Аннотация
Левин Л. Ю. , Зайцев А. В. , Новоселицкая Л. Л. Исследование газовой обстановке в тупиковой выработке при наличии рециркуляционных потоков. В статье описывается исследование газовой обстановки в тупиковых горных выработках при применении рециркуляционного проветривания с помощью вентилятора местного проветривания.
На рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей существующие системы разработки предполагают наличие большого количества тупиковых выработок, проветриваемых при помощи ВМП. Согласно ПБ 03-553-03 [1] регламентирован запас по расходу воздуха, подаваемого к всосу вентилятора, составляющий 43 % от его производительности. На рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей существующие системы разработки предполагают наличие большого количества тупиковых выработок, проветриваемых при помощи ВМП. Согласно ПБ 03-553-03 [1] регламентирован запас по расходу воздуха, подаваемого к всосу вентилятора, составляющий 43 % от его производительности.
С учетом различных коэффициентов запаса, принятых в соответствии с расчетом количества воздуха, дополнительный расход воздуха составляет значительную часть производительности ГВУ и, соответственно, значительную долю электроэнергии, затрачиваемую на проветривание
Основным фактором при расчете необходимого количества воздуха для проветривания рабочих зон является газовый фактор. При этом правилами безопасности на калийных рудниках разрешается частичное повторное использование воздуха, что является одним из способов энергосберегающего проветривания.
В работе проводится исследование газовой обстановки в забое при наличии рециркуляционных контуров и дан анализ возможности применения рециркуляционного проветривания тупиковых горных выработок.
Рассмотрим схему проветривания рабочей зоны нагнетательным способом при наличии рециркуляционных потоков (рисунок).
Рис. Рециркуляция в рабочей зоне
В рабочую зону поступает свежий воздух Qв(м3/с). Проветривание осуществляется вентилятором местного проветривания с вентиляционным ставом длиной L1(м), который подает в рабочую зону некоторое количество воздуха Qз(м3/с) концентрацией С1(%). Из массива в забое рабочей зоны происходит газовыделение, мощностью W(м3/с).
В рабочую зону поступает свежий воздух Qв(м3/с). Проветривание осуществляется вентилятором местного проветривания с вентиляционным ставом длиной L1(м), который подает в рабочую зону некоторое количество воздуха Qз(м3/с) концентрацией С1(%). Из массива в забое рабочей зоны происходит газовыделение, мощностью W(м3/с).
Полученная система уравнений решалась методом конечных разностей в программном комплексе «Mathematica». Это позволило получить концентрации газа воздушной струи на входе и выходе из рабочей зоны.
Для исследования газовой обстановки рабочей зоны был проведен ряд численных экспериментов для условий:
1) в зависимости от длины тупиковой выработки:40;220 м;
2) в зависимости от процента рециркулируемого воздуха: Qр=0; Qр=1/3Qз; Qр=2/3 Qз.
Для построения графиков были выбраны три режима газовыделения, общее время действия которых составляло 180 мин: максимальный (Wпик = 0,0001105365 м3/с, действует в период 10–80 мин), среднесуточный (Wср = 0,000059 м3/с, действует в период 80–150 мин) и нулевой (действует после 150 мин).
Количество свежего воздуха, поступающего в рабочую зону, является величиной постоянной (Qв = 3,8 м3/с)
Таким образом, рассчитаны шесть вариантов расчета. Ниже приведены результаты расчета газовой обстановки в каждом варианте
Вариант 1. Длина тупиковой выработки L = 40 м. Количество рециркулируемого воздуха Qр = 0.
Результаты измерений при различном соотношении рециркулируемого и свежего количества воздуха, при длине тупиковой выработи 40 м, приведены в табл.1, где 
– интервал времени (мин), за который концентрация выходит на стационарное значение.
Таблица 1.Показатели рециркуляционного проветривания
Вариант 2. Длина выработки L = 220 м. Количество рециркулируемого воздуха Qр=2/3 Qз.
Результаты измерений при различном соотношении рециркулируемого и свежего количества воздуха, при длине тупиковой выработки 220 м, приведены в табл. 2.
Таблица 2 Показатели рециркуляционного проветривания при длине тупиковой выработки 220 м
В соответствии с полученными данными можно сделать вывод, что значение концентрации в стационарном режиме проветривания на входе и выходе рабочей зоны не зависит от длины тупиковой выработки. При этом за счет изменения общего объема проветриваемого пространства время выхода на стационарный режим значительно увеличилось.
При увеличении процента рециркулируемого воздуха концентрация газовой примеси в воздухе, подаваемом в тупиковую выработку, возрастает, что делает невозможным применение рециркуляции без применения дополнительных технических средств и решений.
Список использованной литературы
1. ПБ 03-553-03. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом / НТЦ «Промышленная безопасность». – М., 2003. – 199 с.
2. Ушаков К.З. Газовая динамика шахт. – М.: Недра, 2004. – 481 с.