автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Моделирование тепловых процессов в системах кондиционирования рудничного воздуха на основе теплоаккумулирующих выработок (ТАВ)

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СЕВЕРА

га правах рукописи

ХОХОЛОВ ЮРИЙ АРКАДЬЕВИЧ ^ ^'

УДК 622:536.24

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ РУДНИЧНОГО ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ ТЕШ10АККУМУЛИРШЦИХ ВЫРАБОТОК (ТАВ)

Специальность: 05.15-11 - Физические процессы горного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Якутск-1995

Работа выполнена в Институте горного дела Севера СО РАН.

Научный руководитель - кандидат технических наук, с.н.с.

Галкин А.Ф.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

О . '

Бондарев Э.А.

кандидат технических наук, с.н.с. Кузьмин Г.П.

Ведущее предприятие - Санкт-Петербургск^ государственный

горный институт (технический университет)

Защита состоится "¿1" 1995 г. в часов на заседании

, - Г-

диссертационного совета К 003.44.01 в Институте горного дела Севера СО РАН по адресу: 677891, г. Якутск, ГСП, ул. Кулаковского 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела Севера СО РАН.

Автореферат разослан"^/" 1995 г.

- ОБЩАЯ ХАРАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Регулирование теплового режима шахт и рудников Севера требует больших материальных и эксплуатационных затрат. В последнее время в связи с постоянным удорожанием энергоносителей возникает проблема экономии и поиска новых источников энергии. По мнению ряда исследователей одним из эффективных способов регулирования теплового режима шахт и рудников Севера являются горнотехнические системы, основанные на теплоаккумулирующих выработках(TAB). Однако, недостаточная изученность формирования теплового режима, и вследствие этого отсутствие обоснованных рекомендаций по эксплуатации TAB, не позволяют максимально использовать данный способ. TAB эффективно работают в небольших шахтах и рудниках с малым расходом поступающего воздуха. С увеличением количества воздуха TAB теряют свою эффективность. Поэтому возникает проблема повышения эффективности TAB за счет дополнительных вторичных источников энергии. Наиболее доступным видом энергии является тепло исходящей вентиляционной струи. К способам регулирования теплового режима на основе TAB с использованием энергии исходящей струи относятся регенеративные и рекуперативные системы. В настоящее время для них еще не разработаны методы теплового расчета, что является одной из главных причин медленного внедрения этих прогрессивных запатентованных систем в производство.

Работа выполнена в соответствии с планами НИР ИГДС по теме " Разработать научные, основы проектирования систем регулирования теплового режима шахт и рудников Севера"(N 01870096048 ) и хоздоговорной темы "Разработать рекомендации по управлению тепловыми и механическими процессами при строительстве и эксплуатации алмазных рудников" (N 01850063131).

Идея работы состоит в том, что дальнейшее расширение области применения горнотехнических способов регулирования теплового режима на основе TAB возможно за счет оптимизации их параметров и режимов кондиционирования рудничного воздуха.

Цель работы - разработка и совершенствование методов, расчета систем регулирования теплового режима шахт и рудников на основе TAB для обеспечения надежности проектных решений при выборе параметров систем регулирования теплового режима.

Задачи исследований:

1. Обосновать и разработать математические модели теплообмена в TAB, в том числе при рекуперации и регенерации энергии исходящей струи.

2. Разработать инженерные зависимости для определения основных характеристик регенеративной и рекуперативной систем и выбора их оптимальных параметров.

3. Обосновать рациональные параметры TAB для предупреждения эндогенных пожаров на угольных шахтах Севера.

4. Разработать пакет прикладных программ для расчета температурного режима систем кондиционирования воздуха на основе TAB.

Методы исследований - анализ и обобщение литературных данных, математическое моделирование тепловых процессов, планирование эксперимента, ^методы теории подобия, регрессионный анализ. Для решения задач были использованы аналитические и численные методы с применением ПЭВМ.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- установлено, что для предупреждения возникновения эндогенных пожаров возможно применение систем регулирования теплового режима на основе TAB, которые позволяют охладить з летний период воздух до нормативного уровня;

- на основе математического моделирования установлено, что для рекуперативных систем регулирования теплового режима существует оптимальное соотношение скоростей в теплом и холодном каналах, которое для типичной системы составляет: и /и =5,5;

