Для увеличения надежности и безопасности рабочих в шахте был разработан алгоритм для расчета подачи воздуха в шахту. Внутренняя структура алгоритма построена таким образом, что, независимо от закона движения воздуха в той или иной выработке или группе выработок, позволяет производить расчеты воздухораспределения в шахтной вентиляционной системе. Еще одним неотъемлемым его преимуществом является возможность обработки больших потоков информации, объем которых ограничивается практически только непосредственно техническими возможностями используемых ПЭВМ.
         Указанные качества позволили подойти к решению одновременно сложной и интересной задачи — совместного расчета распределения газовоздушной смеси в шахтной вентиляционной сети с включением в модель аэродинамики выработанных пространств, прилегающих к добычным участкам (с возможностью учета и примыкающих к ним присечных целиков), с включением в сформированную модель дополнительных источников тяги вентиляционной и дегазационной систем. Тем самым имеется возможность анализировать и оценивать в комплексе работу вентиляционной и дегазационной систем, управлять и регламентировать процесс массопереноса, происходящего в выработанном пространстве добычного участка. Для проведения исследований в данном направлении совместно со специалистами Научно-инженерного центра горноспасателей Республики Казахстан (НИЦГ РК) был разработан демонстрационный «контрольный пример» вентиляционной сети. Сеть имеет довольно сложную структуру, по своему построению близка к реально функционирующей шахтной сети и включает 85 ветвей, 4 вентилятора главного проветривания (ВГП), 2 добычных участка, 7 воздухоподающих и воздухоотводящих стволов.
         На базе примера проведена серия практических расчетов, в которой последовательно усложняется структура модели, путем подсоединения к базовой схеме новых дополнительных элементов. Первый расчет, который следует рассматривать как базовый, представляет собой результат естественного распределения воздуха в шахтной вентиляционной сети при заданных строгой топологии, постоянных аэродинамических параметрах выработок и характеристик вентиляторов главного проветривания. По окончании расчета результаты представляются в виде таблицы в формате, удобном для анализа, в которой построчно напротив каждой ветви представлены топологический код, аэродинамические характеристики, расход воздуха по ней и депрессия.
         Вторым шагом проведенных исследований является расчет совместного воздухораспределения в ШВС и в примыкающем к одному из добычных участков (ветвь 11-12 в ШВС) выработанном пространстве. Этот этап выполнялся с целью определения влияния аэродинамики выработанного пространства действующего очистного забоя на работу ШВС в целом. Для этого по методике была сформирована квазимодель аэродинамики выработанного пространства. Исходные данные, которые послужили основой для моделирования выработанного пространства, приведены в табл. 1. Далее была сформирована объединенная модель, включающая шахтную вентиляционную сеть и сеточную область, покрывающую выработанное пространство. Для наглядности и удобства проведения анализа результатов расчета топологический код ветвей выработанного пространства и ветвей, моделирующих добычной участок, начинается с тысячи (т.е. 1001, 1002 и так далее).
         Собранная таким образом сеть значительно отличается от базового варианта как внутренней топологической структурой, так и аэродинамикой. Количество ветвей возросло с 85 до 309, при этом и аэродинамика добавленных 225 элементов имеет более сложное описание. Результаты совместного воздухораспределения представлены в табл. 1.
         Сравнительный анализ результатов, как и следовало ожидать, показал, что наличие дополнительных смоделированных аэродинамических связей выработанного пространства повлияло на распределение воздуха ШВС. В целом направления движения воздуха по выработкам остались прежними, однако величины расходов воздуха по выработкам и режимы работы ВГП несколько изменились. Что касается рассматриваемого добычного участка, величина расхода поступающего к нему воздуха снизилась с 8,76 м³ до 7,23 м³/с, по самому участку до величины 6,52 м³/с. Третьим и заключительным этапом в проведенном нами практическом исследовании являлся учет дополнительных источников тяги дегазационной системы с различной производительностью, который осуществлялся путем добавления в сформированную модель новых элементов — вертикальные дегазационные скважины, соединенные трубопроводом с вакуумной насосной станцией (ВНС).
         В модель были включены 3 вертикальные дегазационные скважины (номера ветвей 306, 307 и 308), пробуренные с поверхности до выработанного пространства, последовательно размещенные в глубь выработанного пространства через 60 метров друг от друга. То есть тем самым, учитывая совместную работу вентиляционной и дегазационной систем, мы имеем возможность получить более полную и уточненную картину процессов массопереноса, происходящих в шахтной вентиляционной системе. Как видно из полученных результатов, подключение ВНС через вертикальные дегазационные скважины к сформированной ранее модели, что является закономерным, также изменяет общую картину и распределения воздуха в ШВС, и утечек в выработанном пространстве. Количество воздуха, поступающего на добычной участок, по сравнению со вторым шагом возросло с 7,23 м³/с, и составило соответственно до 7,92 м³/с, 8,52 м³/с и 8,97 м³/с. На рис. 1 графически представлены изменения расхода воздуха, поступающего на добычной участок (Qdy), в зависимости от изменения производительности ВНС (QeHc). Как видно из графика, при естественном распределении воздуха величина расхода воздуха на участке находится в прямой зависимости от работы ВНС, так как только через эту ветвь осуществляется связь ВНС через выработанное пространство с ШВС.
        

        Рис. 1. График зависимости изменения расхода воздуха на добычном участке в зависимости от производительности ВНС
         Следует отметить тот момент, что работа ВНС повлияла на расход воздуха по воздухоподающим стволам, причем в большей степени на стволы, расположенные в непосредственной близости к добычному участку (ветви 0-2, 0-22). Характеристики работы ВГП во всех случаях третьего этапа (табл. 1) практически остались неизменными.
         Таблица 1. Расчетные значения совместного воздухораспределения в ШВС, выработанном пространстве и работе ВНС с расходом 0,82 м³/с
        Как видно из проведенной серии практических расчетов, величины расхода воздуха как на добычном участке, так и по другим объектам ШВС каждый раз имели различные значения. Поддержание требуемых расходов воздуха по объектам проветривания может быть достигнуто только решением задачи принудительного распределения воздуха (ПРВ). Наличие информации о природной метаноносности пласта, газовыделении из разрабатываемого слоя, величине остаточной метаноносности угля позволяет смоделировать и включить в расчетную схему источники газовыделения в выработанном пространстве и работу предварительной дегазации и тем самым учесть их влияние в общем газовом балансе выемочного участка.

                                                                                      Выводы.

         1. Совместное моделирование шахтной вентиляционной сети и выработанных пространств позволяет определить необходимые параметры и управлять процессами тепломассопереноса в угольных шахтах с учетом всех активных ветвей и, в конечном итоге, предупредить возникновение пожаровзрывоопасных ситуаций.
         2. Разработанное для решения поставленной задачи программное обеспечение «Воздухораспределение в ШВС» на языке высокого уровня — объектно-ориентированный язык Visual Basic — позволяет производить расчеты для 10000 и более объектов (ветвей) шахтной вентиляционной системы, что является важным и необходимым инструментом для исследуемой проблемы.