведены параметры работы данного алгоритма, в которых можно настроить возможность усреднения точных замеров и сохранения направления замеренных расходов воздуха.