- рекуперативные системы регулирования теплового режима наиболее целесообразно проектировать по принципу "разделительной стенки", а не "труба в трубе", что позволяет существенно (на 20-30%) улучшить их экономические характеристики;

- установлена неэффективность регенеративной системы при больших расходах воздуха из-за большого аэродинамического сопротивления выработок, при этом целесообразно разделить весь поток на две части и одну часть подать через регенеративную систему, а затем смешивать со второй (свежей) частью воздуха перед подачей в калориферную установку. Определено оптимальное соотношение расходов воздуха при разделении потока на две части.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью и строгостью постановки математических моделей

рассматриваемых задач, применением обоснованных математических методов к исследованию и решению задач, использованием современных методов математики и средств вычислительной техники, а также совпадением результатов расчета с данными натурных наблюдений для условий шахты "Центральная"(Сангары), угольной шахты. "Джебарики-Хая" и россыпной шахты Индигирки( шахта 43 прииска "Маршальский").

Научная новизна работы состоит в

- обосновании математической модели процесса теплообмена вентиляционного воздуха в TAB с массивом горных пород и разработке алгоритмов ее реализации для условий регенерации и рекуперации энергии исходящей вентиляционной струи;

- разработке методик оптимизации систем регулирования теплового режима и оптимизации параметров регенеративной и рекуперативной систем по критерию мшлш'лла затрат;

- разработке модели регенеративной системы регулирования теплового режима и получении регрессионной зависимости между основными параметрами;

- разработке модели . рекуперативной системы, реализация которой позволила выбрать оптимальное соотношение скоростей воздуха в теплом и холодном каналах;

- разработке комплекса программ для решения задач теплообмена в обычных TAB, регенеративных и рекуперативных системах, а также для оптимизации их параметров.

Личный вклад автора состоит в

- разработке алгоритмов численных реализаций математических моделей процессов теплообмена в TAB;

- разработке комплекса программ:для расчета температурного режима в TAB, регенеративных и рекуперативных системах;

разработке способа защиты от -обмерзания главного вентилятора при проветривании шахт и рудников Севера, который основан на принципе работы TAB;

обосновании параметров регенеративной системы регулирования теплового режима алмазных рудников;

- разработке рекомендаций по выбору экономически эффективных параметров систем регулирования теплового режима рудников на основе TAB, переданных институту "Якутзолотопроект";

- разработке рекомендаций по совершенствованию системы ре-

гулирозания теплового режима на основе TAB шахты "Джебарики-Хая".

Практическая значимость работы:

- определена длина TAB для угольных шахт по уровню охлаждения воздуха в летний период для предупреждения эндогенных пожаров;

- разработана методика расчета температурного режима TAB с помощью ЭВМ, а также метод определения оптимальных параметров регенеративной и рекуперативной систем регулирования теплового режима шахт и рудников;

- разработан и защищен авторским свидетельством способ защиты от обмерзания канала главного вентилятора при проветривании шахт и рудников Севера, который основан на принципе работы TAB;

- установлены оптимальные значения .^расхода воздуха, подаваемого в регенеративную систему, при которых использование систем эффективно.

Полученные результаты исследований могут быть использованы для оценки новых технических решений при проектировании систем регулирования теплового режима шахт и рудников Севера.

Реализация работы. Результаты исследований по TAB вошли составной частью в работу "Рекомендации по предупреждению эндогенных пожаров при отработке многолетнемерзлых угольных пластов( на примере угольных шахт Якутии) ( Якутск, 1989 г.), утвержденной ПО "Якутуголь".

Результаты работ по обоснованию регенеративной системы регулирования' теплового режима алмазных рудников переданы проектным институтам "Якутнипроалмаз" и "Днепрогипрошахт"

Разработанная программа для ПЭВМ "Прогноз тепловых условий в регенеративных и рекуперативных системах кондиционирования рудничного воздуха" используется в практике научных исследований Института технической теплофизики АН Украины и института МакНИИ.

Рекомендации по регулированию теплового режима на. основе TAB переданы шахте "Джебарики-Хая" и использованы ' при эксплуатации системы вентиляции шахты с TAB.

Рекомендации по выбору экономически эффективных параметров систем регулирования теплового режима на основе TAB переданы институту "Якутзолотопроект" и использованы в практике проектирования подземных рудников области многолетней мерзлоты.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на сессиях Всесоюзного семинара по горной

теплофизике (г.Киев,1985 г., г.Якутск,1986 г., г.Киев, 1987 г., г. Житомир,1989 г.), Республиканских конференциях молодых ученых и специалистов (г.Якутск,1984,1986,1988 гг), Международной конференции по геотермальной энергетике(г. Санкт-Петербург, 1993 г.), Ученом совете ИГДСевера (Якутск, 1995 г.), заседании кафедры физики горных пород и физических процессов МГГУ( Москва,1995 г.)

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 11 работ, в том числе 1 монография и 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, 2 приложений и содержит 223 страницы машинописного текста, 13 таблиц, 25 рисунков, . список литературы из 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, сформулирована цель исследований. Содержится изложение того нового, что вносится автором в исследование проблемы, приведена краткая характеристика 'полученных результатов и положений, выносимых 'автором на защиту.

В первой главе выполнен краткий обзор литературы, в котором рассмотрены способы регулирования теплового режима шахт и рудников Севера и методы их расчета. Для условий Севера наиболее рациональным является использование TAB в системах регулирования теплового режима шахт и рудников. В качестве TAB можно использовать уже ранее отработанные выработки или горизонты. Вопросам регулирования теплового режима шахт и рудников с помощью TAB посвящены работы Ю.Д.Дядькина, П.Д.Чабана, Ю.В.Шувалова, В.П.Кима, А.Ф.Галкина, В.П.Щукина, В.А.Шерстова, Е.А.Ельчанинова, И.А.Шора и других. Показано, что отдельные прогрессивные технические решения с использованием TAB (например, шахта ,"Джебарики-Хая") на практике оказываются малоэффективными из-sa недостаточно обоснованной методики теплового расчета при проектировании TAB. В настоящее время рядом исследователей предложены новые системы регулирования на основе TAB - рекуперативные и регенеративные, однако, отсутствуют методы их расчета и выбора параметров, что не дает

возможности внедрять их на стадии проектирования горных предприятий.

Основы прогноза теплового режима шахт и рудников заложены

A.Н.Щербанем, 0.А.Кремневым, К/.Д.Дядькиным, А.Ф.Воропаевым, .

B.П.Черняком, В.Я. «Куравленко, Ю.А.Цейтлиным и развиты в работах Ю.В.Шувалова, Ю.П.Добрянского, Э.Н.Малашенко, Л.Б.Зимина, С.А.Гончарова, А.П.Дмитриева, В.А.Кузина, С.Г.Гендлера, А.Ф.Галкина, В.А.Шерстова и других. В большинстве случаев методы прогноза базируются ка понятии коэффициента нестационарного теплообмена и было найдено множество зависимостей для определения данного коэффициента при различных условиях. Для условий Севера метод прогноза теплового режима шахт и рудникоз на основе коэффициента нестационарного теплообмена разработан Ю.Д.Дядькиным. Отдельным проблемам теплообмена в выработках зоны вечной .мерзлоты посвящены работы Э.А.Бондарева, В.А.Красовицкого, Ф.С.Попова, В.Н.Скубы, В.М.Васильева, В.Ю.Изаксона, Е.Е.Петрова

и другие, которые"использовали численные методы. Однако, для расчетов TAB и систем на их основе существующие методы напрямую не подходят, поскольку процессы теплообмена, происходящие в TAB характеризуются сложностью закона изменения расхода и температуры поступающего воздуха, а в регенеративных и рекуперативных системах наличием реверсии вентиляционной струи. Показано, что наиболее рациональным при тепловых расчетах TAB и систем на их основе, учитывая сложность происходящих физических процессов, является применение численных методов расчета с использованием ЭВМ.

На основе анализа работ авторов и практического состояния, дел сформулированы цели и задачи диссертационной работы.

Во второй главе сделан вывод исходных дифференциальных уравнений в частных производных, описывающих процессы теплообмена в горных выработках. Рассматривается двухмерная область з цилиндрических системах координат. Фазовые переходы влага в горных породах учитываются введением эффективной теплоемкости с дельта-функцией Дирака. Для численной реализации системы уравнений применялся метод сглаживания( Самарский А.А, Моисеенко Б.Д.) с автоматическим выбором шага( Петров Е.Е.), когда эффективная теплоемкость выбирается таким образом, чтобы ока была непрерывна на концах отрезка сглаживания. С помощью

интегро-интерполяционного метода были получены разностные схемы. Полученная система разностных уравнений решается методом итераций в сочетании с методом прсгонки.

В целях проверки достоверности результатов численного расчета по общей сопряженной задаче теплообмена в горных выработках Севера было сделано сравнение результатов моделирования с натурными данными, проведенными В.А.Шерстпвым в выработках россыпной шахты Индигирки , Ю.Д.Дядькиным на шахте "Центральная" (Сангары) и В.П.Кимом на шахте "Джэбарики-Хая". Сравнение результатов математического моделирования показывает достаточное-для инженерных расчетов совпадение с натурными данными.

•Во второй главе также приведены исследования по выбору рациональной длины TAB, использующихся для кондиционирования воздуха в целях предупреждения эндогенных пожаров при отработке многолетнемерзлых угольных пластов. Известно, что одним из основных условий возникновения очагов самовозгорания в многолетнемерзлых углях является наличие положительной температуры атмосферы, окружающей угольные скопления, с учетом низкой химической активности мерзлых углей в качестве основной меры профилактики эндогенных пожаров на угольных шахтах Севера-Бостока Е.Н.Чемезовш, В.Р.Ларионовым, Н.А.Быковым рекомендуется поддержание пожаробезопасных температур в забоях с целью торможения окислительных процессов. Для этих целей предлагается использовать TAB, обеспечивающие охлаждение поступающего теплого воздуха в летний период до 0°С(рис. 1). Кроме этого TAB обеспечивают подогрев воздуха з зимний период. С помощью разработанной модели теплообмена в TAB были проведены численные расчеты в целях выбора необходимой длины выработок, которая обеспечивает охлаждение воздуха до 0°С в очистных забоях при естественном режиме проветривания. Расчеты сделаны при различных исходных данных(скорость воздуха, летняя и зимняя температуры). Методика расчета длины TAB вошла составной частью в рекомендации по предупреждению эндогенных пожаров при отработке многолетнемерзлых угольных пластов (на примере шахт Якутии), которые приняты для использования в качестве нормативного документа производственным объединением "Якутуголь".

1 т,°с

-го

-ю

-зо

чо

ю

о

1:,мес.

---2

Рис. 1 График изменения температуры воздуха на начальном и конечном участках TAB в течении года.

1 - на начальном участке TAB; 2 - на конечном участке TAB.

Методика расчета температурного режима была использована при разработке рекомендаций по регулированию теплового режима шахты "Ди;ебарики-Хая" на основе TAB, которые переданы шахте и использованы при эксплуатации системы вентиляции шахты с TAB. Использование рекомендаций позволило улучшить климатические условия на шахте, повысить комфортность и безопасность условий труда шахтеров. Рекомендации по выбору экономически эффективных параметров систем регулирования теплового режима на основе TAB были переданы институту "Якутзолотопроект" и использованы в практике проектирования подземных рудников области многолетней мерзлоты.

В третьей главе исследованы рекуперативные системы регулирования теплового режима. Существуют несколько типов рекуперативных систем: 1) когда разделяющая стенка делит выработку на несколько частей, 2) когда разделяющая стенка оборудована вдоль длины на некотором удалении от кровли и обоих бортов (типа "выработка в выработке"), 3) типа "труба в трубе". Проведена сравнительная оценка эффективности использования на Вахтах и рудниках рекуперативных систем двух видов: теплообменники типа "труба в трубе" и теплообменники с разделительной стенкой. Для оценки эффективности были учтены

затраты на преодоление аэродинамического сопротивления относительно затрат, идущих на подогрев воздуха, подаваемого в рудник. Проведенный анализ позволяет сделать вывод, что из двух типов рекуперативных систем для подогрева рудничного воздуха системы, использующие теплообменники с разделительной стенкой, более эффективны.

Для рекуперативной системы типа "выработка в выработке" разработана методика оптимизации параметров системы по энергетическому фактору, а именно, длины, поперечных размеров и количества параллельных рекуператоров. Выбор оптимальных параметров осуществляется по критерию минимума приведенных затрат на сооружение системы Z , на преодоление аэродинамического сопротивления в системе £2 и дополнительный подогрев воздуха на выходе из системы до необходимой температуры Z . Целевая функция представляет собою сумму

Z(l,Rt,R2,K) = Z2+ Z3. (1)

причем на депрессию накладываются ограничения в виде неравенства:

ft„„„s ft ft (2) ХОЛ . max* ТеПЛ max v

Задача минимизации с ограничениями вида (2) сводится к задаче безусловной минимизации / с помощью метода штрафных функций:

2 = Z + Z + Z+ [ itax(0,h,-h )]г+1 mc2(0,ha-h )]г, (3)

12 3 1 ' ХОЛ max ' ТеПЛ max' ' 4 '

Таким образом, получили задачу минимизации 4-х переменных. Поиск минимума проводится методом Хука и Дхивса с применением алгоритма одномерной минимизации Брента.

Численные расчеты оптимальных параметров рекуперативной системы проведены для различных значений расхода воздуха. Установлено, что типичная рекуперативная система данного типа эффективна также и при больших расходах воздуха(>100 мэ/с). Оптимальное соотношение скоростей в холодном и теплом ' каналах для типичной рекуперативной системы составляет 5,5, т.е. скорость в холодном канале должна быть в 5,5 раза больше скорости в теплом канале.

В четвертой главе исследуются регенеративные ■ .системы регулирования теплового режима, предназначенные для повышения эффективности и расширения области применения TAB. Простейшй вариант регенеративной системы, предложенной Е.А.Ельчаниновьщ и И.А.Шором, включает две TAB: через одну поступает холодный

воздух, через другую подается исходящая струя теплого воздуха. Спустя определенный промежуток времени режим работы выработок меняется: через перзую выработку выдается теплый воздух, в которой происходит накопление тепла, в другой - подогрев холодного воздуха за счет теплообмена с горными породами. Массив горных пород в этом случае является промежуточной ' емкостью тепла, которое расходуется в период охлаждения. Рассмотрим только одну из двух TAB, т.к. прогрев и отбор тепла носит циклический характер. Применение методов теории подобия позволяет объединять размерные физические величины в безразмерные комплексы и при атом число комплексов будет меньше числа величин. Это значительно упрощает исследование физических процессов. Преобразованная система уравнений в безразмерных величинах имеет вид:

Ш + IF&^rV' C<x<L,Ho>0;

(4)

X = № (Т | -Г ) , С}£х ¿1 ,НоХ); ' (5)

ЭЯ 'н =1 >я =1 в

Ве-Рг-С (Т ^ (Т )-йгЩ. К Я <йг, Оах «Ь . (6)

Граничные условия преобразуются к виду:

гввг,охл ' 27 ^в^исх ' х=1) ^ Гв = -1 , 0«®5Ь, Д^Нр. (8)

Начальные условия:

, СкхиЪ, (9)

Т~-1 , 0$х<1, ?<&ЯГ, Но=0. (10)

Здесь Гц, 2" - безразмерные температура воздуха и температура пород; Но - число подобия гидродинамической гомохронности; N11 -критерий Нуссельта; Де -критерий Рейнольдса,. С - безразмерная эффективная теплоемкость пород, X - безразмерный коэффициент теплопроводности пород. Данная система решается методом конечных разностей, а именно, применяется схема сквозного счета со сглаживанием коэффициентов с автоматическим выбором шага сглаживания. - .

Уравнение (4-) описывает процесс теплообмена в регенеративной системе при движении воздуха только в одном

направлении, т.е. описывает один период. После переключения системы происходит реверсия вентиляционной струи. В этом случае меняется знак в векторе скорости движения воздуха.В качестве начальных данных берутся для массива горных пород значения из предыдущего временного слоя, но с учетом замены координат.

Из-за громоздкости задачи в данной постановке рациональным является разработка на основе численных экспериментов регрессионной зависимости и проведение анализа работы регенеративной системы на основе этой зависимости. Вводным параметром является температура на выходе из регенеративной системы Гт1г1, факторами, влияющими на этот параметр, будут переменные: й'.где W - влажность пород,

#опер- безразмерный период прогрева. Рассмотрим планирование факторного эксперимента из 6 факторов с двумя уровнями каждый. В полном факторном эксперименте потребуется провести 26=б4 опыта. При достаточно большом числе факторов часто оказываются полезными более мелкие дробные реплики. Рассмотрим четверть реплики плана 2е, такой план содержит 26~я=1б опытов. Выли проведены численные эксперименты по данному плану, по результатам которых сделан регрессионный анализ. Окончательно после преобразований в размерном виде получаем следующую регрессионную зависимость:

Tmtn=Te{1-853+2,198-10~6- tfonep+2,3417-10~7Де+1,2625-W--2,995 • 10_31/йв+1,05 • Ю-12 (Я°шр-6,565 • 10s) (Де-27,5 • 10s) }+ +0,274б.Гисх+0,48а7-Гохл,°С ' (11)

где ЯОпер^пер^- .АИ^иД^, J^- радиус выработки, м.

С помощью регрессионной зависимости была оценена экономическая эффективность регенеративной системы, "для чего были учтены: 1) затраты на проведение и крепление TAB- Zn; 2) затраты на преодоление аэродинамического сопротивления TAB й 3) экономический аффект от применения регенеративной системы за счет экономии энергии на подогрев воздуха. Очевидно, что чем меньше период подогрева, тем регенеративная система работает эффективнее(рис.2). Поэтому период подогрева должен быть настолько минимальным, насколько позволяет техническое решение регенеративной системы. При больших периодах подогрева (больше 2 суток) значение температуры исходящей струи (от 10 до 20°С ) не

влияет на температуру воздуха на выходе из регенеративной системы, если расход воздуха большеЮО м3/с.

О XI XII I II III MSC.

10

20

30 Т,°С

Рис.2 Изменение температуры воздуха на выходе из регенеративной системы при различной длительности периода (сутки).

Были выполнены исследования по оценке эффективности систем регулирования теплового режима на основе TAB для условий алмазного рудника "Интернациональный". Показана эффективность регенеративной системы при расходе воздуха до 100 м3/с. При больших расходах воздуха на проветривание . рудников энергетические затраты на преодоление сопротивления TAB резко возрастают. Система в этом случае из экономически эффективной становится убыточной. Одним из способов сохранения "Эффективности является раздельный подогрев вентиляционной струи: одной части в регенеративной системе и калорифере, а другой только в калорифере. Задача состояла в том, чтобы определить оптимальное соотношение между двумя частями, т.е. оптимальное количество воздуха, используемое в регенеративной системе. На основе исследования поведения целевой функции затрат на проведение TAB, вентиляцию и на дополнительный подогрев воздуха после выхода из регенеративной системы, показано, что существует оптимальное

ч ч ч '-'''У

ч 4 s 4 \ ч V 4 N S \ S s \ 4 «■ч "Ч «ч ТИ . т=2 ✓ у У у "У 'j : </ / / ' / /

\ ч \ S "-Ч "Ч -ч ^ «ч . X=i - " ' * V V / / X

TH0P=f(t)

количество воздуха, которое нузкно подать через регенеративную систему. Так, при общем расходе воздуха 350 м3/с получена зависимость оптимального расхода от периода подогрева:

G =154,4-4,47t .40,06t2 , м3/с , (12)'

. ' -

где х - период подогрева, час. Данная зависимость позволяет при известной из технологических соображений длительности периода прогрева TAB определять оптимальное количество свежего воздуха, которое должно быть подано^ в TAB. . '" С/*

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . ,

В диссертации дано решение_ актуальной научной задачи: обеспечение расчета -систем регулирбвания теплового режима шахт и рудников на основе TAB.

Основные выводы, научные и практические результаты, полученные в работе, заключаются в следующем:

1. Разработаны алгоритмы реализации математической модели процесса теплообмена рудничного воздуха в TAB с массивом горных пород для условий регенерации и рекуперации' энергии исходящей струи. Численная реализация модели позволила провести оценку, эффективности новых систем ""регулирования теплового режима на основе TAB.

2. Доказаны адекватность математической модели и обоснованность алгоритма решения _ задачи путем сравнения результатов расчета с натурными данными.

3- Определены длины TAB для угольных шахт Севера, достаточных для охлаждения шахтного воздуха _.до нулевого-температурного уровня в целях предупреждения эндогенных пожаров угольных пластов.- Разработаны рекомендации по расчету длины, которые внедрены в производственное объединение "Якутуголь".

4. Разработана математическая модель регенеративной системы регулирования теплового режима. На основе модели получена регрессионная зависимость между основными параметрами регенеративной системы для инженерных расчетов.

5. Исследовано' влияние на эффективность регенеративной системы различных параметров. Установлено, что главную роль в повышении эффективности играет период прогрева и чем он короче, тем эффективнее система в энергетическом смысле.

6. Установлено, что при больших расходах поступающего воздуха экономически целесообразно разделить весь поток на две части и одну часть подать через регенеративную систему, а затем смешивать со второй (свежей) частью воздуха перед подачей в калориферную установку. Определено оптимальное соотношение расходов воздуха при разделении потока,на две части.

7. Установлено, что из двух типов рекуперативных систем для подогрева рудничного воздуха (типа "труба в трубе" и система с разделительной стенкой) более эффективны системы, использующие теплообменники с разделительной стенкой.

8. Разработана математическая модель рекуперативной системы типа "выработка в выработке" и методика оптимизации параметров системы по критерию минимума затрат. Установлено оптимальное соотношение скоростей в холодном и теплом каналах: и /и =5,5.

9. Предложен и защищен авторским свидетельством способ защиты от обмерзания вентиляционного канала, который основан на

г- принципе аккумулирования, энергии в TAB. Использование способа позволяет сократить затраты энергии на обеспечение требуемой температуры в канале на \Ъ% и повысить надежность функционирования вентиляционной системы.

10. Разработаны прикладные программы по выбору оптимальных параметров рекуперативных и регенеративных систем регулирования теплового режима, которые переданы Институту технической теплофизики АН Украины и МакНИИ, и использованы при проведении начно-исследовательских работ. Результаты работ по TAB переданы институту "Якутзолотопроект", а также шахте "Джебарики-Хая". .

11. Разработан технологический регламент на проектирование регенеративной системы регулирования теплового режима для условий, алмазного рудника "Интернациональный" НПО "Якуталмаз".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. Галкин А.Ф., Федоров В.Н., 'Хохолов Ю.А. Прогноз тепловых условий в глубоких рудниках области многолетней мерзлоты // Тез. докл. V респ.конф. молодых ученых и спец-в. - Якутск, 1984. -

Часть 2. - С. 59-60.

-

2. Хохолов Ю.А. Расчет регенеративной системы кондиционирова-гния рудничного воздуха // Тез. докл. VI респ.конф. молодых ученых

и "спец-в. - Якутск; 1986. - Часть 3- - С. 72-73.

3. Хохолов Ю.А. Численный расчет теплоаккумулирукщих -выработок, работающих в регенеративном режиме // Прогноз и регулирование теплового режима в горных выработках. - Якутск: Изд-во ЯФ СО АН СССР, 1987. - С . 37-40.

4. Галкин -А.Ф., Хохолов Ю.А., Иванов В.М. Оптимизация параметров рекуперативной системы кондиционирования рудничного воздуха // Тез. докл. VII респ. конф. молодых ученых и спец-в. - Якутск, 1988. - Часть 2. - С. 84-85.

5. Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А. Сравнительная оценка энергетической эффективности рекуперативных систем регулирования теплового режима глубоких рудников // Известия Сиб. отд-ния АН СССР, серия . техн. наук.-1989--Выл.4.-С.129-133.

6. Рекомендации по предупреждению эндогенных пожаров при отработке многолетнемерзлых угольных пластов (на примере угольных шахт Якутии) / Н.А.Быков, Е.Н.Чемезов, В.Р.Ларионов, Н.Х.Муксунов, А.Б.Малышев, А.Н.Быков, А.Ф.Галкин, Ю.А.Хохолов, Г.Ф.Уманцев, П.Н.Васильев. - Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1989. - 32 с.,

7. A.c. 1474274 СССР, МКИ4 Е 21 D 20/00 Способ крепления выработок в условиях многолетней мерзлоты/ А.Ф.Галкин, И.И.Ковлеков, Ю.А.Хохолов.- Опубл. в БИ, 1989, N 15.

8. Хохолов Ю.А. Математическое моделирование процесса теплообмена в регенеративной системе кондиционирования рудничного воздуха // Термодинамика и теплообмен сложных систем. - Якутск: Изд-во Як. гос. ун-та, 1990. - С. 46-52.

9. A.c. 1717813 СССР, МКИ3 Е 21 Р 3/00 Способ защиты от обмерзания канала главного вентилятора при проветривании шахт и рудников Севера/ А.Ф.Галкин, А.С.Курилко, В.В.Киселев, Ю.А.Хохолов.- Опубл. в БИ, 1992, N 9.

10. Галкин А.Ф., Хохолов Ю.А. Теплоаккумулирующие, выработки. -Новосибирск: Наука, 1992. - 133 о.

11. Галкин А.Ф., Шерстов В.А., Хохолов Ю.А., Романова Е.К. Оптимизация параметров подземных аккумуляторов энергии// Тез. докл. Межд. конф. "Проблемы геотермальной энергии". Санкт-Петербург, 21-27 июня, 1993. - С.148.